傳感器原理和應(yīng)用習(xí)題-精選

1、112第一章 傳感器的一般特性1從某直流測速發(fā)電機(jī)試驗(yàn)中，獲得如下結(jié)果:轉(zhuǎn)速（r/min）050010001500200025003000輸出電壓（ V）09.123.3-299"397047.5二制轉(zhuǎn)速和輸出電壓的關(guān)糸曲線，并確定:2.1）該測速發(fā)電機(jī)的靈敏度。2）該測速發(fā)電機(jī)的線性度。已知一熱電偶的時(shí)間常數(shù)T =10s若用它來測量一臺爐子的溫度，爐內(nèi)溫度在5400C和3.4.5.6.0500 C之間按近似正弦曲線波動，周期為 最大值和最小值，80s靜態(tài)靈敏度 k=1,試求該熱電偶輸出的 以及輸入與輸出信號之間的相位差和滯后時(shí)間。用一只時(shí)間常數(shù)為 幅值誤差為多少?0.355S的一階

2、傳感器去測量周期分別為1s 2s和3s的正弦信號，問100Hz正弦信號的測試，如幅值誤差要求限制在 數(shù)應(yīng)取多少？若在該時(shí)間常數(shù)下，同一傳感器作 差和相角有多大？若用一階傳感器作5%以內(nèi)，則時(shí)間常50Hz正弦信號的測試，這時(shí)的幅值誤已知某二階系統(tǒng)傳感器的固有頻率fo=1OkHz誤差小于 3%,試確定該傳感器的工作頻率范圍。某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為簡諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。阻尼比S =0.1若要求傳感器的輸出幅值1000H阻尼比為臨界值的50%當(dāng) 500HZ勺7.現(xiàn)有基長為 10 mn與 20 mm勺兩種絲式應(yīng)變片，欲測鋼構(gòu)件頻率為lOkHZ勺動態(tài)應(yīng)力，第二章 應(yīng)變式

3、傳感器1.假設(shè)某電阻應(yīng)變計(jì)在輸入應(yīng)變?yōu)?0001 £時(shí)電阻變化為 1%試確定該應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)。又若在使用該應(yīng)變計(jì)的過程中，采用的靈敏系數(shù)為1.9試確定由此而產(chǎn)生的測量誤差的正負(fù)和大小。當(dāng)2. 如下圖所示的系統(tǒng)中： 當(dāng)F= 0和熱源移開時(shí)，R = R2= R3=甩及U0= 0;各應(yīng)變片的靈敏系數(shù)皆為+2.0且其電阻溫度系數(shù)為正值；梁的彈性模量隨溫度增加而減??；應(yīng)變片的熱膨脹系數(shù)比梁的大；假定應(yīng)變片的溫度和緊接在它下面的梁的溫度一樣。在時(shí)間t= 0時(shí)，在梁的自由端加上一向上的力，然后維持不變，在振蕩消失之后，在一 稍后的時(shí)間 t1打開輻射源，然后就一直開著，試簡要繪出U。和t的關(guān)系曲線

4、的一般形狀，OF審洞対3.C只照附梁上崔eW>2并通過仔細(xì)推理說明你給出這種曲線形狀的3.材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件，直徑d= 10 mm材料的彈性模量泊松比 卩=0.285試件上貼有一片金屬電阻應(yīng)變片，其主軸線與試件加工方向垂直,所示，若已知應(yīng)變片的軸向靈敏度kx = 2,橫向靈敏度C=4%當(dāng)試件受到壓縮力E= 2 X 10 N/ m ,如圖F= 3X104N作用時(shí)。應(yīng)變片的電阻相對變化 R/ R為多少。4.在材料為鋼的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各粘貼一片電阻 應(yīng)變片，如圖的靈敏系數(shù)的電阻變化值2所示，把這兩片應(yīng)變片接入差動電橋，已知鋼的泊松比ko= 2,電橋電源電壓Usr= 6

5、V（ d. C.）,當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)， R|=0.48 Q，試求電橋的輸出電壓。'/120 Q的金屬電阻U = 0.285應(yīng)變片測得應(yīng)變片 R卜圖15.臺采用等強(qiáng)度梁的電子秤，圖2在梁的上下兩面各貼有二片電阻應(yīng)變片,做成秤重傳感器,N/ mm, ko= 2,接入直下圖所示。已知流四臂差動電橋，供橋電壓1= 100 mm b= 11 mm t= 3 mm E= 2.1X 106 V當(dāng)秤重o1=6.今在（110晶面的001110晶面上各放置一電阻條，如下圖所示， 試求：I）在0.1MPa壓力作用下電阻條的（7 r和（Tt各為何值？2）此兩電阻條為P型電阻條時(shí) R/ R=?3）若為N型電阻

6、條時(shí)其 R/ R? 4）若將這兩電阻條改為安置在距膜中心為上的平均應(yīng)力T r和T t各為I _:伽mi47mm處，電阻條若要求應(yīng)變波幅測量的相對誤差小于0.5%試問應(yīng)選用哪一種？為什么？8. 已知一測力傳感器的電阻應(yīng)變片的阻值R= 129，靈敏度系數(shù)k0= 2,類對稱電橋，電橋的供電電壓Usr= 10V（ d. c.）,要求電橋的非線性誤差應(yīng)變片的最大應(yīng)變£ ma應(yīng)小于多少，并求最大應(yīng)變時(shí)電橋的輸出電壓。9. 一個(gè)量程為 10kN勺應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑 徑18mn在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為若將它接入第一ef V 0.硏，

7、試求20mn內(nèi)120,靈敏度為2.0,波松比為 0.3,材料彈性模量E=2.1X1011 Pa要求:1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；2）計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化；3）當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。10如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=F=R是固定電阻，RI與F4是電阻應(yīng)變片，工作時(shí)RI受拉，ra受壓，AR表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時(shí) AR=0橋路處于平衡狀態(tài)，橋路失去了平衡，這時(shí)，就用橋路輸出電壓當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，Ucd表示應(yīng)變片應(yīng)變后的電阻值的變化量。試證明：U cd=-(E/2)(

8、A R/R)第三章電容式傳感器A C/C） /p,如下圖。已知在半徑r1.試計(jì)算帶有固定圓周膜片電容壓力傳感器的靈敏度（ 處的偏移量 y可用下式表示：3 12 2 2 2y 16 P Et 3 a r式中P壓力;a圓膜片半徑;t膜片厚度;膜片材料的泊松比。I2 .在壓力比指示系統(tǒng)中采用的電容傳感元件及其電橋測量線路如圖所示。已知:0.25mm D = 38.2mm R=5.1Q , U= 60V （ A.C） , f = 400Hz 試求。1） 該電容傳感器的電壓靈敏度（單位為V/m） ku?2） 當(dāng)電容傳感器活動極板位移 S = 10gm時(shí)，輸出電壓U0的值。2為電容傳感元件的同心圓筒（電極

9、） H=2m,汽油的介電常數(shù)£尸2.1。求：1、3. 如圖所示為油量表中的電容傳感器簡圖，其中3為箱體。已知：R,= 15mm R>= 12mm油箱高度同心圓套筒電容傳感器在空箱和注滿汽油時(shí)的電容量。I4.一只電容位移傳感器如圖所示，由四塊置于空氣中的平行平板組成。板 定極板。板 B是活動極板，其厚度為均為b, A板的長度為 2 b 活動極板 B從中間位置移動ABDIA, C和D是固 t，它與固定極板的間距為do B, C和D極板的長度各板寬度為I，忽略板 C和D的間隙及各板的邊緣效應(yīng)，試推導(dǎo)x=± b/2時(shí)電容 Cac和CAD的表達(dá)式（x=0時(shí)為對稱位置）。C=f（

10、X）。設(shè)真空的介電系數(shù)為£5. 試推導(dǎo)下圖所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程0, £2> £ 1，以及極板寬度為W其他參數(shù)如圖所示。一 IH/*第四章電感式傳感器2，平均相對磁導(dǎo)率1. 一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁心，平均長度為12cm截面積為 1.5cm000求：1）均勻繞線 5 00匝時(shí)的電感；2）匝數(shù)增加 1倍時(shí)的電感。2. 有一只螺管形差動式電感傳感器，已知電源電壓U= 4V電阻和電感量分別為R= 40Q , L=30mH用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成所示，試求：1）匹配電阻 R1和R2的值為多大才能使電壓靈敏度達(dá)到最大；Q時(shí)，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值；3

11、用矢量圖表明輸出電壓U之間的相位差；4）假設(shè)該傳感器的兩個(gè)線圈銅電阻不相等零位電壓，用矢量圖分析能否用調(diào)整銜鐵位置的方法使ft：QU0=O。乙Jf/of= 400HZ傳感器線圈銅 4臂等阻抗電橋，如圖12）當(dāng) Z= 10Uo與電源電壓R4工R3,在機(jī)械零位時(shí)便存在R精品3.試計(jì)算圖Uo, 、二次側(cè)線圈間的互感為式傳感器接成圖2b所示反串電路（對接法）將圖a所示的二次側(cè)繞組邊電路圖簡化如圖-o tZ a4. 試推導(dǎo)圖 3所示差動型電感傳感器電橋的輸出特性3 ,乙、厶為傳感器兩線圈的阻抗，零位時(shí)乙=Z2= r + j 3 L,橋，求靈敏度表達(dá)式k= Uo/ A S多大（本題用有效值表示）5. 圖4

12、中兩種零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償方法對嗎？為什么？圖中U0= f （ A L）,已知電源角頻率為 若以變間隙式傳感器接入該電R為補(bǔ)償電阻。Zi7?a)u圖46. 某線性差動變壓器式傳感器采用的頻率為設(shè)銜鐵的輸入運(yùn)動是頻率為10HZ的正弦運(yùn)動，100HZ峰一峰值為6V的電源激勵(lì)，假它的位移幅值為± 3mm已知傳感器的靈敏2a所示差動變壓器式傳感器接入橋式電路（順接法）時(shí)的空載輸出電壓 Mi、M2,兩個(gè)二次側(cè)線圈完全相同。又若同一差動變壓器，問兩種方法哪一種靈敏度高，高幾倍？提示：2C所示等效電路（根據(jù)已知條件乙=Z2；求出圖b空載輸出電壓與圖a計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。度為2VZ mm,試畫出激勵(lì)電

13、壓、輸入位移和輸出電壓的波形。7. 使用電渦流式傳感器測量位移或振幅時(shí)對被測物體要考慮哪些因素，為什么?第五章 壓電式傳感器1.分析壓電式加速度傳感器的頻率響應(yīng)特性。又若測量電路的總電容 電阻 R= 500 MQ，傳感器機(jī)械系統(tǒng)固有頻率fo=30 kHz相對阻尼系數(shù)在2%以內(nèi)的使用頻率范圍。C= 1000PF 總E =0.5,求幅值誤差2.用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量機(jī)器的振動，已知：加速度計(jì)靈敏度為/ g,電荷放大器靈敏度為50 mW pC,當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度值時(shí)相應(yīng)的輸出電壓幅值等于2 V試計(jì)算該機(jī)器的振動加速度。5 pC3.在某電荷放大器的說明書中有如下技術(shù)指標(biāo): Q，輸出電阻為

14、0.1Q，頻率響應(yīng)：入信號為零時(shí)所出現(xiàn)的輸出信號值）輸出電壓為±10V輸入電阻大于0150kHz噪聲電壓（有效值）最大為2mV（指輸,非線性誤差： 0.1%,溫度漂移：± 0.ImV/ 。I)如果用內(nèi)阻為 10 kQ的電壓表測量電荷放大器的輸出電壓，試求由于負(fù)載效應(yīng)而減少的電壓）值。2）假設(shè)用一輸入電阻為2MQ的示波器并接在電荷放大器的輸入端，以便觀察輸入信號波形， 此時(shí)對電荷放大器有何影響？3）噪聲電壓在什么時(shí)候會成為問題？4）試求當(dāng)環(huán)境該值對測量結(jié)果有否影響？5）當(dāng)輸入oC 時(shí)，電荷放大器輸出電壓的變化值， 溫度變化十 15信號頻率為180kHZ寸，該電荷放大器是否適用

15、？4.試用直角坐標(biāo)系畫出AT型，GT型，DT型，X 305.壓電傳感元件的電容為波器的輸入阻抗為 量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)10HZ允許誤差為6.石英晶體壓電傳感元件，面積為的晶體切型的方位圖。1000PF k q= 2. 5CZ cm,連接電纜電容Cc= 300 pF 示1MQ和并聯(lián)電容為50pF試求：1）壓電元件的電壓靈敏度多大？2）測（V/ cm）。3）如系統(tǒng)測量的幅值誤差為5%,最低頻率是多少？4）女口 fj=5 %，用并聯(lián)連接方式，電容量C 值是多大？1cm 2,厚度為 0cm固定在兩個(gè)金屬板之間，用109X 10104q。一個(gè)3t） N。求：來測量通過晶體兩面力的變化。材料的楊氏模量為對介質(zhì)

16、常數(shù)為5， lcm 2 材料相對兩面間電阻為Pa,電荷靈敏度為 2pCy N相 20pF的電容和一個(gè) 100M2的1）兩個(gè)極板間電壓峰一峰值；電阻與極板并聯(lián)。如果所加力是F= 0.01sin( 102）晶體厚度的最大變化。(0.758mv,1.516mv；1.10-10cm）lOOpF試求用7. 已知電壓前置放大器的輸入電阻為100 MQ ,測量回路的總電容為壓電式加速度計(jì)相配測量1Hz低頻振動時(shí)產(chǎn)生的幅值誤差。（94%）8. 用壓電式傳感器測量最低頻率為1Hz 的振動，要在 1Hz 時(shí)靈敏度下降不超過5%，若測量回路的總電容為500pF求所用電壓前置放大器的輸入電阻為多大？9. 已知壓電式加速度傳感器的阻尼比是S =0.1,其無阻尼固有頻率f=32kHz若要求傳感器的輸出幅值誤差在5%以內(nèi)，試確定傳感器的最高響應(yīng)頻率。10. 有一壓電式加速度計(jì)，供它專用的電纜長度為1.2m電纜電容為 100pF壓電片本身的電容為1000pF據(jù)此出廠時(shí)標(biāo)定的電壓靈敏度為100mw g。若使用中改為另一根電纜，其電容為 300pF長為2.9m問其電壓靈敏度作如何改變。（60mv/g）第六章 數(shù)字式傳感器1 數(shù)字式傳感器的特點(diǎn)？根據(jù)工作原理數(shù)字式傳感器可分為那幾