sfy传感器习题与思考题146题要点Word文件下载.docx
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动态标定目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
5．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。
（12分）
传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；
信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；
显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。
6.某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。
S=Δy/Δx=300/5=60mV/mm
第2章应变式传感器
1．电阻应变片的工作原理就是依据应变效应，建立导体 电阻
与变形之间的量值关系而工作的。
2．当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的
电阻相对变化量
与试件主应力的
应变
之比
3、电阻应变片一般由___敏感栅__、基片、____覆盖层______和
引线_____四个部分组成，其中_敏感栅_是核心部件。
4、电阻丝的灵敏度系数大于应变片的灵敏度系数，原因是：
一是粘结层传递变形失真，另一个是栅端圆弧部分的横向效应。
5．电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，工作应变片粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的补偿块上，且补偿应变片不受应变。
6．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除非线性误差，并起到温度补偿作用，同时还能提高电压灵敏度。
7．通常用应变片式传感器测量（
C
）。
A．温度
B．密度
C．加速度
D．电阻
8．电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（
A．直流平衡电桥
B．直流不平衡电桥
C．交流平衡电桥
D．交流不平衡电桥
9、如图1为实心柱体上粘贴的应变片，下列说法正确的是（A）
Ａ、Ｒ１为拉应变Ｂ、Ｒ２为拉应变
Ｃ、Ｒ１为压应变Ｄ、Ｒ２无应变。
10．对于固体压敏电阻的简单的拉伸和压缩来说，当作用应力与电流方向一致时，它的电阻率的相对变化率与（
A、C
A．半导体材料的弹性模量成正比
B．半导体材料的弹性模量成反比
C．作用应力成正比
D．作用应力成反比
11.试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。
在应变作用下电阻都会发生变化，金属应变片灵敏度低，半导体应变片优点是灵敏度高，但它有温度系数大，非线性比较严重等缺点。
12．什么是压阻效应
是指半导体材料在某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。
13.应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？
应变片温度误差产生的主要因素：
电阻温度系数的影响，试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时可减小或补偿温度误差
14、取四个完全相同的应变片拟粘贴在悬臂梁上组成差动全桥。
（１）、应变片应该怎样粘贴？
（２）、在一定应力下应变片产生应变，若电桥输入电压为Ｕ１，，输出电压为Ｕ２，应变片的应变灵敏系数为Ｋ，求应变片的应变εx
（1）相对的一组受压，另一组受拉。
（２）
15、两个初始电阻值为120Ω电阻应变片粘贴于悬臂梁的同一表面上，如图所示，应变片的灵敏度K=2.0，与两个阻值为120Ω的定值电阻接成电桥，若供桥电压为2V，粱端受力发生应变时，电桥输出为40mV，求：
（1）、画出对应的测量电桥，并简要说明该测量电路的特点。
（5分）
（2）、两个应变片的电阻变化量ΔR及应变量εX。
16、如图为电子秤的初始电路。
（1）如何安放四个电阻片？
（2）简述传感器的工作过程。
（3）差动放大器，其电压放大倍数为多少？
（4）应变片灵敏度系数k=2，未受应变时每个桥电阻为R=100Ω，当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=10-3
，求应变片电阻变化量ΔR和电阻相对变化量ΔR/R。
电桥电源电压为直流5V,电桥输出电压是多少?
（2）
（3）（100倍）
（4）
第3章电感式传感器
1、
电感式传感器是利用_电磁感应_原理，将被测量的变化转化成__自感量或互感量___变化的一种机电转换装置。
2．差动螺线管式电感传感器主要由两个绕在同一铁芯上
的螺线管和初始状态处于对称位置的
衔铁
组成。
因而两个螺线管的初始电感相等。
3．差动变压器传感器不仅可以直接用于
位移
测量，还可以用于测量与
有关的任何机械量。
4、如图所示的电感式传感器的类型为__差动变压器传感器_，它属于___互感____（自感或互感）式传感器，
图中1为___二次绕组______
2为__一次绕组________
3为__活动衔铁_______
1所代表的两个元件连接时应该反向串联
5．螺线管式差动变压器传感器主要由一个一次线圈、
两个二次线圈
、
活动衔铁
。
6．螺线管式差动变压器传感器中，
零点残余电压
是评定差动变压器性能的主要指标之一，它的存在会造成传感器在零位附近
灵敏度
降低和测量误差增大。
7．电涡流传感器的配用电路有
谐振
电路、
电桥
电路（任写两个）。
8．电涡流传感器的整个测量系统由 传感器线圈和被测金属导体两部分组成。
利用两者的
电磁耦合来完成测量任务。
9、与变隙式相比螺线管式自感传感器一般用于测量（
B
）量
A、微小线位移
B、较大线位移
C、角位移量
D、转速
10．差动变压器传感器配用的测量电路主要电路有（A、B）。
A．相敏检波电路
B．差动整流电路
C．直流电桥
D．差动电桥
11．利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和灵敏度，其激磁线圈（半径为ra）与被测物体间的距离x应该满足（B
A．ra≈x
B．ra>
>
x
C．ra<
x
D．ra>
12.如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。
线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为
。
传感器的运动部分与衔铁相连。
当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙
发生变化。
这种结构可作为传感器用于____C____。
a.静态测量 b.动态测量
c.静态测量和动态测量
d.既不能用于静态测量，也不能用于动态测量
13、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）
14、为什么变隙式电感式传感器用于测量微小位移？
变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，所以变隙式电感式传感器用于测量微小位移时是比较精确的。
15、介绍下图所示传感器的工作原理。
为差动式变隙式电感式传感器
16、涡流式传感器的主要优点是什么？
电涡流传感器测量范围宽、反应速度快、可实现非接触测量，常用于在线检测。
17、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
电涡流式传感器的主要用途之一是可用来测量金属件的静态或动态位移，最大量程达数百毫米。
凡是可转换为位移量的参数，都可用电涡流式传感器测量，如机器转轴的轴向窜动、金属材料的热膨胀系数、钢水液位、纱线张力、流体压力等。
非接触式硬度连续测量，在线非接触转速测量等。
18、如图所示为BYM型自感式压力传感器，
（1）请说出其工作原理。
（2）图中弹簧管将什么量转换成什么量？
（1）F=0衔铁在中心位置，L1=L2，i1=i2,总电流i=0,输出电压u0=0,F>
0，衔铁下移，L1<
L2，i1>
i2,总电流i不为0，输出电压u0不为0，反映了F的变化。
（2）力变为衔铁的移动，从而使两个差动电感电感量发生变化。
第4章电容式传感器
1、电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
在实际使用时，电容式传感器常以改变改变平行板间距d来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高。
2、变间隙式电容传感器d0小传感器灵敏度高。
但d0过小，容易引起电容器击穿或短路。
3、一般变极距型电容式传感器的起始电容在20～
30pF之间，极板间距离在25～200μm的范围内，最大位移应小于间距的1/10，故在微位移测量中应用最广。
4、变面积型电容式传感器其量程不受线性范围的限制，适合于测量较大的直线位移和角位移
5、运算放大器电路解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。
6、电容传感器做成差动式之后，灵敏度提高一倍，而且非线性误差大大降低了。
7、为减少电容式传感器在使用中存在的_边缘效应_，可以在结构上加保护电极，但要求保护电极和被保护电极要为__同心、电气上绝缘且间隙越小越好，同时始终保持等电位，以保证中间工作区得到均匀的场强分布，从而克服边缘效应的影响。
8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。
9．通常用电容式传感器测量（
A．电容量
B．加速度
C．电场强度
D．交流电压
10．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（
A．正比关系
B．反比关系
C．无关系
11．传感器是一种采集信息的重要器件，如图3所示，是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么（
）
A．若电容减小，则力F增大
B．若电容增大则力F减小
C．若电容变大，则力F增大
D．以上说法都不对
12、简述电容式传感器的工作原理及分类。
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
13、书1/67
ε0=8.85*10-12F/m=8.85*10-2pF/cm=8.85*10-3pF/mm
s=3.14*16=50.2400mm2
c=8.85*10^（-3）*50.24/0.3=1.4821pF
dc=1.4821*10^-3/0.3=0.0049pF
dc*100*5=2.4702格
14、下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益
A=∞，输入阻抗Z=∞；
试推导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。
运算放大器的输出电压与极板间距离d线性关系。
运算放大器电路解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。
第5章压电式传感器
1．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。
电畴具有自己极化方向，经过极化处理的压电陶瓷才具有压电效应。
压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多，所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。
2、压电元件可以等效成电荷源和电容并联的形式，若用来测量体重一般_不可以_（可以或不可以）。
3、两个型号相同的压电片串联使用时，下列说法正确的是（
A、等效输出电荷增大一倍
B、等效输出电压增大一倍
C、等效输出电荷、电压都增大
D、等效输出电荷、电压都不变
4、压电传感器可以测量（
A、静态量
B、动态量
C、两者都可以测量
D、两者都不能测量
5．在检测技术中，主要采用的是压电型换能器，发射超声波利用压电材料的C
，而接收信号则用
D
A..多普勒效应
B.多普勒频移
C.逆压电效应
D.正压电效应
6．简述正、逆压电效应。
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。
当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）
7．压电材料的主要特性参数有哪些？
（1）压电常数
（2）弹性常数（3）介电常数（4）机械耦合系数（5）电阻压电材料的绝缘电阻（6）居里点
8．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。
理想情况下，电压放大器前置放大器输入电压与频率无关。
这表明压电传感器有很好的高频响应，电压放大器的应用具有一定的应用限制，压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。
电缆长，电缆电容Cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。
电荷放大器的输出电压
与电缆电容Cc无关，且与Q成正比，这是电荷放大器的最大特点。
但电荷放大器的价格比电压放大器高，电路较复杂，调整也较困难。
9．能否用压电传感器测量静态压力（如重力）？
为什么？
当作用于压电元件的力为静态力（ω=0）时，则前置放大器的输入电压等于零，因为电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身漏电阻漏掉，所以压电传感器不能用于静态力测量。
第6章
磁敏式传感器
1、图中是
霍尔
元件的基本测量电路。
图中各编号名称：
①和②是
霍尔电极
；
③和④是
激励电极
图中电路中的被测量是
磁感应强度
2、霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度KH与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。
为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。
3、霍尔片越厚其霍尔灵敏度系数越小，霍尔灵敏度系数的含义是指___表示在单位磁感应强度与单位控制电流时的霍尔电势的大小。
4、金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在 平行于 于电流和磁场的方向的两个面将产生电动势，这种物理现象称为 霍尔效应 。
5、霍尔元件能转换哪两个物理量
（
A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
C．把力这个力学量转换成电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量
6、简述霍尔电流表的工作原理。
霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做集束器，霍尔器件放在空隙中间，由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，用霍尔元件来测量这一磁场，其输出的霍尔电势正比于该磁场，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。
7、请画出两种霍尔元件的驱动电路，简述其优缺点。
对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合；
恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。
两种驱动方式各有优缺点，应根据工作要求确定驱动方式。
8、什么是霍尔元件的不等位电势？
如何补偿？
当激励电流及磁场为0时，测得的空载霍尔电势称不等位电势。
不等位电势可用不等位电阻表示。
由于不等位电阻的存在，说明四个极分布电阻值不相等，可将其视为电桥的四个桥臂，则电桥不平衡。
为使其达到平衡，可在阻值较大的桥臂上并联电阻，或在两个桥臂上同时并联电阻。
调节电阻当B=0时Uout=0。
9、什么是霍尔效应？
产生机理？
霍尔电势的大小和那些因素有关？
霍尔效应：
置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。
霍尔效应产生的原因是每个电子受洛仑磁力发生偏转从而产生霍尔电势。
霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。
10、书2/94
UH=KHIB=22*1*10-3*0.3=6.6Mv
KH=-1/ne,n=-1/KHe=1/（6.6*1.6*10^-19）=9.4697e+017
11、磁电式传感器与电感式传感器有何不同？
电感式传感器无永久磁铁，有外加电源，由外部电流产生磁通，是无源传感器。
磁电式传感器有永久磁铁，无处加电源，由永久磁铁的磁场产生磁通，是有源传感器。
12、什么是磁阻效应？
磁阻和磁感应强度的关系如何？
磁阻增大的微观机制如何？
当一载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化，这种现象被称为磁阻效应。
当温度恒定时，在磁场内，磁阻和磁感应强度B的平方成正比。
从微观上讲，材料的电阻率增加是因为电流的流动路径因磁场的作用而加长所至。
13、磁敏电阻的灵敏度通常是如何规定的？
磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度的影响较大。
磁阻元件的灵敏度特性用在一定磁场强度下的电阻变化率来表示，即磁场—电阻变化率特性曲线的斜率。
运算时常用RB/R0求得，R0表示无磁场情况下磁阻元件的电阻值，RB为施加0.3T磁感应强度时磁阻元件的电阻值。
第7章热电式传感器
1、采用热电阻作为测量温度的元件是将
温度
的测量转换为电阻
的测量。
2、工业上和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是 Pt100 和 Pt50 。
在-259.34-630.74℃范围以铂热电阻作为基准器。
3、铜热电阻在一些测量精度要求不高
，且温度较低的场合，用来测量-50--150℃范围的温度。
4、按热电偶本身结构划分，有
普通型热电偶
，铠装热电偶、薄膜热电偶
热电偶。
5、热敏电阻的阻值与
之间的关系称热敏电阻的热电特性。
它是热敏电阻测温的基础。
6、热电偶产生的热电势一般由接触电势和温差电势两部分构成。
在总热电势中，温差电势比接触电势小很多，通常可忽略不计。
热电势存在必须具备两个条件：
一是两种不同的金属材料组成热电偶；
二是它的两端存在温差。
热电势的大小，与导体A和B的材料有关，与冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。
7、热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T，To）=
在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。
8、热电式传感器中，能将温度变化转换为___电阻_______变化的一类称为热电阻，而能将温度变化转换为电势的称为__热电偶______，其中__热电偶_____式传感器在应用时需要做温度补偿（冷端补偿）。
9、
（1）．图中的电桥是热电偶的冷端
补偿
电路。
（2）．图中：
Rt是
电阻温度系数较大
的铜线电阻。
R1、R3、R4是
电阻温度系数较小
的锰铜线电阻。
（3）．图中电路的作用是：
当
参孝端温度
变化时，引起热电势变化，由
电桥不平衡电压
提供补偿，从而保证热电偶回路的输出不变。
热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且参考端应在同一温度下。
如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度。
在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联。
利用热电偶并联可以测量平均温度。
10、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（
A．接线方便
B．减小引线电阻变化产生的测量误差
C．减小桥路中其它电阻对热电阻的影响
D．减小桥路中电源对热电阻的影响
11、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（
B、C
A．30
B．50
C．100
D．40
12、我国定型生产的CU热电阻的分度号有（
A、CU50、CU120
B、CU50、CU100
C、CU10、CU100
D、CU10、CU50
13、铜热电阻的测温范围一般为（
A
A、-150—+150℃
B、-100—+150℃
C、-50—+150℃
D、-50—+50℃、
14．有一热敏电阻的电阻值随温度变化的R-t图像如图2所示，现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电子温度计，为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值．现想使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜（设在温度范围内，欧姆表的倍率不变）
A．t1~t2段
B．t2~t3段
C．t3~t4段
D．t1~t4段
15、将负温度系数的热敏电阻、数字电流表、电源按图连接成电路．将烧杯装入2／3的水，并用铁架台固定在加热器上．闭合开关S，当热敏电阻未放入热水中时，电流表示数为I1；
将热敏电阻放入温水中，电流表示数为I2；
将热敏电阻放入热水中，电流表示数为I3．则I1、I2、I3的大
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