传感器习题分解.docx

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传感器习题分解

一、判断对错

1.热电偶的工作机理是导体的热电效应。

而热电势的产生必须具备两个条件，即两种导体材质不同且两个节点的温度不同。

[√]

2.由于光敏电阻的光照特性是非线性的,因此不宜用作精密测量元件。

[√]

3.光栅位移传感器具有较高的测量精度，主要原因是栅线密集而且加工精度高，所以保证了测量精度。

[×]

4.光纤的纤芯的折射率小于包层的折射率。

[×]

5.由于光电池的开路输出电压与光强成正比，因此可以用于测量光强。

[×]

6.电感式位移传感器由于属于接触式测量，所以不适于高频动态位移的测量。

[√]

7.某传感器给定的精度为0.1%，这意味着在满量程内测量任意值的最大相对误差不会超过0.1%。

[×]

8.传感器A采用最小二乘法拟合算得线性度为±0.8%，传感器B采用端点连线法算得线性度为±0.6%，则可以肯定传感器B的线性度优于传感器A。

[√]

9.接触式传感器将会产生测量力，从而带来测量误差，影响测量精度。

[√]

10.幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可用于高精度动态测量。

[×]

11.半导体应变传感器的灵敏度远远高于金属应变传感器，主要是因为半导体材料的压阻效应占主要地位。

[√]

12.用于测量金属板材厚度的电涡流传感器，常采用两个测头和较高的激励频率，以便满足大多数板材厚度的测量需求。

[√]

13.电荷放大器是将传感器输出的电荷进行放大的前置放大器，由于它可以使用较长的电缆并不受分布电容的影响，因而收到欢迎。

[√]

14.压电式力传感器既可以测量静态力，也可以测量动态力。

[×]

15.热敏电阻的电阻值将随着温度的升高而下降。

[×]

二、选择题

1.一小型光学仪器中用于控制光斑二维位置变化的传感器可采用：

[C]

a.线阵CCD传感器b.面阵CCD传感器c.PSD传感器

2.实现三维动态力测量的最佳方法是采用：

[C]

a.应变片传感器b.压阻传感器c.压电传感器

3.测量油库储油罐内油的液位高度适于采用：

[A]

a.超声波测距传感器b.电容液位传感器c.光纤液位开关

4.家用空调中的测温元件采用何种传感器最好？

[B]

a.热电阻b.热敏电阻c.热电偶

5.电容式液位传感器属于下列那一种型式：

[C]

a.变极距型b.变面积型c.变介质型

6.测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用：

[C]

a.应变传感器b.电感传感器c.电容传感器

7.测量炮弹发时炮筒内壁的压力且不影响安全发射，可采用的传感器为：

[B]

a.压电式传感器b.应变式传感器c.压阻式传感器

8.为一个旋转式机械分度装置增加数显系统，可采用的角度传感器为：

[B]

a.增量式编码器b.绝对码编码器c.电容传感器

9.对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为：

[A]

a.光电传感器b.霍尔传感器c.电容传感器

10.你认为自动感应式干手机中的人手感应器应为：

[A]

a.红外传感器b.超声波传感器c.图像传感器

11.差动变压器一般具有几个线圈：

[C]

a.1个线圈b.2个线圈c.3个线圈

12.在线测量高速金属回转零件的主轴径向偏摆量，可选用：

[B]

a.差动变压器b.电涡流传感器c.压电式传感器

13.下列那类传感器可以具有防水功能：

[B]

a.电阻应变式传感器b.电涡流传感器c.电容式传感器

14.为了在报纸印刷的生产流水线上监测印刷缺陷，可以采用哪一种传感器：

[B]a.面阵CCD传感器b.线阵CCD传感器c.硅光电池

15.数码照相机中用于自动调焦的测距传感器为：

[A]

a.红外传感器b.超声波传感器c.CCD传感器

1.差动变压器式压力传感器

在无压力时，膜盒处于初始状态，固连于膜盒中心的磁芯位于差动变压器线圈的中部，输出电压为零。

当被测压力经接头进入膜盒后，膜盒产生变形，并推动磁芯移动，从而使差动变压器输出正比于被测压力的电压信号。

2.电涡流式介质温度传感器

根据电涡流效应，当线圈中通以交变电流时，将产生一个交变的磁场，并在导体（即铝板）内产生电涡流，进而影响线圈的电感量、阻抗和品质因数等变化，这些参数的变化与导体的几何形状、电导率、磁导率等有关。

当被测温度变化时，将是铝板的电阻率发生变化，而其他参数保持不变，则传感器的输出只随被测温度变化而改变，从而实现温度测量。

3.压电式加速度传感器

当壳体1随被测物体运动时，质量块3感受加速度作用而产生惯性力，并作用在压电元件4上，根据压电效应，将产生正比与惯性力的电荷，从而输出正比于加速度的电信号。

4.压阻式压力传感器

在无压力时，高压腔与低压腔相互平衡，硅膜片处于初始状态，硅膜片上四个扩散电阻相等，电桥平衡，输出电压为零。

当被测压力经接头进入高压腔后，硅膜片产生变形，使得扩散电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，从而输出正比于被测压力的电压信号。

5．霍尔式磁传感器

当导体通过电流I，同时受到垂直方向的磁场B作用时，在导体的两侧形成感应电势，即霍尔电势E。

到导体不变，通过的电流恒定时，该电势大小与磁场强度成正比，由此可以实现磁场强度测量。

6．正压电效应：

离子型晶体电介质施加机械力后，将产生极化现象，在表面产生电荷。

当外力消失后，电介质重新恢复无电荷状态。

当外力改变方向时，电荷的极性随之改变。

这就是正压电效应，产生的电荷密度与外力成正比，即σ=dT，其中σ-电荷密度，T-外应力，d-压电常数。

逆压电效应：

将电场作用于某些离子型晶体电介质，其内部电荷将产生位移，导致电介质变形。

当外部电场消失后，电介质重新恢复原状态。

当电场方向改变后，电介质的变形方向也随之改变。

这就是逆压电效应。

其变形量与电场强度成正比，即EdS=t，其中S-应变，E-电场强度，d-逆压电常数。

7．电涡流效应

答：

在传感器线圈中通以交变电流I1，在周围空间形成交变电磁场H1，在处于磁场内的导体中产生涡流环，该涡流环形成的反向磁场H2，并作用于传感器线圈，从而使得线圈的参数（电感、阻抗、品质因数）发生变化。

变化的成都取决于线圈参数（尺寸大小、电流强弱）、导体参数（电导率、磁导率）和线圈与导体之间的距离。

五、计算题

1.有一测力传感器利用等强度梁制成，梁的上下面各粘贴两片相同的电阻应变片，并构成全等臂桥路，如下图所示。

（1）请在电桥的四个桥臂上填写正确的应变片符号；

（2）请推导全等臂电桥输出公式：

=

；

（3）若l=50mm，b=5mm，t=1mm，E=1*

N/mm2，应变片的灵敏系数K=2.5，供桥电压U=6V，问当输出电压

=54mV时，被测力F为多少？

（已知等强度梁的应力为：

σ=

）

2.已知一差动整流电桥电路如题图所示。

电路由差动电感传感器Z1、Z2及平衡电阻R1、R2（R1=R2）组成。

桥路的一个对角接有交流电源，另一个对角线为输出端，试分析该电路的工作原理。

3.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?

解：

2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。

因此，应该选用1.5级的测温仪器。

4.交流电路的电抗数值方程为X=wL-

当角频率ω1=5Hz，测得电抗X1为0.8Ω；

当角频率ω2=2Hz，测得电抗X2为0.2Ω；

当角频率ω3=1Hz，测得电抗X3为−0.3Ω。

试用最小二乘法求电感L、电容C的值。

1.传感器的标定分为静态标定和动态标定。

2.静态标定目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。

3.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。

4.标定仪器设备精度等级的确定:

标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。

5.

6.电感式传感器的不足:

存在交流零位信号，不宜高频动态测量。

7.变间隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。

动态测量范围：

0.001~1mm。

8.两类谐振式测量电路：

谐振式调幅电路；谐振式调频电路。

9.零点残余电压产生原因：

零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。

10.

11.

某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径，工作初始极板间距离，介质为空气。

问：

（1）如果极板间距离变化量，电容的变化量

是多少？

（2）如果测量电路的灵敏度，读数仪表的灵敏度（格／mV）在

时，读数仪表的变化量为多少？

12.逆压电效应：

当在某些物质的极化方向上施加电场，这些材料在某一方向上产生机械变形或机械压力；当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。

这种电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应”或“电致伸缩效应”。

13.压电元件的连接方式：

并联接法适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的场合。

串联接法适宜用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合。

14.

优点：

时间常数一定时，高频响应特性好。

缺点：

低频响应差。

提高低频响应的办法是增大时间常数，即增大电容或提高输入电阻。

15.从传感器的输出电压和电压灵敏度可见，连接电缆的分布电容Ce影响传感器输出电压和灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。

16.

17.光电式传感器的种类——根据工作原理：

内光电效应型和外光电效应型。

18.基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

19.基于这种光电导效应的光电器件有光敏电阻等。

20.

21.光敏三极管的光照特性近似线性关系。

但光照足够大时会出现饱和现象。

故光敏三极管既可做线性转换元件，也可做开关元件。

22.光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。

23.电荷耦合器件（缩写为CCD）以电荷为信号，具有光电信号转换、存储、移位并读出信号电荷的功能。

24.CCD是由若干个电荷耦合单元组成。

基本单元是MOS光敏元。

25.CCD信号电荷输出方式：

电流输出和电压输出两种。

26.线型CCD图像传感器主要用于测试、传真和光学文字识别技术等方面。

要获得整个二维图像的视频信号必须用扫描的方法。

27.

28.

数值孔径表征光纤集光本领的一个重要参数，即反映光纤接收光量的多少。

29.分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。

解：

外光电效应，如光电管、光电倍增管等。

内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。

30.纵波的音速在常温空气中约3.4×104cm/s,在水中为1.4×105cm/s，如果发射一个超声波的频率为40KHz,则可利用C=f×λ求出，超声波在空气中，水中及铝中的波长λ为：

空气中：

λ=

=0.86cm

水中：

λ=

=3.5cm

铝中：

λ=

=15.55cm

31.超声波的指向性：

使一个半径为R的圆版波源呈活塞状振动，发射出具有λ波长的超声波，则其指向角θ可以表示为sin

=λ/R。

例如从直径30mm的振动因子，对油中发射出1MHz的超声波，使得λ/R=10，于是其指向角

=

。

可见，欲使超音波角度集中，可减小λ或增大R，但一般以减小λ居多。

32.超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，而以压电式最为常用。

33.压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。

它是利用压电材料的压电效应工作的。

逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超音波可作为发射探头。

而利用正压电效应将超声振动波转换成电信号，可用为接收探头。

34.发射用的超声波传感器的驱动方式有自激型与他激型之分。

自激型振荡电路就像石英振子那样，利用超声波传感器自身的谐振特性使其在谐振频率附近产生振荡。

34.超声波测厚常用脉冲回波法。

超声波探头与被测物体表面接触。

主控制器产生一定频率的脉冲信号，送往发射电路，经电流放大后激励压电式探头，以产生重复的超声波脉冲。

脉冲波传到被测工件另一面被反射回来，被同一探头接收。

如果超声波在工件中声速U是已知的，设工件厚度为

，脉冲波从发射到接收的时间间隔t可以测量，因此可求出工件厚度为

Ut/2

35.指向角

与超声源的直径D、以及波长

之间的关系为：

sin

=1.22

/D

设超声源的直径D=20mm，射入钢板的超声波（纵波）频率为5MHz，则根据式可得

=

，可见超声波的指向性是十分尖锐的。

36.半导体气敏传感器：

利用待测气体与半导体表面接触时产生的电导率等物理性质变化来检测气体。

37.气敏器件有烧结性、薄膜型和厚膜型三种。

38.电阻型半导体气敏器件全部附有加热器。

加热器作用：

烧掉附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。

加热器的温度一般控制在200-400℃左右。

39.加热方式一般有直热式和旁热式两种，因而形成了直热式和旁热式气敏器件。

40.正特性湿敏半导瓷的导电机理：

正特性湿敏半导瓷材料的结构、电子能量状态与负特性的不同。

电子浓度下降，表面电阻加大。

因此，这类半导瓷材料的表面电阻随湿度的增加而加大。

41.半导体色敏器件工作原理：

当有入射光照射时，P+、N、P三个区域及其间的势垒区中都吸收光子，但效果不同。

紫外光部分吸收系数大，经过很短的距离已基本吸收完。

浅结的这只光电二极管对紫外光灵敏度高。

红外光部分吸收系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。

深结的那只光电二极管对红外光灵敏度高。

在半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度。

42.

43．