传感器与测试技术简答题要点

1、传感器与测试电路复习题小题1. 能将红外辐射量变化转换成电量变化的装置成为红外探测器。红外探测器根据热电效应和光子效应制成。前者成为热敏探测器，后者成为光子探测器。2. 光栅是由很多等节距的透光缝隙和不透光的可先均匀相间排列构成的光电器件。按其原理和用途，它又 可分为物理光栅和计量光栅。物理光栅是利用光的衍射现象制造的，主要用于光谱分析和光波长等量的测 量。计量光栅主要利用莫尔现象，测量长度、角度、速度、加速度、振动等物理量。3. 以光栅的栅距作为分辨单位，只能在有合适的光栅栅距的基础上，对栅距进一步细分，才可能获得更高 的测量精度。4. 编码器按其结构可分为接触式、光电式和电磁式三种，后两种

2、为非接触式编码器。简答题1、热电偶为什么要进行冷端补偿？补偿方法？I为了热电势与被测温度成单值函数关系，需要热电偶的冷端温度保持恒定，由于热电偶的温度热电势关系曲线是在冷端温度等于 0C下得到的，已知配套的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，在测量时 必须满足冷端温度等于 0C的条件，否则会出现误差，而在实际工作时冷端受外界温度影响很难恒定也不 等于0C。方法：冷端温度恒温法计算修正法电桥补偿法2、什么是压电效应？当某些物质沿其耨一方向被施加压力或拉力时，会产生形变，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的 电荷；当去掉外力后，它后重新回到不带点状态这种现象称为正压电效应。反之，在某些物质的极化

3、方向 上施加电电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场后该物质的变形随之消失，这种电能转变为机械能的 现象称之为逆压电效应。2、为什么压电晶片不能做动态测量？只有在外电路负载无穷大， 且内部无漏电时，受力产生的电压U才能长期保持不变；如果负载不是无穷大， 则电路就要按指数规律放电。这对于测量缓变信号极为不利，必将造成测量误差，只有在其上加交变力电 荷才能得到补充，因此压电晶体不能做动态测量。3、霍尔效应及其原理？在置于磁场的道题或半导体中通入电流，若电流与测长垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会岀现一 个电势差，此现象为霍尔效应，其本质是固体材料中载流子在外加磁场中运动时因为受到洛仑兹力的作用

4、， 而使轨迹发生偏移并在材料两侧产生电荷积累形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到洛仑兹力的 与电场力相平衡从而在两侧建立起一个稳定的电势差及霍尔电压。4、霍尔元件不等位电势产生的原因？当磁感应强度为0时，控制电流为额定值，霍尔电极间的空载电势成为不等位电势。产生原因：霍尔电 极安装位置不正确，不对称或不在同一等电位量上。半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或使几何尺 寸不均匀。控制电极接触不良造成控制电流不均匀分布。5、莫尔条纹是如何形成的？有哪些特性？若将两块光栅(主光栅、指示光栅)叠合在一起，并且使它们的刻线成角度9，由于光栅的刻线相交处形成亮带，而在一块光栅的刻线与另一块光栅的缝隙相

5、交处形成暗带，在与光栅刻线垂直的方向，将岀现明暗相间的条纹，这些条纹就成为摩尔条纹。特性：运动对应关系位移放大作用。B=W/2/sin( 9 /2)当两块光栅沿着垂直于刻线方向相对移动时，莫尔条纹将沿着刻线方向移动，光栅移动一个节距W莫尔条纹也移动一个间距 B,从式可知，9越小，B越大，使得B>>W即莫尔现象有使栅距放大的作用，因此独处 莫尔条纹的数目比读光栅刻线要方便的多。误差平均效用。计算题1有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图所示。 请给出由这四个电阻构成全桥电路的示意图。 若该梁悬臂长 L=0.25m，宽b= 0.06m,厚h=0.003m，弹性模量

6、E =7 1010Pa，应变片灵敏度系K=2，应变片空载电阻 R=120i，应变片中心距固定端 x= 0.4L，现受一向下力F =1N，试求此时四个应变片的电阻值。(梁上各处应变 :-6(LfX) F )bh E6(L -x)bh2E0.06m 汉(0.003m)2 汉 7 汇 1010 N/mUoR36 (1 -0.4) 0.25 mRi1N =2.38 10.：R=RK；=120 Q 2 2.38 10, =0.005712 Q1 / l<对于 R, R4 = ； ： 0 = R 0 R = R = 120.005712Q« 、对于 R2, R3 二；：:0 = ：R ：

7、0R2 - R3 - 119.994288Q2、阻值R =120门，灵敏系数K =2的电阻应变片与阻值1201的固定电阻组成电桥，供 桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2 和2000；时，分别求出单臂、半桥差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。单臂时E A r e3当应变为2；电桥输出为 UK2 2 10=3 10J3V4 R44E Ar e3当应变为2000；时电桥输出为 U= = EK；二一 2 2 1010V4 R44电桥电压灵敏度为R半桥时当应变为2；电桥输出为u=二旦=2 2 10=6 10V2 R 22Ar 3当应变为2000；时电桥输出为UK2 2 1

8、0-6 10V2 R22电桥电压灵敏度为SuR 2显然半桥电桥电压灵敏度为单臂的2倍。3、有一钢板，原长 L=1m，弹性模量E =2 1011 Pa，使用 BP-3箔式应变片 R=120，灵敏度系数K=2，测出的拉伸应变值为300卩&试求：钢板伸长量 L,应力AR/R及A R。如果要测出1卩应变值则相应的.：R/R是多少？L* E =L：L = L ； = 1 m 3 0 01 *0. 3 m m二二；E =300 1t 2 ¥0 Pa = 67 1 0 Pa厶 R_6_4=K ； =2 300 10=6 10RR =RK； 1206 十0=0. 072若要测出1 口应变值，

9、则R上上K；：=2 1 10=2 10RA 14、211在材料为钢的实心圆柱试件上，沿軸线枷圆尚力"向舁邸-片电阻対nun的金厲陶变片眄和比， 把这两隔变片接人差动电桥（参看列題恍一】h齐钢的泊松比p=0.2S5，应变片的屍敏毎数22.电桥厉电 源电压q=2¥当试件受釉向拉伸时.测得应变片R的电阻变化值AR=0.4SQ,试求电桥的输出电压U°；若 柱体直桎dFOmm,材斡的弹性§E=2xLOllN7mzT求其所受拉力大小.60Ml由AR的=居则0.49/1202_Ej= -=-0.25x0.002 -O.QOO57所以电桥输出贞圧为-2x(0.002 +

10、 0.00057)= 0.ft0257(V)=2.57m¥<T _ F肖柱体直径"FUmni时*由£ 巫_ £ E得/ =£5 = 0.002x2 xlO11= 3.14xl0N)5、212 ，种采用第强唆梁的电广称+任唏的上卞两时齐姑育临片电毗应变X.做成称甫传感器如匀电桥的输出电压叫为多大?程圏212所屆 已和口 Omen bfllmim h=3mrn f E=2.l X lO/mm2，K=2+接入頁流四普怎动电徐 供桥电圧斛，茨兀电圧灵敏度広胃匚严）。称崑此昨吋*解：尊强度梁童力F时的应变为6FI为上下各贴两片应甕片.并接入四臂墓动

11、电桥屮时. 購出电压:U6FI口 =丁皿=毗7 _4r叫E冊只电味灵披度沟 6tu, ,6 kLOOx 6P&E " 32xUK2.1kLO4=3jM3 x W3 (V/N>3.46XmV/N)当称磴F-0,5kg=OrJx9,«N=4r9NHl输出电压为6、Uo =Ku F=3.463.3=16.97(mV)有-只差功电感位移传感器，已知电源电Lr =4Vt /=400Hzi传 感器线圈铜电阻与电感量分别为R=4OQ. L= 30mH,用两只匹配电阻设计成 四臂等阻抗电桥*如习题图316所示，试求：匹配电阻R/UR的值；当吋，接成差动电桥后的输出电压值：解：

12、(1)线圈感抗X =(aL=27i/L=27Vx400x30x10'=75.4 '：门线圈的甩抗Z =収 + 産= 7402 +75.42 = 85.4(Q)故其电桥的匹配电阻见习题图3-16>R, = R4=Z=S5.4 (Q)(2)当AZ=10QMf电桥的输出电压分别为 乞竺丄汽竺2 Z 2 85J0.234(/)z詈 = 1.4Kx+ 10x1003= ±0.04pF7、4-4冇-台变阖隙推接鮭弋电容测徴仪.具怙感器的羅扳半<Sr-lnim.值设与械测工件的初始间陳 叫 =0.3mino 试城：(订如果信感器弓工件的间隙变化量(1=±10凹

13、1电容变优星爲多少？如果测最电跨的旋般度足Ku=l00mVF，则曲dVd|Hn时的輪出电压为多少？解：由题盍可求(1)初始业容：S.S5xlO-12 xx(4xl0-3f0.3 x 10=空=竺 = L48xC10-l-(Fj = l 48PFAC d= _Ih G 心t则当也g土 (Him时如果考曲L =0.3inlulOum1 jd?=0.3niin - 10yinZ间的电容变化最眾.则阴伪 ACF=2|AC|=2 叩.049=0.0 弼 pF(2)当 AdwHpni时± 1/JHUA1网xl.48PF = ±0.0049pF(tl Ku= 100m 7pF=U0/AC

14、 + 则L(J=K uAC =1 OOmV/pFx (iO .00 49pF>iO .49m VU 才匾'甬匚'；）厨示垂荡圧商疋两裔i形电容传感器.其可动内电极圆筒外经固定电极 外凰筒内经DPOnmi.初始平窗时.上、下电容器电楼覆盖长度LLy=LG=2mmr电极间为空气介质.试（1）初始执态时电容器q、G的值；（2）当将其接入习題图4-14（b）Sf示差动变压器电桥电路.供桥电压沪10 V （龙流）若传感器工作时 可动电极筒最大也移Ax=±02mm,电桥输出电压的堆大变化范围为李少？何W （门初始状态时严 严 严 2砖花 2xx8 85x10-12x2xl0

15、-3Ln d= 5.51xlO_l2(F) = 551pF(2)当动电摄筒应移Ax=+0-2miii (向上)时.=24-0.2=2 2mm. L2=2-Q 2=18inni.则2xjtxS.85 xlO_n x 2.2X10-3In1097= 6.06xlO_,2(F)=6.06pF2x-x8.85x 10-12 xl.Sx 103= 4 96xlU2(F) = 4.96pF羌动变压器电怖榆出人E Cv-C2 _T cTcT-巴 ®06_4.% = Q n2 6.06 + 4 %同理"当动电战筒0.2mm 向下)时* L(=20.2=1 8mmL,=2+0.2=2.2in

16、in,则CT = 4.96pF C2 -6.06pF羌动变压器电桥榆出为9、注:该题中的BaTiO3按照教材中的数据为；r =1200, d33 =190 ,此答案中的数据有误，请同学自行改正。*产生的电荷量S3有一压屯晶休.共面积为20mm-<度为I Omni.气豐到压Zlp-ldMI殂作用时.及输岀电圧：(门零度X切的纵向石英晶休口)利用纵向效.应的解=由捱意知.压电詁佯覺力为F=pSM 0 x 10x20 x 10=200(X)ti) ox切割石英晶也 cr=4 5, dn=2 sixnr1等效电容c _ eS _8.85x0-12 x4.5x20x 10a d lOxlO-3=7

17、.97 X 10_n(F)爱力F严宦电荷0=d“F=2 和 X 10_| 2 X 200=462 X Q-(C)=-Ki2pC,输出电压462 xlO-117 97xlOJ= 5.796xlO1(V)利用纵向散应的BaTiOr e-15MM( dv=191sLOHC/N等效电容c _ &85xl0T，x 1900乂 20x10"厂10xl0-J=33 6X10l-(F)=33.6<pF)Q虫产生电荷0=191 X LO-12 X 2(50=3S2UC X 1 旷応(C)=3.82X l 旷乜输出电馬O _ 3.82x10-C_"33.6xl0_,i137xlO

18、V)10J 石英捅体压I也兀诃败器而钏为厅度为lnum固定在两蛊属板Z间用来测虽迪过届 悴两面力的变化.材料的弹性模fi5>«IOloPa电荷灵敏度2pC/NT相对介电常数是悅1.材斡相对斷面 伺电口竝10叫h 个20pF的电客和一个W0in帕狀阴Lj械扳井联?； IWJj|jyjb=o.ulsm()C00uN-求：(】)两槻板间电压并一咋值i(2)聶体厚度的最大变化.Mi (1)右英压电晶片的电眷_ 6tsrS _ 8.85xID-11 x5J x 100xlOa d =1x10=4514 XJo-,3(F)*4.$pFFtl于叽10门，井联电容R片=10015=10*】则总

19、电阳R=R/Rjj =-io14/iofi=io8n总电容OCJ/C 井-4,54-20-24.5 又因F=0 01sin(1000tN=Fm auilJN, kq =2 pC/N则电薪备 FU d., F =k F =2 pC/Xx0 01N=0 02pC匸 nallmq inr- r£凡甸0,02x 10-12 x10J xlO1t. =二""vi+iio3xio'x34 5xi°'i3r=O.75fi*l 旷” (V )=0.756m V聲一峰值；(2> 应变賂=Fm /SE =0.01/(100“lCxgxio10 >

20、=.l Ixio-9 =-m%,= Hl.llxlO_9(mn1>=l I HIO-9 nim悚度显大变化虽即耳度变化昭覘一峰値)=2Adm-2.|.llx|0 -2J2xlO (mm)=2J21 旷 I?11111、已知铜热电阻Cu100的百度电阻比 W(100)=1.42 ,当用此热电阻测量50 C温度时, 其电阻值为多少？若测温时的电阻值为921，则被测温度是多少？R由 W(100) =1.42可得： 100 =1.42 已知 Ro =100 = R。=142Ro由R =尺(1 +o(t),将 R。=100和Ro。=142代入得到电阻温度系数a = 0.0042/C当测量的温度为

21、50C时，贝U Rt =R0(1 *t) = 100(1 0.004250)=121 'J当电阻值为 92 门时，有 R0(1：t) = 100(1 0.0042 t)=92= 19C12、若某光栅的栅线密度为50线/mm,主光栅与指示光栅之间的夹角为0.2度。 说明莫尔条纹形成原理及特点。 求其形成的莫尔条纹间距Bh是多少？ 当指示光栅移动100呵时，莫尔条纹移动的距离？ 该答案在简答题时已经给出，不再赘述。1W0. 0 2mm5 0 m m莫尔条纹宽度为 光栅的栅距为：r W20"0mm J .Bh5.73mmP0 22sin = 2sin 也2< 2当标尺光栅移动100微米时，莫尔条纹移动的距离为5.73mm X100X10上m = 28.65mm0.02mm13、压电式加速度传感器与电荷放大器连接，电荷放大器又与函数记录仪连接。已知： 传感器的电荷灵敏度 Kq =100 pc/g，反馈电容 Cf = 0.001卩F，被测加速度 a =0.5g。试求： 电荷放大器的输出电压是多少？电荷放大器的灵敏度（每库仑输出的电压）是多少？ 右函数记录仪的灵敏度 Kg = 2