检测与技术习题课

第1章 传感器的一般特性一、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是 、、、等。2、通常传感器由、、三部分组成，是能把外界—转换成的器件和装置。3、传感器的是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。4.测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和随机误差三类，其中可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。5、一阶传感器的时间常数T越，其响应速度越快;二阶传感器的固有频率30越,其工作频带越宽.6、灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传感器与相应的之比，用公式表示。一、选择1、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（）两个组成部分。A.放大电路B.数据采集电路 C.转换元件 D.滤波元件2、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为（）。A.眼睛 B.感觉器官 C.手 D.皮肤3、属于传感器静态特性指标的是（）A.固有频率 B.临界频率C.阻尼比D.重复性4、衡量传感器静态特性的指标不包括（ ）。A.线性度 B.灵敏度C.频域响应 D.重复性5、下列对传感器动态特性的描述正确的是 （）A一阶传感器的时间常数T越大，其响应速度越快B二阶传感器的固有频率30越小，其工作频带越宽C一阶传感器的时间常数T越小，其响应速度越快。D二阶传感器的固有频率30越小，其响应速度越快。6、三、计算分析题1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章 电阻应变式传感器一、选择、填空题1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称 效应；2、产生应变片温度误差的主要因素有_、_和_。3、应变片温度补偿的措施有、—。.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，—接法可以得到最大灵敏度输出。.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 同时还能起到一

的作用。-k诬H一、选择1、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ ）。A.不变B.2A.不变B.2倍C.4倍D.6倍2.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片两个桥臂都应当用两个工作应变片串联两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片）3、产生应变片温度误差的主要原因有（A、电阻丝有温度系数B、试件与电阻丝的线膨胀系数相同C、电阻丝承受应力方向不同.利用电桥进行温度补偿，补偿片的选择是A.与应变片相邻，且同质的工作片B.与应变片相邻，且异质的工作片C与应变片相对，且同质的工作片D.与应变片相对，且异质的工作片.通常用应变式传感器测量（ ）。B.密度B.密度D.电阻）。B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法D.恒流源温度补偿电路电阻的相对变化主要由（ ）来决定的。B、电阻丝几何尺寸的变化D、外接导线的变化C.加速度.电阻应变片的线路温度补偿方法有（A.差动电桥补偿法C.补偿线圈补偿法7、金属丝应变片在测量构件的应变时A、贴片位置的温度变化C、电阻丝材料的电阻率变化二、计算分析题1、说明电阻应变测试技术具有的独特优点。2、以阻值R=120Q,灵敏系数K=2.0的电阻应变片与阻值120Q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2四和2000四时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。解：依题意单臂:差动:单臂:差动:U3…{,、U=「kg=—X2.0X8=3x10-6V）,（£=2u£）o443x10-3（V）,（£=2000u£）U3八八{ /、U二=Lkg=x2.0x8=6x10-6（V）,（£=2u£）o226x10-3（V）,（£=2000u£）灵敏度:解：图2-12悬臂梁式力传感器等强度梁受力F解：图2-12悬臂梁式力传感器等强度梁受力F时的应变为6Fl如图2-12（见教材，附下）所示。已知l=10mm,b0=11mm,h=3mm,E=2.1X104N/mm2,心2,接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V,求其电压灵敏度（心山0阴。当称重0.5kg时，电桥的输出电压U0为多大？（等强度梁的应变计算式为S=6FL/bl2E）幺K4s=KU46FlkU./4=1.5x10-6（y/四）,（单臂）kU./2=3x10-6（V/四）,（差动）可见，差动工作时，传感器及其测量的灵敏度加倍。3、3、s二 h2bE当上下各贴两片应变片，并接入四博差动电桥中时，其输出电压:=K=K^1^=2x 6X100X6h2boE 32x11x2.1x104K=Uouf=3.463x10-3（V/N）=3.463（mV/N）当称重F=0.5kg=0.5x9.8N=4.9N时，输出电压为U=KF=3.463x4.9=16.97（mV）0u第3章电容式传感器一、选择、填空题1、极距变化型电容传感器的灵敏度与（）。A、极距成正比 B、极距成反比C、极距的平方成正比D、极距的平方成反比2、将机械位移转变为电容量变化时，电容式位移传感器的基本结构可分为型，型和型三大类。二、计算分析题1、简述电容式传感器的工作原理。2、简述电容式传感器的优点。3、试计算习题4—2图所示各电容传感元件的总电容表达式。习题图4-24、在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路，如习题图4-3所示。已知：6o=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1kH；U=60V(交流)，频率f=400Hz。试求：(1)该电容传感器的电压灵敏度K(V/^m)；Sr(2)当电容传感器的动极板位移△=10um时，输出电压Usc值。TOC\o"1-5"\h\zj ।固定电极 SC* -1活动电极 c=o.ooiMr/\c=o.ooiJ1F°L "--n固定电极 »区\Zj7 6 4 6习题图4-35、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙do=0.3mm。试求：(1)如果传感器与工件的间隙变化量△d=±10^m，电容变化量为多少？(2)如果测量电路的灵敏度足K:100mV/pF，则在△d=±1Rm户时的输出电压为多少?第4章电感式传感器一、选择、填空题.变间隙式自感传感器的—和—是相互矛盾的，因此在实际测量中广泛采用—结构的变隙电感传感器。.电感式传感器是利用被测量改变磁路的—，导致—变化的。磁电式传感器是利用——产生感应电势的。而霍尔式传感器是利用在磁场中的霍尔效应而输出电势的。.电感式传感器种类很多。虽然结构形式多种多样，可分为、—、—三种结构。.电涡流传感器根据激励电流频率的高低，可以分为―、―两种。5、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据—的基本原理制成的，其次级绕组都用—形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。6、变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与 矛盾。这点限制了它的使用，仅适用于的测量。7、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减少)。二、计算分析题1、说明电感式传感器有哪些特点。2、分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和灵敏度。3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。4、分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善?

5、某差动螺管式电感传感器的结构参数为单个线圈匝数W=800匝，l=10mm,l=6mm,r=5mm,r=1mm，设实际应用中铁芯的相对磁导率^=3000，试求： c（1）在平衡状态下单个线圈的电感量L0=?及其电感灵敏度足KL=?（2）若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz，电压E=1.8V，设电感线圈有效电阻可忽略，求该传感器灵敏度K。⑶若要控制理论线性度在1%以内，最大量程为多少?螺管式线圈插棒式铁芯(a)图3-15螺管式线圈插棒式铁芯(a)图3-15差动螺管式电感传感器第7章热电式传感器一、填空题1、热电偶在实际中测量温度时，需要几个定律来提供理论上的依据，这些定律分别是：―匀质导体定律__,―中间导体定律,连接导体定律。2、热电偶传感器的工作基础是—闭合回路，产生的热电势包括接触电势和—温差―电势两部分。热电偶的连接导体—定律是工业上运用补偿导线法进行温度补偿的理论基础；根据_中间导体一定律，可允许采用任意的焊接方式来焊接热电偶。选择：1、热电偶的冷端处理方法有：（ABA、补偿导线法 B、冷端温度恒温法C、相敏检波 D、串联二极管2、热电偶中产生热电势的条件是（BCA.两热电极材料相同 B.两热电极材料不同C.两热电极的两端温度不同 D.两热电极的两端温度相同3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（D）。A.补偿导线法 B.电桥补偿法C.冷端恒温法 D.差动放大法4、对于热电偶冷端温度不等于（B），但能保持恒定不变的情况，可采用修正法。A.20℃ B.0℃ C.10℃ D.5℃5、热电偶中产生热电势的条件有（B）。

A.两热电极材料相同 B.两热电板材料不同C.两热电极的几何尺寸不同D.两热电极的两端点温度相同6、对集成温度传感器，下列叙述不正确的是 (C)A输出线性好 B测量精度高C测量温度高 D满量程非线性偏离小7、二、计算分析题1、热电偶结构由哪几部分组成？2、用热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的方法有哪几种？3、热电阻温度计有哪些主要优点？4、已知铜热电阻一Cul00的百度电阻比W(100)=1.42,当用此热电阻测量50℃温 度时，其电阻值为多少?若测温时的电阻值为92Q，则被测温度是多少？解：由W(100)=R100/R0=1.42，则其灵敏度为K二尺100-R0=142R0-R0=042R0=⑼X0-42=042t/oC)

100-0 100 100 100 ,则温度为50℃时，其电阻值为R50=R0+Kx50=100+0.42x50=121(Q)当Rt=92Q时，由Rt=R0+Kt,得t t=(R-R0)/K=(92-100)/0.42=-19(℃)5、将一灵敏度为0.08人丫/℃的热电偶与电位计相连接测量其热电势，电位计接线端是30℃,若电位计上读数是60mV,热电偶的热端温度是多少？解：60mV解：60mV0.08mV/。C+30。C—780。C6、参考电极定律有何实际意义？已知在某特定条件下材料A与箱配对的热电势为13.967mV,材料B与伯配对的热电势是8.345mV,求出在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势。解：由标准电极定律E(T，T0)=EA粕(T，T0)-EB粕(T，T0)=13.967-8.345=5.622(mV)7、银铬一银硅热电偶灵敏度为0.04mV/r,把它放在温度为1200c处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50℃,试求热电势大小。解： E(1200，50)=(1200-50)x0.04=46(mV)8、热电偶温度传感器的输入电路如习题图7-20所示，已知伯铑一箱热电偶在温度0〜100℃之间变化时，其平均热电势波动为6rV/℃,桥路中供桥电压为4丫，三个镒铜电阻(Rl、R2、R3)的阻值均为1Q,铜电阻的电阻温度系数为口=0.004/℃,已知当温度为0℃时电桥平衡，为了使热电偶的冷端温度在0~50℃范围其热电势得到完全补偿，试求可调电阻的阻值只r5。解：热电偶冷端补偿电势E(t,0)=kt,式中，k为热电偶灵敏度(k=6|iV/℃),而补偿电桥输出电压(见习题图7-20)「UAR URatUU——j,—— ——「at0 4R 4R 4冷端补偿时有-U 4k 4x6.一kt——i-atnU——— ―6000P-V4ia0.004 =6mV根据电桥电路，其等效电路为R「R和R2、R3分别串联后再并联，然后与电源、R串联，桥臂电阻串并联后为1Q,由此可得“

1xU.=1xE/(R+1)所以 R=E/U.-1=4000/6-1=665.7(Q)9、在某一瞬间，电阻温度计上指示温度。厂50℃,而实际温度n=100℃,设电阻温度计的动态关系为%kL2)其中，k=0.2/s。试确定温度计达到稳定读数(0.995OJ所需时间。解：02从50℃上升到0.9954=0.995x100=99.5℃解：de2rn) de2 …—2-=kYe—e°)n 2—=kdtdt1 2 e1-e2J05d(e-e)j--J50^n=kJ0dt1 210、阻值。解：则-ln6-e)0.5=ktnt=ln-^-0.2=23(s)1 215010、阻值。解：则某热敏电阻，其B值为2900K,若冰点电阻为500KQ,求热敏电阻在100℃时的T0=0℃=273K,R0=500kQ；T=100℃=373KR373=R273e2900(1/373-1/273)=28.98(^)霍尔传感器1、选择：霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括()A.霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B.半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C.周围环境温度变化D.激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配2、简述霍尔效应及霍尔传感器的应用场合3、霍尔元件能够测量哪些物理参数?霍尔元件的不等位电势的概念是什么4、某霍尔元件lXbXd=10X3.5X1mm3,沿l方向通以电流I=1.0mA,在垂直于lb面方向加有均匀磁场B=0.3T,传感器的灵敏度系数为2