传感器原理及应用复习题(2)

A、相邻桥臂阻抗值乘积相等 B、相对桥臂阻抗值乘积相等 C、相对桥臂阻抗值比值相等 D、相邻桥臂阻抗值之和相等

预 测 题

2.对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率形影或稳态响应，对于阶跃信号，则称为阶跃响应或瞬态响应。

三、判断题（在你认为对的判断后打?，错的判断后打?，每题1分， 10题共10分） 1，压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，适合于频率较低的被测量的测量，甚至是静态量的测量。（ ? ）

2.线性度是传感器的静态特性之一。 （√ ） 3.电涡流式传感器可以进行无接触测量和探伤。 （√ ） 4.应变片式压力传感器仅能对压力进行测量。 （× ） 5.时间响应特性为传感器的静态特性之一。 （× ） 6.电阻应变片式传感器可以对位移、加速度、压力等进行测量。 （√ ） 7.在传感器的基本特性中，瞬态响应特性是其动态特性之一。 （√ ） 8.电涡流式传感器不可以进行无接触测量。 （× ） 9.电容式传感器可以对位移、加速度、压力等进行测量。 （√ ） 10.传感器的稳态响应指的是输入信号为正弦信号的频率响应。 （√ ） 11.超声波测流速的机理是它在静止流体和流动流体中的传播速度不同。（√ ） 13.传感器按输入量分为模拟式和数字式传感器。 （× ） 14.电涡流式传感器属于电容式传感器，可以用于无损探伤。 （× ）

17．光纤传感器最基本的工作原理离不开光的调制和解调两个环节。 （ 对 ） 18．磁敏二极管是根据光生伏特效应制成的。 （ 错 ） 19．光电管和光电倍增管是利用内光电效应制成的。 （错 ）

20．光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大。这样光敏电阻的灵敏度就高。 （ 对 ）

21．光电管传感器所加的电源电压为反向电压。 （ 对 ）； 22．光电管传感器的制作原理是根据光生伏特效应制成的。 （ 错 ）； 23．玻尔帖电势（接触电势）只与两种金属接点的温度有关。 （ 错 ）；

24．光电材料在光的照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。 （ 对 ）；

25．光电倍增管的作用是改变光电管检测光电流的信噪比。 （对 ）；

26．半导体电阻型气敏传感器都设有加热器的作用是为了减小测量时的气体电阻。 （ 错 ）； 27．霍尔电压与磁感强度成正比，磁感强度改变方向时，霍尔电压也改变方向。 （对 ） 四、简答题（4题，共18分）

1、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善?

答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。 半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。

2、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?

答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。

变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。

变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。

3、简述热电偶的几个重要定律，并分别说明其实用价值。

答：1、中间导体定律；2、标准电极定律；3、 连接导体定律与中间温度定律 实用价值：略。 4、【必考题】热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？

答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。

（2）A：补偿导线法B：冷端温度计算校正法C：冰浴法D：补偿电桥法。 5.【必考题】什么叫电阻应变效应？什么叫压阻效应？

解：电阻应变效应：金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象

压阻效应：半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化 6.试比较金属丝电阻应变仪与半导体应变仪的相同点与不同点？

解：相同点：两者的R，即单根的导电丝的灵敏度系数均遵从

不同点：对金属来说，

R0??R/R??1?2m???

??很小，可忽略不计。对半导体而言，??比1+2u大得多，即半

导体灵敏度要比金属大50-100倍。

7.会画电桥。各自的输出电压及电桥的灵敏度如何计算？什么是传感器？请画出传感器系统的组成框图。 解：

8.什么叫外光电效应？什么叫光电导效应？什么叫光生伏特效应？

解：外光电效应：光电材料在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象 光电导效应：光照变化引起半导体材料电导变化的现象

光生伏特效应：光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

9.什么是霍尔效应？一个霍尔元件在一定的电流控制下，其霍尔电动势与哪些因素有关？ 解：置于磁场中的半导体薄片的电流方向与磁场方向不一致时(1分)，在半导体薄片上平行于电流和磁场方向(1分)的两个面之间产生电动势的现象.（1分）

E=KIB。K是霍尔元件的灵敏度系数。I是电流。B是与I和E均垂直方向上的磁感应强度。因此，霍尔电动势由B的大小及方向决定

10.一台采用等强度梁的电子秤，在梁的上下两面各贴有两篇灵敏度系数均为k=2的金属箔式应变片做成称重传感器。已知梁的L=100mm,b=11mm,h=3mm,梁的弹性模量E=2.1*104N/mm2..将应变片接入直流四臂电路，供桥电压Usr=6V..试求： （1）称重传感器的灵敏度（V/Kg）？

（2）当传感器的输出为68V时，物体的荷重为多少？ 解：

5【必考题】、如图为实验室常采用的冰浴法热电偶冷端温度补偿接线图， （1） 图中依据了热电偶两

个基本定律，分别指出并简述其内容；（4分）

（2） 将冷端至于冰水槽的

主要原因是什么？（2分）

（3） 对补偿导线有何要求？（2分） 答案：

（1） 中间导体定律：在热电偶回路中，只要接入的第三导体两端温度相同，则对回路的

总的热电动势没有影响。中间温度定律：热电偶AB的热电势仅取决于热电偶的材料和两个结点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。

（2） 热电偶分度表以0摄氏度为基准； （3） 与导体材料A、B有相同热电特性

（不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同；连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应；补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测

量带来误差。）

6、一个铁氧体环形磁芯，平均长度为12cm，横截面面积为1.5 cm2，平均相对磁导率为μr= 2000。求:

(1)均匀绕线500匝时的电感； (2)匝数增加1倍时的电感。

解：当线圈绕在这种圆形的磁芯上时，电感的计算公式为

?1 ?:L＝N

2R=m2.5*101.2*10-75-2-4=7.85H

?2 ?:L2=4*L=31.4H为多少？

2000*4*p*10*1.5*107.一电阻应变片的灵敏度系数k=2，阻值R=120。设工作时其应变为1000 ，问其电阻变化

解：因为S?(?R/R)/?,

所以，?R?S?R?2*1000*10*120Ω =0.24Ω

8.霍尔组件L*W*D=10*2*1(mm)3 ，沿L方向通以电流I=2mA，在垂直于LW方向加有均匀磁场B=0.1T,传感器的灵敏度系数KH=20V/A*T。试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 解：输出的霍尔电势为： 由

UH=KHBI=20*2*10-3*0.1mV=4mV

?6?2KH＝RH1，RH? dne可得载流子浓度为：

n=1/(KH*ed)=1/(20*1.6*10-19*1*10-3)m3=3.125m3

33．图1所示为一直流应变电桥。Ui=5V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：如果R1、R2感受应变极性相反，且|△R1|=|△R2|=1.2Ω，电桥的输出电压U0为多少？

?UO?U??R1?R2?R3?R4?U??R1?R2?4?1.2?1.2??????????????????20mV4?R1R2R3R4?4?R1R2?4?120120?????R3??R1?R1??=0.02V

??R1?R1?R2??R2R3?R4?

或者 U0?U?

图1

34.下表为某热电偶的分度表，测量电路如图2所示，数字电压表的读数为4.10mV，热电偶与

电压表用补偿导线连接，计算被测温度Tx是多少。

解：E(Tx,20℃)=4.10mV

E(Tx,0℃)=E(Tx,20℃)+E(20℃,0℃) =4.10+0.80mV=4.90mV 因为E(120℃,0℃)=4.90mV 所以Tx=120℃

图2

35．已知某霍尔传感器的激励电流I=3A，磁场的磁感应强度B=5×10-3T，导体薄片的厚度d=2mm，霍尔常数RH＝0.5，试求薄片导体产生的霍尔电势UH的大小。

解：由霍尔效应原理实验知，UH?RH?IB (3分) d将已知数据代入上式得， 3?5?10?3UH?0.5??3.75 （V） (3分) 2?10?336.有一个以空气为介质的变面积型平板电容式传感器，如下图所示，其中a=8mm，b=12mm，两极板间的距离为d=1mm。当动极板在原始位置向左平移了5mm后，求传感器电容量的变化△C及电容相对变化量△C/C0。（空气的相对介电常数εr=1F/m，真空的介电常数ε0=8.854×10-1 2F/m）

解：C0??0?rAdd??0?r(a*b)d

?C??0?r(?a*b)

?C?a3Ca K?0?0?8?0.00625

?A?A5*12预 测 题

2.光电器工作原理主要基于（外光电效应）、（光电导效应）、（光生伏特效应）。

1必须由两种不同的材料才能构成热电偶；当电极热电偶两结点温度相同时，回路中总电势等于零。

16．△压电式传感器是否具有体积小、结构简单等优点，适合于静态量的测量？（69）判断 17．△互感差动变压器式传感器是由两个相互对称的次级线圈组成的？（41）判断

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