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传感器习题与思考题146题

第1章传感器概述

1．下列传感器属于物性型有源传感器的是（D）

A金属电阻应变片 B压电式传感器 C热敏电阻  D半导体气敏传感器

2.什么是传感器？

它由哪几个部分组成？

分别起到什么作用？

答：

传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。

传感器由敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源四部分组成。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；转换电路转换成电量输出。

3.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？

什么是传感器的静态特性，描述传感器静态特性的技术指标有哪些？

各种参数代表什么意义？

什么是传感器的动态待性？

动态参数有那些？

应如何选择？

答：

传感器的性能参数反映了传感器的输入与输出关系。

传感器的静态特性指被测量处于稳定状态下的输入输出关系。

传感器静态特性的技术指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移。

传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值。

传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

一阶传感器的动态参数是传感器的时间常数。

当ωτ《1时，A（ω）≈1，φ（ω）≈0，表明传感器输出与输入为线性关系，输出比较真实的反映了输入的变化规律。

二阶传感器的动态参数有传感器的固有频率、传感器的阻尼比。

传感器固有频率ωn》ω输入信号频率，ζ<1，欠阻尼；A（ω）≈1，φ（ω）≈0，传感器输再现输入的波形。

4、传感器的标定有哪两种？

标定的目的是什么？

传感器的标定分为静态标定和动态标定。

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。

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）

答：

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。

答：

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（  C    ）。

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。

答：

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

答：

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。

（12分）

（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

答：

（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。

（5分）

答：

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?

答：

（1）相对的一组受压，另一组受拉。

（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 位移 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．rax

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？

答：

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。

答：

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？

答：

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？

答：

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？

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