传感复习题.docx
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传感复习题
一、简答题
1.什么是传感器?
它由哪几个部分组成?
分别起到什么作用?
2.什么是静特性?
包括哪些参数?
3.超声波的波型有几种?
是根据什么来分类的?
4.简述电容式传感器的工作原理。
5.什么是应变效应?
什么是压阻效应?
什么是横向效应?
6.试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。
7.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?
8.单臂电桥存在非线性误差,试说明解决方法。
9.涡流式传感器的主要优点是什么?
电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量?
10.寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度,它的变化为虚假信号影响传感器的
精度。
试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。
11.简述电容式传感器的优缺点。
电容式传感器测量电路的作用是什么?
12.简述正、逆压电效应。
能否用压电传感器测量静态压力?
为什么?
串联连接和并联连接的特点各是什么?
13.说明霍尔效应的原理?
霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系?
写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。
设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。
14.磁敏式传感器与电感式传感器有何不同?
15.什么是热电势、接触电势和温差电势?
16.说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。
试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。
现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温。
其冷端温度为30℃,动圈显示仪表(机械零位在0℃)指示值为400℃,则认为热端实际温度为430℃,对不对?
17.Pt100和Cu50分别代表什么传感器?
分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的
主要作用。
18.试比较热电阻与热敏电阻的异同。
19.什么是光电效应,依其表现形式如何分类,并予以解释。
20.分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
二、选择题
1.码盘式传感器是建立在编码器的基础上的,它能够将角度转换为数字编码,是一种数字式的传感器。
码盘按结构可以分为接触式、________和________三种。
a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器
3.改变电感传感器的引线电缆后,________。
a.不必对整个仪器重新标定
b.必须对整个仪器重新调零
c.必须对整个仪器重新标定
d.不必对整个仪器重新调零
4.应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、________、________等。
a.测量范围的选择 b.电源的选择 c.阻值的选择 d.尺寸的选择
e.精度的选择 f.结构的选择
5.应变片绝缘电阻是指已粘贴的________应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件
6.在光的作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,引起物体电阻率的变化,这种现象称为________。
a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应
7.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________。
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
8. 不属于测试系统的静特性。
(1)灵敏度
(2)线性度(3)回程误差(4)阻尼系数
9. 电阻应变片的输入为 。
(1)力
(2)应变 (3)速度 (4)加速度
10. 结构型传感器是依靠 的变化实现信号变换的。
(1)本身物理性质
(2)体积大小 (3)结构参数 (4)电阻值
11. 不能用涡流式传感器进行测量的是 。
(1)位移
(2)材质鉴别 (3)探伤 (4)非金属材料
12. 变极距面积型电容传感器的输出与输入,成 关系。
(1)非线性
(2)线性 (3)反比 (4)平方
13. 半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 。
(1)长度
(2)截面积 (3)电阻率 (4)高通
14.压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的 产生变化。
(1)固有频率
(2)阻尼比 (3)灵敏度 (4)压电常数
15.在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是 传感器。
(1)电容式
(2)压电式 (3)电阻式 (4)电涡流式
16.光电倍增管是利用 效应制成的器件。
(1)内光电
(2)外光电 (3)光生伏特 (4)阻挡层
17.光敏元件中 是直接输出电压的。
(1)光敏电阻
(2)光电阻 (3)光敏晶体管 (4)光导纤维
18.属于传感器动态特性指标的是()
A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率
19.按照工作原理分类,固体图象式传感器属于()
A.光电式传感器B.电容式传感器
C.压电式传感器D.磁电式传感器
20.测量范围大的电容式位移传感器的类型为()
A.变极板面积型B.变极距型
C.变介质型D.容栅型
21.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()
A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联
C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片
22.下图所示器件为传感器(何种类型传感器)。
填空题:
1、属于能量控制型的传感器有 等,属于能量转换型的传感器有 等(每个至少举例两个)。
2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于:
前者利用 引起的电阻变化,后者利用 变化引起的电阻变化。
3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响,实际应用时常常采用 工作方式。
4、电式传感器的测量电路(即前置放大器)有两种形式:
放大器和 放大器,后接 放大器时,可不受连接电缆长度的限制。
5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的 效应。
6、磁电式速度计的灵敏度单位是 。
7、压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。
(1)传感器静态特性指标主要有--------------、------------、、----------------、-------------等.而其动态特性指标主要有----------------和----------------两部分.
(2)传感器的精度A含义是------------------------------------------------,根据精度等级概念,若测得某传感器A=0.48%,则该传感器应定为----------------级精度.
(3)传感器线度
A含义是--------------------------------------,拟合刻度直线方法有切线法、端基法、最小二乘法三种。
(4)某电容式位移传感器,当被测位移变化量△X=50
相应输出电容变化量△C=25PF,其平均灵敏度为-------------;用切线法求得线性度为1%.若现采用差动式电容结构,其灵敏度应为-------------,用切线法求得线性度应为-------------..
(5)传感器的最小检测量是指---------------------------------------而言,最小检测量愈小则表示传感器-------------愈高.
10-2
(1)金属应变片工作原理是-------------,半导体应变片工作原理是-------------.二者应变灵敏度系数主要区别是--------------------------------------------------------------------------------------------------------..
(2)为提高应变片动态测量精度,当被测应变片波长一定时同岁有基长一定时,现有基长分别为10mm和20mm两种应变片,则应选用基长为------------------mm的应变片,方可减小动态误差,
(3)应变式传感器产生温度误差的原因为------------------和------------------.通常采用的温度补偿方法有------------------------------------------------------等.
(4)应变片灵敏度系数K的测试条件是------------------------------------.测得的K值大小比应变丝的应变灵敏度系数KS------------------,其原因是------------------------------------.
(5)为减小温度误差,压阻器件一般采用------------------源供电.而器件本身受温度影响要产生------------------漂移和------------------漂移.因此要采用温度补偿措施,方法有------------------------------------等.
10-3
(1)电容式传感器分布电容的存在对测量的危害性是:
------------------------------------.通常采用消除和减小颁布电容的方法有------------------------------------------------------等.
(2)平等板式电容传感器,变面积型可用于检测------------------,变间距型可用于检测------------------,而变介质型可用于检测------------------等参数.
(3)当差动式电容测量电路输出电压为U=
E的形式时(E为电源电压,C1和C2为差动电容),则其具有的特点是具有温度补偿功能、灵敏度高、非线性误差小。
(4)运算法测量电容传感器电路具有的特点是:
------------------。
(5)电容式差压变送器的敏感电容结构是------------------,其主要特点是------------------------------------------------------。
10-4
(1)差动电感及差动变压器的位移—电压特性均为关于原点对称线性输出-特性,因而测位移存在移动方向判断问题,解决此问题的方法是采用相敏检波电路.
(2)提高差动变压器输出信号电压的措施有:
------------------------------------------------------等。
(3)差动变压器零点残余电压产生的原因是:
------------------------------------------------------等,消除和减小的方法有:
------------------------------------------------------等.
(4)电涡流检测线圈结构特点是采用------------------线圈,当被测------------------材料靠近它时,利用线圈变化------------------进行测量.
(5)电涡流传感器应用方式可分为两大类:
即按------------------不同可分为------------------和------------------,它主要用于检测------------------------------------------------------等参数.
10-5
(1)压电元件的原理是------------------效应,它的主要特点是------------------------------------------------------.目前常使用的压电材料有------------------------------------------------------等.
(2)压电式传感器对测量------------------信号无响应,其被测信号频带上限取决于------------------,频带下限取决于------------------.
(3)压电元件测量电路采用前置放大器的目的是:
------------------------------------.目前经常应用的前置放大器有------------------和------------------两种.
(4)若单片压电片等效电容为C,输出电荷为q,输出电压为U.则将相同两片串接后其总参数C′为c/2,q′为q,U′为2U;若改为两片并接后,其总参数C′为2C,q′为2q,U′为U.
(5)石英压电元件的纵向压电效应是X方向的作用力,在垂直于x轴的电极面上产生电荷;而横向压电效应是y方向的作用力在垂直于x轴的电极面上产生电荷.
10-6
(1)编码器按组成原理可分为-------------------式、-------------------式、-------------------式等。
编码器按用途不同可分------------------和------------------,分别用于检测------------------和------------------参数。
(2)光栅传感器是根据------------------原理制成的。
是由------------------------------------------------------组成的,主要用于------------------------------------------------------检测等参数。
(3)莫尔条纹的宽度BH由------------------和------------------决定。
一般调节莫尔条纹宽度主要采用的方法是------------------。
(4)振弦式传感器采用------------------系统,其输出为------------------信号。
主要用于检测------------------------------------------------------等参数。
(5)振弦传感器的固有频率f0与弦线的------------------------------------等参数有关。
为改善其输出f-T特性的非线性,可采用------------------------------------等方法。
10-7
(1)热电偶的工作原理是------------------效应,热电势包括------------------和------------------两种,能产生热电势的必要条件是------------------。
(2)热电偶补偿导线的作用是------------------,对选择补偿导线的要求是-----。
(3)热电阻测温的原理是__,一般目前常用的热电阻有__、__、__等。
(4)热敏电阻按温度系数分为__、__、__三种,热敏电阻本身温度取决于__、__两个因素。
(5)热敏电阻用于测温元件时,其工作电流要求为__,应该工作在伏——安曲线的__区域,原因是____。
10-8
(1)霍尔元件由于采用了半导体材料,元件才有实用价值,它是一个四端元件,一般可用于检测磁场;电流或电压;功率等参数。
(2)霍尔元件的不等位误差是指____而言。
其产生的原因为__、__等,减小不等位电势的方法有__、__等。
(3)光电效应分为三类即:
__效应,相应的器件有__;__效应,相应的器件有__;___效应,相应的器件有___。
(4)光电池的原理是利用光生伏特效应。
从光照特性可以看出其开路电压与照度为非线性关系,而短路电流与照度成线性效应,所以光电池作为检测元件时应取短路电流的输出形式。
(三)判断对错题(用√或×表示)
1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
( )
2、涡流式传感器属于能量控制型传感器( )
3、压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。
( )
4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
( )
5.压电式传感器可以用来测量静态力及动态力。
()
6.出现正压电效应,则一定存在逆压电效应。
()
7.改变压电传感器的引线电缆后,必须对等效电容CC重新计算。
()
8.压电片的连接方式有两种,分别是串联形式和并联形式。
()
9.金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结果影响最大的是机械滞后。
()
(四)简答和计算题
1、哪些传感器可选作小位移传感器?
2、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点是什么?
涡流式传感器能否测量大位移量?
为什么?
3、电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量?
4、电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移?
若能测量理由是什么?
不能测量理由是什么?
应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了。
5、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么?
6、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?
三、激光干涉传感器的作用是测量长度,其基本原理就是光的干涉原理,测量精度高、分辨力高。
如图所示是迈克尔逊双光束干涉系统,图中S是光源,B是分光镜,M1是固定反射镜,M2是可动反射镜,P是观察屏处,试介绍其工作原理。
四.画出传感器系统的组成框图,并说明各组成部分的作用。
五.粘贴到试件上的电阻应变片,环境温度变化会引起电阻的相对变化,产生虚假应变,这种现象称为温度效应,简述产生这种现象的原因。
六.如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路,图中1为玻璃盘,2为镀金层,3为金属膜片,介绍其工作原理。
7.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥,结构组成如图所示。
电容传感器起始时b1=b2=b=200mm,a1=a2=20mm极距d=2mm,极间介质为空气,测量电路u1=3sinωtV,且u=u0。
试求当动极板上输入一位移量△x=5mm时,电桥输出电压u0。
8.现有等强度梁有效长
=150mm,固定处宽b=18mm,厚h=5mm,弹性模量E=2*
N/
,贴上4片等阻值,K=2的电阻应变片,并接入等臂差动电桥,构成称重传感器。
求:
(1)悬臂梁上如何布片?
又如何接桥?
为什么?
(2)若输入电压是3v,有输出电压是2mv时称重量是多少?
9.图示为某一传感器的工作原理图,这是什么传感器?
利用了什么原理?
10.电容式传感器测量误差产生的主要原因及相应的解决办法。
11.检定一台1.5级刻度0-100Pa压力传感器,现发现50Pa处误差最大为1.4Pa,问这台压力传感器是否合格?
。
12.采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其粘在实心圆柱测力弹性元件上。
如图所示,力F=1000kg。
圆柱端面半径r=1cm,杨氏模量E=2×107N/cm2,泊松比µ=0.3.求:
(1)画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应测量电桥原理图
(2)各应变片的应变ε=?
电阻相对变化量ΔR/R=?
(3)若供电桥压U=6V,求桥路输出电压UO=?
(4)此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响?
说明原因。
F
F
13.根据你所学的传感器相关知识,下列物理量可以使用什么类型的传感器测量?
(1)加速度
(2)位移(3)压力。
14.什么是粗误差?
粗误差可以通过什么手段来消除?
15.某电容式液位传感器由直径为40mm和8mm的两个同心圆柱体组成。
储存灌也是圆柱形,直径为50cm,高为1.2m。
被储存液体的εr=2.1。
计算传感器的最小电容和最大电容以及当用在储存灌内传感器的灵敏度(pF/L).
2r2
hx
h
2r1
16.什么是中间温度定律?
什么是中间导体定律?
使用K型热电偶,基准接点为0°C,测量接点为30°C和900°C时,温差电动势分别为1.203mv和37.326mv。
试计算当基准接点为30°C,测温接点为900°C时温差电动势。
17.在某个检测电路中分别安装了电感式、电容式、光电式传感器各一个,目的是识别工件的颜色和材质。
现有银色(金属)、黑色(塑料)、红色(塑料)三种工件,试分析如何分辨这三种工件。
18.图示为某一同学给出的一等强度梁上粘贴的传感器原理示意图。
(1)该图有问题么?
若有请改正。
(2)说明其工作原理。
(3)若力F=1.0kg,长l=100mm,宽b=11mm,厚t=3mm,E=2×104N/mm2,K=3,求:
各应变片的应变ε=?
电阻相对变化量ΔR/R=?
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