10级检测与变换复习资料

1、传感器原理复习题一 10级一. 填充题1, 传感器就是将被测量按一定规律转换成与之有确定对应关系的（电量）输出的器 件或装置。2, 描述传感器线性特性的常用拟合直线有（端点连线）、（端点连线平行线）和（最小二乘法直线）等三种。3, 一个高质量的传感器应有良好的（静态）特性和（动态）特性，才能无失真的完成信号的变换。4, 从时域传感器的动态特性的指标主要有（上升）时间、（响应）时间和（过冲量）等。5, 金属导体的电阻随着它所受机械形变的大小而发生变化的现象，称为金属的（电阻应变）效应。6, 直流电桥常采用（电阻）预调平衡。7, 测量电桥电路中半桥的输岀灵敏度是单臂电桥的（2倍），全桥的输岀灵敏度

2、又是 单臂电桥的（4倍）。8, 交流电桥常采用（电阻法）和（阻容法）预调平衡。9, 电阻应变片式传感器的测量电路中，全桥与单臂电桥相比，全桥测量电路的优点是 （非线性）误差小、（具有温度）补偿作用和（灵敏度高）高。10, 为获得线性输岀特性,最好采用（恒流源）激励，而变面积电容传感器最好采用（恒压源）激励。11, 采用恒流源激励可以大大改善（非线性）特性，灵敏度是 单端变极距电容传感器的（）倍。12, 简单变气隙电感传感器为获得线性输岀特性应采用（恒压源）激励方式。13, 热电偶测温与热电偶的（冷端）温度有密切的关系。所以在测温时要进行（冷端温度）补偿。14, 压电陶瓷与压电石英相比较，压电陶

3、瓷的主要优点是（压电系数大），主要缺点是（稳定性差）。15, 用离子敏感传感器测量离子活度时，常采用（氯化银）和（甘汞电极）两种 参考电极，最常用是（甘汞电极）参考电极。一16, 光敏电阻的暗电阻越（大）越好，亮电阻越（小）越好。二. 选择题1, 半导体压阻效应是受外力作用时，主要是由半导体的（ C）变化引起的。A, 形状变化B, 温度变化C, 电阻率的变化D, 体积变化2, 金属和它的合金的压阻效应，在受外力作用时，主要是由材料的（ A ）变化引起的。A, 形状变化B, 温度变化C, 电阻率的变化D, 体积变化3, 磁电式速度传感器的质量块 m视为静止参考点的条件是（C ）。A, covco

4、O B, coAcoO C, co>3co0 D, co<3co0（注：CO为被测振动频率，coO为传感器的固有振动频率）4, 压电加速度传感器的灵敏度为常数的条件是（B ）A, co>coo B, coo>3co C, covcooD, co>3coo（注：CO为被测振动频率，COO为传感器的固有振动频率）5, 压电式传感器采用电荷放大器的目的主要是克服输入电缆（B ）的影响和克服电压放大器（E ）响应差的缺点。A,分布电容B,分布电感C,电阻D,高频E,低频6, 机械振动的三要素是振幅、振动速度和振动加速度，测振幅的优选传感器是（D ）、测振动速度的优选传感器

5、是（E ）、测振动加速度的优选传感器是（A）oA,压电式加速度传感器B,霍尔加速度传感器C,压电式速度传感器D,电涡流传感器E,磁电式速度传感器7, 压电式加速度传感器的内阻（B ）。A,很小B,很大C,适中8, 温敏二极管是利用PN结的（A ）随温度有良好线性变化特性。A,正向电压B,反向电压C,反向电流D,正向电流9, 移动光栅式光纤传感器是属于（A ）调制光纤传感器。A,光强度B,光相位C,光频率10, 双金属光纤传感器是属于（A ）调制光纤传感器。A,光强度B,光相位C,光频率三. 问答题传感器的静态特性和动态特性的主要指标有哪些？（P7? 16）静态特性指标：线性度、灵敏度、迟环与死

6、区、重复性、精确度、分辨率 静态特性指标：（1）阶跃输入时：上升时间、响应时间、过冲量（2）正弦输入时：幅频特性、相频特性传感器主要由哪几个部分组成？每个部分的主要作用是什么？（ P2）答：1）画岀传感器的组成框图。2）每个部分的主要作用：敏感元件一直接感受被测量（非电量）能产生有确定关系的输岀量（一般为非电量）传感元件一把敏感元件的输出量转换为电量输出。变换电路一把传感元件的输出电量变换为便于处理、传输、记录、显示和控制的有用电信号电路传感器的定义是什么?（ Pi）传感器就是将被测量按一定规律转换成与之有确定对应关系的电量输出的器件或装电阻应变片有哪些特性参数？（ P37）横向灵敏度与横向误

7、差机械滞后、零漂、蠕变动态响应与幅度误差应变片等级恒流源激励适用于哪几种电容传感器?为什么？ （ P75? 83）变极距电容传感器差动型变介电常数式电容传感器平板型（P75-83）变极距电容传感器单端平板型恒压源激励适用于哪几种电容传感器？为什么? 变面积式电容传感器变介电常数式电容传感器同轴圆筒型膜片式电容传感器为什么说差动电容传感器采用差动变压器电桥电路是属于恒流源激励？（ P79）答：要点1）题示电路可以用等效电路 （a）表示。2）当负载电阻RL S时，即负载开路，实际应用中常可满足。电路可进一步简化(b) o3）组成差动电容传感器的两电容器可以视为极距为（4 .+%）的一个电容器，等效

8、电容1*71 Ct24*f一J Ct（a）等效心5等效电路-sA-2 差动电容传感器在测量过+中匚个电容的极距增加|孑W,另一个的极距减小同样的距离，所以在测试过程中电容 C不变。若么是恒压正弦电压，则次级输岀电压昨也是恒压正弦电压，由图（b）在一个固定电容C两端加一个恒压2V£，流过的电流是恒定的，所以是恒流源激励。为什么说使用磁电式速度传感器测量速度时被测振动频率co要大于传感器的固有振动频率C00三倍以上？（分析）（P127? 129）由幅频特性和相频特性可知，当振动体的振动频率比传感器的固有频率高三倍以上时，振幅比接近于1,且相位滞后180度。就是说，质量块与振动块之间的相对

9、位移就接近振动体的绝对位移。在这种情况下，传感器的质量块 m可以看做是静止不动的。石英和压电陶瓷的压电效应的物理解释是什么?（ P138-140）答：要点石英晶体：可用下图解释：在X轴的正方向岀现负电荷；这样就岀现了压电效应。电陶瓷：1）压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，材料的内部晶粒有许多自发极化的电畴，他有石英晶体的压电效应与内诽分子結构有关1芍晶体不受力时F=0,正负离子分布在穴:边形顶角愛审偶极矩.片二气=£品休呈中件;|i）当昭体矍沿x轴方向的应力时.x方向压缩形变，电糾极矩3 ）当晶体受沿Y轴方向的应力时議Y方向压缩形变#电偶极矩p、Tf 1,?： +几 +&）

10、co定的极化方向2）无电场作用时，电畴在晶体中分布杂乱分布，极化相互抵消，呈中性。3） 施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向外电场方向排列。外电场强度达到饱和程 度时，所有的电畴与外电场一致。4） 外电场去掉后，电畴极化方向基本不变，剩余极化强度很大。所以，压电陶瓷极化才具有 压电特性，未极化时是非压电体。5） 晶体极化后，沿极化方向（垂直极化平面）作用力时，引起剩余极化强度变 化，在极化面上 产生电荷，电荷量的大小与外力成正比关系：电荷密度： Q = d33F式中F作用力d33 一压电陶瓷的纵向压电常数Q 一电荷量压电传感器对前置电压放大器竺冬要求？为什么 ? （ P142）压电传感器

11、的输岀信号能量十分微弱，而且内阻非常高，在使用中一定要求一一高输入 阻抗的 前置放大器将信号放大，前置放大器应具有低输岀阻抗，以便后接其他处理电路。所 以电压放大器 一是要将压电传感器的输入信号电压放大，二是要将压电传感器的高阻抗变为 低阻抗输出。书P144页图7. 13 zk-1阻抗换器原理图电路中采取了哪些办法提高输入阻抗。答：要点1）采用场效应管放大器2）采用共漏极组态电路。3）利用3G2放大加深负反馈4）利用场效应管栅极无电流，夫 3选用阻值尽可能大的电阻。5） 用冬、七和G组成自举电路，使化两端电位相等，无电流，可视为开路，消除置电路对输 入电阻的影响。热电偶冷端温度对热电偶的热电势

12、有什么影响？为消除冷端温度的影响可采用哪些措施戏P185）答：要点1 ）影响：从热电效应的原理可知，热电偶产生的热电动势与两端温度有关。只有将冷端的温度恒定，热电动势才是热端温度的单值函数。由于热电偶分度表是以冷端温度为0时作岀的，因此在使用时要正确反映热端温度（被测温度），最好设法使冷端温度恒为0。但 在实际应用中，热电偶的冷端通常靠近被测对象，且受到周围环境温度的影响，其温度不是恒定不变的。为此，必须采取一些相应的措施进行补偿或修正。2）常用的消除方法：(1)、0°C冷端恒温法(2)、冷端恒温法(3)、冷端补偿器法(4)、冷端补偿线法(5)采用不需要冷端补偿的热电偶。为什么说光纤

13、传感器的发展前途极切竺堂0、光纤传感器可广泛用于转速、加速度、液位、温度、电流、电场、磁场、压力、振动、位移等各种物理参数的测量，测量灵敏度高、成本低、耐腐蚀、体积小、抗电磁干扰等优点，发展前景十分广阔。设计温敏二极管测温电路时，通过温敏二极管的电流模式有哪三种？为什么要严格按固定电流模式工作？为什么温敏二极管常采用图所示的电桥电路作测温电路？（ P196）答：要点1）温敏二极管的工作电流模式有三种。a, 恒定电流b, 正比于绝对温度的电流c, 正比于绝对温度n次幕的电流：2）因不同的工作电流模式温敏二极管的 V-与T的关系线性不同，b的线性比a好，c比b,但c 的电路复杂，很少使用。3）图示

14、电路为电桥检测电路，它有如下优点a, 可实现参考温度零输出。b, 当DVM的内阻为很大，可视为开路，温敏二极管工作在正比于绝对温度的电流工作模式, 获得V.与T的良好的线性关系四.分析计算题1,图示电路是采用理想运放恒流源激励电容传感器原理电路图，图中C,为变极距电容传感器的电容，其大小 为C、= J此电路为什么是恒流源激励吗？(2) 推导岀输岀电压与 d的关系式；(Vo=/Xd)(3) 从结果说明这种变换电路的最大优点是什么?解：(1)按理想运放的基本法则，运放 A的反相端 为虚地 点，流过co的电流为z'j =i(oco只与Co和岭有关。理想运放的输入电流 i_ =i +=0,所以

15、流过传感器c,的电流L=L，久不因c,变 化而变化，对c,为恒流源激励。0,反相输入端为虚地点，下列方程成(2)运放为理想运放，输入电阻为无穷大，输入电流为立:I = jfOCoAE【x ='co1V ex = I X-jeoC x上式表明，流过电容器的电流/X等于/co,/co是恒压源VE和固定电容Co组成的恒流源，由电路可 知，输岀Vo为：v v / I "Ve C0Ve VeC j x j coC x C x(3)从此式可知，输岀Vo与极距d成正比，说明用恒流源激励变极距电容传感器可获得线性输岀的优点。2, 压阻式传感器通常是在？块硅片上扩散四个电阻接成全桥，并用恒流源

16、供电，如图所示。(1)请写岀电桥输岀Use的表达式；(2 )并说明恒流源供电的检测电桥的主要优点是什么?（图中AR表示应变产生的电阻变化值，示温度变化产生的电阻变化值。解：（1）假设电桥的两个支路的电阻相等，则R, ABC = Radc = (R +)+ (R AT? +) = 2(R +所以流过上下两支路电流相等，即乙况 =IADC =项，电桥输岀为：riiyi-. uUse =u BD =|zo(7? + A7? + A7? r)-(7?-A7? + A7? r)可得Use =I q-aR（2）可见，电桥的输岀与电阻变化成正比，即与被测量成正比，也与电源电流成正比 与恒流源电流的大小和精度

17、有关，但与温度无关。所以恒流源供电的检测电桥的主要优点是具有线性的输岀特性和良好的温度补偿。,输出电压3,，图是用差动变压器电桥电路检测差动电容传感器的原理图。请分析 感器是恒流源激励。（1）,此电路的电容传推导岀输岀电压与Ad的关系式；Vo=f（Ad）%r Q乜解：（1）题示电路可以用等效电路（a）表示。当负载电阻人匕Too时，即负载开路，实际应用中常可满足。电路可进一步简化成（b）,组成差动电容传感器的两电容器可以视为极距为 （劣+%）的一个电容器，等效电容 C:(a)等效电路2Vt(b等效电路Cfi4sA(d+ </) +(d。一 d。)d i + d。差动电容传感器在测量过程中，一个电容的极距增加厶，另一个的极距减小同样的距离，所以在测试过程中电容 C不变。若些是恒压正弦电压，则次级输岀电压 *也是恒压正弦电压，由图(b)在一个固定 电容C两端加 一个恒压2V £流过的电流是恒定的，所以是恒流