广东工业大学传感与检测技术基础复习思考题带答案

1、第一章传感与检测技术基础例题分析例题1一台精度为0.5级、量程范围6001200c的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4C,问此表是否合格？A.一、解：根据精度定义表达式A=AM100%,并由题意已知A=0.5%,Yf.s=Yf.s(1200-600)C,得最多允许误差A=AYfs=0.5%X(1200-600)=3C此温度传感器最大允许误差位3C。检验某点的最大绝对误差为4C,大于3C,故此传感器不合格。思考题与习题1-1何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？1-2何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？1-3传感器的线性度的定义？怎样确定？1-

2、4传感器的回程误差是怎么定义的？用数学式如何表示？1-5何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系。1-6鉴定2.5级(即满量程误差为2.5%)的全量程为100V的电压表，发现50V刻度点的示值误差2V为最大误差，问该表是否合格？1-7为什么在使用各种指针表时，总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围使用？1-8已知某一位移传感器的测量范围为030mm静态测量时，输入值与输出值的关系如表1.1所示，试求传感器的线性度和灵敏度。表1.1输入值与输出值的关系输入值(mm)151015202530输出值(mV)1.503.516.028.5311.0413.4715.98第二章电阻

3、式传感器例题分析例题2-1如果将100Q电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5Xl0-4n2,弹性模量E=2X1011N/m,若有F=5X104N的拉力引起应变电阻变化为1Q试求该应变片的灵敏度系数？解：由题意得应变片电阻相对变化量R_1R-100根据材料力学理论可知：应变名（为试件所受应力，仃=），故应变ESF5104；=411=0.005SE0.510210应变片灵敏度系数.R/R1/100K=2；0.005卜面各贴两片相同例题2-2一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、的电阻应变片(K=2)如图2-1(a)所示。已知l=100mmb=11mmt=3mmE=2X10

4、4N/mrK现将四个应变片接入图（b）直流电桥中,电桥电压U=6V当力F=0.5kg时，求电桥输出电压U0=?R1R3(R2.R4,f(a)图2-1(b)解：由图（a）所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下各两片。当重力F作用梁端部后，梁上表面Ri和R3产生正应变电阻变化而下表面R2和R4则产生负应变电阻变化，具应变绝对值相等，即=；36Flbt2E电阻相对变化量为空一空4RR3.，RR3现将四个应变电阻按图（b）所示接入桥路组成等臂全桥电路，具输出桥路电压为R6FlU0=U=KU二K彳RbtEc60.59.8100=21-11322104=0.0178V=17.8mV思考题与习题2-1什么

5、是金属材料的电阻应变效应？什么是半导体材料的压阻应变效应？2-2金属电阻应变片半导应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？2-3什么是金属应变片的灵敏度系数？2-4采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？2-6直流电桥是如何分类的？各类桥路输出电压与电桥灵敏度关系如何？2-7有一金属应变片，其灵敏度K=2.5,R=120Q，设工作时其应变为1200H，则R是多少？若将此应变片与2V直流电源组成回路，试求无应变时和有应变时回路的电流。2- 8应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径D=10cni材料弹性模量E=205X109N/m,用它称50t重物体，若用电阻丝式应变片，应

6、变片的灵敏系数K=2,R二120。，问电阻变化多少？2-9拟在等截面的悬臂梁上粘贴4个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，式问；4个应变片应该怎样粘贴在悬臂梁上？画出相应的电桥电路图。2-10如图2.1所示为一直流应变电桥。图中U=4VR=R=R=R=120Q,试求：Ri为金属应变片，其余为外接电阻。当R的增量为R=1.2。时，电桥输出电压U0为多少？Ri和R都是应变片，且批号相同，感受应变极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0为多少？(3)题中，如果R与R感受应变极性相反，且Ri|=|R|=1.2Q,电桥输出电压U0为多少？图2.1直流应变电桥图2.2等强度梁测力系统2-11如

7、图2.2所示为等强度梁测力系统，Ri为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2.05,未受应变时，Ri=120Q,当试件受力F时，应变片承受平均应变e=8X10-4,求应变片电阻变化量R和电阻相对变化量R/R1。将电阻应变片R置于单臂测量电桥，电桥电源为直流3V,求电桥输出电压及电桥非线性误差。若要减小非线性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。第三章电感式传感器思考题与习题3-1请比较自感式传感器和变压器式传感器的异同。3-2何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因及消除方法。3-3电涡流传感器有何特点？3-4用一涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向振动。已知传感器的灵敏度为20mV

8、/mm,最大线性范围为5mm。现将传感器安装在主轴两侧，如题图4-14(a)所示，所记录的振动波形如图4-14(b)所示。请问：(1)传感器与被测金属的安装距离L为多少时测量效果较好？(2)轴向振动的最大值A为多少？(3)主轴振动的基频f是多少？(a)(b)图3-14第四章电容式传感器例题分析例题3-1已知：平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积S=axa=(2M2)cm2,间隙d0=0.1mm。试求传感器初始电容值；若由于装配关系，两极板间不平行，一侧间隙为d0,而另一侧间隙为d0+b(b=0.01mm)。求此时传感器电容值。图3-1解：初始电容值_；S；0rSC°二d03.6二

9、0.01=35.37pF1式中；0pF/cm,；r=1.3.6二如图3-1所示两极板不平行时求电容值a；0；r2ln(1)d0a；0；adxabb0；a0-0kd(-xd0)=-；7-lb0babd0xd0-xaa220.01ln(1)=33.7pF3.6二0.0010.1例题3-2变间距(d)形平板电容传感器，当d0=1mm时，若要求测量线性度为0.1%。求：允许间距测量最大变化是多少？解：当变间距平板型电容传感器的<<1时，其线性度表达式为dLdL=()100%d0由题意故得0.1%=(4d)x1O0%,即测量允许变化量Ad=0.001mm01例题3-3如图3-2所示，圆筒形金

10、属容器中心放置一个带绝缘套管的圆柱形电极用来测介质液位。绝缘材料相对介电常数为a,被测液体相对介电常数为齿，液面上方气体相对介电常数为电极各部位尺寸如图所示，并忽略底面电容。求：当被测液体为导体及非导体时的两种情况下，分别推导出传感器特性方程Ch=f(H)。图3-2(b)解：根据题意画出该测量系统等效电路如图3-2(b)所示。其中C1和C3分别为绝缘套在电极上、下两部分形成的电容。C2为液面上方气体在容器壁与绝缘套管外表面间形成的电容，C4为被测液体在容器壁与绝缘套管外表面间的电容。根据同心圆筒电容计算公式可得以上电容表达式分别为C1=C3-；i(L-H)1.8ln(D1/d)；1H1.8ln

11、(D"d)；3(L-H)C2-1.8ln(D/D1)n；2HC4二1.8ln(D/D1)当被测液为非导体时，则Ch=C1/C2+C3/C4；1；3(LH)1.8；1ln(D/D1)；31n(D"d)1.8；1ln(D/D1)；21n(D1/d)=A+BH式中；1；3LB=1.8；1ln(D1/d);31n(D1/d)1.811n(D/Di)；21n(Di/d)1n(D/Di)；31n(Di/d)当被测液为导体时C4=0,则Ch=Ci/C2+C3；i；3(L-H)iH1.8"WD/DJ；31n(D1/d)i.81n(Di/d)=A+BH式中A=；i乩1.8i1n(D

12、/Di)；31n(Di/d)-11；3B=-31.81n(Di/d)；11n(D/Di)；31n(Di/d)思考题与习题4-1电容传感器有哪些类型？举例说明其应用4-2如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？4-3为什么电容传感器易受干扰？如何减小干扰？4-4如图3-6所示平板式电容位移传感器。已知：极板尺寸a=b=4cm间隙do=O.5mm,极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿x方向移动2mm求此时电容量图3-6U,图3-7第五章电动势式传感器思考题与习题5-1试叙述磁电式传感器的基本结构及简单工作原理5-2试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。5-3简述霍尔传感器的组成，

13、画出霍尔传感器的输出电路图。5-4简述霍尔传感器测量电流、磁感应强度、微位移、压力的原理。5-6霍尔片不等位电势是如何产生的？减小不等位电势可以采用哪些方法？5-7为了减小霍尔元件的温度误差应采用哪些补偿方法？5-8说明压电元件的等效电路及其特点、电荷放大器的特点。5-9简述压电传感器的特点及应用。第六章热电式传感器例题分析例题61将一只灵敏度0.08mV/C的热电偶与电压表相连，电压表接线处温度为50Co电压表上读数为60mV,求热电偶热端温度。解：根据题意，电压表上的毫伏数是由热端温度t,冷端温度为50c产生的，即E(t,50)=60mVo又因为E(t,50)=E(t,0)E(50,0)贝

14、UE(t,0)=E(t,50)+E(50,0)=60+50X0.08=64mV所以热端温度t=64/0.08=800C0例题6-2现用一支锲镉一一铜锲热电偶测某换热器内温度，其冷端温度为30C,而显示仪表机械零位为0C,这时指示值为400C,若认为换热器内的温度为430C,对不对？为什么？解：不对。因为仪表机械零位在0c与冷端30c温度不一致，而仪表刻度是以冷端为0c刻度的，故此时指示值不是换热器真实温度to必须经过计算、查表、修正方可得到真实温度t值。由题意首先查热电势表，得E(400,0)=28.943mV,E(30,0)=1.801mV实际热电势为实际温度tC与冷端30c产生的热电势，即

15、E(t,30)=E(400,0)=28.943mV而E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=28.943mV+1.801mV=30.744mV查热电势表得t=422C由以上结果说明，不能用指示温度与冷端温度之和表示实际温度。而是采用热电势之和计算，查表得到的真实温度。例题64一支分度号为Cu100的热电阻，在130c时它的电阻Rt是多少？要求精确计算和估算。解：精确计算如下。应根据铜电阻体电阻一温度特性公式，计算如下Rt=Ro(1AtBt2Ct3)式中Ro为Cu100铜电阻在0c时阻值，Ro=100Q;A、B、C为分度系数，具体值如下：A=4.289X10-31/C；B=-2.133X1

16、0-7/(C)2；C=1.233X10-9(C)3o则Rt=100(1+4.289X10-3X130-2.133X10-7X1302+1.233X10-9X1303)=155.667Q若近似计算可根据Rt=Ro(1+«t),式中«=0.00425,得Rt=100(10.00425130)=155.25另一种近似计算法可以根据Ri。/&=1.4280计算RRioo-RotR1.428Ro-RotRRttR。一tR。iooioo1.428100-100100=130100=155.64,从上面分析可看出，在仪表使用维护中，可用估算法在测得热电阻值情况下，近似算出温度或已知温度，粗略地判断相应的电阻值，从而可以分析判断仪表工作是否正常。思考题与习题6-1热电阻温度计的测温原理是什么？6-2半导体电阻随温度变化的典型特性有哪几种？6-3什么是电阻温度计的三线制连接？有何特点？6-4简述热电偶的工作原理。6-5简述热电偶冷端补偿的必要性，常用冷端补偿有几种方法？并说明补偿原理。6-6在一测温系统中，用伯铭-柏热电偶测温，当冷端温度为to=30c时，在热端温度为t时测得热电势E(t,30C)=6.63m