传感器技术习题

#选择】属于传感器动态特性指标的是(D)A.重复性B.线性度C.灵敏度D•固有频率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(C)C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片若模/数转换器输出二进制数的位数为10,最大输入信号为2.5V,则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为10/(2'10-l)=10/1023~2.44mV传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的分辨力越高差动电桥由环境温度变化引起的误差为(0)非线性度是表示校准曲线(B)的程度。A.接近真值B.偏离拟合直线C.正反行程不重合D.重复性半导体应变片具有(A)等优点。A.灵敏度咼B.温度稳定性好C.可靠性高D.接口电路复杂将电阻应变片贴在(C)上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件结构型传感器是依靠传感器(结构参数)的变化实现信号变换的。电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为(C)的输出。A.电阻B.电容C.电压D.电荷下列传感器中的物性型传感器的是(A)。A扩散硅压阻式压力传感器B线绕电位器式传感器C应变片式压力传感器D金属丝式传感器。测量范围大的电容式位移传感器的类型为(D)A.变极板面积型B.变极距型C.变介质型D.容栅型非周期信号的频谱是(A)A.连续的B.离散的C.基频的整数倍D.脉冲函数半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率(B)A.上升B.迅速下降C.保持不变D.归零对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无金属导体靠近时，其输出电压(A)A.最大B.最小C.随机变化D.中间点下列说法正确的是(D)。A差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。B差动整流电路可以判断衔铁的位置和运动方向。C相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。D相敏检波电路可以判断位移的大小和位移的方向。【填空】传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。一个半导体应变片的灵敏系数为180,半导体材料的弹性模量为1.8X105Mpa，其中压阻系数n.为TOC\o"1-5"\h\z180/(1.8X10'5X10飞)=1X10'9Pa-1。"交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z,Z,Z,Z，各阻抗的相位角分别为9、甲、甲、甲，若电桥平衡条件12341234为Z/Z=Z/Z,那么相位平衡条件应为©1-©4=©2-©3。1423金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称—应变—效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称—压阻—效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为横向效应。什么是参量型的位移传感器一将被测物理量的变化转化为电参数如电阻，电容，电感等的传感器。已知某传感器的灵敏度为K,且灵敏度变化量为AK,则该传感器的灵敏度误差计算公式为r=(△K0/K0)00sX100%Q电容式压力传感器是间隙型的。利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是—金属(导磁金属材料)__。

采用—交流电源供电的电桥称为交流电桥。涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将_增加_。在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，—全桥—接法可以得到最大灵敏度输出。变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的2倍。而非线性误差转化为平方反比关系而得以大大降低。分布和寄牛电容的存在对电容传感器影响是使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。。传感器静态特性是指传感器在被测量处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。【简答】电容传感器按原理分类有几种类型？检测角位移、液位深度、非金属薄片厚度、电缆偏心度等参数，分别采用什么类型的电容传感器?答：变极距(d)型(又称变间隙型)、变面积(A)型和变介电常数(£型为什么常在电容传感器极板间插入云母片？答：为了提高传感器的灵敏度，减小初始极间距4V，Rl=R2=R3=R4=350Q,求:4V，Rl=R2=R3=R4=350Q,求:R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Q时输出U0=?。Rl、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。Rl、R2感受应变极性相反，输出U0=?。Rl、R2、R3、R4都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。解：①U。鼻山亠弧二。.。"4R4350U0=0弧=0.02V2R2350UO=E山=4*益=0.04VR3502.某线绕式线性电位计的骨架直径D0=10mm，总长L°=100mm,导线直径d=0.1mm，电阻率P=0.6*10(-6)Q.m；总匝数W=1000。试计算该电位计的空载电阻灵敏度Kr°解：K_R厂_的D尹_S钟_4*0.6*W6*10*1000“〜=—=24£2/nmi100*(0.1*10-3)2某绕线式线性电位计如图所示，电位计的总长度为L=100mm，总电阻为R=20Q，输入电压U=24V,试求:i电位计的灵敏度K输和电压灵敏度K;RU当电刷的位移x=24mm时，相应的电阻R和电位计输出的空载电压Ux0

K^=2£.o,24(1)(2)uL100(1)(2)瓦=0.2*24=4,也］讥一知j_辛x424*24_5一他某一圆形截面绕线式位移传感器的线圈直径为10mm，共绕制100匝，线圈总电阻为2kQ，则传感器的电阻总灵敏度为解./-④W二朴10水］00二lOQCVr伽加)KR—RH-2000/JOOOjt-某绕线式线性电位计，骨架截面为圆形，直径D0=20mm，总长为LQ=100mm，导线直径d=0.2mm,电阻率•■，总匝数W=1000，求电位计的空载电阻灵敏度K;R当电源电压为U=10V时，求输出电压灵敏度KiU解：(1)R=p1=0.8*10-6*-2°^=16000S10-8兀1二兀DW二兀*20*10-3*1000二20兀(m)S二兀r2二兀*(0.2/2*10-3)2二10-8兀(m2)K二R/1二1600/100二16(0/mm)Rk,.=-°=—=(2)某电位计式位移传感器的测量电路如图所示。E=15V,R=20kQ,AB为线性电位计，导线总长度为300mm，总电阻为24kQ,C点为电刷位置。计算此线性电位计的电阻灵敏度和电压灵敏度当位移x从40mm变化到240mm时，输出电压的范围是多少？解：R24*1031)K===8(V/mmRL300U15K=i==0.05V/mmuL300(2)U.=UCB-U1R%十譬揺=2『32—输出电压的范围从-8V到2V.

7、图示为一绕线式电位计式位移传感器，试回答：该传感器的电压灵敏度、分辨力与哪些因素有关？为什么？解：传感器的电压灵敏度是外加电压和电位计的有效长度之比，Ku=Ui/L分辨力与阶梯误差有关，阶梯误差大，分辨力就低，阶梯误差由绕组匝数决定，在保持骨架长度一定的情况下，线径越小，匝数越多，则阶梯误差越小，则分辨力越高。已知某压电式传感器测量最低信号频率f=lHz，现要求在1Hz信号频率时其输出电压下降不超过5%,置电压放大器输入回路总电容C=500pF。求该前置放大器输入总电阻R是多少ii若(设R=8,C=0,C<<C)acai解：由式(6),电压前置放大器理想输入电压幅值U为wR若(设R=8,C=0,C<<C)acai若采用前？dFRm—TdFm所以，电压前置放大器实际输入电压的幅值U与U之比的相对幅频特性为A(w)=若采用前？dFRm—TdFm所以，电压前置放大器实际输入电压的幅值U与U之比的相对幅频特性为A(w)=U/Uimmim式中w为作用在电压元件上的信号角频率，w=2pf；t=R(C+C)=R(C+C+C)=R(C+C)器回路的时间常数。A(w)只有在w=R(C+C)=R(C+C+C)=]aiaciiai二wt.\1+(wt)2m宀RC为前置放大ii=8时值为1,其他皆小于A(w)二wt..飞1+(wt)2>1—5%1。为保证输出电压下降不超过5%，应满足解得：wt>3.04,即2nfRC>3.04,所以R>iii3.043.042nfCi=968MQ2nx1x500x10-12若考虑引线电容C的影响，当A(即A)若考虑引线电容C的影响，当A(即A)=104c0时，要求输出信号衰减小于1%°求使用90pF/m的电缆其最大允许长度为多少?解:利用式(13),令C=O,A=A,得6i0所以L<910.2/90=10.11mC+CacC+C+(1+A)ac0f1+A厂。令d<1%,解得C<°C一C=910.2pFc99fa如图所示电荷前置放大器电路。已知C=100pF,R=^,C=10pFoaf分析压电式加速度计的频率响应特性。若电压前置放大器测量电路的总电容C=1000pF，总电阻R=500MW.传感器机械系统固有频率f0=30kHz，相对阻尼系数x=0.5°求幅值误差小于2%时，其使用TOC\o"1-5"\h\z的频率范围。°解：根据压电式加速度计频率响应特性可知,其下限截止频率取决于前置放大器参数,见题8°下限截止频率满足WT/、L,-'1+(wT)2=1一2%'L式中w为作用在压电元件上的信号角频率；t=RC为前置放大器回路时间常数。代入数据得t=RC=500X106TOC\o"1-5"\h\zX1000X10-12=0.5s,可计算出w=10rad/s,而w=2nf，所以其输入信号频率下限为f二w/(2n)=1.6HzLLLLL1/w2上限截止频率可由传感器本身频率特性决定，即A(①)二二[1—(—)2]2+(2^—)2wwv00式中w0为传感器固有角频率。根据题意，在上限频率气时,当w/w0式中w0为传感器固有角频率。根据题意，在上限频率气时,当w/w0〈〈1时，得理想频率特性表达式为A(w)二幅值误差为2%,可表示为|A(w)一A(w)A(w)1=2%°可得=1.02或0.98J[1一(w,；W)2]2+[2g(w/w)]2TOC\o"1-5"\h\zH0H0解得(w/w)2=1.04、0.96、0.042，舍去1.04和0.96，计算得w/w=0.205,则f=0.205f=6.15kHzH0H0H0另外f也可按f=(1/5~1/3)f范围估算，则得f范围在6~10kHz之内。HH0H

通过以上分析可见，加速度计使用信号频率的范围在1.6Hz至6kHz比较理想。利用铂铑-铂热电偶(S型)测温时，设测量得到T=20°C,E(T,T)=7.322mv,求T。0AB0解：查PtRh-Pt热电偶分度表，可得E(20,0)=0.113mv，有：ABE(T,0)=E(T,T)+E(T,0)=7.322mv+0.113mv=7.435mvABAB0AB0反查分度表，可得T=810.4C。利用铂铑-铂热电偶测温时，设测量得到T=20C，E(T,T)=7.322mv,求T。0AB0解：令E(T',0)=7.322mv，得T'=800CAB查表9-1得，k=0.59所以，T=T'+kT=800+0.59X20=811.8C0变间距(d)型平板电容传感器，当d=1mm时，若要求测量线性度为0.1%。求：允许间距测量最大变化量是0多少？间隙沿x方向移解;当变极距型平扳电容传感器的竽《1间隙沿x方向移14.如图所示平板式电容位移传感器。已知：极板尺寸a=b=4mm，d=O・5mm，