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1、传感器概述一、选择题1 .传感器的主要功能是（八）A、检测与转换B、滤波与放大C、调制与解调D、传输与显示2 .属于传感器动态特性指标的是（B）oA、重复性B、固有频率C、灵敏度D、漂移3 .一阶传感器输出达到稳态值的10%到90%所需的时间是（B）oA、延迟时间B、上升时间C、峰值时间D、响应时间4 .传感器的下列指标全部属于静态特性的是（C）。A、线性度、灵敏度、阻尼系数B、幅频特性、相频特性、稳态误差C、迟滞、重复性、漂移D、精度、时间常数、重复性5 .通常所说的传感器核心组成部分是指：（B）A、敏感元件和传感元件B、敏感元件和转换元件C、转换元件和调理电路D、敏感元件、调理电路和电源二
2、、简答题1 .一个实用的传感器由那几部分构成？各部分的功用是什么？用框图标示出你所理解的传感器系统。答：敏感元件:直接感受被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，是传感器的核心。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号。测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。-,-非电信号电信号2 .传感器的静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？答：静态参数有：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、迟滞、重复性、可靠性。灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输
3、入变化量之比,传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，所谓传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想宜线的程度，又称为非线性误差。稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。迟滞特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合的程度。重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线间不一致的程度。可靠性是衡量传感器能够正常工作并完成其功能的程度。3 .什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？答：当传感器的输入信号是常量，不随时间变化（或变化极缓慢）时，其输出输入关系特性称为静态特性。动态特性是指传感器对于随时间
4、变化的输入信号的响应特性。当输入量为常量,或变化极慢时，这一关系称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。4 .某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为30OmV,求其灵敏度。解:其灵敏度攵_ AU300x10-3-X 510-3=60项目二自测题一、填空题1 .与金属箔式应变片相比，半导体应变片的最大优点是灵敏度高。2 .应变直流电桥测量电路中，全桥灵敏度是单臂电桥灵敏度的4倍。3 .应变直流全桥电路中，相邻桥
5、宜的应变片的应变极性应一致（选一致或相反）。4将电阻应变片贴在各种弹性敏感元器件上可以构成测力、位移、加速度等参数的传感器。5.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，这种现象称为金属电阻应变_效应。固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称为电阻应变效应。二、选择题1金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B）来决定的。A、贴片位置的温度变化B、电阻丝几何尺寸的变化C、电阻丝材料的电阻率变化D、外接导线的变化2 .为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是：（C）。A、半桥双臂各串联一片电阻应变片：B、半桥双臂各并联一片电阻应变片；C、适当提高电桥的电源电压；D、增大应
6、变片的初始电阻值。三、简答题1.用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施？答：因为当时焊应变片的温度和测量时的温度是不一样的这时候应变没受载荷就已经有应变了,要用温度补偿片减掉温度带来的应变以减少温度对应变片阻值的影响。3 .什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。答：导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。因此通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。4 .在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不
7、同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。5 .在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单臂桥相比有哪些改善？答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。半桥电路比单臂桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单臂桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。四、计算题1 .如果将IOoQ的应变片贴在弹性试件上，若试件截
8、面积S=0.5Xl（4mm2,弹性模量E=210nNm若由5X10N拉力引起的应变片电阻变化为1,试求该应变片的灵敏系数。解：=E,M=ZE=5107210,=2.5107m2=0Zmm2?1OIK=s0.25CC-aR&100XT=1OOXSxin-4=0,2X10oV.JXU2 .如题图所示为等强度梁测力系统，K为电阻应变片，应变片灵敏度系数氏=2.05,未受应变时R=120。，当试件受力尸时，应变片承受平均应变e=8x104,求：（1）应变片电阻变化量和电阻相对变化量ARl解：k=嬴则 ?!/J1 =1.64X10 3 /?, =1.6410 3 120=0.1968（2）将电阻应变片置
9、于单再测量电桥，电桥电源电压为宜流3V,求电桥输出电压是多少。UARI3_解：AU=-XD1-1.64103=1.23mv4K4项目三自测题一、填空题1 .变极距型电容传感器的灵敏度K=1/dOO2 .电容式传感器采用电容器作为传感元件,将不同的被测物理量的变化转换为电容量的变化。3 、.根据工作原理的不同，电容式传感器可分为面积变化型电容传感器、极距变化型电容传感器和介质变化型电容传感器。4 .电容式传感器常用的转换电路有：二极管双T型交流电桥、差动脉冲调制电路、运算放大电路、调频电路和电调电路等。二、选择题1 .电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（B）。A、变极距式B、变介电常数式
10、C、变面积式D、空气介质变极距式2 .电容式传感器采用差动连接的目的是（D）。A、改善回程误差B、提高固有频率C、提高精度D、提高灵敏度3 .如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（B）。A、保持不变B、增大一倍C、减小一倍D、增大两倍4 .当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B）。A、灵敏度增加B、灵敏度减小C、非线性误差增加D、非线性误差不变三、简答题1 .为什么变面积式电容传感器的测位移范围较大？答：面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型电容式传感器相比，灵敏度较低，适用于较大量程范围的角位移和直线位移的测量。2 .变极距型
11、电容传感器的特性是非线性的，采用什么措施可改善其非线性特征？答：将变极距型电容传感器与运算放大器并接可以改善其非线性特征四、计算题1.有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径尸4mm,假设与被测工件的初始间隙为do=O.3mm,极板间介质为空气。试求：如果传感器与工件的间隙减少Ad=IOum,电容的变化量。解：Co-=(8.8510,23.1416106)/(0.3IO-3)=1482.08IO15FdobCbd了，则=(1482.0810,51010-6)(03103)=494010l7F=0.0494pFdo2 .一个以空气为介质的平板电容式传感器，其中a=10mm,b=16mm
12、,两极板间距d=lmm。测量时，若上极板在原始位置上向左平移了2mm,求该传感器的电容变化量。解：Co-=(8.851O-,216O1O6)/(1103)=1416xIO15FdoC=-Coa=-141610,52103l0-3=-283210,5F=-2.832pF3 .一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm,工作初始间隙为0.3mm,空气介质，所采用的测量电路的灵敏度为IOomV/pF,读数仪表灵敏度为5格/mV。如果工作时传感器的间隙产生2Pm的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？解：设读数仪表的知识之变化M格SCo=(8.851O123.1425106)(0.310-3)=23
13、15.7510-13FdC=Coddo=2315.75IO152106(0.3IO-3)=15438IO18F=1.543810FU=CK1=1.5438102100=1.5438mvM=UXK2=1.54385=7.72格项目四自测题一、填空题1 .电感式传感器是建立在电磁感应一基础上的一种传感器。2 .电涡流传感器从测量原理来分，可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。3 .电感式传感器可以分为互感式、涡流式三大类。二、选择题1 .不能用涡流式传感器进行测量的是（D）。A位移B材质鉴别C探伤D非金属材料2 .电涡流传感器常用的材料为（D）A.玻璃B.陶瓷C.高分子D.金属三、简答题1 .为什
14、么电感式传感器一般都采用差动形式？答：为了减小非线性误差，提高灵敏度。实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器2 .简述变气隙式传感器的工作原理。传感器的灵敏度与那些因素有关，如何提高其灵敏度？答：传感器由线圈、铁心和衔铁组成，可动线圈与被测物体相连，工作时，被测物体的位移通过可动衔铁的上下移动，将引起空气气息的距离发生变化即气隙磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感量发生变化，实际测量时，正是利用这一变化来判断被测物体的位移量及运动方向的。K=-可见，灵敏度K随初始气隙的增大而减小.采用差动式可提高其灵敏度。o3 .涡流式传感器的主要优点是什么？答：非接触式，测量精度高、体积小、安装方便4 .电
15、涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？答：电涡流传感器还可以测量厚度、转速、振动、硬度等参数以及进行无损探伤。5 .比较自感式传感器和差动式传感器的异同。答：自感式传感器与差动变压器式传感器相同点：工作原理都是建立在电磁感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等。不同点：结构上，自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值变化。差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为传感器互感的变化,传感器本身是互感系数可变的变压器。6 .简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。答：电感式传感器是建立在电磁感应的基础上，它将输入的物理量（如位移、振动、压力、流量等）转换为自感系数L或互感系数M的变化，再通过测量电路将L或M转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电
