检测与技术习题课

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第1章 传感器的一般特性

一、填空题

1、 衡量传感器静态特性的重要指标是_______、_______、_______、________ 等。

2、通常传感器由____、______、_____三部分组成, 是能把外界__转换成______的器件和装置。

3、传感器的_____是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系,并确定不同使用条件下的误差关系。

4. 测量过程中存在着测量误差,按性质可被分为 、 和随机误差三类,其中 可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。

5、一阶传感器的时间常数τ越__________,其响应速度越快;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽.

6、灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为:传感器 与相应的 之比,用公式表示 。

二、选择

1、通常意义上的传感器包含了敏感元件和( )两个组成部分。

A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件

2、若将计算机比喻成人的大脑,那么传感器则可以比喻为( )。

A.眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 3、属于传感器静态特性指标的是( )

A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 4、衡量传感器静态特性的指标不包括( )。

A. 线性度 B. 灵敏度

C. 频域响应 D. 重复性

5、下列对传感器动态特性的描述正确的是 ( )

A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽

C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。

6、

三、计算分析题

1、什么是传感器?由几部分组成?试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些,试解释各性能指标的含义。 3、传感器的动态性能指标有哪一些,试解释各性能指标的含义

第2章 电阻应变式传感器

一、选择、填空题

1、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_______效应; 2、产生应变片温度误差的主要因素有_、_和_。 3、应变片温度补偿的措施有____、__。

4. 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,____接法可以得到最大灵敏度输出。

5.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时,不仅可以消除 同时还能起到 的作用。

二、选择

1、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的( )。

A. 不变 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍

2.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 3、产生应变片温度误差的主要原因有( ) A、电阻丝有温度系数 B、试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C、电阻丝承受应力方向不同

4.利用电桥进行温度补偿,补偿片的选择是( ) A.与应变片相邻,且同质的工作片 B.与应变片相邻,且异质的工作片 C.与应变片相对,且同质的工作片 D.与应变片相对,且异质的工作片 5.通常用应变式传感器测量( )。

A. 温度 B.密度 C.加速度 D.电阻 6.电阻应变片的线路温度补偿方法有( )。

A.差动电桥补偿法 B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法

C.补偿线圈补偿法 D.恒流源温度补偿电路

7、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 ( ) 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

二、计算分析题

1、 说明电阻应变测试技术具有的独特优点。

2、 以阻值R=120Ω,灵敏系数K=2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为3V,并假定负载电阻为无穷大,当应变片的应变为2με和2000με时,分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压,并比较两种情况下的灵敏度。

解:依题意 单臂:

Uo? 差动:

Ui3kε??2.0?ε?44?3?10?6?V?,3?10?3?V?,(??2u?)(??2000u?)

U3Uo?ikε??2.0?ε?22 灵敏度:

?6?10?6?V?,6?10?3?V?,(??2u?)(??2000u?)

UoKu??ε?kUi/4?1.5?10?6(V/??),?单臂?kUi/2?3?10?6(V/??),?差动?可见,差动工作时,传感器及其测量的灵敏度加倍。

3、一台采用等强度梁的电子称,在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片,做成称重传感器,如图2-12(见教材,附下)所示。已知l=10mm,b0=11mm,h=3mm,E=2.1×104N/mm2,K=2,接入直流四臂差动电桥,供桥电压6V,求其电压灵敏度(Ku=U0/F)。当称重0.5kg时,电桥的输出电压U0为多大?(等强度梁的应变计算式为ε=6FL/bh2E)

输出输出图2-12 悬臂梁式力传感器 解:等强度梁受力F时的应变为 ??

当上下各贴两片应变片,并接入四臂差动电桥中时,其输出电压:

6Flh2b0E

则其电压灵敏度为

UO?UoFUi6FlK4??KUi24hb0E

?K6l?i?2?6?100?6224hbE3?11?2.1?10? -3

=3.463×10 (V/N)=3.463(mV/N) 当称重 F=0.5kg=0.5×9.8N=4.9N时,输出电压为 U0 =Ku F=3.463×4.9=16.97(mV)

Ku?第3章 电容式传感器

一、选择、填空题

1、极距变化型电容传感器的灵敏度与( )。 A、极距成正比 B、极距成反比

C、极距的平方成正比 D、极距的平方成反比

2、将机械位移转变为电容量变化时,电容式位移传感器的基本结构可分为 型, 型和 型三大类。

二、计算分析题

1、 简述电容式传感器的工作原理。

2、简述电容式传感器的优点。

3、试计算习题4—2图所示各电容传感元件的总电容表达式。

习题图4-2

4、在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路,如习题图4-3所示。已知:δ0=0.25mm;D=38.2mm;R=5.1kΩ;Usr=60V(交流),频率f=400Hz。试求: (1)该电容传感器的电压灵敏度Ku (V/μm);

(2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm时,输出电压Usc值。

习题图4-3

5、有一台变间隙非接触式电容测微仪,其传感器的极板半径r=4mm,假设与被测工件的初始间隙d0=0.3mm。试求:

(1)如果传感器与工件的间隙变化量△d=±10μm,电容变化量为多少? (2)如果测量电路的灵敏度足Ku=100mV/pF,则在△d=±1μm户时的输出电压为多少?

第4章 电感式传感器

一、选择、填空题

1.变间隙式自感传感器的__和__是相互矛盾的,因此在实际测量中广泛采用__结构的变隙电感传感器。

2.电感式传感器是利用被测量改变磁路的__,导致__变化的。 磁电式传感器是利用__产生感应电势的。而霍尔式传感器是利用___在磁场中的霍尔效应而输出电势的。 3. 电感式传感器种类很多。虽然结构形式多种多样,可分为___、__、__三种结构。 4.电涡流传感器根据激励电流频率的高低,可以分为__、__两种。

5、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的,其次级绕组都用 形式连接,所以又叫差动变压器式传感器。

6、变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与 矛盾。这点限制了它的使用,仅适用于 的测量。

7、变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时,铁芯上的线圈电感量 (①增加,②减少)。

二、计算分析题

1、 说明电感式传感器有哪些特点。

2、分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和灵敏度。 3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。

4、分析电感传感器出现非线性的原因,并说明如何改善?

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