传感器原理及工程应用第三版答案

传感器原理与应用试题答案（一）
一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立5分）
1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。

2．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变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。

当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。

4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。

5．影响金属导电材料应变灵敏系数K。

的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。

评分标准：每填一个空，2.5分，意思相近2分。

二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题4分）
1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（ A.B.D ）。

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法
2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。

A．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω
3．通常用应变式传感器测量（BCD）。

A．温度B．速度C．加速度D．压力
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,D）。

A．灵敏度增加B．灵敏度减小
C．非统性误差增加D．非线性误差减小
5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。

A．外光电效应B．内光电效应
C．光电发射D．光导效应
评分标准： 3\4\5题回答对一个2分，1题（A.B.D ）回答对一个2分，两个3分，2题（B ）不对没有得分。

三、回答下列问题（每题5分，答出原理3分，说明2分）
1．什么1/2桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，
并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差
动电桥电路的输出电压为
评分标准：
说明出划线部分的重点意思得1.5分，回答完整2分
E
433221111L
U R R R R R R R R R U
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+-∆-+∆+∆+=
写出平衡条件：1分
设平衡时R 1=R 2=R 3=R 4=R ， 又ΔR 1=ΔR 2 =ΔR 则
得证结论：2分
R
R U
U
∆=
2
E
L
可知半桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度也比单一应变片工作时提高了一倍。

2谓压阻效应：.固体受到力的作用后，其电阻率（或电阻）就要发生变化，这种现象称为压阻效应。

πσ
εμεπμ
πσ=++=∆+∆+
=∆)21(2E l
l l l R
R 评分标准：
R 1+∆R 1
R 2－∆R 2
R 3
R 4
R 1+∆R 1
R 2－∆R 2
u u u 0
u 0
R 4+∆R 4
R 3－∆R 3
1 1
2
23
3
44（a ）
（b ）
（a ）半桥差动；（b ）全桥差动
说明2分 表达式3分
3．间导体定
律．()()()()0AB 0AB AB 0ABC ,,T T E T E T E T T E =-= 由导体A 、B 组成的热电偶，当插入第三种导体时，只要该导体两端的温度相同，插入导体C 后对回路总的热电势无影响。

评分标准： 说明3分 表达式2分
4.周边固支；压力均布；小挠度。

评分标准：回答三条满分，一条2分，两条4分，三条
5分
5．电压放大器：适合高频量测量，更换导线灵敏度要重新标定。

电荷放大器：适合高低频量测量，灵敏度与导线长度无关，只与反馈电容有关。

评分标准：
（说明：意思相近4分。

若答电压放大器放大电压，电
荷放大器放大电荷不得分。

）
四、作图并说明以下问题（每题6分 作图3分，说明3分）
A
B
C
A
B
T 0
T 0
T
T 0 C
1
2 3
测量仪表
1
通常沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”，
评分标准： 说明3分
作图3分 注意图与说明一致
2．
当衔铁处于中间位置时，δ1=δ2 ，初级线
圈中产生交变磁通Φ1和Φ2，在次级线圈中便产生交流感应电势。

由于两边气隙相等，磁阻相等，所以Φ1=Φ2，次级线圈中感应出的电势 e 21= e 22 ，由于次级是按电势反相连接的，结果输出电压U sc =0。

当衔铁偏离中间位置时，两边气隙不等（即δ1≠δ2），次级线圈中感应的电势不再相等
（即e 21≠e 22），便有电压U sc 输出。

U sc 的大小及
相位取决于衔铁的位移大小和方向
评分标准： 说明3分 作图3分
3．
霍尔电势:
IB
K U H H =
评分标准：
F y
F y
X
X
（d ）
（c ）
U sc
U sr R 1
～ R 22
L 21
L 22 1 e 21 e 22
M 1 M 2
～ ～ I 1
φ 2
φ 1 L
U H
B
b
d
I
+ + + + + + + +
f L f E - - - - - - - v
表达式3分，作图3分，看磁场的在磁通量B ↑的表示符号与否，在，个别符号没有表示的适当减1分，磁通量B ↑的表示符号不在的，不得分。

4.当线圈通入交变电流I 时，在线
圈的周围产生一交变磁场H 1，处于该磁场中的金属体上产生感应电动势，并形成涡流。

金属体上流动的电涡流
也将产生相应的磁场H 2，H 2与H 1方向相反，对线圈磁场H 1起抵消作用，从而引起线圈等效阻抗 Z 或等效电感L 或品质因数相应变化。

金属体上的电涡流越大，这些参数的变化亦越大。

根据其等效电路，列出电路方程 ⎩⎨⎧=++-=-+0
j j j j 222212
1111I L I R I M U I M I L I R
ωωωω
评分标准： 回路方程写出3分 作图3分
5光纤位移传感器的工作原理
1、 光纤位移传感器的结构及工作原理
评分标准：满分6分：
1结构原理图（2分）； 2反射光接收原理示意图2分）
H
电涡流
L
磁通 I
R 2
R 1
M
I 2
L 1
I 1
L
U
3位移与输出电压曲线（2分）
3、位移与输出电压曲线
被测目标
图1.2反射式光纤位移传感器结构示意与原理示意图。