传感器试题电气2004答案

《检测技术》试题A答案

一：单项选择题（30分）

二：选择填空题（20分）

1、可以进行位移测量的传感器有电涡流传感器、超声波传感器、感应同步器；

2、可以完成温度测量的有热敏电阻、光纤传感器、热电偶；

3、半导体式传感器是气敏传感器、热敏电阻、CCD电荷耦合器、光电二极管；

4、光电传感器有光电晶体管、光电二极管、光电池、光电耦合器

5、用于压力测量的传感器压电传感器、霍尔元件、电容传感器；

6、利用物体反射进行检测的传感器电涡流传感器、超声波传感器；

7、可用于速度测量的传感器有测速发电机、超声波传感器、感应同步器；

三：计算题（30分）

1：（10分）用镍铬-镍硅势电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电热为-0.60mv，此时电位差计所处的环境温度为25℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？

解：t0=25℃

E(t,t0)=-0.60mv

E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)

E(t,0)= E(t,t0)+ E(t0,0)

查表：E(t0,0)＝E(25,0)＝1.00mv

E(t,0)= E(t,t0)+ E(t0,0)=-0.60+1.00=0.40mv

查表：t＝－10.4℃

2：（10分）图示为热电阻桥式测温电路，测温范围为0℃～200℃，其中Rt=10(1+0.02t)kΩ为感温热电阻，

为常值电阻，R0=10kΩ，E为工作电压，M、N两点间的电位差为输出电压。问：

(1)如果0℃时电路输出电压为零，常值电阻

取多少？

(2)采用上述常值电阻值，如果该测温电路的平均灵敏度达到

15mV/℃，其工作电压E应取多少？

解：（1）在t＝0℃时，系统输出为0，说明系统此时处于平衡状态，那么由平衡电桥知：

Rs=Rt=10(1+0.02t)=10欧姆（其中t＝0）

（2）由题知道：

U

MN

＝E×（Rt－Rs）/4

系统灵敏度为15mv/℃，则说明系统温度每变化1℃，系统输出15mv。那么：

E＝4 U

MN

/（Rt－Rs）＝4×15/(10(1+0.02*1)-10)=3000mv=3V

3、（10分）有一个敞口容器：ρ=1g/cm3，H=1000mm.

问差压范围是多少mmH

2

O？若差压变送器输出范围为20～100kgf/ cm2，那么液位为40%时的输出压力？实际作用于正压室的压力是多大？

解：差压范围为H＝1000mmH

2

O

输出压力＝20＋（100－20）×40％＝52 kgf/ cm2

作用于正压室的实际压力＝P0＋1000×40％mmH

2

O

由于一个大气压为10.33mH

2

O,那么：

作用于正压室的实际压力＝10.33mH

2O＋1000×40％mmH

2

O＝10.73

mH

2

O

四：分析题（5分）

差动脉冲调宽电路也称为差动脉宽(脉冲宽度)调制电路，利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化。通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号。分析该电路的工作原理。

解：当接通电源时，双稳态触发器的Q端及A点为高电平，Q非端为低电平。因此A点通过R1对C1充电，直到F点的电位等于参考电压U，比较器A1输出脉冲，使双稳态触发器翻转，Q端变为低电平，而Q非端为高电平。此时F点的电平经过VD1短路迅速放电至0，同时B点的高电平通过R2对C2充电，使C2两端的电位达到U时，双稳态触发器翻转，周而复始，则在A，B两点分别输出宽度C1、C2调制的矩形脉冲。

其中：U AB=U A-U B=(T1-T2)U/(T1+T2)

如果R1＝R2，则：

U AB=U A-U B=（C1－C2）U/(C1+C2)

C1和C2做成差动电容，那么输出的电压值与两个电容的差值成正比。

五、问答题（15分）

请根据上述材料，回答以下问题：

1、为什么要对热敏电阻构成的温度测量电路进行线性化，线性化后对系统有什么影响？

2、如果采用开环式非线性特性补偿，请用解析法求出补偿环节的输入输出函数。

3、用对数电路设计热敏电阻的线性化电路。

解：（1）为使传感器的输出能不失真的复现输入量的变化，必须使幅频特性为常数，相频特性是线性关系；线性化可以简化理论分析和设计计算；传感器的线性特性便于应用线性系统的叠加

原理进行各种干扰因素的补偿；线性化便于数据处理和标定；便于制作、安装、调整；便于提高测量精度。

（2）由于热敏电阻是无源传感器，在测量温度时，通常采用平衡电桥进行测量，假设采用等臂电桥单臂工作，则平衡电桥的输出

为：01

1

()000()4

T T E

U R e R β-=-

由开环式非线性特性补偿的原理可以知道： U2＝kU1，其中k 为放大器放大倍数 U0＝ST ，其中S 为系统灵敏度 由以上3式联立求解，可知：

001

()

02[1]4

s

u T kER U e β-=-，该式即是非线性补偿环节的输入输出函

数。

(3)对数补偿电路：

对上图求解其输入输出函数，有：

其放大倍数即灵敏度为常数，说明实现了输入输出线性化。

β