传感器原理与应用试题

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传感器原理与应用

一、填空题（每小题3分，共30分）

1. 传感器是将待测信号转换为与之有确定对应关系有用信号输出的器件或

装置。

2. 一般来说，传感器由敏感元件, 转换元件和辅助部件组成。

3. 线绕电位器式传感器的阶梯特性包括匝间电压和单匝短路电压两方面。

4. 在电阻应变片的电桥测量电路中，设R I=R2，R3=R4，单桥臂为应变片时，输出电压为U o，电桥的灵

敏度为S V，贝

半桥差动电路的输出电压为 2 U o，电桥的灵敏度为 2 S v。

全桥差动电路的输出电压为 4 _____ U o，电桥的灵敏度为 4 ____ S v。

5. 5.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变极距型,

变面积型和变介质型三大类。

6. 差动式电感传感器的灵敏度比单个线圈的传感器的灵敏度提高 1 倍。

7. 电涡流式传感器归为_______ 电感式 ________ 传感器。

8. 压电材料可分为压电晶体和压电陶瓷，前者为单晶体，后者为极化处理

后的多晶体。

9. 压电传感器可等效为一个电压源与一只电容串联，也可等效为一个电流

与一只电容并联。

10. 常用的热电偶的热电极材料分为贵重金属和普通金属两大类。

二、简答题（6题，每题5分，共30分）

1. 传感器的静态特性是什么？用哪些性能指标描述？

在静态输入时传感器所呈现出来的输入—输出特性。

传感器的静态特性主要由下列几种性能来描述。

1、线性度，2．灵敏度，3．重复性，4．迟滞（回差滞环）现象，

5、分辨率，

6、稳定性，

7、漂移

2. 传感器的动态特性是什么？其分析方法有哪几种？

在动态输入时，传感器所呈现出来的输入—输出特性。

其分析方法有两种

阶跃响应与频率响应。

金属电阻应变片测量外力的原理是什么？其灵敏系数及其物理意义是什么？外力，应力，应变，应变片应变，应变片阻值，测量电路输出电压。输出电压反映外力。

K S 称为金属丝材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。

3. 什么叫压电效应？

当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时、会产生变形，此时这种材料的两个表面特产生符号相反的电荷。当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电效应。有时人们又把这种机械能转变为电能的现象，称为“顺压电效应” 。反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电扬后，该物质的变形陋之消失．把这种电能转变为机械能的现象，称为“逆压电效应” 。

4. 什么叫热电效应？

5. 什么叫霍尔效应？

一块半导体薄片，其长度为L,宽度为b，厚度为d，当它被置于磁感应强度为B的磁场中, 如果在它相对的两边通以控制电流J，且磁场方向与电流方向j更交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流IJ和磁感应强度出乘积成正比的电势 U H，即U H K H IB，其K H 为霍尔元件的灵敏度。这一现象称

为霍尔效应，该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。

三、计算题（2题，共25分）

1.在半导体应变片电桥电路中，其中一桥臂为半导体应变片，其余为固定电阻，该桥路受到£='

6000卩应变作用。若该电桥测量应变时的非线性误差为2 %，n =R2/R I=1，求该应变片的灵敏

系数为多少？（15分）

2.当差动式极距变化型的电容传感器的动极板位移为A d =0.75mm 时，若初始电容量

C i=C2=80pF，初始距离d =5mm，试计算其非线性误差。若差动电容为单只平板电容，其非

线性误差为多少？（10分）

四、分析题（15分）

试分析如下差动式电容传感器脉冲宽度调制电路的工作过程，画出U A、U B、U AB、U F、U G的波形,

并说明该电路的特点。（15分）

设传感器为差动电容C i和C2，当双稳态触发器处于某一状态，如 Q 1,Q 0，A点的高电位通过

R对C i充电，直至C点充电电位高于参比电位U r时，比较器A l输出正跳变信号，此时，因Q 0，B点为低（零）电位，电容器C2上已充电流，通过R2而放电，比较器A2的“一”端电位高于“十” 端，比较器输出负跳变，激励触发器翻转，使 Q 1,Q 0,于是B点为高电位，对C2充电；A点为低电位，C1放电，当比较器A1的“十”瑞电位低于A l “一”端参比电压U r时，产生触发脉冲使触发器翻转，如此交替激励，触发器两端输出极性相反、宽度取决于C1和C2的脉冲。当差动电容

器C1 = C2时，电路各点电压波形如图。

由此可见，对于差动脉冲调宽电路，不论是改变平板电容器的极板面积或是极板距离

其变化量与输出量都成线性关系。

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调宽线路还具有如下一些特点:

（1）不像调幅线路那样，需对元件提出线性要求， （2）效率高，信号只要经过低通滤波器就有较 大的直流输出；（3）不需要解调器；（4）由于低通滤波器作用，对输出矩形波纯度要求不高。 （5）电路

上下对称。

这些特点都是其他电容测量线路无法比拟的 <7Cj t Uv — ------ -- ■■■ ja!