《传感器与检测技术》题库要点

《传感器与检测技术》题库要点

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《传感器与检测技术》题库

1. 简述传感器的概念、作用及组成。

2. 传感器的分类有哪几种？各有什么优缺点？

3. 传感器是如何命名的？其代号包括哪几部分？在各种文件中如何应用？

4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？

5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述？采用什么样的激励信号？其含义是什 么？（幅频、相频）（周期函数型、瞬变函数型）

6. 力传感器的组成是什么？

7. 弹性敏感元件的作用是什么？其分类有几种？各有何特点？

8. 电阻应变式传感器的工作原理是什么？它是如何测量试件的应变的？ 9. 电阻应变式传感器的测量电路有哪些？各有何特点？ 10.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?

答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。 11.电阻应变片为什么要进行温度补偿？补偿方法有哪些？ 12.应变片的粘贴、固化和检查工艺有哪些？

13.图1为一直流应变电桥。12345,120i U V R R R R =====Ω，试求：

① 1R 为金属应变片，其余为外接电阻，当1R 变化量为1 1.2R ∆=Ω时，电桥输出电压?o U =

② 12R R 、都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥的输出电压?o U =

③ 题②中，如果12R R 、感受应变的极性相反，且12 1.2R R ∆=∆=Ω，电桥的输出电压?o U =

④ 由题①～③能得出什么结论与推论？

图1 直流应变电桥

14.压电式传感器的工作原理是什么？压电材料有哪些？ 15.试用石英晶体为例说明压电效应产生的过程。 16.压电陶瓷有何特点？

17.压电传感器的测量电路是什么？各有何特点？

18.为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?

答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。

19.如图2所示电荷放大器等效电路。压电元件为压电陶瓷，压电陶瓷的压电系数

10510/ZZ d C N -=⨯，反馈电容0.01f C F μ=，若输出电压00.4U V =，求压电传

感器所受力的大小？

图2 电荷放大器等效

20.石英晶体的纵向压电系数122.310/XX d C N -=⨯，晶体的长度是宽的2倍，是厚的3

倍，求：① 当沿电轴方向施加4310N ⨯的力时，用反馈电容为0.01f C F μ=的电荷放大器测量的输出电压是多少？

② 当沿机械轴施加力y F 时，用同样的电荷放大器测出的输出电压为3V ，y F 为多少？

21.用压电式传感器测量一正弦变化的作用力，采用电荷放大器，压电元件用两片压电

陶瓷并联，压电系数1219010/zz d C N -=⨯，放大器为理想运放，反馈电容

3800f C pF =，实际测得放大器输出电压为010sin ()U t V ω=，试求此时的作用

力?F =

22.电容式传感器的工作原理是什么？可分成几种类型？各有个特点？

23.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可 采取什么措施并应注意什么问题?

答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。

当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为

C =εb （a -△x ）/d =C 0-εb ·△x /d （1） 电容因位移而产生的变化量为

a x

C x d b

C C C ∆-=∆-

=-=∆0

0ε

其灵敏度为 d b

x C K ε-=∆∆=

可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。

b

d

a

x

Δx

直线位移型电容式传感器

24.电容式传感器的测量转换电路主要有哪些？

25.有一个以空气为介质的变面积型平板电 容式传感器，如图3所示，其中

8,12a mm b mm ==，两极板间距为

1d mm =。当动极板在原始位置上平移了

5mm 后，求传感器电容量的变化C ∆及

电容相对变化量0/C C ∆。（空气的相对介 电常数1/r F m ε=，真空的介电常数

1208.85410/F m ε-=⨯）

26.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图4所示。C 0=200pF ，传感器 的起始电容量C x0=20pF,定动极板距离d 0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K → ∞,Z i →∞),R f 极大,输入电压u 1=5sin ωt V 。求当电容传感动极板上输入一位移量 △x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少?

+-

u i

u 0

Ｎ

Ｃx

R f

Ｃ0

图4 运算放大器电路

解：由测量电路可得

ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000=⨯-⨯=∆--=-

=t u x

d d C C u C C u i x i x

/V

27.

如图5所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm,极板间距离δ=0.2mm.若用此变面

积型传感器测量位移x ,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m 1085.812-0⨯=ε。

图3 变面积型平板电