《传感器与检测技术》题库

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1. 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。

2. 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。

3. 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 ∆-=∆-=-=∆00ε 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。

直线位移型电容式传感器

4. 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=5sinωt 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?

i

Ｃ

图4 运算放大器电路

解：由测量电路可得

ϖ

ϖsin

45

sin

5

15

.0

5.1

5.1

20

200

=

⨯

-

⨯

=

∆

-

-

=

-

=t

u

x

d

d

C

C

u

C

C

u

i

x

i

x

/V

5.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=0.2m m.

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

10

85

.812-

⨯

=

ε。

图5 所示正方形平板电容器

解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。

32

.

28

10

2

10

85

.8

10

16

4

4

3

12

4

2

=

⨯

⨯

⨯

⨯

⨯

=

=

-

-

-

δ

εa

C /pF

x

kx

C

x

a

a

C

x

8.

70

32

.

28

)

(

4

0-

=

+

=

-

=

δ

ε

(x的单位为米)

δ

ε)

4

ax

C

C

C

x

-

=

-

=

∆

8.

70

10

2

10

4

10

85

.8

4

4

3

2

12

0-

=

⨯

⨯

⨯

⨯

⨯

-

=

-

=

-

=

-

-

-

δ

εa

x

C

C

K x /pF

cm

6. 有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图

6所示。电容传感器起始时b 1=b 2=b =200mm ，a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ，极间介质为空

气，测量电路u 1=3sinωt V ，且u=u 0。试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电

桥输出电压u 0。

u i

图6 平面直线位移差动传感器 解：根据测量电路可得

t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320

500=⨯=∆=∆==/mV 7. 热电阻传感器的测量电路有哪些？说明每种测量电路的特点。

答：通常采用电桥电路作为测量电路。为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配

在两个相邻的桥臂中，如果t t R R 21=，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化

造成的误差被相互抵消。

8. 试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因。