324#——传感器与信号调理

传感器与信号调理模拟题 1

1 第1题图是一根导体受拉伸后发生参数变化的示意图，试推导其应变效应的

数学表达式。

第1题图金属材料的应变效应示意图

2第2题图变极距型电容传感器示意图，试推导其输出特性。采用差动技术带来了哪些优势？

答案

输出特性：在有效工作区域内,输出电压与间隙变化满足线性关系，具有智能化和实时性优点,极大地提高实验精度。

第2题图变极距型电容传感器示意图

3第3题图是变气隙型自感传感器示意图，推倒其传感特性表达式

第3题图变气隙型自感传感器示意图

4阐述压电效应和逆压电效应的基本概念。第4题图时压电传感器与电荷放大器连接的示意图，推导其输出电压与传感器受力之间的关系式

第4题图压电传感器与电荷放大器连接的示意图

5 第5题图是热电偶冷端温度电桥补偿法的原理图，详细阐述其补偿原理。

第5题图 热电偶冷端温度电桥补偿法原理图

参考答案： 答：热电偶冷端温度电桥补偿法对冷端温度波动能够自动补偿，电桥产生的不平衡电势正好补偿冷端温度波动引起的热电势波动。因此

①补偿条件 0T T n =时，0=ab U

0T T n ≠时，),(0T T E U n AB ab =

②补偿结果：),()(),(),(00T T E T T E T T E U T T E U AB b n AB n AB ab n AB =+=+=

③注意点：

1°给定的热电偶只能选配与其相适应的补偿器

2°补偿器只能在规定的温度范围内使用，即C T n ︒=40~0 3°补偿器极性不能接反a 、b 不能接反，E 不能反接

6通过恒流源激励和在输入端并联温度敏感电阻，可补偿温度对霍尔传感器的影响。如第6题图所示。设温度从T 0 上升到T 时，霍尔片的输入电阻从r 0变到r ，霍尔片的灵敏系数从K H0变到K H ，选用的温度补偿电阻从R 0变到R ，且K H = K H0+αK H0(T- T 0); r= r 0+βr 0(T- T 0); R= R 0+δR 0(T- T 0)，在霍尔片一定的前提下，确定补偿电阻。

第6题图 霍尔传感器的温度补偿

参考答案： 答：采用恒流源供电并且在输入回路并联电阻，实际流过霍尔元件的电流随温度的波动自动改变，正好补偿霍尔元件特性随温度的改变，保证霍尔电势不随温度波动而波动。因

)1(0t K K H H ∆+=α )1(0t r r ∆+=β )1(0t R R ∆+=δ

按上述要求推导出输入回路并联电阻应为

00r R α

δ

αβ--=

一般δ很小，可忽略不计，且α＜＜β，故有00R r β

α

≈

7 阐述集成传感器的基本概念。第7题图是集成霍尔开关，说明各部分的作用。

第7题图 集成霍尔开关

参考答案：

答：集成传感器将传感器、温度补偿、校准和信号调理于同一块芯片上。

集成霍尔开关由霍尔元件H 、差分放大V1和V2、施密特触发器V3和V4、输出级V5至V8组成

8 随机误差具有哪些特征？随机误差产生的原因是什么？有三台测压仪表，量程均为0-0.6MPa ，精度等级分别为2.5级、2.0级、1.5级，现需测量0.5MPa 左右的压力，要求相对误差不超过2.5%，选用哪台仪表更合理？ 参考答案：

解：正态分布的随机误差的统计特点：

1)对称性――绝对值相同的正、负误差出现的次数相同。

2)抵偿性：

01

l i m

=∑=∞

→n

i i

n δ

3)单蜂性：在0=δ处，概率最大

４)有界性：随机误差的绝对值不会超过一定界限。

随机误差是由数量众多、但每个因素对结果影响有很微弱的因素造成。

2.5级测压仪表最大绝对误差为0.015MPa, 2.0级测压仪表最大绝对误差为0.012MPa. 测量0.5MPa 左右的压力，要求相对误差不超过2.5%，即要求最大绝对误差低于0.0125MPa ，故应选用2.0级的仪表。

传感器与信号调理模拟题 2

1、按误差所呈现的规律分类，检测误差一般可分为哪几种？现需要测量80℃左

右的温度，有两只温度计可选，其一量程300℃，0.5级；其二量程100℃，

1.0级，问应该选用哪一只温度计？

2、下图是一根导体受拉伸后发生参数变化的示意图，试推导其应变效应的数学

表达式。

第2题图金属材料的应变效应示意图

3、假定惠斯登电桥的1臂（左上臂）是一个120Ω的应变片（G=2.00），4臂上

（左下臂）是用于补偿的相类似的附属应变片。2臂和3臂是固定的120Ω电阻器。流过应变片的最大电流为40mA。若检测应变片粘贴在钢梁（E=210GPa）上，而电桥由5V供电，试问当外加负荷为70Kg/cm2时，电桥的输出电压是多少？假定校准电阻器与1臂上未加负荷的应变片并联，试计算为了产生与钢梁加载700 Kg/cm2相同输出电压所需的校准电阻值。

4、第4题图是角位移测量用差动电容传感器示意图，推导其输出特性表达式。

第4题图角位移测量用差动电容传感器

5、下图是变气隙型差动变压器结构图，试推导其输出特性。

第5题图 变气隙型差动变压器结构图

参考答案：

答：1

1N N '= 22N N '=

δδδ∆+=01 δδδ∆-=02

所以

)

1/(001δδ

∆+

=L L

)

1/(002δδ

∆-

=L L

1

211W N L M ⋅

=

1

22122

2N N L N N L M =''=

1

1212122210)()(I M M j I M M j U U U -=--=-=ωω

11

212)(I N N L L j

⋅⋅

-=ω

jQ L L j U L j L j r r U I E

E 111)

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