传感器作业与习题

“传感技术及应用”作业与习题

一、绪论

作业习题

1.什么是传感器？（传感器定义）

传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？

2.解释下列名词术语：

敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。

讨论习题

1.什么是传感器？常用的分类方法有哪两种？

思考题

1. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？

二、传感器的一般特性

作业习题

判断以下各题正确与否：

1.传感器是一种测量器件或装置，它将被测量按一定规律转换成可用输出，一般系统有输入和输出，所以均可看作传感器。

2.传感器的静态特性曲线表示法一般有方程表示法，曲线表示法，列表表示法三种，但是它们严格意义上是等效的。

3.迟滞误差、非线性误差和重复性误差都会给测量结果带来误差，但它们都可用统计平均的办法减少。

4.传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。

5.某位移传感器的测量量程为1mm，分辨力为0.001 mm，这说明传感器的灵敏度很高，其灵敏度为0.1 %。

6.传感器A采用最小二乘法拟合算得线性度为土0.6%，传感器B采用端点直线法算得线性度为±0.8%，则可以肯定传感器A的线性度优于传感器B。

7.无论何种传感器，若要提高灵敏度必然会增加非线性误差。

8.幅频特性优良的传感器，其动态围大，故可以用于高精度测量。

讨论习题

1.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？

2.静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？

3.动态参数有那些？应如何选择？

思考题

1.对于一阶传感器而言，传感器的时间常数越小，工作频域越宽，动态响应越好。

2.对于二阶传感器而言，可以通过减小传感器运动部分质量和增加弹性敏感元件的刚度来提高传感器的固有频率。

三、电阻式传感器

作业习题

1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？

2. 说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？

3．一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为2.0,波松比为0.3,材料弹性模量

E=2.1×1011Pa 。要求：

①绘出弹性元件贴片位置及全桥电路； ②计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；

③当桥路的供电电压为10V 时，计算传感器的输出电压。 4.应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？

5.某次测定金属丝电阻—温度关系的实验数据如下表

t(℃) 17.8 20.9 37.7 48.2 58.8 R t (Ω)

3.554

3.687

3.827

3.969

4.105

试正确绘制R-t 关系并求出0℃时的电阻阻值。

6.有一测量吊车起吊物质量的拉力传感器如图(a)所示。电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等轴截面上。已知等截面轴的截面积为0.00196m 2

，弹性模量211/102m N E

⨯=，泊松比为0.3，R1、R2、R3、R4标称

值均为120Ω、灵敏度为2.0，它们组成全桥如图(b)所示，桥路输入电压为2V ，输出电压为1.0mV ，求：①等截面袖的纵向应变及横向应变；②重物m 有多少吨？

7.半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片介入电桥时，应放在邻边。 8.桥路（差动电桥）测量存在非线性误差，是因为_____________________。 9.应变式传感器可用于温度测量吗？

10.一阻值120Ω的应变式电阻传感器灵敏系数0.2=K ，将该应变片用阻值为12Ω的导线连接到测量

系统，求应变片灵敏系数'

K =1.82。

11.设计一只测量线位移的精密线绕电位器，测量围0~10mm ，分辨力为50μm ，灵敏度为2.7V/mm ，电阻丝材料选用铂铱金丝，其电阻率ρ=3.15×10-4

Ω.mm ，当电位器的负载电阻R f =10kΩ。求电位器的最大负载误差。

12.下图是热敏电阻温度传感器的线性化电路，设T L 、T H 、T M 分别为测温的下限、上限和测温围的中点，其对应的热敏电阻值已知为R L 、R H 、R M ，为保证热敏电阻输出的线性，请推导串联在热敏电阻中的R 的最佳值是多少？

讨论习题

1．试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。

思考题

1．在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？

四、电感式传感器

作业习题

1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。

2.说明差动变压器（螺线管式）传感器的结构形式与输出特性。

3.什么是零点残余电压，有哪些方法可以进行残余电压补偿？

4.用差动变压器进行位移测量时采用那种电路形式可以直接由输出电压区别位移的大小和方向？

5.什么是电涡流效应？电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？分别利用哪些物理量进行检测，由哪个电参量转换进行电量输出的？

6．电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？

7．如图所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4π×10-7H﹒m-1,试计算气隙长度为零及为2mm 时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm.

8．问振幅是5V，频率是1000Hz的正弦波交流的有效值为多少？周期为多少？

9.在膜厚传感器上，厚度l 越大，线圈的自感系数是变大还是变小？

10.将非电量的变化转换成线圈______ (或______)变化，这种测量装置叫做电感式传感器。该传感器按转换原理不同可分为_______式或_______式两大类。

11.判断题：

①.对变间隙的电容式传感器而言即使采用差动结构也不能完全消除非线性误差。

②.差动电感传感器不能完全消除非线性误差。

③.电感式传感器和涡流式传感器都是通过电感量的变化检测信号的，所以它们结构和工作原理没有

任何不同。

④.自感式电感传感器改变空气隙等效截面积类型变换器转换关系为非线形的，改变空气隙长度类型