传感器总复习题

总复习题

1-7.一数字温度测量系统的测温范围为－55℃～＋150℃，在此范围内的最大线性偏差为±1 ℃,试求该系统的测温线性度。

1-8.某压力传感器的量程范围为50KPa～0.2MPa，精度等级为0.2级（0.2%），试求其在量 程范围内的最大绝对误差。

1-9.用测量范围为50~150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa， 求该示值的绝对误差，相对误差。

2-1. 一丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值100?，试求当试件受力后的应变为1.8?10?3时该应变计的电阻变化ΔR。

2-2. 一试件受力后的应变为2?10?3；丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值120?，温度

系数?50?10?6??6??6?C，C；C。线膨胀系数为14?10试件的线膨胀系数为12?10试求：温度升高20℃时，应变计相对热输出。

2-3. 在悬臂梁的上下方各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2。若应变片的灵敏系数

k=2，电源电压U=2V，当悬臂梁顶端受到向下的力F时，电阻R1和R2的变化值ΔR1 =ΔR2 =0.48Ω，试求电桥的输出电压。

BR1??R1A

R2??R2CUOR1?R2?R1

R4DUR3R2

2-4. 图为一直流应变电桥，图中U=4V，

R1?R2?R3?R4?120?，试求：

① R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为?R1?1.2?时，电桥输出电压UO。

② R1R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同?R1??R2?1.2?，其余为外接电阻，电桥输出电压UO。

ABR1R2CUOR4DUR3③ 题②中，如果R2与R1的感受应变的极性相反，且大小相同，即?R1??R2?1.2?，电桥输出电压UO。

2-5. 图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数

K=2.05，未受应变时，R1=120Ω，当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求：

① 应变片的电阻变化量?R1和电阻相对变化量?R1/R1

② 将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电流电压为直流

3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。 ③ 若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。 2-6. 利用悬臂梁结构可以构成称重传感器。试就在悬臂梁的上下方各贴一片金属应变片组成

差动半桥和各贴二片金属应变片组成差动全桥时的应变电阻片的布贴方式、电桥连接方法和相应的输出电压大小做出说明, 并说明其差动和温度补偿的原理。 2-8一个初始阻值为120Ω的应变片，灵敏度为K=2.0，如果将该应变片用总阻值为12Ω的导线连接到测量系统，求此时应变片的灵敏度K’。 2-9采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其粘贴在如图所示的实心圆柱形测力弹性元件上。已知力F=10kN，圆柱横截面半径r=1cm，材料的弹性模量E?2?10?7N/cm2，泊松比μ=0.3。

（1）画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应的测量桥路原理图。 （2）求各应变片得应变及电阻相对变化量。

（3）若电桥供电电压U=6V，求桥路输出电压Uo。

（4）此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响，说明理由。

3-1. 分别画出正负半周下二极管环形相敏检波电路的等效电路并据此说明其工作原理（如何

反映衔铁运动的大小和方向）。

3-2. 试推导差动变压器的输出电压与△M之间的关系。 3-3. 利用电涡流式传感器测量金属板的厚度时，为什么测薄板时应选择较高的频率，测厚板

时则选较低的频率。

3-4. 利用电涡流式传感器测量厚度，试述低频透射式和高频反射式测量的工作原理。 3-5 已知变气隙电感传感器的铁心截面积S=1.5cm2，磁路长度L=20cm， 相对磁导率μ

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i=5000，气隙δ0=0.5cm，?δ=±0.1mm， 真空磁导率μ0=4π*10H/m，线圈匝数N=3000，

求?L/?δ，若做成差动结构形式，其灵敏度将如何变化？

3-6 如图为气隙式电感传感器，铁心截面积S=4mm*4mm，气隙总长度lδ=0.8mm, 衔铁最大位移?lδ=±0.08mm,激励线圈匝数N＝2500匝，导线直径d＝0.06mm，电阻率 ，当激励电源频率f＝4000Hz时，( ) ，

?0?4??10?7H/m??1.75?10?6??cm忽略漏磁及铁损，要求计算：

（1）线圈电感值

（2）电感的最大变化量

（3）当线圈外截面积为11mm*11mm时， 其直流电阻值 （4）线圈的品质因数

3-7利用电涡流式传感器测板材厚度，已知激励电源频率f=1MHz，被测材料相对磁导率

?6.9μr=1，电阻率 ? ? 2 ? 10 ? ? cm ，被测板材厚度为1.2mm。

（1）计算采用高频反射法测量时，涡流穿透深度h为多大？

（2）能否采用低频透射法测板厚?若可以需要采取什么措施？画出检测示意图。

4-1. 同心圆筒电容传感器如图所示其可动极筒外径为9.8mm，定极筒内径为10mm，遮盖

长度为1mm时，试求电容值C。当供电电源频率为60KHz时，求它的容抗值。

4-2. 一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm，工作初始间隙为0.3mm，空气介质，

所采用的测量电路的灵敏度为100mV/pF，读数仪表灵敏度为5格/mV。如果工作时传感器的间隙产生2μm的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？

4-3. 当差动式变极距型电容传感器动极板相对于定极板移动了?d＝0.75mm时，若初始电容

量C1＝C2＝80pF，初始距离d＝4mm，计算其非线性误差。若改为单平板电容，初始值不变，其非线性误差为多大？

4-4. 已知极板电容传感器，其极板面积为A，两极板间介质为空气，极板间距1mm，当极

距减少0.1mm时，求其电容变化量和传感器的灵敏度。若参数不变，将其改为差动结构，当极距变化0.1mm时，求其电容变化量和传感器的灵敏度？并说明差动传感器为什么能提高灵敏度并减少非线性误差。

4-5. 平板式电容位移传感器如图所示。已知极板尺寸a＝b＝4mm，间隙d0＝0.5mm，极板

间介质为空气。求该传感器的静态灵敏度。若极板沿x方向移动2mm，求此时的电容量。

4-6. 如图为电容式传感器的双T型电桥测量电路，已知R1＝R2＝R=40kΩ，RL=20KΩ，E=10V，

f＝1MHz，C2＝10pF，C1＝10pF，?C1＝1pF。求UL值。

5-1某磁电感应式速度传感器总刚度为3200N/m，测得其固有频率为20Hz，今欲将其固有频率减小为10Hz，问刚度应为多大？

5-2已知磁电式速度传感器的技术参数如下：频率范围20~1000Hz，幅值范围为5mm（峰峰值），加速度幅值范围为0.1~30g（g=9.8m/s2为重力加速度），无阻尼固有频率为5Hz，线圈电阻为600Ω，横向灵敏度最大为20%，灵敏度为4.88±0.2V/（m/s），质量为170g。

（1）在有效载荷作用下测得最低频率时位移的振幅为5mm，试计算这时的输出电压值。 （2）频率为100Hz时测得输出电压幅值为0.5V，确定这时的速度和相应的位移。 5-3 霍尔元件灵敏度KH=40V/（A·T），控制电流I=3.0mA，将它置于变化范围为

?4?4 1 ? 10 ~ 5 ? 10 T 的线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围为多大？ 5-4 某霍尔元件L×b×d为 ? 4 mm ? 0 . 2 mm ,其灵敏度系数为 1 . 2 mV /( mA ? T ) ,8 mm沿L方向通过工作电流 I=5mA,垂直于b×d面方向的均匀磁场B=0.6T.求其输出的霍尔电势是多少?

6-1. 以钛酸钡为例，在y轴受到1N/m2的切应力。试求出在各方向产生的电荷密度。

6-2. 已知电压前置放大器输入电阻及总电容分别为Ri＝1MΩ，Ci＝100pF，求与压电加速度计相配测量1Hz的振动时幅值误差为多大？

6-3.将压电式传感器与一只灵敏度为Sv且可调的电荷放大器连接，然后接到灵敏度为Sx=20mm/V的光线示波器上记录，现知压电式压力传感器灵敏度为Sp=5pc/Pa，该测试系统的总灵敏度为S=0.5mm/Pa，试问：

(1)电荷放大器的灵敏度为Sv应调为何值（V/pc）?

(2)用该测试系统测40Pa的压力变化时，光线示波器上光点的移动距离是多少？ 6-4一只压电晶体的电容为Ca＝1000pF，电荷灵敏度为Sq＝2.5pc/N，电缆电容为Cc＝3000pF，示波器的输入阻抗为1MΩ，输入电容为50pF。 (1)求压电晶体的电压灵敏度。 (2)分析测量系统的频率响应特性。

(3)如果系统允许的测量幅值误差为5％，可以测量的最低频率为多大？

(4)如果频率为10Hz，允许误差为5％，用并联连接方式，并联电容的值为多大？

6-5.一只压电式加速度计，供它专用的电缆的长度为1.2m，电缆电容为100pF，压电片本身的电容为1000pF。出厂时标定的电压灵敏度为100V/g(g=9.8m/s2为重力加速度)，若使用中改用另一根长2.9m的电缆，其电容量为300pF，问电压灵敏度如何改变？

6-6.用石英晶体加速度计测量机器的振动，已知加速度计的灵敏度为2.5pC/g（g＝9.8m/s2），电荷放大器的灵敏度为80mV/pC，当机器达到最大加速度时，相应的输出电压的幅值为4V。试计算该机器的振动加速度为多大？

6-7.有一块压电晶体，其面积S=20mm2，厚度δ＝10mm，当受到p＝10MPa的压力作用时，求它所产生的电荷量Q及输出电压。

（1）压电晶体为0度x切型的纵向石英晶体。 （2）压电晶体为利用纵向效应的BaTiO3。

7-1.一光电管与5kΩ电阻串联，若光电管的灵敏度为30μA/lm，试计算当输出电压为2V时的入射光通量。

7-2.如图所示电路为光控继电器开关电路。光敏电阻为硫化镉器件，其暗电阻 R 0 ? M ? ，10k ?在照度E=100lx时，亮电阻 R Lt ? 5 ，三极管的β值为50，继电器J的吸合电流为10mA，

计算继电器吸合时需要多大照度？

7-3．光敏二极管的光照特性曲线和应用电路如图所示，图中l为反相器，RL为20kΩ，求光照度为多少lx时Uo为高电平。

7-4.光电二极管的等效电路如图所示，在入射照度一定时，光电二极管相当于一个恒流源，以Is表示。若光电二极管的结电容CJ=5pF，RL=100kΩ，求此电路的频率特性的上限频率值。

7-5.用硒光电池制作照度计，图为电路原理图，已知硒光电池在100lx照度下，最佳功率输出时Vm=0.3V，Im=1.5mA。选用100μA表头改装指示照度值，表头内阻RM为1kΩ，若指针

满刻度值为100lx，计算电阻R1和R2的值。

另外书上P29 1-3 1-5 1-6 1-9 P47 2-5

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