完整版?zhèn)鞲衅髟砑皯?yīng)用復(fù)習(xí)題

1、?傳感器原理及應(yīng)用?復(fù)習(xí)題1 .靜態(tài)特性指標(biāo)其中的線性度的定義是指_ =±包在/100%J 2 .傳感器的差動測量方法的優(yōu)點(diǎn)是減小了非線性誤差、提升了測量靈敏度o3 .對于等臂半橋電路為了減小或消除非線性誤差的方法可以采用提升橋臂比,采用差動電橋的方法.4 .高頻反射式電渦流傳感器實際是由 線圈 和 被測體或?qū)w 兩個局部組成的系統(tǒng),兩者之間通過電磁感應(yīng)相互作用, 因此,在能夠構(gòu)成電渦 流傳感器的應(yīng)用場合中必須存在金屬 材料.5 .霍爾元件需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑蚴怯捎谄浠魻?系數(shù)和 材料電阻受溫度影響大.使用霍爾傳感器測量位移時,需要構(gòu)造一個磁場.6 .熱電阻最常用的材料是 鋁 和銅

2、,工業(yè)上被廣泛用來測量 中低溫 區(qū) 的溫度,在測量溫度要求不高且溫度較低的場合,銅 熱電阻得到了廣泛應(yīng)用.7 .現(xiàn)有霍爾式、電渦流式和光電式三種傳感器,設(shè)計傳送帶上塑料零件的計數(shù)系統(tǒng)時,應(yīng)選其中的光電傳感器.需要測量某設(shè)備的外殼溫度,其范圍是300400C ,要求實現(xiàn)高精度測量,應(yīng)該在柏銘-柏?zé)犭娕?、珀電阻和?敏電阻中選擇鋁電阻 .8 . 一個二進(jìn)制光學(xué)碼盤式傳感器,為了到達(dá) 1左右的分辨力,需要采用 或 位碼盤.一個刻劃直徑為400mm勺20位碼盤,其外圈分別間隔為稍大于 m m9 .非功能型光纖傳感器中的光纖僅僅起傳輸光信息的作用,功能型光纖傳感器 是把光纖作為 敏感 元件.光纖的NA

3、值大說明 集光水平 強(qiáng) .11 .光照使半導(dǎo)體電阻率變化的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng), 基于此效應(yīng)的器件除光敏 電阻外還有處于反向偏置工作狀態(tài)的光敏二極管.光敏器件的靈敏度可用 光照特性表征,它反映光電器件的輸入光量與輸出光電流 電壓之間的關(guān)系.選擇光電傳感器的光源與光敏器件時主要依據(jù)器件的光譜 特性.12 .傳感器一般由敏感元件.、 轉(zhuǎn)換元件.、 測量電路及輔助電源四個局部組成.13 .傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下,輸出變化量 與輸入 變化量的比值.對線性傳感器來說,其靈敏度是 一 常數(shù).14 .某銅熱電阻在0c時的阻值為50Q,那么其分度號是 Cu50 ,對于 鍥銘鍥硅熱電偶具正極是一鍥銘 .

4、15 .差動變壓器式傳感器常見的有 和 兩種結(jié)構(gòu)類型,其中最常用的是 差動變壓器.16 .為提升壓電器件的靈敏度,常采用兩個或多個壓電片組合,其中串聯(lián)連接方 式適用于 電壓輸出、測量 高頻 信號的場合;并聯(lián)方式適用于電荷 輸出、測量 低頻 信號的場合17 .電渦流傳感器從測量原理來分,可以分為高頻掃射式和 低頻透射式兩大類.1 .電容式傳感器的應(yīng)用電路中常采用“驅(qū)動電纜技術(shù).圖 1為“驅(qū)動電纜 技術(shù)原理示意圖.(1)試簡述采用“驅(qū)動電纜技術(shù)的原因；(2)試結(jié)合“驅(qū)動電纜技術(shù)原理圖簡述“驅(qū)動電纜技術(shù)工作原理.圖1 “驅(qū)動電纜技術(shù)原理示意圖答：1.) 一般電容傳感器電容值很小,如果鼓勵頻率較低,那

5、么電容傳感器的容抗很大,因此對傳感器絕緣電阻要求很高；另一方面,變換器電容極板并聯(lián)的寄生電容也會帶來很大的影響,為克服其影響采用驅(qū)動電纜法.2.)在電容傳感器與測量線路前置極間采用雙層屏蔽電纜.這種接法使傳輸電纜的芯線與內(nèi)層屏蔽等電位,消除了芯線對內(nèi)層屏蔽的容性漏電,從而消除了寄生電容的影響.同時放大器的高輸入阻抗又起到阻抗匹配的作用.2 .為什么壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量,只能用于動態(tài)測量中而且是頻率 越高越好為什么壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量,只能用于動態(tài)測量中? 好答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力,那么電荷會泄 露,無法進(jìn)行測量.所以壓電傳感器通常都用來測 量動態(tài)或瞬態(tài)參量.或：答；

6、壓電式傳感器的測量基于壓電一效應(yīng),而且在測量時必須保證：一壓電元件在產(chǎn)生壓電效應(yīng)過程中必須沒有電荷泄露.在做靜態(tài)測量時,要做到外力 作用在壓電元件時所產(chǎn)生的電荷能在無泄漏的情況下進(jìn)行完全保存,這實際上 是不可能的,因此壓電式傳感器用于靜態(tài)測量是不適宜的.要實現(xiàn)測量時電荷 無泄漏的條件,只有使壓電元件在交變力的作用下,才能夠促使壓電效應(yīng)產(chǎn)生 的電荷不斷得到補(bǔ)充,以供給測量回路一定的電流,因此說壓電傳感器只能用 于動態(tài)測量.而且頻率越高,補(bǔ)充電荷的時間越短,保證測量時的無電荷泄露 效果更好.3 .圖2是應(yīng)用光柵式傳感器進(jìn)行數(shù)控機(jī)床位置限制的原理示意圖,簡述其限制 過程,并說明光柵式傳感器主要由哪幾

7、局部組成其測量系統(tǒng)的精度主要由一部 分的精度決定圖2數(shù)控機(jī)床位置限制框圖4 .有三臺測溫儀表,量程均為 0800C,精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5 級,現(xiàn)要測量500c的溫度,要求相對誤差不超過 2.5%,選那臺儀表合理2.5級時的最大絕對誤差值為20C,測量500c時的相對誤差為4%; 2.0級 時的最大絕對誤差值為16C,測量500c時的相對誤差為3.2%; 1.5級時的最 大絕對誤差值為12C,測量500c時的相對誤差為2.4%.因此,應(yīng)該選用1.5 級的測溫儀器.5.變間隙電容傳感器的測量電路為運(yùn)算放大器電路,如圖3所示.Q=200pF,傳感器的起始電容量 G0=20pF,定

8、動極板距離d0=1.5mm運(yùn)算放大器為理想放大器 (即K- oo, Z-oo), R極大,輸入電壓ui=5sintV.求當(dāng)電容傳感動極板上輸入 一位移量 x=0.15mm£ d0減小時,電路輸出電壓U0為多少R解;由測量電路可得20020x1.5x 5sin a = 4 5sin 皆 Vd c - AvL5-O.15電壓表6.下表為某熱電偶的分度表,測量電路如以下圖,數(shù)字電壓表的讀數(shù)為4.10mV, 熱電偶與電壓表用補(bǔ)償導(dǎo)線連接,請問被測溫度 Tx是多少,給出計算依據(jù).8 分溫度/C203040508090100110120130140熱電 勢/mV0.801.201.602.023

9、.263.384.104.514.905.305.733. Tx為11./仁依據(jù)如F：根據(jù)中k溫度定律和MK線樸償察理或連接導(dǎo)體定律,由電壓 表讀數(shù)得讀熱電憫在Tx和20度溫度卜的熱電勢為3.71 mVF查環(huán)耐度為20度時讀熱電 偶的熱電勢為Q.79niV;該熱電偶在Tx和0度卜的熱電勢為4.50mV：由此杳表得Tx為 liu %.梟H；得3分,說明兩次小梁或用修il 計算得2分.理論依據(jù)存2分7.試說明圖4所示的的微壓力變送器的工作原理圖4微壓力變送器(a)結(jié)構(gòu)圖(b)測量電路方框圖1 一接頭2 膜盒3 一底座4 一線路板5 一差動變壓器6 一銜鐵7 一罩殼在無壓力作用時,膜盒處于初始狀態(tài),

10、固連于膜盒中央的銜鐵位于差動變壓器線圈的中部,輸出電壓為零0當(dāng)被測壓力經(jīng)接頭輸入膜盒后,推動銜鐵移 動,從而使差動變壓假設(shè)管輸出正比于被測壓力的電壓.(4-5)可測的壓力輸出信號電壓為.50mV,精度為1.5級.8 .圖5是用光敏二極管限制的交流電壓供電的明通及暗通直流電磁限制原理圖, 說明為什么要采用晶體管放大電路并簡述此電路的工作原理.圖5解：根據(jù)題就,宜流器件用在 交流電路中.果用整流和濾波舉措, 方可使直流繼電器吸合可和1又因 光敏一極管功率小,缺乏以直接控 制直流繼電器,故要果用晶體管放 大屯路.擬定原理圖4-1所示.圖中V為晶體二極管：以光電一極管：上整流二極管二1射極電位稔樂管；

11、R直流 繼電器,.海波電容；T變原器:R降壓電阻；LD被控電燈.原理:當(dāng)有足夠的光線射到光敏一.極管匕時,其內(nèi)阻下降,在電源變用耦為正華周 時,二極管V導(dǎo)通時K通電吸合,燈亮.無光照時那么燈火故是一個明通電路.假設(shè)圖中光 敏 極管必與電阻R調(diào)換位置,那么可得到一個喑通電愕,9 .在煉鋼廠中,有時直接將廉價熱電極易耗品,例如鍥銘、鍥硅熱偶絲,時 間稍長即熔化插入鋼水中測量鋼水溫度,如圖6所示.試說明測量鋼水溫度的 根本原理為什么不必將工作端焊在一起要滿足哪些條件才不影響測量精而是熔化度采用上述方法是利用了熱電偶的什么定律如果被測物不是鋼水,的塑料行嗎為什么?圖6用浸入式熱電偶測量熔融金屬示意圖答

12、：測量鋼水溫度的根本原理是利用了熱電效應(yīng)；由于鋼水是導(dǎo)體,又處在同一個溫度下, 把鋼水看作是第三導(dǎo)體接入,利用了熱電偶的導(dǎo)體接入定律；如果被測物不是鋼水,而是 熔化的塑料不行,由于,塑料不導(dǎo)電,不能形成熱電勢10 .設(shè)計一種可用于在有油污、灰塵或雨水等的環(huán)境下能測量車輪軸轉(zhuǎn)速的傳感 器系統(tǒng)方案.請說明選用何種工作原理的傳感元件,給出系統(tǒng)組成簡略示意圖, 說明測量方法及改善測量精度的舉措.如以下圖,在待測轉(zhuǎn)軸上安裝一調(diào)制盤,齒數(shù)為 Z 2分.采用電渦流傳感器假設(shè)采用霍爾傳感器,那么需要在霍爾元件前面或后面安裝一片磁鋼,將電渦流傳感器輸出信號經(jīng)過放大、整形后送頻率計,測出頻率f2分,轉(zhuǎn)速為：60f

13、/Z轉(zhuǎn)/分.謔芝舍,齒二江電路放大 整彬8. 一個簡單的家居智能系統(tǒng)要求：有盜賊從大門進(jìn)入時可及時發(fā)現(xiàn),并能提示盜 賊可能攜帶有刀、槍等金屬器械；當(dāng)玻璃窗被砸壞時能及時報警.試：選擇適宜的傳感器進(jìn)行合理的安裝完成以上功能；說明各傳感器如何完成相應(yīng)的功能.選磁敏或者霍爾傳感器安裝于大門一側(cè),另一側(cè)安裝永久磁鐵,當(dāng)鋼鐵 或金屬物穿過門時,傳感器輸出增強(qiáng),觸發(fā)報警信號器4分；在玻璃上貼壓電膜傳感器,或在窗邊安裝振動傳感器,玻璃窗被砸時,觸發(fā)壓電或振動傳 感器報警3分；在廚房上空位置安裝 CO2氣體傳感器或煙霧傳感器,廚房失 火時,因CO2或煙霧濃度顯著增加,觸發(fā)CO"體或煙霧傳感器報警3

14、分11 .有四片完全相同的金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)為 2、泊松比N為0.3、電阻120Q 和一個等截面懸臂梁長l=15cm、寬b=2cm、厚h=0.5cm,彈性模量E為： 2M07N/cm2,要構(gòu)成一個稱重傳感器.問：1懸臂梁上如何布置應(yīng)變片、如 何接成電橋,能使得應(yīng)變最大且傳感器的輸出電壓靈敏度最高；畫出相應(yīng)的布片示意圖和接橋電路.2分析說明環(huán)境溫度變化時,這個方案的測量結(jié)果是否變 化.3電橋供電電壓為5V時,假設(shè)電橋輸出電壓為2.25mV,被測重量為多少 不計橫向效應(yīng)影響,應(yīng)變 =雋5 ,其中l(wèi)x為應(yīng)變片粘貼處到梁的自由端bh E的距離.應(yīng)變片長度相對于lx可忽略.三、分析和方案設(shè)if 16+1

15、0-261布片E4分i如心圖所示RI和R3花桀的衣面,R2 和R4件時應(yīng)RI和R3位也的卜外表L接線7分如卜 圖所示時,形成差動全橋時傳感器仃最高屬敏度,各應(yīng)變片的熱圍變相等,在電僑的輔I出中相互抵消,不影響電梆輸出相結(jié)果在變3分.西境泥飽變化造或2根據(jù)全等臂差動電橋的輸出:3因£ -,由 = 必 三 5*9*/.7卜得 F=25 fN J 25'k2kH74'只要給用的表達(dá)式iE確,未訂算電結(jié)果也可箝4分12 .熱電阻測量時采用何種測量電路 為什么要采用這種測量電路 說明這種電 路的工作原理.通常采用電橋電路作為測量電路.為了克服環(huán)境溫度的影響常采用以下圖所示 的三

16、導(dǎo)線四分之一電橋電路.由于采用這種電路,熱電阻的兩根引線的電阻值 被分配在兩個相鄰的橋臂中,如果R1t=R2t,那么由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被 相互抵消熱電阻的測量電路13 .試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度為了提升傳感器的靈敏度可采取什么舉措并應(yīng)注意什么問題 I I 口| 心£_1_1_心C | |0:答:如以下圖是一直戰(zhàn)位移型電容式傳感器的示意圖“當(dāng)動極板移動Am后,覆蓋面積就發(fā)生變化,電容量也隨之改變,其值為C=eb 7-Ax ;d=C吐" A.r-rf 1電答因位移而產(chǎn)生的變化量為其員敏度為 K = d =-匕Ar d可見增加占或

17、誡小d均可提升傳感器的靈敏度,直線位移型電容式傳霹14 .試分別說明圖7的二種光電式傳感器的工作原理tc)(d)圖7:光電元件的應(yīng)用形式之一c被測物是有反射水平的外表d被測物遮蔽光通量1 一被測物2 光電元件 3 一恒光源15 .將一支靈敏度為0.08 mV/C的熱電偶與電壓表相連,電壓表接線端處溫度為 50 0電壓表上讀數(shù)為60mV,那么熱電偶熱端溫度為多少解：根據(jù)題意,電壓表上的毫伏數(shù)是山熱端溫度t、冷端溫度 50° C產(chǎn)生的,即,E Ct, 50) =60mV.又因：E (t, 0) = E (t, 50) + E (50, 0) =60+0.08*50=64mV 所以；用k端

18、溫度t=64/0.08=800° Co16 .光敏電阻有哪些重要特性,在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的 答：光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作,利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件.它的 重要特性是在無光照時阻值非常大,相當(dāng)于斷路,有光照時阻值變得很小,相 當(dāng)于通路.在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的限制.17 .圖8所示為一個采用霍爾傳感器的液位限制系統(tǒng).簡述其工作原理.圖8霍爾傳感器的液位限制系統(tǒng)示意圖霍爾液位傳感器的原理霍爾械傳醛有摘摘新看潼件裝頌器外面永楙支朝孑上隨著硒變化,作用到看 旖件上場sw感應(yīng)at改變,從而可測得械.有的結(jié)構(gòu)雌復(fù)雜,但可弟見自觸巨一個中空的非滋材料的管子,浮子套在管子外,可上下滑動,在浮子的上端放著永磁,霍爾器件及箕饋 縮口一木腳了許多孔的柔性帶在-6,吊在中空蹴磁楙的管子內(nèi)“多膘,播®電影膠片一樣,用緇 絞動,使之上下移動.當(dāng)柔性帶帶著的霍爾器件接近浮子上的永翩本時霍爾器怕等輸出霍爾電壓,校準(zhǔn)霍 爾電壓和浮子位髭的關(guān)系,即可由所得的雷爾電壓得到容器中液體的酒位.用這腱署可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動檢 黑18 .需要用間接測量方式來測量一個大直徑金屬圓柱體的直徑, 請選擇適當(dāng)原理 的傳感器件、設(shè)計組合傳感器測量系統(tǒng)方案. 畫出系統(tǒng)組成示意圖、說明系統(tǒng)工 作原理.選兩只電渦流傳感器3分,分別布置在被測體兩側(cè),分別測量兩傳感器距柱 體外表的間距