傳感器原理和應用習題-精選

1、112第一章 傳感器的一般特性1從某直流測速發(fā)電機試驗中，獲得如下結(jié)果:轉(zhuǎn)速（r/min）050010001500200025003000輸出電壓（ V）09.123.3-299"397047.5二制轉(zhuǎn)速和輸出電壓的關糸曲線，并確定:2.1）該測速發(fā)電機的靈敏度。2）該測速發(fā)電機的線性度。已知一熱電偶的時間常數(shù)T =10s若用它來測量一臺爐子的溫度，爐內(nèi)溫度在5400C和3.4.5.6.0500 C之間按近似正弦曲線波動，周期為 最大值和最小值，80s靜態(tài)靈敏度 k=1,試求該熱電偶輸出的 以及輸入與輸出信號之間的相位差和滯后時間。用一只時間常數(shù)為 幅值誤差為多少?0.355S的一階

2、傳感器去測量周期分別為1s 2s和3s的正弦信號，問100Hz正弦信號的測試，如幅值誤差要求限制在 數(shù)應取多少？若在該時間常數(shù)下，同一傳感器作 差和相角有多大？若用一階傳感器作5%以內(nèi)，則時間常50Hz正弦信號的測試，這時的幅值誤已知某二階系統(tǒng)傳感器的固有頻率fo=1OkHz誤差小于 3%,試確定該傳感器的工作頻率范圍。某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為簡諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。阻尼比S =0.1若要求傳感器的輸出幅值1000H阻尼比為臨界值的50%當 500HZ勺7.現(xiàn)有基長為 10 mn與 20 mm勺兩種絲式應變片，欲測鋼構件頻率為lOkHZ勺動態(tài)應力，第二章 應變式

3、傳感器1.假設某電阻應變計在輸入應變?yōu)?0001 £時電阻變化為 1%試確定該應變計的靈敏系數(shù)。又若在使用該應變計的過程中，采用的靈敏系數(shù)為1.9試確定由此而產(chǎn)生的測量誤差的正負和大小。當2. 如下圖所示的系統(tǒng)中： 當F= 0和熱源移開時，R = R2= R3=甩及U0= 0;各應變片的靈敏系數(shù)皆為+2.0且其電阻溫度系數(shù)為正值；梁的彈性模量隨溫度增加而減??；應變片的熱膨脹系數(shù)比梁的大；假定應變片的溫度和緊接在它下面的梁的溫度一樣。在時間t= 0時，在梁的自由端加上一向上的力，然后維持不變，在振蕩消失之后，在一 稍后的時間 t1打開輻射源，然后就一直開著，試簡要繪出U。和t的關系曲線

4、的一般形狀，OF審洞対3.C只照附梁上崔eW>2并通過仔細推理說明你給出這種曲線形狀的3.材料為鋼的實心圓柱形試件，直徑d= 10 mm材料的彈性模量泊松比 卩=0.285試件上貼有一片金屬電阻應變片，其主軸線與試件加工方向垂直,所示，若已知應變片的軸向靈敏度kx = 2,橫向靈敏度C=4%當試件受到壓縮力E= 2 X 10 N/ m ,如圖F= 3X104N作用時。應變片的電阻相對變化 R/ R為多少。4.在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各粘貼一片電阻 應變片，如圖的靈敏系數(shù)的電阻變化值2所示，把這兩片應變片接入差動電橋，已知鋼的泊松比ko= 2,電橋電源電壓Usr= 6

5、V（ d. C.）,當試件受軸向拉伸時， R|=0.48 Q，試求電橋的輸出電壓。'/120 Q的金屬電阻U = 0.285應變片測得應變片 R卜圖15.臺采用等強度梁的電子秤，圖2在梁的上下兩面各貼有二片電阻應變片,做成秤重傳感器,N/ mm, ko= 2,接入直下圖所示。已知流四臂差動電橋，供橋電壓1= 100 mm b= 11 mm t= 3 mm E= 2.1X 106 V當秤重o1=6.今在（110晶面的001110晶面上各放置一電阻條，如下圖所示， 試求：I）在0.1MPa壓力作用下電阻條的（7 r和（Tt各為何值？2）此兩電阻條為P型電阻條時 R/ R=?3）若為N型電阻

6、條時其 R/ R? 4）若將這兩電阻條改為安置在距膜中心為上的平均應力T r和T t各為I _:伽mi47mm處，電阻條若要求應變波幅測量的相對誤差小于0.5%試問應選用哪一種？為什么？8. 已知一測力傳感器的電阻應變片的阻值R= 129，靈敏度系數(shù)k0= 2,類對稱電橋，電橋的供電電壓Usr= 10V（ d. c.）,要求電橋的非線性誤差應變片的最大應變£ ma應小于多少，并求最大應變時電橋的輸出電壓。9. 一個量程為 10kN勺應變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑 徑18mn在其表面粘貼八各應變片，四個沿周向粘貼，應變片的電阻值均為若將它接入第一ef V 0.硏，

7、試求20mn內(nèi)120,靈敏度為2.0,波松比為 0.3,材料彈性模量E=2.1X1011 Pa要求:1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；2）計算傳感器在滿量程時，各應變片電阻變化；3）當橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。10如圖所示電路是電阻應變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=F=R是固定電阻，RI與F4是電阻應變片，工作時RI受拉，ra受壓，AR表示應變片發(fā)生應變后，電阻值的變化量。當應變片不受力，無應變時 AR=0橋路處于平衡狀態(tài)，橋路失去了平衡，這時，就用橋路輸出電壓當應變片受力發(fā)生應變時，Ucd表示應變片應變后的電阻值的變化量。試證明：U cd=-(E/2)(

8、A R/R)第三章電容式傳感器A C/C） /p,如下圖。已知在半徑r1.試計算帶有固定圓周膜片電容壓力傳感器的靈敏度（ 處的偏移量 y可用下式表示：3 12 2 2 2y 16 P Et 3 a r式中P壓力;a圓膜片半徑;t膜片厚度;膜片材料的泊松比。I2 .在壓力比指示系統(tǒng)中采用的電容傳感元件及其電橋測量線路如圖所示。已知:0.25mm D = 38.2mm R=5.1Q , U= 60V （ A.C） , f = 400Hz 試求。1） 該電容傳感器的電壓靈敏度（單位為V/m） ku?2） 當電容傳感器活動極板位移 S = 10gm時，輸出電壓U0的值。2為電容傳感元件的同心圓筒（電極

9、） H=2m,汽油的介電常數(shù)£尸2.1。求：1、3. 如圖所示為油量表中的電容傳感器簡圖，其中3為箱體。已知：R,= 15mm R>= 12mm油箱高度同心圓套筒電容傳感器在空箱和注滿汽油時的電容量。I4.一只電容位移傳感器如圖所示，由四塊置于空氣中的平行平板組成。板 定極板。板 B是活動極板，其厚度為均為b, A板的長度為 2 b 活動極板 B從中間位置移動ABDIA, C和D是固 t，它與固定極板的間距為do B, C和D極板的長度各板寬度為I，忽略板 C和D的間隙及各板的邊緣效應，試推導x=± b/2時電容 Cac和CAD的表達式（x=0時為對稱位置）。C=f（

10、X）。設真空的介電系數(shù)為£5. 試推導下圖所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程0, £2> £ 1，以及極板寬度為W其他參數(shù)如圖所示。一 IH/*第四章電感式傳感器2，平均相對磁導率1. 一個鐵氧體環(huán)形磁心，平均長度為12cm截面積為 1.5cm000求：1）均勻繞線 5 00匝時的電感；2）匝數(shù)增加 1倍時的電感。2. 有一只螺管形差動式電感傳感器，已知電源電壓U= 4V電阻和電感量分別為R= 40Q , L=30mH用兩只匹配電阻設計成所示，試求：1）匹配電阻 R1和R2的值為多大才能使電壓靈敏度達到最大；Q時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值；3

11、用矢量圖表明輸出電壓U之間的相位差；4）假設該傳感器的兩個線圈銅電阻不相等零位電壓，用矢量圖分析能否用調(diào)整銜鐵位置的方法使ft：QU0=O。乙Jf/of= 400HZ傳感器線圈銅 4臂等阻抗電橋，如圖12）當 Z= 10Uo與電源電壓R4工R3,在機械零位時便存在R精品3.試計算圖Uo, 、二次側(cè)線圈間的互感為式傳感器接成圖2b所示反串電路（對接法）將圖a所示的二次側(cè)繞組邊電路圖簡化如圖-o tZ a4. 試推導圖 3所示差動型電感傳感器電橋的輸出特性3 ,乙、厶為傳感器兩線圈的阻抗，零位時乙=Z2= r + j 3 L,橋，求靈敏度表達式k= Uo/ A S多大（本題用有效值表示）5. 圖4

12、中兩種零點殘余電壓的補償方法對嗎？為什么？圖中U0= f （ A L）,已知電源角頻率為 若以變間隙式傳感器接入該電R為補償電阻。Zi7?a)u圖46. 某線性差動變壓器式傳感器采用的頻率為設銜鐵的輸入運動是頻率為10HZ的正弦運動，100HZ峰一峰值為6V的電源激勵，假它的位移幅值為± 3mm已知傳感器的靈敏2a所示差動變壓器式傳感器接入橋式電路（順接法）時的空載輸出電壓 Mi、M2,兩個二次側(cè)線圈完全相同。又若同一差動變壓器，問兩種方法哪一種靈敏度高，高幾倍？提示：2C所示等效電路（根據(jù)已知條件乙=Z2；求出圖b空載輸出電壓與圖a計算的結(jié)果進行比較。度為2VZ mm,試畫出激勵電

13、壓、輸入位移和輸出電壓的波形。7. 使用電渦流式傳感器測量位移或振幅時對被測物體要考慮哪些因素，為什么?第五章 壓電式傳感器1.分析壓電式加速度傳感器的頻率響應特性。又若測量電路的總電容 電阻 R= 500 MQ，傳感器機械系統(tǒng)固有頻率fo=30 kHz相對阻尼系數(shù)在2%以內(nèi)的使用頻率范圍。C= 1000PF 總E =0.5,求幅值誤差2.用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器的振動，已知：加速度計靈敏度為/ g,電荷放大器靈敏度為50 mW pC,當機器達到最大加速度值時相應的輸出電壓幅值等于2 V試計算該機器的振動加速度。5 pC3.在某電荷放大器的說明書中有如下技術指標: Q，輸出電阻為

14、0.1Q，頻率響應：入信號為零時所出現(xiàn)的輸出信號值）輸出電壓為±10V輸入電阻大于0150kHz噪聲電壓（有效值）最大為2mV（指輸,非線性誤差： 0.1%,溫度漂移：± 0.ImV/ 。I)如果用內(nèi)阻為 10 kQ的電壓表測量電荷放大器的輸出電壓，試求由于負載效應而減少的電壓）值。2）假設用一輸入電阻為2MQ的示波器并接在電荷放大器的輸入端，以便觀察輸入信號波形， 此時對電荷放大器有何影響？3）噪聲電壓在什么時候會成為問題？4）試求當環(huán)境該值對測量結(jié)果有否影響？5）當輸入oC 時，電荷放大器輸出電壓的變化值， 溫度變化十 15信號頻率為180kHZ寸，該電荷放大器是否適用

15、？4.試用直角坐標系畫出AT型，GT型，DT型，X 305.壓電傳感元件的電容為波器的輸入阻抗為 量系統(tǒng)的高頻響應10HZ允許誤差為6.石英晶體壓電傳感元件，面積為的晶體切型的方位圖。1000PF k q= 2. 5CZ cm,連接電纜電容Cc= 300 pF 示1MQ和并聯(lián)電容為50pF試求：1）壓電元件的電壓靈敏度多大？2）測（V/ cm）。3）如系統(tǒng)測量的幅值誤差為5%,最低頻率是多少？4）女口 fj=5 %，用并聯(lián)連接方式，電容量C 值是多大？1cm 2,厚度為 0cm固定在兩個金屬板之間，用109X 10104q。一個3t） N。求：來測量通過晶體兩面力的變化。材料的楊氏模量為對介質(zhì)

16、常數(shù)為5， lcm 2 材料相對兩面間電阻為Pa,電荷靈敏度為 2pCy N相 20pF的電容和一個 100M2的1）兩個極板間電壓峰一峰值；電阻與極板并聯(lián)。如果所加力是F= 0.01sin( 102）晶體厚度的最大變化。(0.758mv,1.516mv；1.10-10cm）lOOpF試求用7. 已知電壓前置放大器的輸入電阻為100 MQ ,測量回路的總電容為壓電式加速度計相配測量1Hz低頻振動時產(chǎn)生的幅值誤差。（94%）8. 用壓電式傳感器測量最低頻率為1Hz 的振動，要在 1Hz 時靈敏度下降不超過5%，若測量回路的總電容為500pF求所用電壓前置放大器的輸入電阻為多大？9. 已知壓電式加速度傳感器的阻尼比是S =0.1,其無阻尼固有頻率f=32kHz若要求傳感器的輸出幅值誤差在5%以內(nèi)，試確定傳感器的最高響應頻率。10. 有一壓電式加速度計，供它專用的電纜長度為1.2m電纜電容為 100pF壓電片本身的電容為1000pF據(jù)此出廠時標定的電壓靈敏度為100mw g。若使用中改為另一根電纜，其電容為 300pF長為2.9m問其電壓靈敏度作如何改變。（60mv/g）第六章 數(shù)字式傳感器1 數(shù)字式傳感器的特點？根據(jù)工作原理數(shù)字式傳感器可分為那幾