发布时间 : 星期日 文章《传感器和检测技术》期末考试试题(卷)与解答解析更新完毕开始阅读d27d129dcc2f0066f5335a8102d276a200296095
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R1、R3沿轴向受力F作用下产生正应变
?
1
＞0， ? 3＞0；
R2、R4沿圆周方向贴则产生负应变 ? 2＜0， ? 4＜0。
四个应变电阻接入桥路位置入图（b）所示。从而组成全桥测量电路可以提高输出电压灵敏度。 （2） ?1＝? 3＝?/E ＝F/(SE)＝1000×9.8/（2×3.14×1×2×10）＝1.56×10 ?2＝ ?4＝－ ? F/SE＝－0.3×1.56×10
－4
2
7
－4
＝156 ? ?
=－0.47×10＝－47 ? ?
－4
－4
△R1/R1＝△R3/R3＝k1 ? ＝2×1.56×10=3.12×10
－4
△R2/R2＝△R4/R4＝－k2 ?＝-2×0.47×10＝-0.94×10
376、采用四个性能完全相同的电阻应变片（灵敏度系数为K），将其贴在薄壁圆筒式压力传感元件外表圆周方向，弹性元件周围方向应变，
式中，p为待测压力， ?泊松比，E杨式模量，d为筒内径，D为筒外电压U。
要求满足如下条件：
（1）该压力传感器有温度补偿作用； （2）桥路输出电压灵敏度最高。
试画出应变片粘贴位置和相应桥路原理图并写出桥路输出电压表
达式。
径。现采用直流电桥电路，供电桥
－4－4
(2??)d?t?p2(D?d)E计算题376题图
解：按题意要求圆周方向贴四片相同应变片如果组成等臂全桥电路。当四片全感受应变时，桥路输出信号为零。故在此种情况下，要求有补偿环境温度变化的功能，同时桥路输出电压还要足够大，应采取参比测量方式即两片R1、R3贴在有应变的圆筒壁上做敏感元件，而另两贴片R2、R4在不感受应变的圆筒外壁上作为补温元件，如图（a）所示。
然后再将四个应变片电阻接入图（b）桥臂位置上。此时被测压力变化时， R1、
3
R3随筒壁感受正应变量? ? 1>0，压U0只与敏感元件R1、R3有关，
>0。并且? 1＝ ? 3 ；R2和R4所处位置筒壁不产生应变，故? 2＝ ? 4＝0。桥路电
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故把R1和R3放在桥壁上，可获得较高的电压灵敏度。则输出信号电压U0为
另一方面R2、R4放于桥臂上与R1、R3组成的全桥测量电路，当环境温度变化时产生的电阻变化量均相同，故对环境温度变化有补偿作用，使
403、一个铁氧体环形磁芯，平均长度为12cm，横截面面积为1.5 cm，平均相(1)均匀绕线500匝时的电感； (2)匝数增加1倍时的电感。
解：当线圈绕在这种圆形的磁芯上时，电感的计算公式为
2
k(???)UK1?R?RK(2??)dU0?(1?3)U?13??U??pU4R1R34222(D?d)E1(2??)d?kU?P4(D?d)E?R?R?R1?R?U0t?[1t?2t?3t?4t]?V?04R1R2R3R4对磁导率为μr= 2000。求:
?1 ?:L＝N
2R=m2.5*101.2*10-76-2-4=0.785H
?2 ?:L2=4*L=3.14H
2000*4*p*10*1.5*1044.已知某厂生产的线性绕线电位器参数为：导线的电阻率ρ=3.14×10Ωm，导线横截面积S=3.14×10m，绕线节距t＝1mm，电位器骨架的高h=50mm，宽b=30mm，试求 （1）该电位器的电阻灵敏度KR；
（2）若通过导线的电流为I=3A，求其电压灵敏度Ku。
解 :由线性线绕电位器传感器电阻灵敏度和电压灵敏度的定义知，(1分)
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KR?2?(b?h)2?(b?h)?I?KR?I （1分） ，(1分) Ku?StSt将已知数据代入上式得，
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2?3.14?10?3(30?10?3?50?10?3)KR??1.6?104 （Ω/m） (2分) ?6?33.14?10?1?10Ku?1.6?104?3?4.8?104 （V/m） (1分)
45.已知某霍尔传感器的激励电流I=3A，磁场的磁感应强度B=5×10T，导体薄片的厚度d=2mm，霍尔常数RH＝0.5，试求薄片导体产生的霍尔电势UH的大小。 解
由霍尔效应原理实验知，UH将已知数据代入上式得，
-3
?RH?IB (3分) d3?5?10?3UH?0.5??3.75 （V） (3分) 2?10?345.已知某霍尔传感器的激励电流I=5A，磁场的磁感应强度B=5×10T，导体薄片的厚度d=1mm，霍尔常数RH＝0.8，试求薄片导体产生的霍尔电势UH的大小。 解
由霍尔电动势的计算公式知，UH将已知数据代入上式得，
-3
IB?RHg (3分) d5?5?10?3UH?0.8??20 （V） (3分) 1?10?32. 简述热电偶的工作原理。（6分） 答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小
5. 什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性。（10分）
答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入━输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入━输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 6. 绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。（10分） 答：框图如下：
测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。
测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。 当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。
四、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流
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法。（10分）
答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。
霍尔组件的不等位电动势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电动势，可用输出的电压表示。
温度补偿方法：
a 分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。 b 电桥补偿法。 推导分流法略。
2. 简述霍尔电动势产生的原理。（5分）
答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛伦兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电动势UH。
5. 什么是传感器静态特性？（4分）
答：传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。
2. 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。
答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性
3. 直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？
答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。
4. 如何减少测量系统误差，随机误差对传感器性能的影响？
答：(1)引入更正值法；(2)替换法；(3)差值法；(4)正负误差相消法； (5)选择最佳测量方案。
5. 什么是金属应变片的灵敏系数？请解释它与金属丝灵敏系数的区别。
答： 应变片一般做成丝栅状，测量应变时，将应变片贴在试件表面上，试件的变形很容易传到应变片上。金属应变片的灵敏系数与金属丝灵敏系数是不同的。第一，零件的变形是通过剪力传到金属丝上的。第二，丝沿长度方向承受应变时，应变片弯角部分也承受应变，其截面积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也使变化的灵敏度下降。因此，应变片的灵敏系数比金属丝灵敏系数低。
3. 温度对光电流影响不大，所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿，此观点正确否，为什么？
答：不正确。因为半导体材料容易受温度影响，而其直接影响光电流的值，所以还需要温度补偿装置。
4.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。
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