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传感器简答复****题
填空题:
传感器可分为物性型和结构型传感器,光敏电阻是物性型传感器,电容式加速度彳专感器是结构型传感器。
传感器的输入输出特性扌詬可分为静态和动态两大类,线性度和灵敏度是传感器的矍彥指标,而频率响应劉专感器的动态指标。
导电材料的截面积尺寸发長化后其电阻会发生变化,利用这一原理制成的传感器称为电阻应变埜传感器,利用电磁感应效应、霍尔效应、磁阻效应可制成的传感器为磁电式传感器,可实现速度、位移等参数测量,而压阻式传感器则是利用了一些具有离子晶体电介质的压电效应,它的敏感的最基本的物理量也是力。
光电效应分为外光电效应和内光电效应,其中,光敏电阻的原理是基于内光电效应。
电容a:传感器按结构特点可分为变阻距型、变面积型、变介质型三种。
&目前,压电式传感器的常用材料有压电晶体、压电陶瓷和高分子电致伸缩材料三类。压电材料的逆电压效应还可以用来产生超声波。
压电陶瓷是人工制造的多晶休,是由无数细微的电畴组成,电畴具有自己自发的极化、方向,经过极化处理的压电式陶瓷具有压电效应。
安热电偶本身结构划分有苣通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。
电阻应变片的温度补偿中,若采用电桥补偿法测量应变时,工作应变片粘贴在被测试件表面上,补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的补偿块h,且补偿应变片不承戟变。
10•湿敏电阻是一种阻值随环境相对湿度变化而变化的敏感元件。
测试系统的静态测试指标,主要有线性度、滞迟、重复性、分辨力、稳定性各种抗干扰稳定性等,通常用输入量输出量的对应关系来表征。
2
热敏电阻的阻值与腿之间的关系称热敏电阻0勺热电持性,它是热敏电阻测温的基础。
—.传感器的定义及组成框图
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏斷件和转换元件刼
被测信号[敏感元件]—>[传翫件]——>[信号调节转换电路]
[辅助电路]
传感器的线性度是怎样确定的,拟合刻度直线有几种方法
⑴传感器标定曲线和拟定直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度
(2)拟合直线的常用求质:切线法,端基法,最小乘法
什么是电磁感应效应,霍尔效应
w匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的传递变化时,线圈中所产生a勺感应电动
d①
势e的大小决定于穿过线圈的磁通量e的变化率,即e=-W—
Clt
半导体薄片置于磁场B中,在相对两狈IJ通过电流I,在垂直于电流和磁场的方向上将产生f与电流I和磁感应强度B的舸成正比的电动势,这T0象称为霍尔效应,该电势称霍尔电势,薄片称霍尔元件。
四•什么是金属应变片的灵敏度系数,它与金属丝灵敏度函数有何不同
金属应变片,单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。
它与金属丝应变灵敏度函数不同,应变片由于金属丝弯折而成,具在横向效应z使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。
五•传感器的精度等级是如何确定的
传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数,即人=M*100%
什么是金属材料的电阻应变效应,什么是半导体材料a勺压阻效应
(1)金属材料在受外力作用时产生机郴变,导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应
变效应
(2)半导体材料在受至收卜力作用时其电阻率发生明愈化,这不顿象称为压阻效应
采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿,常用的温补方法有哪些
4
原因:(1)金属的电阻本身且有热效应,从而使其产生附加的热应变(2)基底材料,应变片,粘康,盖板等都存在随溫度增加而长度应变的线膨胀效应,若它们各自的线膨K系数不同,就会?I起附U啲由线膨胀引起的应变。
常用的温度补偿有单丝自补偿,双式组合式自补偿和电路补偿法。
简述红外测温的特点
红外测温是远距离和^融测温,特别适合于高速运动物体,带电体,高温及高压物体的温度测量
红外测温反应速度快。它不需要与物体达到热平衡过程,只要接收到目标的红外辐身寸即可定温,反应时间一0賭8在毫秒级甚至微秒级
红外测温灵敏度高,因为物体的辐射能量与温度的四次方成正比,物体溫度微小的变化,就会引起辐射能量成倍变化
红外测温准确度高
红外测温范围广泛。
微波传感器的组成
微波振荡器和微波天线是^波传感器0勺重要组成咅盼

优点:测量范围大,动态反应时间短,灵敏度高,机械损失小,结构简单,适应性强
缺点:寄生电容影响较大,即连接导线和本身的泄漏电容,寄生电容降低灵敏度,引起非线性
误差,甚至致使传感器处于不稳定状态。用变间隙原理进行测量时有非线性输出特生
,为何霍尔元彳箱8比较薄
制作霍尔元件应采用半导体材料,如果磁场与薄片法线有a夹角,那么仏二KhIBcosw,霍尔元件越薄,即d越小心越大,所以都很薄。

热电偶的测温愿里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电路时,若两个结点的温度不同,那么回路中将产生电动势现象,两点间的温差越大,产生的电动势就越大,弓I入适当测量电路测量电动势0勺大小,就可测温度大小。
,接触电动势,温差电动势,说明热电偶测原理
热电动势:两种不同的材料a勺导体(或半导体)azb串接成一个闭合回路,并使两个结点处于不同的温度下,那么回路中会存在热电势,因而有电流产生相应的热电势称温度电势或塞贝克电势,通常称热电势。
4
接触电动势:由两种不同导体的自由电子,其密度不同而在接触处形成的热电势,大小取决于两导体的性质及接触点的温度,而与导体的形状和尺才无关。
(3)温差电动势:在同一根导体中,由于两端温度不同而产生的电动势
(4)热电偶测温原理:基于物理的”热电效应”,所谓热电效应,指当不同材料M导休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fl勺现象,两点间的温度越大,产生的电动势就越大,引入适当的测量电路测量电动势fl勺大小,就可以测出温度大小。

石英晶体在沿F的方向受到外力作用变形时,由于内部电极化现象,同时在两个表面产生符号相反的电荷,当外力去年后,恢复到不带电的状态,当作用力方向改变时,电荷的极性随之改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比,这不顿象称正压电效应。反之,如对石英晶体施加V变电场,晶体本身将产生机械形变,外电场撤离,变形也随之消失,称为压电
,此现象是否正确,为析原因
错,其工作原理基于压电材料a勺压电效应,具有使用频率宽,灵敏度高,信嗥比高,结构简单,工作可靠,测量范围广等优点,因而在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种,它可以把加速度,位移,压力,温度等许多非电量转换为电量。

电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应,即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。
,由于敏感栅系数a及试件膨胀系数(Bs与Bg)之差异性而产生虚假应变输出,有时会产生与真实应变同数量级的误差。
,分析热电阻传感器测量电桥之三线,四线接法的主要作用
分别代表钳电阻热电式传感器(100#),铜电阻热电式传感器(50#),热电阻传感器测量电桥之三,四线连接法的主要作用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时,环境温度变化时其连接导线电阻也变化所连成的测量误差。
,所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿,观点正确吗,为什么
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,所以还需温度补偿装置
5
,试说明光纤传感器0勺工作原理
当用光照射物体时,物体受到「连串具有能量的光子B勺轰击,于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应,这种现象称光电效应。
工作原理:利用外界物理因素改变光纤中光的强度,相伴,偏振态或波长,从而对外界因素进行测量和数据传输。
计算题:
—.已知某溫度计测量范围0~200#,检验测试其最大误差#Ymax=4C,求其满足相对误差,并根
据精度等级标准判断精度等级
解:Yfs=200-0=200由A=器*100%得A二4/200*100%=2%
yfs
因此,
—应变片的电阻R"20#,,用应变为800um/m的传感元件,求
(1):AR和人R/R;(2)若电源电压U二3V,求初始平衡时惠斯通电桥的输出电压U
解:R=120#,K=,E=800um/m
=ar/r=800**IO"=*10~3
AR=*IO-3*120=
U=学=3*164*IO-3/=-®
4分
如图,平磁电容位移传感器,已知极板尺寸a=b=4mm,|0]隙d=,极板间介质为空气,求该传感器静态灵敏度,若极板沿x方向移动2mm,求此时的电容量
6
C=£°%.6T[d=2*4*10A*IO-1****10-】=0-142(pF)
,极板面积S=axa=2x2cm2间隙d0=,试求传
感器初始电容值,若由于装配关系,两极板间不平行,求此时传感器电容值
解:初始电容值C。二奢誉=牆矿阪37pF
如图两极板不平时,电容值
0=Jo(do+-x)=-^ln^+1
aa
_^_ln^+1)=
解:绝对误差:250*%
=
五•欲测量250V电压,%,问选用量程为250V电压表,其精度为哪一级,若选用量程为300V和500V的电压表,其精度又分别为哪级

.25/500=
,
如果将120#的应变片贴在柱形弹性试件上,试彳摘面积S二0・5x10一如2材料弹性模量E二2X1011N/计;#,求该应变片的灵敏度系数k
解:应变片电阻的相对变化为讐=苦=
椀弹性试件的应变为£玮=Po,xlX1Ou=
应变片的灵敏度系数为k二学=器=2
某压电式压力传感器为两片石英晶片并联,每片厚度h=,®片半径r=lcm,Er=,x切型dn=*10-3C/N,,压力垂直作用于Py平面时,求传感器输出电荷Q和电极间电压Uc的值
解:当两片石英晶片并联时,所产生电荷
7
Q并二2Q=2xdnF=2*dn*n*r2=2**IO-12**106*n*(lxlO-2)2=*10_12C
=145(pC)
£rs_2e0ErTO'2_2**10-12**ii*(1*10-2)2/
—ZC=-=—一=/°2*io-3
=*10~12(F)=
Q并
电极间电压为U辻二/二145/125,1=
幵°并
A■某霍尔元件lxbxd=,在垂直于lb面方向加有均匀磁场
,传感器灵敏度系数为22V/,试求其输出霍耳电势及截流子浓度
解:由Kg=l/ned得
n=l/(Kged)=l/(-19xlxl0-3)=°/m3
输出霍尔电压:
Un=KHIB=警**=*10~3=
四、综合题
1、已知某传感器静态特征方程,分别用切线法、端基法、最小二乘法,
内拟合刻度直线方程,并求相应线性度。
8
解:(1)切线法
如图所示,在X=O处所做的切线为拟合斡,其方程为:Y=弐+KX,
当x二0时zY=1,故,又因为dY/dx=l/(2(l+x)1/2)Lo=1/2=K
故拟合猛为:Y=l+x/2
,故AYmax=1+-(1+)1/2=5/4-(3/2)
1/2=
Yfs=(1+)-1=
故细生度6=AYmax/YFS*100%=*100%=*100%=10%
(2)端基法:
设Y的始点与终点的连线方程为Y=ao+KX
因为x二0时,Y=1fx=,Y==l,k==
而由d(y-Y)/dx=d((1+x)1/2-(1+))/dx=~+1/(2(1+x)1/2)=0有-(1+x)1/2+l=0
(1/)2=1+x
x=
AYmax=[(1+x)1/2-(l+-5x)]|I=0231=-=
YFS=l+-5*-1=
$端基=AYmax/YFS*100%=*100%=%
(3)最小二乘法
Xx
0





Yi
1





9
X/
0





XxYi
0





求合XxYx

1
Xi的合

Xi平方的合

Yi的合

Xi合的平方

10
另(xy)水工
(ExiJ-nSx
三吃(xy)
(2xiJ-nSx
由公式a厂
*-*
-6*
-
=
-
k==10・034®06=04695
—6*-
y=+
由d(v-Y)/dx=d((1+x)1/2-(+*x))/dx二-+1/(2(1+x)1/2)=0有
x=l/()-1=
AYmax=[(1+x)1/2-(+-5x)]|x=--
Yfs=+-5x-=
6二巧去=AYmax/YFS*100%=*100%=*100%=%2、已知某传感器静态特征方程y’xz试用切线法、端基法、最小二乘法,在0<x<l范围内拟合刻度聲方程,并求出相应的线性度
解:(1)切线法:
如图,在x=0处切线的拟合於方程①y=a°+kx
当x=0,贝!|y=l,得;当x=l,则y=e,得
dx
故切线法刻度
线方程为y=i+x最大偏差△Yfe=i处,
W'MX^=|ex-(l+x)U
=
切线法线性度见=基X100%=
耳S
(2)端基法
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