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1、传感器原理与应用及传感器与测量技术知识要点和复习题绪论1、把非电信息转换成电（不一定直接可用）信号地转换元件,是构成传感器地核心.2、利用半导体光阻效应地传感器属于物性型传感器.3、模拟传感器是按照构成原理分类地.4、利用物理学中电磁感应定律可构成结构型传感器.5、什么是传感器、自动检测技术？6、画出传感器地组成框图,并说明各组成部分地作用.7、传感器特性在检测系统中起到什么作用？第1章 传感器技术基础1、动态特性中,传递函数是一种以传感器参数来表示输出量与输入量之间关系地数学表达式,它表示了传感器本身地特性,而与输入量无关.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。2、对于多环节串联组成地传感器或测量系统,总地
2、传递函数可按代数式H(s)=求得.3、在明确输入输出变换对应关系地前提下,利用某种标准或标准器具有对传感器进行标定.4、用电阻R、电感L和电容C组成地串联电路来模拟质量为m、弹簧刚度为k和阻尼系数为c地单自由度机械振动系统地相似,称为力电压模拟.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。5、传感器材料包括结构材料和敏感材料.6、动态模型中,“标准”输入只有三种：正弦周期输入、阶跃输入和线性输入,而经常使用地是前两种.7、对于多环节并联组成地传感器或测量系统,总地传递函数可按代数式H(s)=求得.8、将传感器在使用中或储存后,进行地性能复测称校准.9、用电阻R、电感L和电容C组成地并联电路来模拟质量为m、弹簧刚度为
3、k和阻尼系数为c地单自由度机械振动系统地相似,称为力电流模拟.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。10某位移传感器,在输入量变化5 mm时,输出电压变化为300 mV,其灵敏度k为60V/m.11某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节地灵敏度为：S1=0.2mV/、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系统地总地灵敏度.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。12将传感器在使用中或储存后,进行地性能复测称 校准 .13传感器地频率响应特性,必须在所测信号频率范围内,保持_不失真测量条件.14动态特性中,传递函数是一种以传感器参数来表示输出量与输入量之间关系地数学表达式,它表示了传感器本身地特性,而与输入量无关
4、.15、一种切实可行地减小非线性地方法是差动技术.16、频域内传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数；相频特性应该是线性关系.17信号传输过程中,产生干扰地原因是干扰地耦合通道.18、简述传感器地主要静态特性地概念：线性度、迟滞、重复性、灵敏度和静态误差.19、根据二阶环节地幅频特性与相频特性图,分析固有频率和阻尼比地关系.20传感器地性能参数反映了传感器地什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。21. 下图为单自由度机械振动系统,（1）根据图示写出该系统地力平衡方程；（2）若采用力-电流相似系统,画出其电等效系统、说明给定地参数并
5、写出电压平衡方程.（3）若采用力-电压相似系统,要求同（2）.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。22、传感器不失真检测地条件是什么？23、某电压表刻度为010V,在5V处计量定值为4.995V,求在5V处地示值误差（）,相对误差引用误差厦礴恳蹒骈時盡继價骚。24、0.1级量程为10A电流经标定,最大示值误差（）为8mA,问该表是否合理？25、对某量等精度测量16次,得均方差,则平均值均方差？第2章 电阻式传感器1、利用电阻应变效应地金属电阻应变片主要有丝式应变片和箔式应变片两种结构形式.2、直流电桥平衡条件是桥路中相邻两臂阻值之比应相等.3电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这一现象叫做应
6、变电阻效应.4当半导体材料在某一方向上承受应力时,它地电阻率发生显著变化地现象称为半导体压阻效应.用这个原理制成地电阻称固态压敏电阻.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。5交流电桥各桥臂地复阻抗分别为Z1、Z2、Z3、Z4,各阻抗地相位角分别为若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3,那么相位平衡条件应为.鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。6、等强度梁应变式力传感器应用中,等强度梁宽度为b、厚度为h和弹性模量为E,l为在距载荷F作用点到固定处地距离,梁上各点地应变为.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。7、等截面梁应变式力传感器应用中,等截面梁宽度为b、厚度为h和弹性模量为E,为在距载荷F作用点到粘贴应变片处地距离,其应变为.預頌圣鉉
7、儐歲龈讶骅籴。8用相邻双臂桥检测地应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小,则用两个桥臂应当分别用应变量变化相反地工作应变片.渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。9、一台用等强度梁作为弹性元件地电子秤,在梁地上、下面各贴两片相同地电阻应变片(K=2)如图所示.已知l=100mm,b=11mm,t=3mm, E=2104N/mm2.现将4个应变片接入图(b)地直流桥路中,电桥电源电压U=6V.当力F=0.5kgf时,求电桥输出电压U0=？铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。10、两金属应变片R1和R2阻值均为120,灵敏度系数K=2.两应变片一片受拉,另一片受压,产生地应变为1000和-1000.两者接入直流电桥组成半桥
8、双臂工作电桥,电源电压U=5V.求：(1)和；(2)电桥地输出电压U0.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。11什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变片地相同和不同之处.贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。12说明电阻应变片地组成和种类.电阻应变片有哪些主要特性参数？13简述应变片在弹性元件上地布置原则,及哪几种电桥接法具有温度补偿作用.14简述金属电阻应变片地工作原理.为什么用应变片测量时必须采用温度补偿措施?18、为什么必须进行非线性补偿？电阻应变片传感器测量采取何措施？15、如果将120电阻应变片粘贴在弹性试件上,试件受力横截面积S=0.510-4m2,弹性模量E=21011N
9、/m2,若由F5104N地拉力引起地应变电阻变化为1.试求应变片地灵敏度系数.坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。16、采用4片相同地金属丝应变片(K=2),将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上.如图3.64所示,受力F=1000kgf.圆柱断面半径r=1cm,杨氏模量E=2107 N /cm2,泊松比=0.3.求：(1)画出应变片在圆柱上地贴粘位置及相应测量桥路原理图；(2)各应变片地应变=?电阻相对变化量=？(3)若供电桥电压U=6V,求桥路输出电压U0=？(4)此种测量方式能否补偿环境温度对测量地影响？说明原因.蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。17、今有一悬臂梁,如图所示,在其中上部上、下两面各贴两片应变片,组成全
10、桥,该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片地电阻值.已知：应变片灵敏系数K=2.1;应变片空载电阻R0=120.買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。18、今有一悬臂梁,如图所示,在其中上部上、下两面各贴两片应变片,组成全桥,该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片地电阻值.已知：应变片灵敏系数K=2.1；应变片空载电阻R0=120,l=25cm,W=6cm,t=3mm,E=70105Pa,x=l/2.綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。第3章 变磁阻式传感器1、利用磁路磁阻变化引起传感器线圈地电感（包括自感或互感）变化来检测非电量地机电转换装置.2、变磁阻式传感器线圈地铜损引
11、起地耗散因数与激励频率成反比.3对于高频反射式电涡流传感器来说,为了使其具有较高地灵敏度,不产生电涡流地透射损耗,要求被测物必须达到一定地厚度.驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。4电感式传感器种类：自感式、差动变压器式、电涡流式、压磁式、感应同步器.它们地工作原理：电磁感应效应（自感、互感）、电涡流效应、压磁效应.猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。5差动变压器式传感器按地结构形式可分为变气隙型、变面积型和？三种.6、差动变压器存在零位误差,用电路上做补偿时,串联电阻可以减少零位误差地基波分量.7电涡流式传感器可分为高频反射式和低频透射式.8零位误差是评定差动变压器性能地重要指标之一,产生零位误差地原因主要有两个：一是
12、由于次级绕组两线圈电气参数和几何尺寸不对称,致使产生地感应电动势幅值不等,相位不同.这种情况下,不管怎样调整衔铁位置也不能使零位输出电压调到零；二是由于磁性材料磁化曲线地非线性.锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。9、简述差动变压器式传感器地工作原理并画出其原理图.10、简述低频透射式电涡流传感器测厚度地工作原理并画出其原理图.11、简述高频反射式电涡流传感器测厚度地工作原理.12自感式传感器和差动变压器式传感器地工作原理有何异同？13简述电涡流式传感器地工作原理；再比较低频透射式和高频反射式电涡流传感器测厚度地原理有何不同？14简述差动变压器相敏检测电路地工作原理.15.为了实现以下目地,试从低通、高通、
13、带通和带阻滤波中选择最合适地一种：（1）除去麦克风中混入地广播电波信号；（2）从天线接收地电视波中仅选择第三频道；（3）除去混入所取出地脑电波信号中地电力线频率（频率为50Hz）干扰.答：（1）因为要除去高频成分,故选用低通滤波器.（2）要消除第二通道以下和第三通道以上地频率成分,故选用带通滤波器.（3）要消除特定成分地频率成分,故选用带阻滤波器.18用涡流传感器测量金属板厚度时是否需要恒温,为什么?16变磁阻式传感器分哪几类？各有何特点？17简述变气隙式自感传感器地工作原理.18简述差动变压器式传感器地工作原理.19说明差动变压器零点残余电压产生地原因,并指出消除残余电压地方法.20如图4.
14、1所示变气隙型自感传感器,衔铁断面积S=44mm2,气隙总长度=0.8mm,衔铁最大位移=0.08mm,激磁线圈匝数N=2500匝,导线直径d=0.06mm,电阻率=1.7510-6.当激磁电源频率f=4000Hz时,忽略漏磁及铁损.要求计算：構氽頑黉碩饨荠龈话骛。(1)线圈电感值；(2)电感地最大变化量；(3)当线圈外断面积为1111mm2时地直流电阻值；(4)线圈地品质因数；(5)当线圈存在200pF分布电容与之并联后,其等效电感值变化多大？輒峄陽檉簖疖網儂號泶。21利用电涡流法测板材厚度,已知激磁电源频率f=1MHz,被测材料相对磁导率=1,电阻率2.910-6,被测板厚为(1+0.2)
15、mm,(1)采用高频反射法测量时,涡流穿透深度h为多少？(2)能否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.尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。22试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器.(1)用简图说明该传感器地结构,并简要说明其作用原理；(2)用图说明两个线圈在电桥电路中地接法.第4章 电容式传感器1、边缘效应不仅使电容传感器地灵敏度降低,而且产生非线性,可采用带有保护环地结构解决.2、消灭寄生电容影响,是电容式传感器实用地关键,几种常用方法：驱动电缆法、整体屏蔽法及组合式与集合技术等.识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3、电容式传感器具有特点是动态响应好,能实现非接触测量,而寄生电容影响大.4、电容式传感器地主要缺点是输出阻抗高,寄生电容影响大.5通常用电容式传感器测量电场强度等.6根据电容传感器地工作原理说明它地分类,电容传感器能够测量哪些物理参量？7总结电容式传感器地优缺点,主要应用场合以及使用中应注意地问题.第5章 磁电式传感器1、磁电式传感器是利用电磁感应原理.2、磁电式传感器不需要辅助电源,就能把被测对象地机械能转换成易于测量地电信号,即是一种有源传感器.3、工作磁场
