传感器习题及部分解答shb

传感器原理及其应用习题第1章 传感器的一般特性一、选择、填空题1、 衡量传感器静态特性的重要指标是_敏捷度_、_线性度_、_迟滞_、_反复性_ 等。2、一般传感器由敏感元件、转换元件、转换电路三部分构成， 是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。3、传感器的标定是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并拟定不同使用条件下的误差关系。4. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为 粗大 、 系统 和随机误差三类，其中 随机误差 可以通过对多次测量成果求平均的措施来减小它对测量成果的影响。5 二、计算分析题1、什么是传感器？由几部分构成？试画出传感器构成方块图。2、传感器的静态性能指标有哪某些，试解释各性能指标的含义。作业3、传感器的动态性能指标有哪某些，试解释各性能指标的含义第2章 电阻应变式传感器一、选择、填空题1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称_应变_效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率_要发生变化，这种现象称_压阻_效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相似但应变不同，圆弧部分使敏捷度下降了，这种现象称为_横向_效应。2、产生应变片温度误差的重要因素有电阻温度系数的影响、实验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响。3、应变片温度补偿的措施有电桥补偿法、应变片的自补偿法。4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的敏捷度也不同，_全桥_接法可以得到最大敏捷度输出。5. 半导体应变片工作原理是基于 压阻 效应，它的敏捷系数比金属应变片的敏捷系数 大十倍6电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除 线性误差同步还能起到温度补偿的作用。7、二、计算分析题1 阐明电阻应变测试技术具有的独特长处。(1) 此类传感器构造简朴，使用以便，性能稳定、可靠；(2) 易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；(3) 敏捷度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4) 可以测量多种物理量。2、一台采用等强度梁的电子秤，在梁的上下两面各贴有两片敏捷系数均为k = 2 的金属箔式应变片做成秤重传感器。已知梁的L = 100mm，b=11mm，h= 3mm，梁的弹性模量E=2.1104 N/mm2。将应变片接入直流四臂电路，供桥电压Usr =12V。试求：秤重传感器的敏捷度(V/kg)?；当传感器的输出为68mv时，问物体的荷重为多少？提示：等强度梁的应变计算式为=6FL/bh2E 3 一种量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm在其表面粘贴八个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120欧，敏捷度为2，泊松系数03，材料弹性模量E=2.1x1011Pa。规定；(1)给出弹性元件贴片位置及全桥电路;(2)计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；(3)当桥路的供电电压为l0V时，计算传感器的输出电压解：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）4、以阻值R=120，敏捷系数K=2.0的电阻应变片与阻值120的固定电阻构成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2和时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种状况下的敏捷度。解：依题意单臂： 差动： 敏捷度：可见，差动工作时，传感器及其测量的敏捷度加倍。5、 一台采用等强度梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重传感器，如图2-12（见教材，附下）所示。已知l=10mm，b0=11mm，h=3mm，E=2.1104N/mm2，K=2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V，求其电压敏捷度(Ku=U0/F)。当称重0.5kg时，电桥的输出电压U0为多大? 图2-12 悬臂梁式力传感器解：等强度梁受力F时的应变为 当上下各贴两片应变片，并接入四臂差动电桥中时，其输出电压： 则其电压敏捷度为 =3.46310-3 (V/N)=3.463(mV/N) 当称重 F=0.5kg=0.59.8N=4.9N时，输出电压为 U0 =Ku F=3.4634.9=16.97(mV) 第3章 电感式传感器一、选择、填空题1.变间隙式自感传感器的测量范畴和敏捷度及线性度是互相矛盾的，因此在实际测量中广泛采用差动构造的变隙电感传感器。2.电感式传感器是运用被测量变化磁路的磁阻，导致线圈电感量变化的。 磁电式传感器是运用电磁感应现象产生感应电势的。而霍尔式传感器是运用半导体在磁场中的霍尔效应而输出电势的。3. 电感式传感器种类诸多。虽然构造形式多种多样，可分为变气隙式、变面积式、螺线管式三种构造。4.电涡流传感器根据鼓励电流频率的高下，可以分为高频反射式、低频透射式两种。5、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，另一方面级绕组都用反向串联 形式连接，因此又叫差动变压器式传感器。6、变隙式差动变压器传感器的重要问题是敏捷度与 测量范畴 的矛盾。这点限制了它的使用，仅合用于 微小位移 的测量。7、变气隙式自感传感器，当街铁移动接近铁芯时，铁芯上的线圈电感量 增长 （增长，减少）。二、计算分析题1、 阐明电感式传感器有哪些特点。2、分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和敏捷度。3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。4、分析电感传感器浮现非线性的因素，并阐明如何改善?5、某差动螺管式电感传感器的构造参数为单个线圈匝数W=800匝，l=10mm，lc=6mm，r=5mm，rc=1mm，设实际应用中铁芯的相对磁导率r=3000，试求： (1)在平衡状态下单个线圈的电感量L0=?及其电感敏捷度足KL=? (2)若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz，电压E=1.8V，设电感线圈有效电阻可忽视，求该传感器敏捷度K。 (3)若要控制理论线性度在1以内，最大量程为多少?图3-15 差动螺管式电感传感器 解：（1）根椐螺管式电感传感器电感量计算公式，得 差动工作敏捷度： (2) 当f=1000Hz时，单线圈的感抗为 XL =L0 =2f L0 =210000.46=2890() 显然XL 线圈电阻R0，则输出电压为 测量电路的电压敏捷度为 而线圈差动时的电感敏捷度为KL =151.6mH/mm，则该螺管式电感传感器及其测量电路的总敏捷度为 =297.1mV/mm 6、有一只差动电感位移传感器，已知电源电Usr=4V，f=400Hz，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40，L= 30mH，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题图3-16所示，试求： (1)匹配电阻R3和R4的值； (2)当Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；(3)用相量图表白输出电压与输入电压之间的相位差。 解：（1） 线圈感抗 XL=wL=2pfL=2p4003010-3=75.4（W）线圈的阻抗 故其电桥的匹配电阻(见习题图3-16)R3 = R4 =Z=85.4（W） （2）当Z=10W时，电桥的输出电压分别为单臂工作： 双臂差动工作： （3） 7、如图3-17（见教材，附下）所示气隙型电感传感器，衔铁截面积S=44mm2，气隙总长度= 0.8mm，衔铁最大位移=0.08mm，鼓励线圈匝数W=2500匝，导线直径d=0.06mm，电阻率=1.7510-6.cm，当鼓励电源频率f=4000Hz时，忽视漏磁及铁损，求：(1)线圈电感值；(2)电感的最大变化量；(3)线圈的直流电阻值；(4)线圈的品质因数；(5)当线圈存在200pF分布电容与之并联后其等效电感值。解：（1）线圈电感值 图3-17 气隙型电感式传感器（变隙式）（2）衔铁位移=+0.08mm时，其电感值 =1.3110-1(H)=131mH衔铁位移=0.08mm时，其电感值 =1.9610-1(H)=196(mH)故位移=0.08mm时，电感的最大变化量为L=L-L+=196131=65(mH) (3)线圈的直流电阻设为每匝线圈的平均长度，则 =249.6W (4)线圈的品质因数 (5)当存在分布电容200PF时，其等效电感值第4章 电容式传感器一、选择、填空题二、计算分析题1、 简述电容式传感器的工作原理。2、简述电容式传感器的长处。3、试计算习题42图所示各电容传感元件的总电容体现式。习题图4-2 解：由习题图4-2可见（1） 三个电容串联 ， ， 则 故 （2）两个电容器并联 （3）柱形电容器4、在压力比批示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路，如习题图4-3所示。已知：0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1k；Usr=60V(交流)，频率f=400Hz。试求： (1)该电容传感器的电压敏捷度Ku (V/m)； (2)当电容传感器的动极板位移=10m时，输出电压Usc值。习题图4-3 解：由传感器构造及其测量电路可知（1）初始电容 由于 则 从而得 (2) U0 = Ku d=0.12V/mm10mm=1.2V 5、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙d0=0.3mm。试求： (1)如果传感器与工件的间隙变化量d=10m，电容变化量为多少? (2)如果测量电路的敏捷度足Ku=100mV/pF，则在d=1m户时的输出电压为多少? 解：由题意可求（1）初始电容：由 ，则当d=10um时 如果考虑d1=0.3mm+10m与d2=0.3mm10m之间的电容变化量C，则应为 C=2|C|=20.049=0.098pF (2) 当d=1m时 由 Ku=100mV/pF=U0/C，则 U0=KuC=100mV/pF(0.0049pF)=0.49mV6、有一变间隙式差动电容传感器，其构造如习题图4-5所示。选用变压器交流电桥作测量电路。差动电容器参数：r=12mm；d1=d2=d0=0.6mm；空气介质，即=0=8.8510-12F/m。测量电路参数：usr=u= 3sint (V)。试求当动极板上输入位移(向上位移) x=0.05mm时，电桥输出端电压Usc?习题图4-5解：由习题图4-5可求初始电容 C1=C2=C0=eS/d=e0pr2/d0 变压器输出电压 其中Z1 ,Z2 分别为差动电容传感器C1 ,C2 的阻抗.在Xd0时，C1 = C0 +C, C2 = C0-C，且DC/C0=Dd/d0，由此可得(V)7、如习题图4-6所示的一种变面积式差动电容传感器，选用二极管双厂网络测量电路。差动电容器参数为：a=40mm，b=20mm，dl=d2=d0=1mm；起始时动极板处在中间位置，Cl=C2=C0，介质为空气，=0=8.8510-12F/m。测量电路参数：D1、D2为抱负二极管；及R1=R2=R=10K；Rf=1M，鼓励电压Ui=36V，变化频率f=1MHz。试求当动极板向右位移x=10mm时，电桥输出端电压Usc? 习题图4-6 解：由习题图4-6可求传感器初始电容 =3.5410-12（F）=3.54pF 当动极板向右移x=10mm时，单个电容变化量为 或， 则 C1 = C0+C，C2 = C0-C，由双T二极管网络知其输出电压 USC = 2 k Ui fC 8、一只电容位移传感器如习题4-7图所示，由四块置于空气中的平行平板构成。板A、C和D是固定极板；板B是活动极板，其厚度为t，它与固定极板的间距为d。B、C和D极板的长度均为a，A板的长度为2a，各板宽度为b。忽视板C和D的间隙及各板的边沿效应，试推导活动极板刀从中间位置移动x=a/2时电容CAC和CAD的体现式(x=0时为对称位置)。习题图4-7 解：参见习题图4-7知 CAC是CAB与CBC串联，CAD是CAB与CBD串联。 当动极板向左位移a/2时，完全与C极板相对，此时 CAB=CBC=0ab/d，则CAC=CAB/2=CBC/2=0ab/2d；CAD=0ab/(2d+t)。当动极板向右移a/2时，与上相仿，有 CAC =0ab/(2d+t)；CAD=0ab/2d9、已知平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积S=aa=(2x2)cm2，间隙d0=0.1mm。求：传感器的初始电容值；若由于装配关系，使传感器极板一侧间隙d0，而另一侧间隙为d0+b(b=0.01mm)，此时传感器的电容值。 解：初始电容 =35.410-12(F) =35.4pF 当装配不平衡时可取其平均间隙 =0.1+0.01/2=0.105(mm)则其电容为 =33.710-12(F)=33.7pF 第5章 压电式传感器一、选择、填空题二、计算分析题1、为什么压电式传感器不能用于静态测量，只能用于动态测量中？并且是频率越高越好？2、什么是压电效应？试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么，为什么?4、有一压电晶体，其面积为20mm2，厚度为10mm，当受到压力P=10MPa作用时，求产生的电荷量及输出电压： (1)零度X切的纵向石英晶体； (2)运用纵向效应的BaTiO3。 解：由题意知，压电晶体受力为F=PS=101062010-6=200(N) （1）0X切割石英晶体，r=4.5，d11=2.3110-12C/N等效电容 =7.9710-14 (F)受力F产生电荷Q=d11F=2.3110-12200=46210-2(C)=462pC输出电压 （2）运用纵向效应的BaTiO3，r=1900，d33=19110-12C/N等效电容 =33.610-12(F)=33.6(pF)受力F产生电荷Q=d33F=19110-12200=3820010-12 (C)=3.8210-8C输出电压5、某压电晶体的电容为1000pF，kq=2.5C/cm，电缆电容CC=3000pF，示波器的输入阻抗为1M和并联电容为50pF，求： (1)压电晶体的电压敏捷度足Ku； (2)测量系统的高频响应； (3)如系统容许的测量幅值误差为5，可测最低频率是多少? (4)如频率为10Hz，容许误差为5，用并联连接方式，电容值是多大? 解：（1） （2）高频（）时，其响应 （3）系统的谐振频率 由 ，得（取等号计算） 解出 (/n)2=9.2564/n=3.0424 =3.0424n=3.0424247=751.5(rad/s) f=/2=751.5/2=119.6(Hz) （4）由上面知，当g5%时，/n=3.0424 当使用频率f=10Hz时，即=2f=210=20(rad/s)时 n=/3.0424=20/3.0424=20.65(rad/s)又由n=1/RC，则 C=1/nR=1/(20.651106)=4.8410-8(F)=4.84104pF6、分析压电加速度传感器的频率响应特性。若测量电路为电压前量放大器C总=1000pF，R总=500M；传感器固有频率f0=30kHz，阻尼比=0.5，求幅值误差在2以内的使用频率范畴。 解：压电式加速度的上限截止频率由传感器自身的频率特性决定，根据题意（取等号计算）则 1+(/n)42(/n)2 +40.52(/n)2=0.96 (/n)4 (/n)2 +0.04=0 解出 (/n)2 =0.042或(/n)2 =0.96（舍去）因此 /n =0.205 或-0.205（舍去） w=0.205wn则 fH =0.205f0 =0.20530=6.15(kHz) 压电式加速度传感器下限截止频率取决于前置放大器特性，对电压放大器，其幅频特性由题意得 （取等号计算） (wt)2 =0.9604+0.9604 (wt)2(wt)2 =24.25wt=4.924=4.924/fL =/2=4.924/(2pt)=4.924/(2pRC)=4.924/(2p510810-9 ) =1.57(Hz) 其误差在2%以内的频率范畴为： 1.57Hz6.15kHz 7、石英晶体压电式传感器，面积为100mm2，厚度为1mm，固定在两金属板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。材料的弹性模量为91010Pa，电荷敏捷度为2pCN，相对介电常数是5.1，材料相对两面间电阻是1014。一种20pF的电容和一种100M的电阻与极板并联。若所加力F=0.01sin(1000t)N，求： (1)两极板间电压峰峰值； (2)晶体厚度的最大变化。 解：（1）石英压电晶片的电容 =4.514 10-12 (F) 4.5pF 由于Ra =1014，并联电容R并=100M=108 则总电阻 R=Ra / R并 = 1014 /108 108 总电容 C=Ca /C并 =4.5+20=24.5(pF) 又因 F=0.01sin(1000t)N=Fm sin(t)N kq =2 pC/N则电荷 Q=d11 F= kq F Qm = d11 Fm = kq Fm =2 pC/N0.01N=0.02 pC因此 =0.75610-3 (V)=0.756mV 峰峰值： Uim-im =2Uim =20.756=1.512mV （2）应变m =Fm /SE =0.01/(10010-691010 )=1.1110-9 =dm /d dm =dem =11.1110-9 (mm)=1.1110-9 mm 厚度最大变化量（即厚度变化的峰峰值 ）d =2dm =21.1110-9 =2.2210-9 (mm) =2.2210-12 m8、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计敏捷度为5pC/g，电荷放大器敏捷度为50mV/pC，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V，试求该机器的振动加速度。(g为重力加速度) 解：由题意知，振动测量系统（压电式加速度计加上电荷放大器）的总敏捷度K=KqKu =5pC/g 50 mV/pC=250mV/g=Uo/a式中，Uo为输出电压；a为振动系统的加速度。则当输出电压Uo=2V时，振动加速度为 a=Uo/K=2103/250=8(g)5-8 用压电式传感器测量最低频率为1Hz的振动，规定在1Hz时敏捷度下降不超过5。若测量回路的总电容为500pF，求所用电压前置放大器的输入电阻应为多大? 解： 由题意知，对于电荷放大器，动态响应幅值误差为，（取等号计算）(/n)2 =0.9025+0.9025 (/n)2/n =3.04=1/n =3.04/=3.04/(21)=0.484(s)=RC因此 R=/C=0.484/(50010-12) =9.68108W=968MW9、 已知压电式加速度传感器的阻尼比=0.1，其无阻尼固有频率f0=32kHz，若规定传感器的输出幅值误差在5以内，试拟定传感器的最高响应频率。解： 由加速度传感器的频率特性知，动态响应幅值误差为 （取等号）(/n)41.96(/n)2 +0.093=0解出 (/n)2 =0.0485或(/n)2 =1.912（舍去）则 /n0.22 H =0.22n则 fH =0.22f0 =0.2232=7.04(kHz) 10、 某压电式压力传感器的敏捷度为80pC/Pa，如果它的电容量为1nF，试拟定传感器在输入压力为1.4Pa时的输出电压。 解：当传感器受压力1.4 Pa时，所产生的电荷Q=80 pC/Pa 1.4Pa=112 pC输出电压为Ua =Q/Ca =11210-12 /(110-9)=0.112(V)11、一只测力环在全量程范畴内具有敏捷度3.9pC/N，它与一台敏捷度为10mV/pC的电荷放大器连接，在三次实验中测得如下电压值：(1)100mV；(2)10V；(3)75V。试拟定三次实验中的被测力的大小及性质。 解：测力环总敏捷度 K=3.9 pC/N 10mV/pC=39 mV/N = U0/F式中，U0为输出电压，F为被测力，因此 F1 =U01 /K=100mV/39mV/N=2.56N (压力) F2 =U02 /K=1010 3mV/39mV/N=256N (拉力) F3 =U03 /K=7510 3mV/39mV/N=1923N (压力)12、某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度h=0.2mm，圆片半径r=1cm，r=4.5，X切型d11=2.31X10-12C/N。当0.1MPa压力垂直作用于PX平面时，求传感器输出电荷Q和电极间电压Ua的值。 解：当两片石英晶片并联时，所产生电荷 Q并=2Q=2d11 F=2d11 r2 =22.3110-120.1106 (110-2 )2 =14510-12 (C) =145pC 总电容 C并=2C=2e0erS/h=2e0erpr2 /h =28.8510-124.5p(110-2)2/0.210-3 =125.110-12 (F) =125.1pF 电极间电压为 U并= Q并/C并=145/125.1=1.16V第6、10章 磁电式传感器（磁敏传感器）一、选择、填空题1、用磁电式传感器进行齿轮转速测量。已知齿数Z =48，测得频率 F =120Hz，则该齿轮的转速为_150r/min_。2、二、计算分析题1、 简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。2、磁电式传感器的误差及其补偿措施是什么？3、简述霍尔效应及霍尔传感器的应用场合4、 霍尔元件可以测量哪些物理参数?霍尔元件的不等位电势的概念是什么，温度补偿的措施有哪几种 5、某动圈式速度传感器弹簧系统的刚度k=3200Nm，测得其固有频率为20Hz，今欲将其固有频率减小为10Hz，问弹簧刚度应为多大? 解： f0 =20Hz ， k=3200N/m时， f0=10Hz时，由则 6、已知恒磁通磁电式速度传感器的固有频率为10Hz，质量块重2.08N，气隙磁感应强度为1T，单匝线圈长度为4mm，线圈总匝数1500匝，试求弹簧刚度k值和电压敏捷度Ku值(mV/(m/s)。 解：由，则 k=2 m=(2pf)2 m=(2p10)22.08/9.8 =8.38102 (N/m) Ku =e/v=NB0l0v/v=NB0l0 =15001410-3 =6V/(m/s)=6000mv/(m/s)7、某磁电式传感器规定在最大容许幅值误差2如下工作，若其相对阻尼系数=0.6，试求/n的范畴。 解：由磁电势传感器的幅频特性 得其幅值动态误差为 取其等号计算 解得 (/n)2 =12.354，或(/n)2 =2.067 /n =3.515，或 /n =1.438（舍去）最大幅值误差不不小于2%时，其频率范畴/n 3.5158、某霍尔元件lbd=103.51mm3，沿l方向通以电流I=1.0mA，在垂直于lb面方向加有均匀磁场B=0.3T，传感器的敏捷度系数为22V/AT，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 解： 由 KH =1/ned，得 （1） n=1/ (KH ed)=1/(221.610-19110-3 )=2.841020 /m3 （2）输出霍尔电压 UH = KH IB=22V/AT1.0mA0.3T =6.610-3 V=6.6mV9、若一种霍尔器件的KH=4mV/mAkGs，控制电流I=3mA，将它置于1Gs5kGs变化的磁场中(设磁场与霍尔器件平面垂直)，它的输出霍尔电势范畴多大?并设计一种20倍的比例放大器放大该霍尔电势。 解： UH1 = KH IB1=4mV/MakGs3mA1Gs=12V UH2 = KH IB2=4mV/MakGs3mA5kGs=60mV 设计放大倍数A=20的比例放大器，略10、 有一霍尔元件，其敏捷度KH=1.2mV/mAkGs，把它放在一种梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作0.1mm的摆动，问输出电压范畴为多少? 解：对于梯度为5kGs/mm的磁场，当霍尔元件在平衡点附近作0.1mm的摆动时，其磁场的变化 B=5kGs/mm0.1mm=0.5kGs则霍尔元件输出电压的变化范畴为 UH = KH IB=1.2mV/mAkGs20mA(0.5kGs) =12mV第7章 热电式传感器一、选择、填空题1、热电偶在实际中测量温度时，需要几种定律来提供理论上的根据，这些定律分别是：_匀质导体定律_，_中间导体定律_，_连接导体定律_。2、热电偶传感器的工作基本是_闭合回路_，产生的热电势涉及_接触_电势和_温差_ 电势两部分。热电偶的 连接导体_定律是工业上运用补偿导线法进行温度补偿的理论基本；根据_中间导体_定律，可容许采用任意的焊接方式来焊接热电偶。3、二、计算分析题1、 热电偶构造由哪几部分构成？2、 用热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿？其冷端温度补偿的措施有哪几种？3、热电阻温度计有哪些重要长处？4、 已知铜热电阻Cul00的百度电阻比W(100)=1.42，当用此热电阻测量50温 度时，其电阻值为多少?若测温时的电阻值为92，则被测温度是多少? 解：由 W（100）=R100 /R0 =1.42，则其敏捷度为则温度为50时，其电阻值为 R50 = R0 +K50=100+0.4250=121(W) 当Rt=92W时，由Rt = R0 +Kt，得 t=( RtR0)/K=(92100)/0.42=19()5、 将一敏捷度为0.08mV/的热电偶与电位计相连接测量其热电势，电位计接线端是30，若电位计上读数是60mV，热电偶的热端温度是多少? 解： 6、参照电极定律有何实际意义?已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为13.967mV，材料B与铂配对的热电势是8.345mV，求出在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势。 解：由原则电极定律 E (T,T0 )=EA铂(T,T0 )EB铂 (T,T0 ) =13.9678.345=5.622(mV)7、 镍铬镍硅热电偶敏捷度为0.04mV/，把它放在温度为1200处，若以批示仪表作为冷端，此处温度为50，试求热电势大小。 解： E(1200,50)= (1200-50)0.04=46(mV)8、 热电偶温度传感器的输入电路如习题图7-20所示，已知铂铑铂热电偶在温度0100之间变化时，其平均热电势波动为6V/，桥路中供桥电压为4V，三个锰铜电阻(Rl、R2、R3)的阻值均为1，铜电阻的电阻温度系数为=0.004/，已知当温度为0时电桥平衡，为了使热电偶的冷端温度在050范畴其热电势得到完全补偿，试求可调电阻的阻值只R5。 解：热电偶冷端补偿电势E(t,0)=kt，式中，k为热电偶敏捷度(k=6mV/)， 而补偿电桥输出电压（见习题图7-20） 冷端补偿时有=6mV 根据电桥电路，其等效电路为R1、Rcu和R2、R3分别串联后再并联，然后与电源、R串联，桥臂电阻串并联后为1，由此可得1Ui =1E/(R+1)因此 R=E/ Ui1=4000/61=665.7()9、在某一瞬间，电阻温度计上批示温度2=50，而实际温度1=100，设电阻温度计的动态关系为其中，k=0.2/s。试拟定温度计达到稳定读数(0.9951)所需时间。 解：2 从50上升到0.9951 =0.995100=99.5 10、 某热敏电阻，其B值为2900K，若冰点电阻为500K，求热敏电阻在100时的阻值。 解：T0 =0=273K，R0 =500kW；T=100=373K则R373 =R273 e2900(1/373-1/273) =28.98(kW)第7章 压电声传感器一、选择、填空题1、用于制作压电传感器的常用压电材料是_石英晶体_ 和_压电陶瓷_，其中，为了使其具有压电效应，压电陶瓷使用前需要做极化解决。2、压电陶瓷需要有 极化 和 外力 的共同作用才会具有压电效应。3、压电式传感器的输出须先通过前置放大器解决，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。压电式传感器在使用电压放大器时，连接电缆长度会影响系统 测量精度 ；而使用电荷放大器时，其输出电压与传感器的输入电荷 成正比。二、计算分析题1、图示为运用超声波测量流体流量的原理图，试分析其工作原理。解：设顺水流方向传播时间为t1，逆水流方向传播时间为t2，则：（10） 2、图示为运用超声波测量流体流量的原理图，设超声波在静止流体中的流速为c，试完毕下列各题： (1)简要分析其工作原理(2)求流体的流速v (3)求流体的流量Q超声波传感器1超声波传感器2v管道Dt1t2L电路第8章 光电式传感器一、选择、填空题1、在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称_外光电_效应；入射光强变化物质导电率的现象称_光电导_效应；半导体材料吸取光能后在PN结上产生电动势的效应称_光生伏特_效应。2、电荷耦合器件的基本功能_实现信号电荷的转换存储与转移信息电荷_。3、光纤是由折射率n1高的_纤芯_和折射率n2低的_包层_构成的双层同心圆构造。某光纤n11.64，n21.45，其数值孔径NA为_arcsin(1.45/1.64)_。二、计算分析题1. 什么是光电效应? 什么是内、外光电效应?当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸取光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。2 试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差别给出什么状况下应选用哪种器件最为合适的评述。3如果打算设计种光电传感器，用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮，天明白动熄灭)。试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。4光电转速传感器的测量原理是将被测轴的转速变换成相应频率的脉冲信号，然后，测出脉冲频率即可测得转速的数值。试根据这一思路画出光电转速传感器的检测变换部分的工作原理示意图，图中的光电转换元件选用哪种光电器件比较合适?为什么？5 运用光敏器件制成的产品计数器，具有非接触、安全可靠的特点，可广泛应用于自动化生产线的产品计数，如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。还可以用来记录出入口入员的流动状况。试运用光电传感器设计一产品自动计数系统，简述系统工作原理。 产品计数器的工作原理，如图所示。产品在传送带上运营时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随着产品的有无产生一种个电脉冲信号。产品每遮光一次，光电脉冲电路便产生一种脉冲信号，因此，输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来第9章 光纤传感器一、选择、填空题二、计算分析题1、 光纤损耗是如何产生的?它对光纤传感器有哪些影响?吸取性损耗：吸取损耗与构成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸取光能量，引起能量损耗。散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以及在制造过程中产生的构造上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传播到终点，从而导致散射性损耗。辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。a弯曲半径比光纤直径大诸多的弯曲b微弯曲：当把光纤组合成光缆时，也许使光纤的轴线产生随机性的微曲。2、光导纤维为什么可以导光?光导纤维有哪些长处?光纤式传感器中光纤的重要长处有哪些?光导纤维工作的基本是光的全内反射，当射入的光线的入射角不小于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部后来的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。长处：a具有优良的传旋光性能，传导损耗小b频带宽，可进行超高速测量，敏捷度和线性度好c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，并且具有测量的功能。它可以运用外界物理因素变化光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传播。3、在自由空间，波长0=500m的光从真空进入金刚石(nd=2.4)。在一般状况下当光通过不同物质时频率是不变的，试计算金刚石中该光波的速度和波长。 解： v=c/nd =c/2.4=0.4167c ，c为光速； =0 / nd =0 /2.4=0.41670 =208.3mm ， 0 为光速 4、 运用Snell定律推导出临界角C的体现式。计算水与空气分界面(n水=1.33)的C值。 解： n水sinqc =n0 sinp/2=n0sinqc= n0 / n水qc =arcsin1/1.33=48.765、求光纤n1=1.46，n2=1.45的NA值；如果外部的n0=1，求光纤的临界入射角。解：当n0 =1时NA=因此， qc =sin-1 NA =9.828-24 计算一块氧化铁被加热到100时，它能辐射出多少瓦的热量?(铁块的比辐射率在100时为0.09，铁块表面积为0.9m2) 解： E=seT4 S=5.6710-8 W/m2 K40.093734 K40.9 m2 =88.9W6、下图所示为光纤加速度传感器原理图，简要分析其工作原理。7、下图所示为光纤位移传感器原理图，简要分析其工作原理。第11章 气体传感器及其应用一、选择、填空题二、计算分析题第12章 湿敏传感器及其应用一、选择、填空题二、计算分析题1、下图中RH为湿度传感器，仔细阅读电路后，试完毕： 分析电路功能。 简要阐明电路工作原理若要直接从微安表读出待测物理量，需要做哪些工作？微安表