1、1一、计算1图为一直流恒压源应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350。求：R1 为应变片，其余为外接电阻，R1 增量R1=3.5 时的输出 U0=?R1、 R2 是应变片，感受应变极性、大小相同，其余为电阻，电压输出U0=?R1、 R2 感受应变极性相反，输出 U0=?R1、 R2、 R3、R4 都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出 U0=?解：2有一吊车的拉力传感器如图所示，电阻应变片 R1、R2、R3、R4 贴在等截面轴上，已知 R1R4 标称阻值为 120，桥路电压为 2V，物重 m 引起 R1、R2变化增量为 1.2。请画出应变片电桥电路，计算出测得的输出电压和电桥输出灵
2、敏度，R3 、R4 起什么作用？3一个量程为 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，在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变2片的电阻值均为 120，灵敏度为 2.0，波松比为 0.3，材料弹性模量E=2.11011Pa。求：绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；当桥路的供电电压为 10V 时，计算传感器的输出电压。答：(1)全桥电路如右图所示(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：传感器在满量程时：(3) 132457680.13542LURRRV
3、 57682444 4361+0(7.96102.9.107.9610).37421030.597102.LKUFAE 或 ： 或 ： 37V 4今有一悬臂梁，如图所示，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，在悬臂梁端部受一向下力 F=0.5N，试求此时四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数 K=2.1；应变片空载电阻 R0=120。3答： 5铂线电阻在 20时为 10。求 50时的电阻。解：R=R0（1+ t）中，t=20，R=10，=3010 -4/。因此，10=R0 （1+3010 -420），R=R0（1+3010 -450），得 R10.86已知某压力传感器的测定范围为 01
4、0000Pa，输入特性为：y=10(x0.00007x 2+2000)。问这种传感器能使用吗？答：dy/dx=10 0.0014x 。导数值在 x7143Pa 时为负，故不能使用。7使用 K 型热电偶，基准接点为 0、测量接点分别为 30和 900时，温差电动势分别为 1.203mV 和 37.326mV。当基准接点为 30，测温接点为 900时的温差电动势为多少？答：现 t2=900，t 1=30 ，基准接点温度为 30 ，测温接点温度为 900时的温差电动势设为 E，则 37.326=1.203+E，所以 E=36.123mV。8用铜和康铜分别与铂相配构成热电偶，热电势 E 铜铂(100，
5、0) +0.75mV，E 康铜铂(100，0) 0.35mV。求 E 铜康铜(100，0) 的热电势。9某铜电阻在 20时的阻值 R2016.28，4.2510 -3 -1，求该热电阻在100时的阻值。10已知管径为 120mm，管道内水流动的平均速度为 1.8m/s，这时水的密度为990kg/m3，确定该状态下水的容积流量和质量流量。11某电容式液位传感器由高 1.2m，直径为 40mm 和 8mm 的两个同心圆柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为 50cm，高为 1.2m。被储存液体的 r2.1。计算传感器的最小电容和最大电容以及当用在储存灌内传感器的灵敏度(Cmax/Vmax，pF/L)。
6、解： pFmpFrHC46.15ln2.)/8.(2ln10mi 40max214.62.1870lnrHCpFpF22(.5).35.64dVmLmaxin870410.9/.CpFKpF12下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算：1)已知 Rt 是 Pt100铂电阻( )，且其2372001.5.801tRAtBRtt 测量温度为 t=50，试计算输出 Rt 的值和 Ra 的值； 2)电路中已知R1、R2、R3 和 E，试计算电桥的输出电压 VAB。其中（R1=10k， R2=5k， R3=10k，E=5V）解：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。图中 G 为指
7、示电表，R1、R2、R3 为固定电阻，Ra 为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为 r2、r3、Rg 的三根导线和电桥连接，r2 和 r3 分别接在相邻的两臂。当温度变化时，只要 r2、r3 和 Rg 分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化不会影响电桥的平衡状态。电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0 为电阻在参考温度（如 0）时的电阻值。三线接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。1) 2 372011.94150.81059.5tRAtB Ra=R1-Rt0=5000-100=49002) 3121242123(314)009.505.489.A
8、BL RRUEVm 5二、简答题、填空题1压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么？N(g) 0 1 2 3 4 5正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5解：迟滞误差；静态误差；传感器本身材料的缺陷造成。2传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？答：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，这种现象称电阻应变效应。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同，但应变不同。圆弧部分使灵敏度 K 下
9、降了，这种现象称为横向效应。4用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？5说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？6金属电阻应变片由哪四部分组成？分哪几种？主要特性参数有哪些？答：金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、引线。分两种：金属丝式和箔式。主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。7分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。8应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？9电容传感器有哪些类型？10叙述电容传感器的工作原
10、理，输出特性。11为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？12说明各种电容传感器的结构和工作原理。13差动式电容测厚传感器系统的工作原理？14推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较。答：.。差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小。15根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？16总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。17什么是正压电效应？什么是逆压电效应？有压电效应的材料有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？6答：正压电效应：某些
11、电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象，同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复到不带电的状态，而当作用力方向改变时电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。逆压电效应：与正压电效应相反，对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离变形也随之消失，称为逆压电效应。压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料。压电传感器的结构和应用特点：在压电式传感器中为了提高灵敏度往往采用多片压电芯片构成一个压电组件，其中最常用的是两片结构。根据两片压电芯片的连接关系可分为串联和并联连接，常用的是并
12、联连接，可以增大输出电荷提高灵敏度。压电传感器使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系。因此，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的。所以，压电传感器不宜作静态测量，只有在其上加交变力电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。18石英晶体 X、Y、Z 轴的名称是什么？有哪些特征？19简述压电陶瓷特性，作为压电元件比较他与石英晶体有哪些特点？20简述电压式加速传感器的工作原理？21热电偶冷端温度对热电偶的热电势有什么影响
13、?为消除冷端温度影响可采用哪些措施？22热电阻传感器主要分为几种类型？答：热电阻传感器分为以下几种类型：铂电阻传感器铜电阻传感器铁电阻和镍电阻。23什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。24试述热电偶测温的基本原理和基本定理。25试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。答：电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温度。热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的。前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换为电势大小。相同点：都是测温传感器，精度及性能都与传感器材料特性有关。26试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏
14、安特性，并说明其用途（p26，图 3-3）。7答：伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流 I 与电压降 U 之间的关系。当电流很小时，不足以引起自身发热，阻值保持恒定，电压降与电流间符合欧姆定律。当电流 IIa 时，随着电流增加，功耗增大、产生自热，阻值随电流增加而减小，电压降增加速度逐渐减慢，因而出现非线性的正阻区 ab。电流增大到 Ib 时，电压降达到最大值 Um。此后，电流继续增大时，自热更为强烈，由于热敏电阻的电阻温度系数大，阻值随电流增加而减小的速度大于电压降增加的速度，于是就出现负阻区 bc 段。研究伏安特性，有助于正确选择热敏电阻的工作状态。对于测温、控温和温度补偿，热敏电阻
15、应工作于伏安特性的线性区，这样就可以忽略自热的影响，使电阻值仅取决于被测温度。对于利用热敏电阻的耗散原理工作的场合，例如测量风速、流量、真空等，则应工作于伏安特性的负阻区。27试述压力的定义。何谓大气压力、绝对压力、表压力和真空度？常用压力仪表？28电容传感器有哪些类型？29叙述电容传感器的工作原理，输出特性。30说明各种电容传感器的结构和工作原理。31在变压器式传感器中，原方和副方互感 M 的大小与 绕组匝数 成正比，与穿过线圈的 磁通 成正比，与磁回路中 磁阻 成反比。32根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？答：。电容传感器的应用：可用来测量直线位移、角位
16、移、振动振幅，尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。33什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？答：若作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。34电阻应变片式传感器按制造材料可分为 金属 材料和 半导体 材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中金属材料的电阻变化主要是由 电阻应变 效应形成的，而半导体材料的电阻变化
17、主要是由 压阻 效应造成的。 半导体 材料传感器的灵敏度大。35简述压电陶瓷特性，作为压电元件比较它与石英晶体有哪些特点？36简述压电式加速传感器的工作原理？37要测 1000左右的高温，用什么类型的热电偶好？要测 1500左右的高温呢？答：1000左右温度用镍铬-镍铝，铂铑 10-铂，1500 用铂铑 30-铂铑 6。(表 4-3)838按流量所使用的单位不同，它可分为哪几种？常用流量计？39高温加热的钢板为红色，当温度继续升高时变为白色，试说明原因。答：与温度相对应，物体放射出具有一定波长分布的光，高温时，所有波长的能量增大，波长分布的峰值向短波长方向移动。对应于黑体的波长分布可由普朗克分
18、布规则求得。1000的钢板，波长分布的峰值在近红外区域，发出的光波长在 0.6m 以上，属于可视光的红光区域，因此看到的光呈现红色。温度升高使得波长分布的峰值向短波方向移动。可视光的短波成分增加，可视光所有波长成分混合使钢板颜色接近白色。40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，这种现象称电阻应变 效应；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同但应变不同，圆弧部分使灵敏度 K 下降了，这种现象称为 横向 效应。41测量系统的静态特性指标主要有 线性度 、 迟滞 、 重复性 、 分辨率 、 稳定性 、温度稳定性 、 各种抗干扰稳定
19、性 等。42霍尔元件灵敏度的物理意义是 表示在单位磁感应强度下和单位控制电流时霍尔原件输出的霍尔电势值 。U H=KHIB43光电传感器的理论基础是 光电 效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的 外光电效应，这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的 内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的 光生伏特 效应，这类元件有光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电仪表。44热电偶所产生的热电势是两种导体的 接触 电势和单一导体的 温差 电势组成的，其表达式为 。
20、在热电偶温度补000()(,)ln()dTAAB BBKTEe偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在 连接导线 和 热电偶 之间接入 补偿导线 (延长线 )，它的作用是 将热电偶的参考端 (冷端 )移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响 。45把一导体（或半导体）两端通以控制电流 I，在垂直电流方向施加磁场 B，在导体另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称 霍尔 效应，这个电动势称为 霍尔 电势。46外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成 磁阻 效应。47变气隙式自感型传感器，当衔铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（ 增加 减小不变
21、）。48仪表的精度等级是用仪表的（相对误差绝对误差 引用误差 ）来表示的。(引用误差（绝对误差的最大值/仪表量程） 100%)949. 电容传感器的输入被测量与输出量 C 间的关系，除（变面积型 变极距型 变介电常数型）外是线性的。50差动变压器式传感器(P61-64)理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，这个不为零的电压称为 零点残余 电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用 相敏整流 电路。51传感器是 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 。传感器通常由直接响应于被测量的 敏感元件 和产生可用信号
22、输出的 转换元件 ，以及相应的 信号调节转换电路 组成。52测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为 绝对误差 、 相对误差 和 引用误差 三类，其中 绝对误差 可以通过对多次测量结果求 平均 的方法来减小它对测量结果的影响。53什么是传感器的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？答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性
23、是指当输入量为常量或变化极慢时传感器的输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。54简述霍尔电势产生的原理。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，电子受到洛仑兹力的作用而发生偏转。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势 UH。55分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数 t及栅丝与试件膨胀系数(f与 S)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。
