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五邑大学传感器期末考试试卷答案


一、填空题(每题 3 分) 1、 传感器通常由直接响应于被测量的 2、金属材料的应变效应是指 3、 半导体材料的压阻效应是 effect。 4、 金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是 5、 金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是 6、金属应变片的灵敏度系数是指 8、应变式传感器是利用电阻应变片将 它们都是在外界力作用下产生机械变形 , 从而导致材料的电阻发生化。 金属材料的应变效应以机械形变为主, 材料的电阻率相对变化为辅; 敏感元件 、 产生可用信号输出的转换元件、 以及相应的信号调节转换电路成。 。 , 这种现象称为压阻 piezoresistive 金属材料在受到外力作用时,产生机械变形,导致其阻值发生变化的现象 半导体材料在受到应力作用后, 其电阻率发生明显变化

而半导体材料则正好相反,其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。 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。 压阻 效应。 变化的传感器。 电阻敏感 元 应变 转换为电阻变化的传感器。 电阻 7、固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象称 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为

10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴 件构成,弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹 性元件用来 感知应变 ,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 电阻敏感 元件用来将应变的转换为电阻的变化。 电阻的变化 。 电桥 电路。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹 性元件用来感知应变, 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成,弹 性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为 15、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为 14、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来,需采用特别设计的测量电路,通常采用 电容的变化来实现对物理量的测量。 2 倍。 结构简单 、适应性强。 16、变极距型电容传感器做成差动结构后,灵敏度提高原来的 18、 电容式传感器主要缺点有 19、电感式传感器是建立在 寄生电容影响较大

17、电容式传感器的优点主要有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、 电磁感应 基础上的一种传感器。

、当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。

20、电感式传感器可以把输入的物理量转换为

线圈的自感系数或线圈的互感系数的变化,并通过测量电路进一步转换为 的变化,并通过测量电路进一步转换为

电量的变化,进而实现对非电量的测量。 21、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的互感系数 电量的变化,进而实现对非电量的测量。 22、电涡流传感器可用于 位移测量 、振幅测量、转速测量和无损探伤。 振幅测量 、转速测量和无损探伤。 转速测量 和无损探伤。 无损探伤 。 低频透射式两大类。 23、电涡流传感器可用于位移测量、

24、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、

25、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和 26、电涡流传感器从测量原理来分,可以分为高频扫射式和 27、电感式传感器可以分为 自感式 28、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个 量检测的目的。 电容

、互感式、涡流式三大类。 并联,也可等效为一个与电容相串联的电压源。 压电效应 为基础,来实现非电

29、压电式传感器是一种典型的自发电型传感器(或发电型传感器) ,其以某些电介质的

30、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象,同时在它的表面产生符号相反的电荷,当外力去掉后 又恢复不带电的状态,这种现象称为 效应又称电致伸缩效应。 31、压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗,并保持 比。 输出电压与输入电压 成正 极化 效应;在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变,这种

32、电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源,以实现阻抗匹配,并使其 电压与输入电压 成正比,且其灵敏度不受电缆变化的影响。 接触电势 构成,另一部分是单一导体的温差电势。 中间温度 定律。 33、热电动势来源于两个方面,一部分由两种导体的 35、常用的热电式传感元件有 37、热电偶是将温度变化转换为 38、热电阻最常用的材料是 铂 热电偶 电势 和热敏电阻。 的测温元件,热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻 变化的测温元件。

输出

34、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿,它的理论依据是

36、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件,热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。 和铜,工业上被广泛用来测量中低温区的温度,在测量温度要求不高且温度较低的场合, 三线制 适用于工业测量,一般精度要求场合; 二线制适用于引线不长,精度要求较

铜热电阻得到了广泛应用。 39、热电阻引线方式有三种,其中 40、霍尔效应是指 的现象。 41、制作霍尔元件应采用的材料是 42、应该根据元件的 输入电阻 半导体材料 ,因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大,而使两个 端面出现电势差最大。 、输出电阻、灵敏度等合理地选择霍尔元件的尺寸。 光电效应 传感器、 红外热释电传感器、 固体图像传感器和光纤传感器。 反射 式、辐射式和开关式光电传感器。 43、 按照工作原理的不同, 可将光电式传感器分为 45、光电传感器的理论基础是 光电效应 。 低的场合;四线制适用于实验室测量,精度要求高的场合。 在垂直于电流方向加上磁场,由于载流子受洛仑兹力的作用,则在平行于电流和磁场的两端平面内 分别出现正负电荷的堆积,从而使这两个端面出现电势差

44、按照测量光路组成,光电式传感器可以分为透射式、

46、用石英晶体制作的压电式传感器中,晶面上产生的 电荷 与作用在晶面上的压强成正比,而与晶片 几何尺寸 和面积无关。 47、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,其次级绕组都用 同名端反向 形式连接,所以又叫差动变压器式传感器。 48.电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。 49.影响金属导电材料应变灵敏系数 K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。 50、传感器的基本特性通常指的是传感器的输入和 输出 之间的关系特性。 51、在传感器领域,应用比较广泛的基本电量传感器有电阻式传感器、 电容式传感器、电感式传感器和电涡 流式传感器。 52、物质的光电效应通常分为外光电效应、 内光电 效应和光生伏打效应三类。 53、压电式传感器的工作原理是以晶体的 压电 效应为理论依据。 54、电阻应变片的工作原理是基于金属的 应变 效应。 55、.传感器的动态特性包括瞬态响应特性和 频率 响应特性。 56、霍尔电势与半导体薄片的厚度成 正 比。 57、温度传感器主要用来检测物体的 温度 。 58、传感器是由 敏感元件 与转换元件组成的。 59、红外测温仪是利用热辐射体在 红外 波段的辐射通量来测量温度的。 60、霍尔传感器是利用 霍尔效应 原理将被测物理量转化为电势的传感器。 61、压电传感器的工作原理是以 晶体 的压电效应为理论依据。 62、热电偶属于 温度 传感器,常用来测量物体的温度。 63、电磁波谱中紫光携带的能量比红光携带的能量要 大或多 。 64、光纤按其传输模式多少分为单模光纤和 多模 光纤。 65、湿敏元件除对环境湿度敏感外,对 温度 亦十分敏感。 66、热敏电阻按温度系数可分为 PTC(或正温度系数型) 、NTC 或负温度系数型以及在某一温度下电 阻值会发生突变的临界温度电阻器 CTR 的传感器。 67、霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测量转换为 电势 的传感器。 68、弹性 滞后 和弹性后效及蠕变是弹性敏感元件的两个基本特性。 69、金属应变片的弯曲半径越大,其 横向 效应也越大。 70、固体受到作用力后 电阻率 发生变化的现象称为固体的压阻效应。 71、热电阻传感器分为金属热电阻和 半导体 热电阻两大类。 72、光纤模式指的是 光波 沿光纤传播的途径和方式。 73、光敏二极管是一种利用 PN 结 单向导电性的结型光电器件。

75、电感式传感器以电和磁为媒介,利用磁场变换引起线圈的 自感量或者互感量的变化,把非电量转换 为电量的装置。 76、热电偶回路产生的电势由 接触 电势传和温差电势两部分组成。 77、光电管是利用 外光电 效应制成的光电元件。 78、应变片的敏感元件是 敏感栅 。 79、压电式传感器的工作原理是以晶体的 压电效应 为理论基础。 80、磁敏二极管是利用 磁阻效应 进行磁电转换的。 81、 热敏电阻 利用半导体电阻随温度变化的特性制成的测温元件。 82、光电效应通常分为外光电效应、 内光电效应 和光生伏特效应。 83、金属应变片的工作原理是基于金属的 应变效应 。 84、霍尔传感器的误差主要包括零位误差和 温度误差 。 85、传感器的频率响应特性通常由 幅频特性 和相频特性组成。 86、压电式传感器的工作原理是以晶体的 压电效应 为理论依据。 87、红外传感器按工作原理可分为 量子型 及热型两类。 88、常用的基本电量传感器包括 电阻式 、电感式和电容式传感器。 89、传感器按能量变换关系分为 有 源型和无源型。 90、光电池是基于 光生伏打 效应。 91、传感器的核心部分是 转换元件 ; 四、简答题(4 题,共 18 分) 301、试述传感器的定义、共性及组成。 答:①传感器的定义:能感受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;②传感器的共性:利用物理定律 和物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、 电阻等);③传感器的组成:传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。 答:传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性,即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的静态特性是指它在稳态(静态或准静态)信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关 系式中不含有时间变量。 当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。 304、什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 答:材料的电阻变化是由尺寸变化引起的,称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理:当被测物理量作用在弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变,变换成 相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,将引起应变敏感元件的电阻值发生变化,通过转换电 路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 306、在传感器测量电路中,直流电桥与交流电桥有什么不同,如何考虑应用场合 ?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? 答: 直流电桥适合供电电源是直流电的场合, 交流电桥适合供电电源是交流的场合。 半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍, 全桥电路比单桥电路灵敏度提高 4 倍,且二者均无非线性误差。 311、根据电容式传感器工作原理,可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 答:根据电容式传感器的工作原理,可将其分为 3 种:变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电 常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比,适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比,适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同,通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测,并通过 电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。 316、何谓电涡流效应?怎样利用电涡流效应进行位移测量? 答::电涡流效应指的是这样一种现象:根据法拉第电磁感应定律,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力 线运动时,通过导体的磁通将发生变化,产生感应电 动势,该电动势在导体内产生电流,并形成闭合曲

线,状似水中的涡流,通常称为电涡流。 利用电涡流效应测量位移时,可使被测物的电阻率、磁导率、线圈与被测物的尺寸因子、线圈中激磁电流的频率保持不变, 而只改变线圈与导体间的距离,这样测出的传感器线圈的阻抗变化,可以反应被测物位移的变化。 317、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 答: (1)不同点: 1 )自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化; 2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。 (2)相同点:两者都属于电感式传感器,都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管型。 323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应? 答:正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时,其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。 当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压,那么压电片将产生机械振动,即压电片在电极方向上产生伸缩变形,压 电材料的这种现象称为电致伸缩效应,也称为逆压电 效应。 沿石英晶体的 x 轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。 沿石英晶体的 y 轴(机械轴)方向受力产生的压电效 应称为"横向压电效应"。 331、简述热电偶的几个重要定律,并分别说明其实用价值。 答:1、中间导体定律;2、标准电极定律;3、 连接导体定律与中间温度定律 实用价值:略。 332、热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?常用的补偿方法有哪些? 答(1)因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数,而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下 进行的,为了使热电势能反映所测量的真实温度,所以要进行冷端补偿。 (2)A:补偿导线法 B:冷端温度计算校正法 C:冰浴法 D:补偿电桥法。 333、试说明如图所示的热电偶三线制测温时,是如何消除连接导线电阻 r 带来的测温误差 的。 答:当电桥平衡时,可写出下列关系式,即

由此可以得出 设计电桥时如满足 R1=R2 则图中右边含有 r 的项完全消去,这种情况下连线阻 r 对桥路平衡 毫无影响,即可以消除热电阻测量过程中 r 的影响。但必须注意,只有在对 称电桥(R1=R2 的电桥) ,且只有在平衡状态下才如此。 335、热电阻传感器主要分为哪两种类型?它们分别应用在什么场合? 答: (l)铂电阻传感器:特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用,也常被用在工业测量中。此 外,还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递,是目前测温复现性最好的一种。 (2)铜电阻传感器:价钱较铅金属便宜。在测温范围比较小的情况下,有很好的稳定性。温度系数比较大,电阻值与温度之 间接近线性关系。材料容易提纯,价格便宜。不足之处是测量精度较铅电阻稍低、电阻率小。 336、要用热电偶来测量两点的平均温度,若分别用并联和串联的方式,请简述其原理,指出这两种方式各自的优缺点是什 么? 答:在并联方式中,伏特表得到的电动势为 2 个热电偶的热电动势的平均电动势,即它已经自动得到了 2 个热电动势的平 均值,查表即可得到两点的平均温度。该方法的优点:快速、高效、自动,误差小,精度高。缺点:当其 中有一个热电偶损坏后,不易立即发现,且测得的热电动势实际上只是某一个热电偶的。 在串联方式中,伏特表得到的电动势为环路中 2 个热电偶的总热电动势,还要经过算术运算求平均值,再查表得到两点的 平均温度。该方法的优点:当其中有一个热电偶损坏后, 可以立即发现;可获得较大的热电动势并提高灵

第 333 题图

敏度。缺点:过程较复杂,时效性低,在计算中,易引入误差,精度不高。 339、什么是光电效应和光电器件?常用的光电器件有哪几大类? 答:所谓光电效应,是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为 光电器件。 常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。 340、试解释外光电效应器件和内光电效应器件各自的工作基础并举例。 答:外光电效应器件的工作基础基于外光电效应。所谓外光电效应,是指在光线作用下,电子逸出物体表面的现象。相应 光电器件主要有光电管和光电倍增管。 内光电效应器件的工作基础是基于内光电效应。所谓内光电效应,是指在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光 生电动势的现象,它可分为光导效应和光生伏特效应。内 光电效应器件主要有光敏电阻、光电池、光敏 二极管和光敏晶体管。 341、什么是光电式传感器?光电式传感器的基本工作原理是什么? 答:光电式传感器(或称光敏传感器) 。利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、电流、电阻等)的装置。 光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的,即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。 名词解释: 36.热电效应 热电效应是两种不同的导体组成闭合回路时(1 分),若两接点温度不同 1 分)在该电路中产生电动势的现象.(1 分) 38.霍尔效应 当置于磁场中的半导体薄片的电流方向与磁场方向不一致时(1 分), 在半导体薄片上平行于电流和磁场方向(1 分)的两个面 之间产生电动势的现象.(1 分) 38.光电效应 用光照射某一物体(1 分) ,组成该物体的材料吸收光子能量而发生相应的电效应的物理现象.(2 分) 38.灵敏度 传感器达到稳定工作状态时(1 分)输出变化量与引起此变化的输入变化量之比.(2 分) 37.内光电效应 光照射于某一物体上,(1 分)使其导电能力发生变化的现象.(2 分) 39.简述传感器的基本组成。 传感器一般由敏感元件和转换元件组成。 (2 分) 敏感元件是能够完成预变换作用的器件; (1 分) 转换元件是能将感觉到的 被测非电量参数转换为电量的器件;(1 分) 转换元件是传感器的核心部分。(1 分) 并不是所有的传感器 都包括敏感元件与转换元件.(1 分) 42.光纤的主要参数有哪些? 光纤的主要参数有:(1)数值孔径 它反映纤芯吸收光量的多少,是标志光纤接受性能的重要参数;(2 分) (2)光纤模式 就 是光波沿光纤传播的途径和方式;(2 分)(3)传播损耗 是由光纤纤芯材料的吸收、散射以及光纤弯曲处 的辐射损耗影响造成的.(2 分) 46.在《传感器技术》这门课程中讲述了多种传感器,其中温度传感器在实际应用中具有重要实用价值,试论述常用的温度 传感器的异同。 答:常用的温度传感器有热电偶、 热敏电阻和集成温度传感器等;(2 分)它们的相同点是: 都是接触式测温方法;(1 分) 不同 点是: (1)工作原理不同 热电偶依据的是热电效应,热敏电阻利用的是半导体电阻随温度变化的特性, 集成温度传感器是利用感温 PN 的电压电流特性与温度的关系;(3 分) (2)主要特点不同 热电偶具有种类 多、结构简单、感温部小、广泛用于高温测量的特点,热敏电阻具有种类多、精度高、感温部较大、体积 小、响应快、灵敏度高等特点,集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等特点.(3 分) 40.电涡流传感器是如何实现探伤的? 使电涡流传感器与被测体距离不变,如有裂纹出现,将会引起金属的电阻率、磁导率的变化。(3 分)在裂纹处也可以说有 位移的变化。这些综合参数的变化将会引起传感器参数的变化,(2 分)通过测量传感器参数的变化即可达

到探伤的目的. (1 分) 43.简述霍尔电势的产生原理。 一块半导体薄片置于磁场中(磁场方向垂直于薄片),当有电流流过时,电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。 (2 分) 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;(2 分) 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.(2 分) 46.传感器技术在日常生活中的应用非常广泛,其中超市收款台采用条形码扫描的方法来得到各种商品的信息,实现快速收 费的目的。条形码扫描的方法涉及到光电传感器,试分析条形码扫描笔的工作原理。 答:扫描笔的前方为光电读入头,它由一个发光二极管和一个光敏三极管组成;(2 分) 当扫描笔在条形码上移动时,若遇 黑色收线条,发光二极管发出的光将被黑线吸收,光敏三极管接受不到反射光,呈现高阻抗,处于截止状 态;当遇到白色间隔时,发光二极管所发出的光纤,被反射到光敏三极管的基极,光敏三极管产生电流而 导通;(4 分)整个条形码被扫描后,光敏三极管将条形码变成了一个个电脉冲信号,该信号经放大、整形 后便形成宽窄与条形码线的宽窄及间隔相对应的脉冲列, 脉冲列经计算机处理后, 完成对条形码的识读. (3 分)

五 、计算综合题(3 题,共 22 分) 1、如图为实验室常采用的冰浴法热电偶冷端温度补偿接线图, (1) (2) (3) (2 分) 答案: (1) 中间导体定律:在热电偶 回路中,只要接入的第三导体两端 温度相同,则对回路的总的热电动 势没有影响。中间温度定律:热电 偶 AB 的热电势仅取决于热电偶的 材料和两个结点的温度,而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。 (2) (3) 热电偶分度表以 0 摄氏度为基准; 与导体材料 A、B 有相同热电特性 补偿导线连接端的工作温度不能超出(0~100℃) ,否则会给测量带来误差。 ) 361、一台精度等级为 0.5 级、量程范围 600~1200℃的温度传感器,它最大允许绝对误差是多少?检验时某点最大绝对误差 是 4℃,问此表是否合格? 解:根据精度定义表达式 A=△A/ YF.S×100%,并由题意已知:A=0.5%,YF.S=(1200—600)℃,得最大允许绝对误差 △ A=A.YF.S=0.5%×(1200—600)=3℃ 此温度传感器最大允许绝对误差为 3℃。检验某点的最大绝对误差为 4℃,大于 3℃,故此传感器不合格。 图中依据了热电偶两个基本定律,分别指出并简述其内容; (4 分) 将 冷 端 至于 冰 水槽 的主 要原因是什么?(2 分) 对 补 偿 导线 有 何要 求?

(不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同;连接补偿导线时要注意区分正负极,使其分别与热电偶的正负极一一对应;

366、已知某温度计测量范围 0~200℃。检测测试其最大误差△Ymax=4℃,求其满度相的误差,并根据精度等级标准判断 精度等级。 解:YFS=200-0=200

由 A=Δ A/YFS*100%有 A=4/200*100%=2%。 精度特级为 2.5 级。 367、检定一台 1.5 级刻度 0~100Pa 压力传感器,现发现 50Pa 处误差最大为 1.4Pa,问这台压力传感器是否合格? 解:根据精度定义表达式:A=Δ A/AyFS*100%,由题意可知:A=1.5%,YFS=100 所以 因为 所以 Δ A=A YFS=1.5 1.4<1.5 合格。

374、采用四片相同的金属丝应变片(K=2) ,将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图(a)所示,力F=1000kg。圆柱断 面半径r=1cm,杨氏模量E=2×10 N/cm ,泊松比? =0.3。求(1)画出应变片在圆柱上贴粘位
7 2

置及相应测量桥路原理图; (2)各应变片的应变? =?电阻相对变化量△R/R=? 解: (1)按题意采用四个相同应变片测力弹性元件,贴的位置如图 374(a)所示。 R1、R3沿轴向受力F作用下产生正应变

F R3 R4

R1 R2

?

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 =156 ? ?
2 7 -4

F
计算题 374 题图

?2= ?4=- ? F/SE=-0.3×1.56×10 =-0.47×10 =-47 ? ?
-4

-4

△R1/R1=△R3/R3=k1 ? =2×1.56×10 =3.12×10
-4

-4

△R2/R2=△R4/R4=-k2 ?=-2×0.47×10 =-0.94×10
-4

-4

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,

?t ?
电桥电路,供电桥电压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。

(2 ? ? )d p 2( D ? d ) E

式中,p为待测压力, ?泊松比,E杨式模量,d为筒内径,D为筒外径。现采用直流

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。

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

计算题 376 题图

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、R3随筒壁感受正应变量? 1>0, ? 且? 1= ?
3 3

>0。并

;R2和R4所处位置筒壁不产生应变,故 ? 2= ? 4=0。桥路电压U0只与敏感元件R1、R3有关,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

k (? ? ? )U K 1 ?R ?R K (2 ? ? )d U 0 ? ( 1 ? 3 )U ? 1 3 ? ?U ? ? pU 4 R1 R3 4 2 2 2( D ? d ) E 1 (2 ? ? )d ? k U ?P 4 (D ? d )E
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

?R ?R ?R 1 ?R ?U 0t ? [ 1t ? 2t ? 3t ? 4t ] ? V ? 0 4 R1 R2 R3 R4

403、一个铁氧体环形磁芯,平均长度为 12cm,横截面面积为 1.5 cm2,平均相对磁导率为μ r= 2000。求: (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

?1? : L= N R

2

=
m

2.5* 10 1.2* 10
-7

6

-2 -4

= 0.785H

? 2 ? : L 2 = 4* L = 3.14H

2000* 4* p* 10 * 1.5* 10

44.已知某厂生产的线性绕线电位器参数为:导线的电阻率 ρ =3.14×10-3Ω m,导线横截面积 S=3.14×10-6m2,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)

KR ?

2 ? (b ? h) 2 ? (b ? h) ,(1 分) Ku ? ? I ? KR ? I St St
2 ? 3.14 ?10?3 (30 ?10?3 ? 50 ?10?3 ) ? 1.6 ?104 3.14 ?10?6 ?1?10?3
(V/m) (1 分)

(1 分)

将已知数据代入上式得,

KR ?

(Ω /m)

(2 分)

Ku ? 1.6 ?104 ? 3 ? 4.8 ?104

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=5×10-3T,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, U H 将已知数据代入上式得,

? RH ?

IB d

(3 分)

U H ? 0.5 ?

3 ? 5 ?10?3 ? 3.75 2 ?10?3

(V)

(3 分)

45.已知某霍尔传感器的激励电流 I=5A,磁场的磁感应强度 B=5×10-3T,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, U H 将已知数据代入上式得,

IB ? RH ? d

(3 分)

U H ? 0.8 ?

5 ? 5 ?10?3 ? 20 1?10?3

(V)

(3 分)


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