传感器练习

IOT20161/24《传感器原理与应用》习题0一、名词解释1．传感器2．传感器的线性度3．传感器的灵敏度4．传感器的迟滞5．绝对误差6．系统误差7．弹性滞后8．弹性后效9．应变效应10．压电效应11．霍尔效应与霍尔传感器12．热电效应13．光电效应14．绝对湿度和相对湿度15．功能型光纤传感器16.电阻应用片17.多普勒效应18.压阻效应19.超声波20.PT10021.热释电红外传感器二、填空题1．传感器通常由、、三部分组成。2．按工作原理可以分为、、、。3．按输出量形类可分为、、。4．误差按出现的规律分、、。5．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。6．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。7．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。8．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=。9．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。10．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。11．电容式压力传感器是变型的。12．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。13．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。14．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。15．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。IOT20162/2416．目前应用于压电式传感器中的压电材料通常有、、。17．根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有、、三种基本类型18．热敏电阻按其对温度的不同反应可分为三类、、。19．光电效应根据产生结果的不同，通常可分为、、三种类型。20．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是。21．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式传感器、应变式传感器等（任填两个）。22．采用热电阻作为测量温度的元件是将的测量转换为的测量。23．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、和可沿线圈轴向组成。24．利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让的距离大大小于。25．空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用式电容传感器26．振筒式传感器是以均匀作为敏感元件，将被测气体压力或密度的变化转换成。27．由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用不同的光电管，以便利用光谱特性的区段。28．按热电偶本身结构划分，有热电偶、铠装热电偶、热电偶。29．硒光电池的光谱响应区段与相近，因而得到应用。30．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的敏感元件。31．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态。32．磁敏二极管工作时加电压。由于它的磁灵敏很高，特别适用于测量。33．我们学过的参量式传感器有、等。34．可以测量加速度的传感器有、、等。35．信号传输形成干扰的三因素是、、。IOT20163/24三、选择题1．电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（）。A60ΩB120ΩC200ΩD350Ω2．电涡流式传感器激磁线圈的电源是（）。A直流B工频交流C高频交流D低频交流3．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（）。A正比关系B反比关系C无关系4．单色光的波长越短，它的（）。A频率越高，其光子能量越大B频率越低，其光子能量越大C频率越高，其光子能量越小D频率越低，其光子能量越小5．热电偶可以测量（）。A压力B电压C温度D热电势6．光敏电阻适于作为（）。A光的测量元件B光电导开关元件C加热元件D发光元件7．目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）。A-200～850℃B-50～850℃C-200～150℃D-200～650℃8．差动变压器传感器的配用测量电路主要有（）。A差动相敏检波电路B差动整流电路C直流电桥D差动电桥9．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）A．压力B．力矩C．温度D．厚度10．属于传感器动态特性指标的是（）A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率11．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器12．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）A．变极板面积型B．变极距型C．变介质型D．容栅型IOT20164/2413．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片14．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（）A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗15．固体半导体摄像元件CCD是一种（）A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路16．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（）A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰17．光敏元件中是直接输出电压的.A光敏电阻B光电池C光敏晶体管D光导纤维18．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（）A．1.22mVB．2.44mVC．3.66mVD．4.88mV19．周期信号的自相关函数必为（）A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数20．光敏二极管工作时，其上.A加正向电压B加反向电压C不需加电压D加正向、反向电压都可四、问答题1．传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？2.传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？3.弹性敏感元件在传感器中起什么作用？4.弹性敏感元件有哪几种基本形式？各有什么用途和特点？5.何谓电阻式传感器？它主要分成哪几种？IOT20165/246.试比较金属丝电阻应变片与半导体应变片的特点。7.热电阻传感器有哪几种？各有何特点及用途？8.简要说明气敏、湿敏电阻传感器的工作原理，并举例说明其用途。9．电感式传感器的工作原理是什么？能够测量哪些物理量？10.变气隙式传感器主要由哪几部分组成？有什么特点？11.概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。12．电容式传感器有什么主要特点？可用于哪些方面的检测？13．根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？各自用途是什么？14．常用压电材料有那几种？15．霍尔电动势的大小、方向与哪些因素有关？16.试说明热电偶的测温原理。17.光电效应有哪几种类型？与之对应的光电元件各有哪些？简述各光电元件的优缺点。18.为什么多数气敏器件都附有加热器？19.作业本上所有的题目。五计算题1、一应变片的电阻1200R，05.2K，用作应变为mm/800的传感元件。试求：（1）R与0/RR（2）若电源电压V5E，求其惠斯通测量电桥的非平衡输出电压0U？解：由应变电阻片的灵敏系数xRRK0/这里mmx/800，05.2K1200R，则得到1968.01201080005.260RKRx00164.0120/1968.0/0RR00205.0500164.0414100ERRUV＝2.05mV2.如题图所示为等强度梁测力系统，1R为电阻应变片，应变片灵敏度系数05.2k，未受应变时1201R，当试件受力F时，应变片承受平均应变4108，求（1）应变片电阻变化量1R和电阻相对变化量11/RR。（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压是多少。1RFIOT20166/24解：（1）43112.058101.6410RKR，3111.64101200.1968RkR（2）设桥臂比21RnR，分母中11/RR可忽略，并考虑到平衡条件3124RRRR，则：331222131.64104.9210(1)(1)1oRnnnUEnRnn3、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)利用纵向效应的BaTiO3。参数：真空介电常数ε0=8.85×10-12F/m，石英d11=2.31×10-12C/N,相对介电常数4.5；BaTiO3d33=190×10-12C/N，相对介电常数1200解：由题意知，压电晶体受力为F=PS=10×106×20×10-6=200(N)（1）0°X切割石英晶体，εr=4.5，d11=2.31×1012C/N等效电容36120101010205.41085.8dSCra=7.97×1014(F)受力F产生电荷Q=d11F=2.31×1012×200=462×102(C)=462pC输出电压VCQUaa3141210796.51097.710462（2）利用纵向效应的BaTiO3，εr=1900，d33=191×1012C/N等效电容361201010102019001085.8dSCra=33.6×10-12(F)=33.6(pF)受力F产生电荷Q=d33F=191×1012×200=38200×1012(C)=3.82×108C输出电压VCQUaa312810137.1106.331082.3六应用题IOT20167/24关于传感器两个接口：1－wire总线和SPI总线。前者的典型应用是DS18B20，后者是温度传感器TC72.两个都要求能说总线的特点，原理图，根据时序图书写C语言代码；能根据采集到的数据，计算出相应的温度；会画应用电路图；能说出各自总线接口的特色和优缺点。1-4大题参考答案一、名词解释1．能感受规定的被测量并按照一定规律转化成可用输出信号的器件和装置。2．是指传感器输出、输入的实际特性曲线和拟合直线之间的最大偏差与输出量程范围之百分比。3．是指传感器在稳定状态时，输出变化量与输入变化量的比值，用K来表示。4．表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出、输入曲线不重合的程度。5．是示值与被测量真值之间的差值6．是指误差的数值是一个常数或按一定的规律变化的值7．在实际中，弹性元件在加、卸载的正、反行程中变形曲线一般是不重合的，这种现象称为弹性滞后。8．当载荷从某一数值变化到另一数值时，弹性变形不是立即完成相应的变形，而是在一定的时间间隔内逐渐完成变形的，这一现象称为弹性后效。9．导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值也随之发生相应的变化。10．某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。11．金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势HU，这种物理现象称为霍尔效应。12．将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势。13．光电效应是物体吸收到光子能量后产生相应电效应的一种物理现象。14．⑴绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量，其表达式为VMV式中:－被测空气的绝对湿度；VM－被测空气中水汽的质量；V－被测空气的体积⑵相对湿度是气体的绝对湿度v与在同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度w之比，常表示为%RH，其表达式为：相对湿度＝Twv