《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》題庫(kù)

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)題庫(kù)1. 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同?答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。2. 為什么說壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量?答：因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y(cè)量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測(cè)量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。3. 試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度?為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應(yīng)注意什么問題?答：如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)x后，覆蓋面積

2、就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為C=b（a-x）/d=C0-b·x/d （1）電容因位移而產(chǎn)生的變化量為其靈敏度為 可見增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。直線位移型電容式傳感器4. 變間隙電容傳感器的測(cè)量電路為運(yùn)算放大器電路，如圖4所示。C0=200pF，傳感器 的起始電容量Cx0=20pF,定動(dòng)極板距離d0=1.5mm,運(yùn)算放大器為理想放大器(即K,Zi),Rf極大,輸入電壓u1=5sintV。求當(dāng)電容傳感動(dòng)極板上輸入一位移量x=0.15mm使d0減小時(shí),電路輸出電壓u0為多少?圖4 運(yùn)算放大器電路 解：由測(cè)量電路可得 /V5. 如圖5所示正方形平板電容器,極板長(zhǎng)度a =4

3、cm,極板間距離=0.2mm.若用此變面 積型傳感器測(cè)量位移x,試計(jì)算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣,。圖5 所示正方形平板電容器解：這是個(gè)變面積型電容傳感器，共有4個(gè)小電容并聯(lián)組成。 /pF (x的單位為米) /pF6. 有一平面直線位移差動(dòng)傳感器特性其測(cè)量電路采用變壓器交流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖6所示。電容傳感器起始時(shí)b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm極距d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測(cè)量電路u1=3sintV，且u=u0。試求當(dāng)動(dòng)極板上輸入一位移量x=5mm時(shí),電橋輸出電壓u0。圖6 平面直線位移差動(dòng)傳感器解：根據(jù)測(cè)量電路可得/mV7. 熱電阻傳感器的測(cè)

4、量電路有哪些？說明每種測(cè)量電路的特點(diǎn)。答：通常采用電橋電路作為測(cè)量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，如果，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。8. 試分析金屬導(dǎo)體產(chǎn)生接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)的原因。答：當(dāng)A和B兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同(即電子密度不同)，因此，電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率就不一樣。現(xiàn)假設(shè)導(dǎo)體A的自由電子密度大于導(dǎo)體B的自由電子密度，則導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)要比導(dǎo)體B擴(kuò)散到導(dǎo)體A的電子數(shù)大。所以導(dǎo)體A失去電子帶正電荷

5、，導(dǎo)體B得到電子帶負(fù)電荷，于是，在A、B兩導(dǎo)體的接觸界面上便形成一個(gè)由A到B的電場(chǎng)。該電場(chǎng)的方向與擴(kuò)散進(jìn)行的方向相反，它將引起反方向的電子轉(zhuǎn)移，阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)擴(kuò)散作用與阻礙擴(kuò)散作用相等時(shí)，即自導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的自由電子數(shù)與在電場(chǎng)作用下自導(dǎo)體B到導(dǎo)體A的自由電子數(shù)相等時(shí)，便處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，A與B兩導(dǎo)體的接觸處就產(chǎn)生了電位差，稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于導(dǎo)體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場(chǎng)t、t0中(t> t0)。在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，向冷端移動(dòng)，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負(fù)電荷。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電

6、場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動(dòng)，最后也達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。9. 已知鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶的熱端溫度t800，冷端溫度t025，求E(t，to) 是多少毫伏?圖7 熱電偶測(cè)溫回路解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可查得E(800，0)=33.275mV，E(25，0)=1.024 mV，故可得 E(800，5)=33.275-1.024=32.251mV10. 如圖7所示之測(cè)溫回路，熱電偶的分度號(hào)為K，毫伏表 的示值應(yīng)為多少度?答：毫伏表的示值應(yīng)為(t1-t2-60)。11. 用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測(cè)量溫度，已知冷

7、端溫度為40 ，用高精度毫伏表測(cè)得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為29.188mV，求被測(cè)點(diǎn)的溫度。解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，計(jì)算出再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為12. 用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測(cè)量某爐溫的測(cè)量系統(tǒng)如圖8所示，已知：冷端溫度固 定在0，t030，儀表指示溫度為210，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)償導(dǎo)線，相互接錯(cuò)了，問：爐溫的實(shí)際溫度t為多少度?解：實(shí)際溫度應(yīng)為270，因?yàn)榻臃春蟛坏珱]有補(bǔ)償?shù)?，還抵消了30，故應(yīng)該加上60。13. 常用的半導(dǎo)體光電元件有哪些?它們的電路符號(hào)如何?答：常用的半導(dǎo)體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號(hào)

8、如下圖所示：14. 光敏電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的？答：光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時(shí)阻值非常大，相當(dāng)于斷路，有光照時(shí)阻值變得很小，相當(dāng)于通路。在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。15. 光纖傳感器的性能有何特殊之處？主要有哪些應(yīng)用？答：光導(dǎo)纖維傳感器(簡(jiǎn)稱光纖傳感器)是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。光纖傳感器具有靈敏度高，不受電磁波干擾，傳輸頻帶寬，絕緣性能好，耐水抗腐蝕性好，體積小，柔軟等優(yōu)點(diǎn)。目前已研制出多種光纖傳感器，可用于位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動(dòng)、水聲、溫度、電壓、

9、電流；磁場(chǎng)、核輻射等方面的測(cè)量。應(yīng)用前景十分廣闊。16. 紅外線溫度傳感器有哪些主要類型？它與別的溫度傳感器有什么顯著區(qū)別？答：能把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器，主要有熱敏型和光電型兩大類。 熱敏型是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，其核心是熱敏元件。由于熱敏元件的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，一般在毫秒數(shù)量級(jí)以上。另外，在加熱過程中，不管什么波長(zhǎng)的紅外線，只要功率相同，其加熱效果也是相同的，假如熱敏元件對(duì)各種波長(zhǎng)的紅外線都能全部吸收的話，那么熱敏探測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)基本上都具有相同的響應(yīng)，所以稱其為“無選擇性紅外傳感器”。這類傳感器主要有熱釋電紅外傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類。 光電型是利用紅外輻射的

10、光電效應(yīng)制成的，其核心是光電元件。因此它的響應(yīng)時(shí)間一般比熱敏型短得多，最短的可達(dá)到毫微秒數(shù)量級(jí)。此外，要使物體內(nèi)部的電子改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，入射輻射的光子能量必須足夠大，它的頻率必須大于某一值，也就是必須高于截止頻率。由于這類傳感器以光子為單元起作用，只要光子的能量足夠，相同數(shù)目的光子基本上具有相同的效果，因此常常稱其為“光子探測(cè)器”。這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。17. 模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式?答：模擬式光電傳感器主要有四種。（1）被測(cè)物是光源 它可以直接照射在光電元器件上，也可以經(jīng)過一定的光路后作用到光電元器件上，光電元器件的輸出反映了光源本身的某些物理參數(shù)，如圖13a所示。如

11、光電比色高溫計(jì)和照度計(jì)。（2）恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測(cè)物，其中一部分由被測(cè)物吸收，剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測(cè)物的某些參數(shù)，如圖13b所示。如測(cè)量透明度、渾濁度等。（3）恒定光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上，再?gòu)谋粶y(cè)物體反射到光電元器件上。反射光通量取決于反射表面的性質(zhì)、狀態(tài)和與光源之間的距離，如圖13c所示。如測(cè)量工件表面粗糙度、紙張白度等。被測(cè)物光電元件a)被測(cè)物是光源圖13 模擬式光電傳感器常見形式b)被測(cè)物吸收光通量被測(cè)物恒光源光電元件d)被測(cè)物遮蔽光通量c)被測(cè)物是有反射能力的表面恒光源被測(cè)物光電元件恒光源被測(cè)物光電元件（4）從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達(dá)光電元件的途中

12、受到被測(cè)物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測(cè)物的尺寸或位置，如圖13d所示。如工件尺寸測(cè)量、振動(dòng)測(cè)量等。 18. 說明為什么導(dǎo)體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？答：因?yàn)閷?dǎo)體材料的雖然很大，但很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的雖然很大，但很小，故也不宜做成元件。19. 為什么霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料？答：因?yàn)樵贜型半導(dǎo)體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且n>p，所以霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料。20. 霍爾集成傳感器有哪幾種類型？其工作特點(diǎn)是什么？答：霍爾集成傳感器有霍爾線性集成傳感器和霍爾開關(guān)型集成傳感器兩種類型。集成霍爾傳感器的特點(diǎn)主要是取消了

13、傳感器和測(cè)量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。21. 設(shè)計(jì)一個(gè)采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)，要求畫出磁路系統(tǒng)示意圖和電路原理簡(jiǎn) 圖，并說明其工作原理。答：液位控制系統(tǒng)原理如圖所示，霍爾元件固定不動(dòng)，磁鐵與探測(cè)桿固定在一起，連接到裝液體的容器旁邊，通過管道與內(nèi)部連接。當(dāng)液位達(dá)到控制位置時(shí)霍爾元件輸出控制信號(hào)，通過處理電路和電磁閥來控制液壓閥門的開啟和關(guān)閉，如液位低于控制位置時(shí)開啟閥門，超過控制位置時(shí)則關(guān)閉閥門。22. 思考有哪些可以用霍爾傳感器檢測(cè)的物理量以及霍爾傳感器應(yīng)用的

14、領(lǐng)域。答：可以用霍爾傳感器來檢測(cè)的物理量有力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、轉(zhuǎn)速、磁場(chǎng)量等等。23. 超聲波有哪些傳播特性？答：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。振蕩源在介質(zhì)中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產(chǎn)生。超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象， 超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質(zhì)時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而減弱。24. 應(yīng)用超聲波傳感器探測(cè)工件時(shí)，在探頭與工件接觸處要涂有一層耦合劑，請(qǐng)問這是 為什么？答：主要是

15、為了使超聲波更好地穿透到工件內(nèi)，減少反射量，達(dá)到更好的測(cè)量效果。25. 根據(jù)你已學(xué)過的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波探傷使用裝置（畫出原理框圖），并簡(jiǎn)要說明它探傷的工作過程？答：可采用穿透法探傷，原理框圖如下圖。穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化狀況，來判別工件內(nèi)部質(zhì)量的方法。穿透法用兩個(gè)探頭，置于工件相對(duì)面，一個(gè)發(fā)射超聲波，一個(gè)接收超聲波。發(fā)射波可以是連續(xù)波，也可以是脈沖。在探測(cè)中，當(dāng)工件內(nèi)無缺陷時(shí)，接收能量大，儀表指示值大；當(dāng)工件內(nèi)有缺陷時(shí)，因部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個(gè)變化，就可以把工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)出來。26. 對(duì)傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，為什么要采用測(cè)量放大器？答：因?yàn)闇y(cè)量放大器不但具有很高的放大倍數(shù)，而且具有十分穩(wěn)定的輸出特性，符合傳感器微弱信號(hào)放大的要求。27. 檢測(cè)裝置中常見的干擾有幾種?采取何種措施予以防止?答：檢測(cè)裝置中常見的干擾有外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩大類。外部噪聲有自然界噪聲源(如電離層的電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲)和人為噪聲源(如電氣設(shè)備、電臺(tái)干擾等)；內(nèi)部噪聲又名固有噪聲，它是由檢測(cè)裝置的各種元件內(nèi)部產(chǎn)生的，如熱噪聲、散