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1、精品文档2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？2.1 答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特 性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。3.2什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？3.2 答:金属丝灵敏系数ko主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为（1 2 ），电阻率的变化为/ 。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。虽然长
2、度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以 后，灵敏系数降低了。3.5 一应变片的电阻 R=120Q,灵敏系数k=2.05,用作应变为800 m/m的传感元件。 求： R和 R/R : 若电源电压U=3V,初始平衡时电桥的输出电压Uo。3.5 解:Q k 2.05;800 m/mR/R k 0.0016 一R/R k0.0164;应变引起的电阻变化R 0.23 R当电源电压U 3V时，电桥输出电压 U0- R 1.23mV4 R3.6在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120 Q的金属应变片R1和R2 （如图3-28a所示），把这两应变片接入电桥
3、（见图 3-28b）。若钢的泊松系数0.285，应变片的灵敏系数 k =2，电桥电源电压 U=2V,当试件受轴向拉伸时，测得应 变片R1的电阻变化值R 0.48 。试求：轴向应变；电桥的输出电压。3.6 解 1 :1) kR1/R1则轴向应变为:0.002Ri/ R 0.48/120k22）电桥的输出电压为：5.14mVUo -Uk (1)- 2 2 0.002 1.2852 2解2:Qk 2;R 120 ; R 0.48 ;U 2V轴向应变：一但0.002k电桥输出电压：U0 U R/尺 4mV23.8已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数k 2 ）,将其粘贴在梁式测力弹性元件
4、上，如图 3-30所示。在距梁端10处应变计算公式为6FI。Eh2b52设力 F 100N， l0100mm， h 5mm, b 20mm， E 2 10 N / mm。求: 说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端|0处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应的测量桥路原理图；求出各应变片电阻相对变化量；当桥路电源电压为6V时，负载电阻为无穷大，求桥路输出电压U0是多少？图 3-303.8 解： 梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个; Qk 2;F 1OON;I0100mm;h5mm; b 2mm; E522 10 N /m应变片相对变化量为:桥路电压6V时,输出电压为
5、:6FI0k 2 二 0.0120.0012Eh2bRU060.072V0.0072VR3.9图3-31为一直流电桥，负载电阻Rl趋于无穷。图中E= 4V, R1=R2=R3=R4=120 Q,试求： R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为AR1=1.2 Q时，电桥输出电压U0=? R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=? &、R2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且AR1= AR2 =1.2必电桥输出电压U0=?3.9 解:因为只有R,为应变片，电桥输出按单臂电桥计算,E RU0 2 盲 .010V 因为两应变片变化大小相同，相互抵消无输
6、出，U。0VE R 因为命应变时大小变化相反，电桥输出按半桥计算，U0.02V4.1如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性?4.1 答:非线性随相对位移/ 0的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距0与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动结构。4.3差动式变极距型电容传感器，若初始容量Ci C2 80 pF ,初始距离 4mm ,当动极板相对于定极板位移了0.75m m时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？4.3解：若初始容量Ci C280 pF
7、，初始距离 4mm，当动极板相对于定极板位移了0.75mm时，非线性误差为：L (一)2 100%(75)2 100%3.5%04改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差为：0 75L 100%100%18.75%0 44.5 一平板式电容位移传感器如图4-5所示，已知：极板尺寸 a b 4mm，极板间隙0 0.5mm，极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿x方向移动2mm， 求此时电容量。4.5解：对于平板式变面积型电容传感器，它的静态灵敏度为：C 0b12111kg 8 8.85 10 127.08 10 Fm 1a 0极板沿x方向相对移动2mm后的电容量为：c b(a x)
8、8.85 10 12 0.004 2“ 13厂C1.416 10 F00.55.1何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？5.1 答:电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现 非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。 它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。工作原理：自感、互感、涡流、压磁。5.4说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。5.4 答:差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附
9、近总有一个最小的输出电压U。，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称为零点残余电压。产生零点残余电压 的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数(互感M、电感L、内阻R)不完全相同,几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：串联电阻；并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；加反馈支路，初、次 级间加入反馈，减小谐波分量；相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。6.4什么是霍尔效应?6.4 答：通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感 应电动势，这种现象称霍尔效应6.5霍尔元件
10、常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？6.5 答:1）任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。只有半导 体材料适于制作霍尔元件。又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用 N型半导体制造。2）金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率很小很小，使霍尔电势Uh很小，因此不适于做霍尔元件材料。6.6霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？6.6 答:霍尔电势不为零的原因是，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上； 激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率不均匀等原因。1.0mm，沿 L方向通以电流B 0.3T，灵敏度为 22V /（A T），6.7某一霍尔元
11、件尺寸为 L 10mm，b 3.5mm, dI 1.0mA，在垂直于L和b的方向加有均匀磁场 试求输出霍尔电势及载流子浓度。6.7 解:Kh 22V/(A T), I 1.0mA,B0.3TQ输出霍尔电势：Uh KhIB 6.6mVL 10mm,b 3.5mm,de 1.0mm, e 1.6 10IB0.001 0.31928.41 10Q载流子浓度为：19UHed 0.0066 1.6 100.0017.1什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？7.1 答:某些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，恢复到不带电的状
12、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。如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7.4压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电 荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？7.4.答：1）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， 常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出
13、总电容为单片电 容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；若按不同极 性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上 电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等。8.1什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。8.1答：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 子吸收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。1）当光线照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导
14、电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型 的光电器件有光电管、光电倍增管。8.4什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻？暗电阻电阻值通常在什么范围？8.4 答:暗电阻，无光照时的电阻为暗电阻，暗电阻电阻值范围一般为0.5200MD ;亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻，亮电阻的阻值一般为0.520KQ。9.8当光纤的折射率 N1=1.46，N2=1.45时，如光纤外部介质 No=1，求最大入射角 的值。9.8 解:已知：N“ 1.46,N2 1
15、.45,N0 1Q c arcsinNJ） arcsin0.1706 9 49N0 -9.9什么是光纤的数值孔径？物理意义是什么？ NA取值大小有什么作用？有一光纤，其纤芯折射率为1.56，包层折射率为1.24，求数值孔径为多少？9.9 答:1） 数值孔径定义为：NAN； N；，表示了光纤的集光能力，无论光源的发射功率有多大，只有在2 c张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围， 光线会进入包层漏光。2） NA越大集光能力越强，光纤与光源间耦合会更容易，但NA越大光信号畸变越大， 所以要选择适当。3）已知：汕 1.56, N 2 1.24,QNA 、N； N； 0.946612.1什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种 导体组成的闭合回路能产生热电势吗？12.1 答：1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时， 导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。