传感器原理与应用习题_第7章热电式传感器

传感器原理与应用习题_第7章热电式传感器
传感器原理与应用习题_第7章热电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案

教材:传感器技术(第3版)贾伯年主编,及其他参考书

第7章热电式传感器

7-1 热电式传感器有哪几类?它们各有什么特点?

答:热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类:热电阻传感器和热电偶传感器。

热电阻传感器的特点:(1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出特性。(4).良好的工艺性,以便于批量生产、降低成本。

热电偶传感器的特点:(1)结构简单(2)制造方便(3)测温范围宽(4)热惯性小(5)准确度高(6)输出信号便于远传

7-2 常用的热电阻有哪几种?适用范围如何?

答:铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯,在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定,制成的铂电阻输出-输入特性接近线性,测量精度高。铜在-50~150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定,输出-输入特性接近线性,价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化,因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。

7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点?用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题?

7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件?

答:(1)用两种不同材料作热电极(2)热电偶两端的温度不能相同

7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律?它们在利用热电偶测温时有什么实际意义?

答:中间导体定律:导体A、B组成的热电偶,当引入第三导体时,只要保持第三导体两端温度相同,则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表,只要保证两个接点温度一致,就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。

连接导体定律:回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。

7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律?它们各有什么实际意义?

答:E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)

这是中间温度定律表达式,即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。Tn为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。

7-7 镍络-镍硅热电偶测得介质温度800℃,若参考端温度为25℃,问介质的实际温度为多少?

答:t=介质温度+k*参考温度(800+1*25=825)

7-8 热电式传感器除了用来测量温度外,是否还能用来测量其他量?举例说明之。

7-9 实验室备有铂铑-铂热电偶、铂电阻器和半导体热敏电阻器,今欲测量某设备外壳的温度。已知其温度约为300~400℃,要求精度达±2℃,问应选用哪一种?为什么?

*7-10在炼钢厂中,有时直接将廉价热电极(易耗

品,例如镍铬、镍硅热偶丝,时间稍长即熔化)插

入钢水中测量钢水温度,如图 7-10所示。试说明

测量钢水温度的基本原理?为什么不必将工作端焊

在一起? 要满足哪些条件才不影响测量精度?采

用上述方法是利用了热电偶的什么定律?如果被测

物不是钢水,而是熔化的塑料行吗?为什么?

答:测量钢水温度的基本原理是利用了热电效应;

因为钢水是导体,又处在同一个温度下,把钢水看

作是第三导体接入,利用了热电偶的导体接入定律;

如果被测物不是钢水,而是熔化的塑料不行,因为,塑料不导电,不能形成热电势。

*7-11 用镍铬-镍硅(K )热电偶测温度,已知冷端温度

0t 为40℃,用高精度毫伏表测得这时的热电势为

29.186mV ,求被测点温度?

答:查K 分度表,热电偶在40℃时相对于0℃的热电势为:1.6118mV;

由公式:)0,40()40,()0,(U t U t U +==29.186+1.6118mV=30.798mV;

查K 分度表得被测点温度值为:740℃。

*7-12 使用k 型热电偶,基准接点为0℃、测量接点为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:由公式)0,30()30,900()0,900(U U U +=,得:=-=)0,30()0,900()30,900(U U U

当基准接点为30℃,测温接点为900℃时的温差电动势为:37.326-1.203=36.123mV 。

7-13 热电偶冷端温度对热电偶的热电势有什么影响?为消除冷端温度影响可采用哪些措施?半导体热敏电阻的主要优缺点是什么?在电路中是怎样克服的?

7-14 PN 结为什么可以用来作为温敏元件?

7-15 集成温度传感器的测温原理,有何特点?

7-16 如果需要测量1000℃和20℃温度时,分别宜采用哪种类型的温度传感器?

7-17 采用一只温度传感器能否实现绝对温度、摄氏温度、华氏温度的测量?怎样做?

7-18 热电阻传感器主要分为几种类型?它们应用在什么不同场合?

答:热电阻传感器分为以下几种类型:

①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:价钱较铂金属便宜。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铂电阻稍低、电阻率小。 图7—10 用浸入式热电偶测量熔融金属示意图 1 —钢水包; 2—钢熔融体; 3—热电极 A 、 B4 、7—补偿导线接线柱 5—补偿导线 6—保护管 8—毫伏表 9、10 —毫伏表接

③铁电阻和镍电阻:铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大,故可作成体积小、灵敏度高的电阻温度计,其缺点是容易氧化,化学稳定性差,不易提纯,复制性差,而且电阻值与温度的线性关系差。目前应用不多。

7-19 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。

答:①热电动势:两种不同材料的导体(或半导体)A、B串接成一个闭合回路,并使两个结点处于不同的温度下,那么回路中就会存在热电势。有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势,通称热电势。

②接触电动势:接触电势是由两种不同导体的自由电子,其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度,而与导体的形状和尺寸无关。

③温差电动势:是在同一根导体中,由于两端温度不同而产生的一种电势。

④热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于物理的"热电效应"。所谓热电效应,就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大,产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大小。

⑤热电偶三定律:

a 中间导体定律:热电偶测温时,若在回路中插入中间导体,只要中间导体两端的温度相同,则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时,连接导线及显示一起等均可看成中间导体。

b 中间温度定律:任何两种均匀材料组成的热电偶,热端为T,冷端为T 时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为T n时的热电势与同一热电偶热端为T n,冷端为T0时热电势的代数和。

应用:对热电偶冷端不为0度时,可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时,可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。

c参考电极定律:如果A、B两种导体(热电极)分别与第三种导体C(参考电极)组成的热电偶在结点温度为(T,T0)时分别为E AC(T,T0)和E BC(T,T0),那么受相同温度下,又A、B两热电极配对后的热电势为

E AB(T,T0)= E AC(T,T0)- E BC(T,T0)

实用价值:可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中,只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势,那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得,而不需逐个进行测定。

⑥误差因素:参考端温度受周围环境的影响减小误差的措施有:

a 0o C恒温法

b 计算修正法(冷端温度修正法)

c 仪表机械零点调整法

d 热电偶补偿法

e 电桥补偿法

f 冷端延长线法。

7-20 试述热电偶测温的基本原理和基本定理。

答:热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于物理的"热电效应"。所谓热电效应,就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大,产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大小。

基本定理见第7题。

7-21 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。

7-22 试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性并说明其用途。

答:伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流I与其上电压降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I>Is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Is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,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。

7-23 有一串联的热敏电阻测温电路,如图所示。试设计其最佳线性工作特性,并计算其线性度,最后,

用坐标纸每5℃一点绘出电路图中u=f(t)的曲线。

7-24 铂线电阻在20℃时为10Ω。求500C时的电阻。

答:R=R0(1+αt)中,t=20℃,R=10Ω,α=30*10-4/℃。

因此,10= R0(1+30*10-4*20),R= R0(1+30*10-4*50)得R≈10.8Ω。

17-25 下图1所示的铂测温电阻元件,当温度由0℃上升到100℃时,电阻变

化率ΔR/R0为多少?下图2所示的热敏电阻(R0=28kΩ),其ΔR/R0为多少?

图1 图2

答:由图1可读取t=100℃时的R/R0≈1.4。因此,R=1.4R0,

又有ΔR= R-R0= 1.4R0-R0=0.4 R0。因此,ΔR/R=0.4。

图2的热敏电阻中t=100℃时的R≈103Ω。

又ΔR= R-R0=-27kΩ。因此,ΔR/R0=-27/28≈-0.96。

7-26 上图1 所示的铂测温电阻元件,在0~200℃范围内的电阻温度系数为多少?

答:由图1 ,t=200℃处的R/R0≈1.8,

电阻温度系数α(曲线的倾斜率)=(1.8-1)/200=0.4%/℃。

7-27 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:若是1000℃铬镍-铝镍,铂、铑-铂,1500℃时,铂、铑30%-铂。

7-28 使用k型热电偶,基准接点为0℃、测量接点为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℃,t1=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。

7-29 0℃时铂金热电阻的阻值为100Ω。按下图所示进行温度测量。R1=100Ω,R2=200Ω,R3=300Ω时桥路达到平衡。此时温度为多少?假设铂金电阻的温度系数为0.003851℃-1,电阻与温度成线性关系,另外导线的电阻可忽略不计。

答:电桥平衡的条件为R1* R2= R1* R3,所以

另一方面,t(℃)时的电阻阻值表示式为

R t= 100(1+0.003851*t)R t=150

所以t =129.8℃

7-30 0℃时的电阻为100Ω的铂金热电阻。300℃时的阻值按下面两种方法计算,其结果之差换算成温度差是多少?电阻用温度的一次方程表示,R T=R0(1+A t+B t2)式中B=0,A=0.003851℃-1。(此时100℃时的电阻值为138.51Ω)电阻值与温度为二次函数关系。用一次方程近似时,温度误差为多少?

答:(1)R T=100(1+0.003851*t),以t=300℃代入,得R T=215.53Ω。

(2)R T =R 0(1+At+Bt2)式中以t=300℃代入,得R T =212.05Ω。

(3)同(2),算得t=310℃时电阻值为215.61Ω,

即温度上升10℃电阻增加3.56Ω。

因此,由(215.53-212.05)/0.356=9.8算得误差为9.8℃。

7-31 某热敏电阻0℃时电阻为30kΩ,若用来测量100℃物体的温度,其电阻为多少?设热敏电阻的系数B 为3450K 。

答:

式中以R 0=3*104,B=3450,T=373.15和T 0=273.15代入得R T =1.017kΩ。

7-32 和人体体温(36℃)相同的黑体,其热辐射的分光辐射辉度为最大时波长为多少?

答:将T=273.15+36=309.15代入λm*T=2.8978*10-3m·K,

得λm=9.37*10-6 m=9.37μm 。

7-33 何谓热电阻传感器?测量温度的范围?

答:热电阻利用电阻随温度变化的特性制成的传感器称热电阻传感器。常用的热电阻有:铂、铜等。 铂(-200℃~650℃)、铜(-50℃~150℃)

经常使用电桥作为传感器的测量电路,为了减少连线电阻变化引起的误差,工业上用铂电阻引线为三根,实验室用四根,可消除测量电路中连线电阻引起的误差。

7-34 热电势公式:B

A A

B AB AB n n T T e k T E T E T T E ln )()()(),(000-=-=,从公式中得到的哪几个结论? 答:

(1)若组成热电偶回路的两种导体相同,则无论两接点温度如何,热电偶回路中的总热电势为零。

(2)如热电偶两接点温度相同,0T T =,则尽管导体A 、B 的材料不同,则无论两接点温度如何,热电偶回路中的总热电势为零。

(3)热电偶AB 的热电势与A 、B 材料的中间温度无关,而只与接点温度有关。

(4)热电偶AB 在接点温度为31,T T 时的热电势,等于热电偶在接点温度为21,T T 和32,T T 时的热电势总和。

(5)在势电偶回路中,接入第三种材料的导线,只要第三种导线的两端温度相同,第三种导线的引入不会影响热电偶的热电势。

(6)当温度为21,T T 时,用导体A ,B 组成的热电偶的热电势等于AC 热电偶和CB 热电偶的热电势之代数和。

7-35 热电偶测温的物理基础是什么?热电偶冷端为什么要温度补偿?常用的温度补偿方法有哪些?

答:热电偶测温的物理基础是热电效应。

为了热电势与被测温度间呈单值函数关系,需要热电偶冷端的温度保持恒定。由于热电偶的温度—热电势关系曲线(刻度特性)是在冷端温度保持0℃的情况下得到的与之配套的仪表是根据这一关系曲线进行刻度的,测量时,必须满足0

T℃的条件,否则出现误差,而在实际工作时,冷端受外界温度影响。

(1)冷端温度恒温法;(2)计算修正法;(3)电桥补偿法。

7-36 常用热电偶及其测温范围

铂铑—铂热电偶:长时间1300℃,良好环境短期1600℃。

镍铭—镍硅(铝)热电偶:氧化性或中性介质中900℃以下,短期1200℃以下,还原性介质500℃以下

镍铬—考铜热电偶:还原性或中性介质600℃以下,短期:800℃

铂铑30—铂铑6热电偶:长期1600℃,短期1800℃。

7-37 热电偶补偿导线的作用是什么?

答:将热电偶冷端延伸出来。

7-38试说明热电偶的测温原理。

答:两种不同材料构成的热电变换元件称为热电偶,导体称为热电极,通常把两热电极的一个端点固定焊接,用于对被测介质进行温度测量,这一接点称为测量端或工作端,俗称热端;两热电极另一接点处通常保持为某一恒定温度或室温,称冷羰。热电偶闭合回路中产生的热电势由温差电势和接触电势两种电势组成。热电偶接触电势是指两热电极由于材料不同而具有不同的自由电子密度,在热电极接点接触面处产生自由电子的扩散现象;扩散的结果,接触面上逐渐形成静电场。该静电场具有阻碍原扩散继续进行的作用,当达到动态平衡时,在热电极接点处便产生一个稳定电势差,称为接触电势。其数值取决于热电偶两热电极的材料和接触点的温度,接点温度越高,接触电势越大。

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

传感器原理与应用习题第7章热电式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材:传感器技术(第3版)贾伯年主编,及其他参考书 第7章热电式传感器 7-1 热电式传感器有哪几类?它们各有什么特点? 答:热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类:热电阻传感器和热电偶传感器。 热电阻传感器的特点:(1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出特性。(4).良好的工艺性,以便于批量生产、降低成本。 热电偶传感器的特点:(1)结构简单(2)制造方便(3)测温范围宽(4)热惯性小(5)准确度高(6)输出信号便于远传 7-2 常用的热电阻有哪几种?适用范围如何? 答:铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯,在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定,制成的铂电阻输出-输入特性接近线性,测量精度高。铜在-50~150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定,输出-输入特性接近线性,价格低廉。当温度高于100℃时易被氧化,因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。 7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点?用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题? 7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件? 答:(1)用两种不同材料作热电极(2)热电偶两端的温度不能相同 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律?它们在利用热电偶测温时有什么实际意义? 答:中间导体定律:导体A、B组成的热电偶,当引入第三导体时,只要保持第三导体两端温度相同,则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表,只要保证两个接点温度一致,就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。 连接导体定律:回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律?它们各有什么实际意义? 答:E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0) 这是中间温度定律表达式,即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。Tn为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。 7-7 镍络-镍硅热电偶测得介质温度800℃,若参考端温度为25℃,问介质的实际温度为多少? 答:t=介质温度+k*参考温度(800+1*25=825) 7-8 热电式传感器除了用来测量温度外,是否还能用来测量其他量?举例说明之。 7-9 实验室备有铂铑-铂热电偶、铂电阻器和半导体热敏电阻器,今欲测量某设备外壳的温度。已知其温度约为300~400℃,要求精度达±2℃,问应选用哪一种?为什么?

《传感器原理与应用习题解答》

第1章传感器的技术基础 1.传感器的定义是什么? 答:传感器最早来自于“sensor”一词,就是感觉的意思。随着传感器技术的发展,在工程技术领域中,传感器被认为是生物体的工程模拟物。而且要求传感器不但要对被测量敏感,还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能,也就是说真正实现能“感”到,会“传”到的功能。 传感器是获取信息的一种装置,其定义可分为广义和狭义两种。广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置,以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号,一般为电信号,如电压、电流、电阻、电容、频率等。狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。 按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。 国际电工委员会(IEC)将传感器定义为:传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号。美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。传感器也称为变换器、换能器或探测器。如前所述.感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。 2.简述传感器的主要分类方法。 答:(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理,可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。 (2)按输入信息分类。传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答:传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是:敏感元件是在传感器中直接感受被测量,并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件,如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件,如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答:按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器;按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等;按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式;按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答:按表示方法分有绝对误差和相对误差;按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答:弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位,是检测系统的基本元件,它能直接感受被测物理量(如力、位移、速度、压力等)的变化,进而将其转化为本身的应变或位移,然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答:弹性敏感元件形式上基本分成两大类,即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小,因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多,在同样的截面积下,轴的直径可加大数倍,这样可提高轴的抗弯能力,但其过载能力相对弱,载荷较大时会产生较明显的桶形形变,使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构,圆环受力后容易变形,所以它的灵敏度较高,多用于测量较小的力,缺点是圆环加工困难,环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单,易于加工,输出位移(或应变)大,灵敏度高,所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移,且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比,其刚度较大,灵敏度较小,但过载能力强,常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏,因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答:电阻式传感器是将被测量转换成电阻值,再经相应测量电路处理后,在显示器记录仪上显示或记

传感器原理与应用复习题及答案【精选】

《传感器原理与应用》试题及答案 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12.热电效应13.光电效应14.莫尔条纹15.细分 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。 16.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

第5章热电式传感器习题

第五章会计凭证练习题 页脚内容1 第5章热电式传感器习题 1、 热电偶结构由哪几部分组成? 2、 用热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种? 3、 热电阻温度计有哪些主要优点? 4、 已知铜热电阻一CulOO 的百度电阻比 W(100)=1.42,当用此热电阻测量 50C 温 度 时,其电阻值为多少?若测温时的电阻值为 92Q,则被测温度是多少? 解:由 W (100) =R IOO /R O =1.42,则其灵敏度为 R 100 R O 1 .42R O R O 0.42R 。 K 100 0 100 100 则温度为50 C 时,其电阻值为 R 50 = R O +K X 50=100+0.42 X 50=121( 当 R t =92 时,由 R t = R D +Kt ,得 t=( R t - R O )/K=(92 - 100)/0.42= - 19(C ) 5、 将一灵敏度为0.08mV/ C 的热电偶与电位计相连接测量其热电势,电位计接线端是 30C,若电位计上读数是 60mV ,热电偶的热端温度是多少 ? 丄 60mV “ t ------ 30 C 780 C 解: 0.08mV / C 6、 参考电极定律有何实际意义 ?已知在某特定条件下材料 A 与铂配对的热电势为 13.967mV ,材料B 与铂配对的热电势是 8.345mV ,求出在此特定条件下,材料 A 与材料B 配对后的热电势。 解:由标准电极定律 E (T,T O )=E A 铂(T,T O )- E B 铂(T,T O ) =13.967- 8.345=5.622(mV) 7、 镍铬一镍硅热电偶灵敏度为 0.04mV/ C ,把它放在温度为1200C 处,若以指示仪表 作为冷端,此处温度为 50 C ,试求热电势大小。 解: E(1200,50)= (1200 50) X 0.04=46(mV) 8、 热电偶温度传感器的输入电路如习题图 7-20所示,已知铂铑 一铂热电偶在温度 0~100C 之间变化时,其平均热电势波动为 6卩V C ,桥路中供桥电压为 4V ,三个锰铜电阻(R I 、 R 2、R 3)的阻值均为1 R 铜电阻的电阻温度系数为 a =0.004/C ,已知当温度为 0 C 时电桥平 衡,为了使热电偶的冷端温度在 0~50 C 范围其热电势得到完全 补偿,试求可调电阻的阻值只 100 °42 0.42 /O C 100 R 5O 解:热电偶冷端补偿电势 E(t,O)=kt , 式中,k 为热电偶灵敏度(k=6 V/C ), 而补偿电桥输出电压(见习题图 Ui R U R t 0 4 冷端补偿时有 7-20) 4 4 6 0.004 根据电桥电路,其等效电路为 R 1、R cu 和R 2、R 3分别串联后再并联,然后与电源、 R 串联,桥臂电阻串并联后为 1Q 由此可得 1XU =1 E/(R+1) 1=4000/6 - 1=665.7(Q ) 02=50 C,而实际温度 01=100 C ,设电阻温度 kt t U i 4k 6000 V =6mV 所以 R=E/ U i - 9、在某一瞬间,电阻温度计上指示温度 计的动态关系为 d 2 dt 其中,k=0.2/s O 试确定温度计达到稳定读数 (0.995 9i)所需时间。 k( 1 2)

传感器原理与应用习题及答案

《第一章传感器的一般特性》 1 试绘制转速和输出电压的关系曲线,并确定: 1)该测速发电机的灵敏度。 2)该测速发电机的线性度。 2.已知一热电偶的时间常数τ=10s,若用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动,周期为80s,静态灵敏度k=1,试求该热电偶输出的最大值和最小值,以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。 3.用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号,问幅值误差为多少? 4.若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试,如幅值误差要求限制在5%以内,则时间常数应取多少?若在该时间常数下,同一传感器作50Hz正弦信号的测试,这时的幅值误差和相角有多大? 5.已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz,阻尼比ξ=0.1,若要求传感器的输出幅值误差小于3%,试确定该传感器的工作频率范围。 6.某压力传感器属于二阶系统,其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后,试求其幅值误差和相位滞后。 《第二章应变式传感器》 1.假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%,试确定该应变计的灵敏系数。又若在使用该应变计的过程中,采用的灵敏系数为 1.9,试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。 2.如下图所示的系统中:①当F=0和热源移开时,R l=R2=R3=R4,及U0=0;②各应变片的灵敏系数皆为+2.0,且其电阻温度系数为正值;③梁的弹性模量随温度增加而减小;④应变片的热膨胀系数比梁的大;⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。 在时间t=0时,在梁的自由端加上一向上的力,然后维持不变,在振荡消失之后,在一稍后的时间t1打开辐射源,然后就一直开着,试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状,并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。

传感器原理及应用试题库

一:填空题(每空1分) 1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件, 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件,根据光电效应可以分为 外光电效应,光电效应,热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系,在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式: U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为:传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示k(x)=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最

小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系,与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr(f)=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量,可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为:k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有:有一定的粘贴强度;能准确传递应变;

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:填空题(每空1分) 1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为:传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示 k (x)=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量, 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为:心)=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有:有一定的粘贴强度;能准确传递应变;蠕 变小;机械滞后小;耐疲劳性好;具有足够的稳定性能:对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用;有适当的储存期;应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园,可以将传感器分成三大类:物理传 感器,化学传感器,生物传感器。

传感器习题

如图是一种应用热敏电阻组成的电机过热保护线路,用开关K来控制电机是否工作,图中热敏电阻用正温度系数热敏电阻。(1)简述A、B、C、D各部件的作用,(2)简述电路的工作原理。(3)试说明该电路热电阻安装位置。(10分) 用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度,把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻,从电位差计测得热电势为-1.19mv,此时电位差计所处的环境温度为15℃,试求该时刻温箱的温度是多少度?(5分) 镍铬-镍硅热电偶分度表 如下图所示,AD590的输出为1μA/K,分析电路,并指出U A应该为多大时,可使输出电压为BV/℃,B为多大?(10分)

现需测量一电动机的转速,请设计一电路来测量,说明设计电路的原理,并画出测量电路安装位置示意草图 现需测量一管道内气体的流速,请设计一电路来测量,说明设计电路的原理,并画出传感器安装在管道中的位置草图 分析下面电路的工作原理,并指出R6与VD的作用。 4、如下图所示电路,试求在温度为10℃度时,输出电压为多少?若测得输出电压为746.3mV时,被测物体的温度是多少? 设计一个电热饮水机水开警示电路,并简要说明其工作原理。 什么叫传感器?它由哪几部分组成?并说出各部分的作用及其相互间的关系。 答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调节与转换电路

最新传感器原理与应用习题解答》

传感器原理与应用习 题解答》

第1章传感器的技术基础 1.传感器的定义是什么? 答:传感器最早来自于“sensor”一词,就是感觉的意思。随着传感器技术的发展,在工程技术领域中,传感器被认为是生物体的工程模拟物。而且要求传感器不但要对被测量敏感,还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能,也就是说真正实现能“感”到,会“传”到的功能。 传感器是获取信息的一种装置,其定义可分为广义和狭义两种。广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置,以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号,一般为电信号,如电压、电流、电阻、电容、频率等。狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。 按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。 国际电工委员会(IEC)将传感器定义为:传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号。美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。传感器也称为变换器、换能器或探测器。如前所述.感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。 2.简述传感器的主要分类方法。 答:(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理,可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。

(2)按输入信息分类。传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器等。这种分类对传感器的应用很方便。 (3)按应用范围分类。根据传感器的应用范围的不同,通常分为工业用、民用、科研用、医用、军用传感器等。按具体使用场合,还可分为汽车用、舰船用、航空航天用传感器等。如果根据使用目的的不同,还可分为计测用、监测用、检查用、控制用、分析用传感器等。 3.传感器主要由哪些部分组成?并简单介绍各个组成部分。 答:传感器的核心部件是敏感元件,它是传感器中用来感知外界信息和转换成有用信息的元件。传感器一般由敏感元件、传感元件和基本转换电路三部分组成。 图1-1传感器的组成 (1)敏感元件直接感受被测量,并以确定的关系输出某一物理量。 (2)传感元件将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数量或电量。 (3)基本转换电路将电路参数转换成便于测量的电量。基本转换电路的类型又与不同的工作原理的传感器有关。因此常把基本转换电路作为传感器的组成环节之一。 4.传感器的静态特性的参数主要有哪些? 答:表征传感器的静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞、重复性、稳定性、漂移、阈值等。 5.传感器未来发展的方向主要有哪些? 答:(1)开发新材料

传感器原理设计与应用重点总结

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理,相对简洁,和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比,可能不够完整;而且个人水平有限,不可能把握的很准确,所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章:传感器概论 1、传感器的定义:传感器(或敏感元件)基于一定的变换原理/规律将被测量(主要是非电量的测量,可采用非电量电测技术)转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成:传感器一般由敏感元件(将非电量变成某一中间量)、转换元件(将中间量转换成电量)、测量电路(将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号)三部分组成,有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类: 结构型:依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型:利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如:Q(电量)、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向: 教材表述:发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述:微型化、集成化、廉价。 第二章:传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度:传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度:系统在静态工作的条件下,其单位输入所产生的输出,实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性:特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 (产生的原因:传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。) 重复性:重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好,误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性:(传感器对激励(输入)的响应(输出)特性) 动态误差:输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数,它们之间的差异。包括:稳态动态误差、暂态动态误差

传感器技术习题及答案

传感器技术绪论习题 一、单项选择题 1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是( B )。 A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器 2、通常意义上的传感器包含了敏感元件和( C )两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和(C ),构成信息技术的完整信息链。 A. 汽车制造技术 B. 建筑技术 C. 传感技术 D.监测技术 4、传感器按其敏感的工作原理,可以分为物理型、化学型和( A )三大类。 A. 生物型 B. 电子型 C. 材料型 D. 薄膜型 5、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高,传感器也朝向智能化方面发展,其中,典型的传感器智能化结构模式是( B )。 A. 传感器+通信技术 B. 传感器+微处理器 C. 传感器+多媒体技术 D. 传感器+计算机 6、近年来,仿生传感器的研究越来越热,其主要就是模仿人的(D )的传感器。 A. 视觉器官 B. 听觉器官 C. 嗅觉器官 D. 感觉器官 7、若将计算机比喻成人的大脑,那么传感器则可以比喻为(B )。 A.眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 8、传感器主要完成两个方面的功能:检测和(D )。 A. 测量 B. 感知 C. 信号调节 D. 转换 9、传感技术与信息学科紧密相连,是(C )和自动转换技术的总称。 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取 10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是( A ) A.应变式传感器B.速度传感器 C.化学型传感器D.能量控制型传感器 二、多项选择题 1、传感器在工作过程中,必须满足一些基本的物理定律,其中包含(ABCD)。 A. 能量守恒定律 B. 电磁场感应定律 C. 欧姆定律 D. 胡克定律 2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科,涉及(ABC )等多方面的综合技术。 A. 传感检测原理 B. 传感器件设计 C. 传感器的开发和应用 D. 传感器的销售和售后服务 3、目前,传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用,以下领域采用了传感技术的有:(ABCD )。 A. 工业领域 B. 海洋开发领域 C. 航天技术领域 D. 医疗诊断技术领域 4、传感器有多种基本构成类型,包含以下哪几个(ABC ) A. 自源型 B. 带激励型 C. 外源型 D. 自组装型 5、下列属于传感器的分类方法的是:(ABCD ) A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按输出量分 D. 按能量变换关系分 6、下列属于传感器的分类方法的是:(ABCD ) A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分

传感器原理及应用

《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室

实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应,单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 二、基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化, 这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中,不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,当应变片初始阻力值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验设备:应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±15V、±4V直流电源、万用表。 四、实验方法和要求: 1、根据电子电路知识,实验前设计出实验电路连线图。 2、独力完成实验电路连线。 3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系,并作出V o=F(m) 的关系曲线。

4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化 量,ΔW重量变化量)和非线性误差:δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为 输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:yF·s满量程 输出平均值,此处为200g。 五、思考题 1、单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:(1)正(受拉)应变片(2) 负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。 2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:(1) 对边(2)邻边。 3、全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R相同时,即R1=R3, R2=R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥:(1)可以(2)不可以。

传感器试题及答案

一、填空题(20分) 1.传感器由(敏感元件,转换元件,基本转换电路)三部分组成。 2.在选购线性仪表时,必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的( 1.5 ) 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是(达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。) 4. 精确度是指(测量结果中各种误差的综合,表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。) 5.为了测得比栅距W更小的位移量,光栅传感器要采用(细分)技术。 6.热电阻主要是利用电阻随温度升高而(增大)这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有(线性度,迟滞,重复性,灵敏度)性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型,即(变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常数型电容传感器) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件(并联)起来,而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件(串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是:某些物质在外界机械力作用下,其内部产生机械压力,从而引起极化现象,这种现象称为(顺压电效应)。相反,某些物质在外界磁场的作用下会产生机械变形,这种现象称为(逆压电效应)。 11. 压力传感器有三种基本类型,即(电容式,电感式,霍尔式)型. 12.抑制干扰的基本原则有(消除干扰源,远离干扰源,防止干扰窜入). 二、选择题(30分,每题3分)1、下列( )不能用做加速度检测传感器。D.热电偶 2、将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的( ).C.压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是(). C.温度 4、属于传感器动态特性指标的是().D.固有频率 5、对压电式加速度传感器,希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中,产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上,就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C.弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升,电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个)不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题(30分) 1.传感器的定义和组成框图?画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和

最新传感器原理及应用习题答案完整版

传感器原理及应用习题答案完整版

传感器原理及应用习题答案 习题1 (2) 习题2 (3) 习题3 (6) 习题4 (7) 习题5 (8) 习题6 (9) 习题7 (11) 习题8 (13) 习题9 (15) 习题10 (16) 习题11 (17) 习题12 (18) 习题13 (21)

习题1 1-1 什么叫传感器?它由哪几部分组成?并说出各部分的作用及其相互间的关系。 答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外,信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源,因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。 1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 答:传感器位于信息采集系统之首,属于感知、获取及检测信息的窗口,并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。没有传感技术,整个信息技术的发展就成了一句空话。科学技术越发达,自动化程度越高,信息控制技术对传感器的依赖性就越大。 发展方向:开发新材料,采用微细加工技术,多功能集成传感器的研究,智能传感器研究,航天传感器的研究,仿生传感器的研究等。 1-3 传感器的静态特性指什么?衡量它的性能指标主要有哪些? 答:传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。与时间无关。 主要性能指标有:线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。 1-4 传感器的动态特性指什么?常用的分析方法有哪几种? 答:传感器的动态特性是指其输出与随时间变化的输入量之间的响应特性。 常用的分析方法有时域分析和频域分析。时域分析采用阶跃信号做输入,频域分析采用正弦信号做输入。 1-5 解释传感器的无失真测试条件。

第5章 热电式传感器习题

第5章 热电式传感器习题 1、 热电偶结构由哪几部分组成? 2、 用热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种? 3、热电阻温度计有哪些主要优点? 4、 已知铜热电阻—Cul00的百度电阻比W(100)=1.42,当用此热电阻测量50℃温 度时,其电阻值为多少?若测温时的电阻值为92Ω,则被测温度是多少? 解:由 W (100)=R 100 /R 0 =1.42,则其灵敏度为 () C 42010042010010042010042101000000100o /..R .R R .R R K Ω=?==-=--= 则温度为50℃时,其电阻值为 R 50 = R 0 +K×50=100+0.42×50=121() 当R t =92时,由R t = R 0 +Kt ,得 t=( R t ﹣R 0)/K=(92﹣100)/0.42=﹣19(℃) 5、 将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电位计相连接测量其热电势,电位计接线端是30℃,若电位计上读数是60mV ,热电偶的热端温度是多少? 解: C C C mV mV t ?=?+?=78030/08.060 6、参考电极定律有何实际意义?已知在某特定条件下材料A 与铂配对的热电势为13.967mV ,材料B 与铂配对的热电势是8.345mV ,求出在此特定条件下,材料A 与材料B 配对后的热电势。 解:由标准电极定律 E (T,T 0 )=E A 铂(T,T 0 )﹣E B 铂 (T,T 0 ) =13.967﹣8.345=5.622(mV) 7、 镍铬—镍硅热电偶灵敏度为0.04mV/℃,把它放在温度为1200℃处,若以指示仪表作为冷端,此处温度为50℃,试求热电势大小。 解: E(1200,50)= (120050)×0.04=46(mV) 8、 热电偶温度传感器的输入电路如习题图7-20所示,已知铂铑—铂热电偶在温度0~100℃之间变化时,其平均热电势波动为6μV/℃,桥路中供桥电压为4V ,三个锰铜电阻(R l 、R 2、R 3)的阻值均为1Ω,铜电阻的电阻温度系数为α=0.004/℃,已知当温度为0℃时电桥平衡,为了使热电偶的冷端温度在0~50℃范围其热电势得到完 全补偿,试求可调电阻的阻值只R 5。 解:热电偶冷端补偿电势 E(t,0)=kt , 式中,k 为热电偶灵敏度(k=6V/℃), 而补偿电桥输出电压(见习题图7-20) t U R t R U R R U U i i αα4440==??= 冷端补偿时有 V k U t U kt i i μαα6000004.06444=?==?==6mV 根据电桥电路,其等效电路为R 1、R cu 和R 2、R 3分别串联后再并联,然后与电源、R 串联,桥臂电阻串并联后为1Ω,由此可得 1×U i =1E/(R+1) 所以 R=E/ U i ﹣1=4000/6﹣1=665.7(Ω) 9、在某一瞬间,电阻温度计上指示温度θ2=50℃,而实际温度θ1=100℃,设电阻温度计的动态关系为 )(212θθθ-=k dt d 其中,k=0.2/s 。试确定温度计达到稳定读数(0.995θ1)所需时间。

《传感器原理与应用》课程论文

《传感器原理与应用》课程论文 学院:__ 信息工程学院__ ______ 专业:____电子信息工程_________ 班级:____14级电子3班_________ 学生姓名:______李帅杰_____________ 学号:____1405160223___________ 指导教师:祝开艳___________ 2016年10月26日

常见传感器在智能手机中的应用 摘要: 随着科技的发展,智能手机已逐渐取代老式手机,成为一种集各种功能于一体的便携式电子设备。本文对智能手机中的几种常用传感器的工作原理及应用进行了分析,主要有重力传感器、红外线传感器、温度传感器、距离传感器、......等。 关键词:智能手机,距离传感器,重力传感器,移动互联网(3~5个关键词) 1. 引言 介绍背景知识和研究现状 智能手机近年来占据了人类越来越多的生活领域,随着技术的发展,智能手机所能提供给我们的功能越来越强大。从硬件角度来说,手机中传感器技术的大量应用对于手机功能的爆发式成长功不可没。 传感器在手机中的应用并非智能机时代的新鲜事物,从手机诞生之日起,它就是一个将声音信号和无线电信号相互转化的传感设备,在功能机时代手机最重要的配置:摄像头,也算是一个传感设备。到了智能机时代,为了适应软件应用的需求,越来越多的传感器被镶嵌在手机当中,手机的功能也越来越强大。 2. 距离传感器的原理及应用 结合图(原理框图、实物图或电路图等)进行说明。 距离传感器又叫位移传感器,距离传感器一般都在手机听筒的两侧或者是在手机听筒凹槽中,这样便于它的工作。当用户在接听或拨打电话时,将手机靠近头部,距离传感器可以测出之间的距离到了一定程度后便通知屏幕背景灯熄灭,拿开时再度点亮背景灯,这样更方便用户操作也更为节省电量。 原理:利用各种元件检测对象物的物理变化量,通过将该变化量换算为距离,来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。根据使用元件不同,分为光学式位

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