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传感器及应用技术第二版课后答案

发布日期:2020-11-08 11:12

  传感器及应用技术第二版课后答案_销售/营销_经管营销_专业资料。传感器及应用技术第二版课后答案 【篇一:传感器原理与应用习题课后答案_第 2 章到第 8 章】 答案 教材:传感器技术(第 3 版)贾伯年主编,及其他参考书 第 2 章 电阻式传感器 2-1 金属应变

  传感器及应用技术第二版课后答案 【篇一:传感器原理与应用习题课后答案_第 2 章到第 8 章】 答案 教材:传感器技术(第 3 版)贾伯年主编,及其他参考书 第 2 章 电阻式传感器 2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同?试比较应 变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。 答:(1)相同点:它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导 致材料的电阻发生变化所;不同点: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;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。 2-3 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 答:电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成:前部分为热 阻效应所造成;后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作 温度变化较大时,会产生温度误差。 补偿办法:1、温度自补偿法 (1)单丝自补偿应变计;(2) 双丝自 补偿应变计 2、桥路补偿法 (1)双丝半桥式;(2)补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 答: 原因:?u?u?r1?r2?r3?r41?r?r2?r3?r4(???)1?(1???) 4r1r2r3r42r1r2r3r4 措施:(1) 差动电桥补偿法:差动电桥呈现相对臂“和”,相邻臂“差” 的特征,通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电 路和全桥差动电路。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要 求? 过弹性敏感元件构成传感器,用以对任何能转变成弹性元件应变的 其他物理量作间接测量。 要求:非线%f.s),力学性能参数受环境 温度影响小,并与弹性元件匹配。 答:应选用栅长为 5mm 的应变计。 由公式 drdrd??[(1?2?)?c(1?2?)]?x?km?x 知应力大小是通过测量应变片 和?(1?2?)?x?rr? 2-7 现选用丝栅长 10mm 的应变计检测弹性模量 e?2?10n/m、密 度??7.8g/cm2 的钢构件承受谐振力作用下的应变,要求测量精度不 低于 0.5%。试确定构件的最大应变频率限。 答:机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当 它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄,可忽略不计)和栅长 l 而为应变计所响应时,就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后 对动态(高频)应变测量,尤会产生误差。由 fmax?112v l?6e 式中 v 为声波在钢构件中传播的速度; 又知道声波在该钢构件中的传播速度为: v?e ??2?1011n/m2 ??3637.8?10?10kg/m2?108?9.8kg?m2/s2?1.585?104m/s 7.8kg 可算得 fmaxv?l?1.585?104m/s6e?6?0.5%?112khz ?310?10?m ?50?10?6/?c,线/?c;试件的线/?c。试求:若温度升高 20℃时,应变计输出的相对误差。 2-9 试推导图 2-16 所示四等臂平衡差动电桥的输出特性:u0?f(?r/r)。 从导出的结果说明:用电阻应变计进行非电量测量时为什么常采用 差动电桥。 解:全桥差动电路,r1,r3 受拉,r2,r4 受压,代入,得 ?u?u?r1?r2?r3?r41?r?r2?r3?r4(???)1?(1???) 4r1r2r3r42r1r2r3r4 由全等桥臂,得 因为四臂差动工作,不仅消除了非线性误差,而且输出比单臂工作 提高了 4 倍,故常采用此方法。 2-10 为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件?现用 一等强度梁:有效长 l=150mm,固支处 b=18mm,厚 h=5mm,弹 性模量 e?2?10n/mm,贴上 4 片等阻值、k=2 的电阻应变计,并接 入四等臂差动电桥构成称得传感器。试问:( 1)悬臂梁上如何布片? 又如何接桥?为什么?(2)当输入电压为 3v,有输出电压为 2mv 时的称重量为多少? 答:当力 f 作用在弹性臂梁自由端时,悬臂梁产生变形,在梁的上、 下表面对称位置上应变大小相当,极性相反,若分别粘贴应变片 r1 、 r4 和 r2 、r3 ,并接成差动电桥,则电桥输出电压 uo 与力 f 成正比。 等强度悬臂梁的应变?x?526fl 不随应变片粘贴位置变化。 2b0he 1)悬臂梁上布片如图 2-20a 所示。接桥方式如图 2-20b 所示。这样 当梁上受力时,r1、r4 受拉伸力作用,阻值增大,r2、r3 受压,阻 值减小,使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2)当输入电压为 3v,有输出电压为 2mv 时的称重量为: 计算如下: b0h2e6fl 由公式:u0?uik?x?uik?f?u0 代入各参数算 f=33.3n 26kfluib0he 1 牛顿=0.102 千克力;所以,f=3.4kg。此处注意:f=m*g;即力= 质量*重力加速度;1n=1kg*9.8m/s2.力的单位是牛顿(n)和质量的 单位是 kg;所以称得的重量应该是 3.4kg。 112 2-12 何谓压阻效应?扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感 器相比有什么优点,有什么缺点?如何克服? 答:“压阻效应”是指半导体材料(锗和硅)的电阻率随作用应力的 变化而变化的现象。 优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小,灵敏系数极大,因而输 出也大,可以不需放大器直接与记录仪器连接,使得测量系统简化。 压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度,又部分 地消除阻值随温度而变化的影响。 2-13 设计压阻式传感器时选择硅 片(或硅杯)晶面及布置扩散电阻条的位置和方向有什么讲究?举 例说明之。 2-14 有一扩散硅压阻式加速度传感器如图 2-31 所示,4 个扩散电阻 接入图 2-16 所示测量电桥。已知硅梁的刚度系数 k?2500n/m,质量 块质量 m=0.001kg,由空气构成阻尼,阻尼比为 0.6。(1)指出该 传感器的敏感元件与转换元件;(2)求幅值相对误差不超过 5%的 频率范围。 2-15 某扩散硅压力传感器采用(110)晶面 n 型硅膜片,4 个扩散电阻 条均径向(即纵向)布置如图 2-30 所示。试说明扩散电阻布置的原 则。若电桥供桥电压为 u,画出电桥原理图,推导电桥输出特性 [u0?f(?r?r)]和电压灵敏度[ku?u0/] rr (2)若电源电压 u=3v,惠斯登电桥初始平衡,求输出电压 u0。 所以 dr?km?x?1.64?10?3;?r?1.64?10?3?120?0.197?; r 全桥电路连接时,输出电压可按下式计算: u0?u?r 式中 n=r2/r1,为桥臂比;此处取四个电阻相等,所以 n=1; 算得 u0=4.92mv。 r 答:由?r?r0.48?k?x 轴向应变引起的电阻变化;可求的轴向应变系 数?x???0.002;总的应变 rrk120?2 系数???x??y?(1??)?x?1.285?0.002?0.00257; 【篇二:传感器应用技术习题 2】 1、 请用图示法说明,力传感器类型以及相关力传感器分别是将力的 变化转化为何种电量的变化? 2、电阻应变片的基本结构? 3、单臂电桥、双臂电桥和四臂电桥灵敏度的关系(倍数)?为了减小 温度对电桥的影响,一般采用何种电桥? 4、电感式传感器的分类?自感式传感器的种类?差动变压器结构形 式? 5、形成电涡流必须具备两个条件? 6、电容式传感器的类型?上次在实验室中看到的电容式传感器是哪 类?电容测厚仪用的种何类型电容式传感器? 7、非线绕式电位器式传感器具体有哪五种? 8、电位器式位移传感器的组成? 9、如图光栅中,字母 a\b\w 的名称? 10、按光栅传送方向,可分成哪两种光栅?光栅传感器组成? 11、测量时不动,和主光栅栅线垂直的方向移动,两者之间形成相 对运动。 12、莫尔条纹是?配合图示法说明。 13、莫尔条纹的基本特征: (1)莫尔条纹是由共同形成的,对有平均作用,从而能在很大程度 上消除引起的误差。 (2)当两光栅沿与栅线方向作相对移动时,莫尔条纹则沿方向移动; 当指示光栅移动时,莫尔条纹运动。 由此可见,计量光栅起到光学放大作用。 (4)莫尔条纹与光栅相等。 14、如图,传感器总机械行程为 100mm,当 rp2=500、rp3=2.1k 时,计算上下限调节范围;并分析在上下限三个区间内,控制信号 输出状态,列表表示。 【篇三:传感器应用技术习题 3】 7、 8 1、光电传感器是什么?有哪些种类?2、光电效应分类?3、光电管: 4、光敏电阻:5、光电二极管:6、光敏三极管:7、光电池 8、光 纤的结构? 9、光缆: a、多数光纤在,包覆后的缆线即被称为“光缆”。 b、光缆的比同轴心缆和双绞线都要高。 c、在光纤缆线中,光纤以的形式运载 d、每条纤芯只能 传送信号,因此光缆中有 独立的 ,一条用于发送, 一条用于接收。 10、红外光电探测器是利用红外辐射的效应制成的,能够探测。由 于任何物体都是一个红外辐射源,所以红外探测器能够探测到任何 目标物的存在。这种功能使它可以用于大量的自动检测、控制、警 戒以及计数等。 红外热敏探测器是利用红外辐射的 效应制成的,这里采用 元件。主 要用于 检测和与 相关的物理量的检测。如手持式红外测温仪。广泛 应用于冶金、锻造、陶瓷、铁路、航空航天、电力等行业。 11 12、光电开关 a、光电开关是用来检测物体的 、 等状态的光电传感器。 b、它把 和 之间光的强弱变化转化为 的变化以达到探测的目的。 c、由于光电开关输出回路和输入回路是 的(即电绝缘),所以它 可以在许多场合得到应用。 d、光电开关由 元件与 元件组成 。 13、气敏传感器定义、功能、分类、应用;气敏传感器种类 ? 14、常见半导体气敏元件:金属氧化物和金属氧化物半导体气敏元 件。 半导体气敏传感器基本原理:被测 改变--可燃气体与传感器接触--敏 感材料 发生改变--气敏元件的随被测气体的浓度而改变。这种反应是 的。为了加速这种反应,通常要用加热器对气敏元件进行 。 15、固体电解质传感器测量原理:利用固体电解质的特性。在一定 温度下,由于多孔性电极存在 ,当致密 zro2 固体两侧的 不同时, 高氧浓度侧的氧就会通过 导电,这样在固体电解质两侧电极上就产 生了 电动势,构成 电池。 16、电化学式传感器的种类,以及各类组成。 17、接触燃烧式气敏传感器测量原理: 根据气体的 所引起的检测元件的 和 来测量 的。 如果被测气体与检测元件接触, 就会 燃烧,稀有金属催化层和铂丝 线圈的 就会 ,使得铂丝线圈的 发生变化,且被测气体浓度 ,其温 升就 ,铂丝的 也大。 18、湿敏传感器的分类?水分子亲和力型传感器分类?湿敏传感器 主要种类?常用湿度传感器? 19 波式传感器分类? 20、超声波换能器又称。 超声波换能器分为: 、 、 。 在检测技术中主要采用: 。 换能器由于其结构的不同,又分为 、 、 、 、 、 、探头以及探头等。 21、无论是直探头还是斜探头,一般不能直接将其放在试件表面 (特别是粗糙金属表面)来回移动,以防 。此外,在工件表面不平 整的情况下,探头与被测物体表面间必然存在一层 薄层,将引起三 种介质两个界面间强烈的 ,造成严重的 ,而且空气还会造成超声波 的 。因此必须将接触面之间的 排挤掉,使超声波能够顺利的入射到 被测介质中。 在工业测量中,经常使用一种称为 的液体物质,使之充满在 中,起 到 超声波的作用。常用的耦合剂有 、 、 、 、 、 等。 22、以空气为传导介质的超声波 发射器上的压电片上粘贴了一只 ,以便提高发射效率和增强方向性。 接收器则在共振盘上还增加了一只 ,以提高接受效率。 23、根据超声波的走向来看,超声波传感器的应用有两种基本类 型,, 反射型的典型应用有:接近开关、距离测量、液位或料位测量、 以 及厚度测量等。 透射型的典型应用有: 、 、 等。 24、超声波传感器的应用?25、微波传感器的应用?26、多普勒效 应的应用?27、磁电式传感器的种类? 习题一 项目 1、2 1、现有 0.2 级的(0-300)℃的和 1.0 级的(0-100)℃的两个温度 计,要测量 80℃的温度,试问采用哪个温度计好? 4、热力学温标和摄氏温标的关系,计算正常体温的热力学温标是多 少? 5、请用图示法说明,温度传感器的种类以及相关温度传感器分别是 将温度的变化转化为何种电量的变化? 6、列表说明 ptc 和 ntc 的区别、各自应用领域、测温范围、典型型 号 7、pt100 铂电阻,55℃、310℃、598℃时的电阻值分别是多少?k 型热电偶,55℃、310℃、598℃时的热电动势分别是多少? 8、详述热电阻测温系统组成及使用。热电偶的基本结构及使用。 9、热电阻传感器与指示仪表的接法及相关比较。 答:三种接法:二线制、三线制和四线制。 二线制:热电阻每端连接一根导线; 三线制:热电阻一端连接一根导线,另一端连接两根导线; 四线制:热电阻每端连接两根导线; 三种接法比较:测量精度四线、热电偶温度传感器的特性表达式:e = [k(t-t1)/e] ln(na-nb), 说明其 物理意义:(1)热电势与热电偶 成正比,与构成有关,而与 、 无关。 (2)只有当冷端温度 才能根据 确定热端温度 t,但实际上冷端的 温度是的,因此实际应用中需对冷端进行。 12、热电偶冷端的温度补偿方法有哪些?

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