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习题课2答案

习题课2答案


一、选择题 1、光敏电阻的物理基础是 ( ) A 外光电效应 B 光电导效应 C 光生伏特效应 D 压阻效应 2.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 3、应变片的灵敏系数小于应变丝的灵敏系数是因为 ( ) A 横向效应 B 基片传递变形失真 C 粘合剂传递变形失真 D 以上都对 4、下述对传感器灵敏度的描述不正确的是: ( ) A 对线性传感器,灵敏度随输入量而变化 B 对非线性传感器,灵敏度随输入量而变化 C 等于传感器输出量与相应的输入量的变化值之比 D 对线性传感器,灵敏度为常数 5、光电倍增管的物理基础是 ( ) A 外光电效应 B 光电导效应 C 光生伏特效应 D 压阻效应 6、对压电效应的描述正确的是 ( ) A 当晶体沿一定方向伸长或压缩时在其表面会产生电荷 B 当陶瓷沿一定方向伸长或压缩时在其表面会产生电荷 C 当某些晶体或陶瓷在外电场的作用下发生形变,这种现象叫压电效应 D 晶体的压电效应是一种机电耦合效应,是由力学量(应力、应变)与电学量(电场强 度、电位移失量)之间相互耦合产生的。 7 、 下 图 为 热 敏 电 阻 的 ρ -T 特 性 曲 线 , 试 问 哪 一 个 是 CIR 的 ρ -T 特 性 曲 线 ( )

8、如图所示,R3是光敏电阻,当开关S闭合后在没有光照射时,a、b 两点等电势,当用 光照射电阻R3时,则( ) A、R3的电阻变小,a 点电势高于 b 点电势 B、R3的电阻变小,a 点电势低于 b 点电势

C、R3的电阻变大,a 点电势等于 b 点电势 D、R3的电阻变大,a 点电势低于 b 点电势 9、下面的哪些传感器不属于内光电传感器( ) A:光电管; B:光电池 C:光敏电阻 D:光电二/三极管 10、应变式传感器的温度误差产生的主要原因: ( ) A:应变式温度传感器件的温度系数变化。 B:应变式温度传感器件的测量部分引起的。 D:应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。 E:试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。 11、 构件作纯弯曲形变时, 构件面上部的应变为拉应变, 下部为压应变, 且两者是什么关系? ( ) A、 绝对值相同且符号相反 B、 绝对值相同且符号相同 C、 绝对值相同符号相反 D、 绝对值相同符号相同 12、电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为( )的输出 A:电阻 B:电压 C:电容 D:电荷 13、传感器能感知的输入变化量越小,表示传感器的( ) A:线性度越好。B:迟滞越小。C:重复性越好。D:分辨力越高。 14、输入逐渐增加到某一值,与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等是属于传感器 静态特性的哪一种( ) A:灵敏度 B:线性度 C:灵敏度界限 D:迟滞性 15、为了减小热电偶测温时的测量误差,需要进行的温度补偿方法不包括( ) 。 A. 补偿导线法 B. 电桥补偿法 C. 冷端恒温法 D. 差动放大法 二、 填空题 1、压电式传感器是基于______________效应工作的。 2、 金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化, 这种现象??称____ __效应;固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象称_____效应。直线的电阻 丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同,圆??弧部分使灵敏度 K?下降了,这种现象称为___ ____效应。 3.把一导体(或半导体)两端通以控制电流 I,在垂直方向施加磁场 B,在??另外两侧会 产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势,这种现象称??________效应,这个电 动势称为_______电势。 4、 在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称________效应; ??入射光强改变 物质导电率的现象称________效应;半导体材料??吸收光能后在 PN?结上产生电动 式的效应称________效应。 5、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路,如果两端温度不同,电路中会产生电动 势,这种现象称_______效应; 6、传感器的静态特性有 、 、 、 等。 7、应变式传感器温度误差的补偿方法有_____自补偿法___、___线路补偿法_______. 8、应变式传感器是基于______________效应工作的。对金属应变片,其电阻的变化主要 是由于中的____电阻丝的形变_____变化引起的. 10、电感式传感器是以电和磁为媒介,利用电磁感应原理将被测非电量如压力、位移、

流量等非电量转换成线圈____自感_____或____互感____的变化, 再由测量电路转换为电压或 电流的变化量输出的装置。 11、电容式传感器是利用电容器的原理,将非电量转化为电容量,进而实现非电量到电 量的敏感器件,在应用中电容式传感器可分为 、 、 三种基本类型。 三、简答题 1、什么是传感器?由几部分组成?试画出传感器组成方块图。 解:传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种 物理量的测量装置,能完成检测任务;传感器由敏感元件,转换元件,转换电路组成。敏感 元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的物理量;转换元件把敏感元件的输出 作为它的输入,转换成电路参量;上述电路参数接入基本转换电路,便可转换成电量输出。 2、什么是红限频率? 答:光电效应能否产生,取决于光子的能量是否大于该物质表面的电子逸出功。这意味着每 一种物质都有一个对应的光频阈值。 3、以阻值 R=120Ω ,灵敏系数 K=2.0 的电阻应变片与阻值 120Ω 的固定电阻组成电桥,供桥 电压为 3V, 并假定负载电阻为无穷大, 当应变片的应变为 2uε 和 2000uε 时, 分别求出单臂、 双臂差动电桥的输出电压,并比较两种情况下的灵敏度。 解:依题意 单臂:

Uo ?
差动:

Ui 3 kε ? ? 2.0? ε ? 4 4

?

3?10 ?6 ?V ?, 3?10 ? 3 ?V ?,

(? ? 2 u? ) (? ? 2000 u? )

Uo ?
灵敏度:

Ui 3 kε ? ? 2.0? ε ? 2 2

?

6?10 ? 6 ?V ?, 6?10 ? 3 ?V ?,

(? ? 2 u? ) (? ? 2000 u? )

Ku ?

Uo ? ε

?

kUi / 4 ?1.5?10 ?6 (V / ?? ),?单臂 ? kUi / 2 ?3?10 ? 6 (V / ?? ),?差动 ?

可见,差动工作时,传感器及其测量的灵敏度加倍。 4、 假如打算设计—种光电传感器, 用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮, 天明白动熄灭)。 试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。 5、利用光敏器件制成的产品计数器,具有非接触、安全可靠的特点,可广泛应用于自动化生 产线的产品计数,如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。还可以用来统计出入 口入员的流动情况。试利用光电传感器设计一产品自动计数系统,简述系统工作原理。 产品计数器的工作原理,如图所示。产品在传送带上运行时,不断地遮挡光源到光敏器件 间的光路,使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。产品每遮光一次,光电 脉冲电路便产生一个脉冲信号,因此,输出的脉冲数即代表产品的数目。该脉冲经计数电路 计数并由显示电路显示出来

6、分析电感传感器出现非线性的原因,并说明如何改善?

7、为什么压电式传感器不能用于静态测量,只能用于动态测量中?而且是频率越高越

好? 8、试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。

解:由习题图 4-2 可见 (1) 三个电容串联

C1 ?

?1S
d1 ,

C2 ?

?2S
d2 ,

C3 ?

? 3S
d3

d d d 1 1 1 1 ? ? ? ? 1 ? 2 ? 3 C串 C1 C 2 C3 ? 1 S ? 2 S ? 3 S ?
则 故

d1? 2 ? 3 ? d 2 ? 1? 3 ? d 3? 1? 2 ? 1? 2 ? 3 S

C串 ?

? 1? 2? 3 S S ? d1? 2? 3 ? d 2? 1? 3 ? d 3? 1? 2 d1 / ? 1 ? d 2 / ? 2 ? d 3 / ? 3
C1 ? C 2 ? C ? ?S d d

(2)两个电容器并联

C并 ? C1 ? C 2 ? 2C ? 2?S
(3)柱形电容器

C?

2??L ln?d 2 / d1 ?

9、图为光电传感器电路,GP—IS01 是光电断路器。分析电路工作原理:??

①当用物体遮挡光路时晶体三极管 VT?状态是导通还是截止???②二极管是一个什么器件, 在电路中起到什么作用???③如果二极管反相连接晶体管 VT 状态如何??? 解: ①截止; ②红外发射管,起控制作用; ③截止。

11.Pt100 和 Cu50 分别代表什么传感器?分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的 主要作用。 解:Pt100 代表铂热电阻传感器,Cu50 代表铜热电阻传感器。三线制可以减小热电阻与测量 仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻 对测量的影响,用于高精度温度检测。工业用铂电阻测温常采用三线制和四线制连接法。

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