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第一章检测技术的基础知识

一、填空题

1.开环测控系统通常由传感器、测量电路和输出单元等部分组成。

2.通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成,是能把外界非电量转换成电量

的器件和装置。

3.在选用仪表时,最好能使其工作在不小于满刻度值2/3 的区域。

4.准确度表征系统误差的大小程度,精密度表征随机误差的大小程度,而精确度则指准确度和精密

度的综合结果。

5.仪表准确度等级是由系统误差中的基本误差决定的,而精密度是由随机误差和系统误差中的附加

误差决定的。

6.若已知某直流电压的大致范围,选择测量仪表时,应尽可能选用那些其量程大于被测电压而又小

于被测电压1.5倍的电压表。(因为U≥2/3Umax)

7.有一温度计,它的量程范围为0~200℃,精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为

1℃,当测量100℃时的示值相对误差为 1% 。

8.某位移传感器,当输入量变化5mm时,输出电压变化300mv,其灵敏度为60 mv/mm 。

9.仪表的准确度等级是指仪表的最大绝对误差与仪表最大量限比值的百分数。最大引用误差愈小,

仪表的基本误差就,准确度。

10.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,允许超过测量范围的

能力。

11.灵敏度是传感器在稳态下输出量增量⊿y 与引起输出量增量的相应输入量增量⊿x之比。12.迟滞现象是指传感器在正向行程(输入量增大) 和反向行程(输入量减小)期间,输出—输入特性曲线不一致的程度。

二、选择题

1.在一个完整的检测系统中,完成信息采集和信息转换主要依靠 A 。

A.传感器 B. 测量电路 C. 输出单元

2.构成一个传感受器必不可少的部分是 B 。

A.转换元件B.敏感元件C.转换电路D.嵌入式微处理器

3.有四台量程均为0-600℃的测量仪表。今要测一约为500℃的温度,要求相对误差≤2.5%,选用精度为 D 的最为合理。

A.5.0级B.2.5级C.2.0级D.1.5级

4.有四台量程不同,但精度等级均为1.0级的测温仪表。今欲测250℃的温度,选用量程为 C 的最为合理。

A.0~1000℃B.300~500℃C.0~300℃D.0~500℃

5.某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力,发现缺少约0.5kg,但该采

购员对卖巧克力的商店意见最大,在这个例子中,产生此心理作用的主要因素是B。

A.绝对误差B.示值相对误差C.满度相对误差D.精度等级

6.在选购线性仪器时,必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购

的仪表量程为欲测量的C左右为宜。

A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍

7.用万用表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz、10V左右的高频电压,发现示值不到

2V,该误差属于 D 。用该表主流电压档测量5号电池电压,发现每次示值均为1.8V,该误差属

于 A 。

A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差

8.重要场合使用的元器件或仪表,购入后需进行高、低温循环老化试验,其目的是为了D。

A.提高精度B.加速其衰老C.测试其各项性能指标D.提高可靠性能

9.仪表偏离工作条件产生的误差称为()。

A基本误差;B相对误差;C偶然误差;D附加误差。

三、计算题

1.有一温度计,它的测量范围为0~200℃,精度为0.5级,求:

1)该仪表可能出现的最大绝对误差。

2)当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。

2.已知待测拉力约为70N左右。现有两只仪表,一只为0.5级,测量范围为0~500N;另一只为1.0级,测量范围为0~100N。问选用哪一只测力仪表较好?为什么?

3.我国的模拟仪表有哪些精度等级?现欲测量240V左右的电压,要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%,问:若选用量程为250V的电压表,其精度应选哪一级?若选用量程为500V的电压表,其精度又应选哪一级?

第二章电阻传感器

一、填空题

1.下图是汽车进气管道中使用的热丝式气体流速(流量)仪的结构示意图。在通有干净且干燥气体、截面积为A的管道中部,安装有一根加热到200℃左右的细铂丝R1 ( R t1 )。另一根相同长度的细铂丝(R t2)安装在与管道相通、但不受气体流速影响的小室中,请分析填空。

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1)当气体流速v=0时,Rt1的温度与Rt2的温度相等,电桥处于平衡状态。当气体介质自身的温度发生波动时,Rt1与Rt2同时感受到此波动,电桥仍然处于平衡状态,所以设置Rt2是为了起到温度补偿的作用。

2)当气体介质流动时,将带走Rt1的热量,使Rt1的温度变低,电桥失去平衡,毫伏表的示值与气体流速的大小成一定的函数关系。图中的RP1 称为调零电位器,RP2称为调满偏电位器。

3)设管道的截面积A=0.01m2,气体流速v=2m/s,则通过该管道的气体的体积流量q V=Av=0.02 m3/s。

4)如果被测汽体含有水气,则测量得到的流量值将偏大(大/小),这是因为水汽的传热系数大,带走的热量多;如果Rt1、Rt2改用铜丝,会产生氧化问题。

2.下图为自动吸排油烟机原理框图,请分析填空。

1)图中气敏电阻是UL-281 类型,被测汽体浓度越高,其电阻值就越小。

2)气敏电阻必须使用加热电源的原因是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物,通常须将气敏电阻加热到200~300 ℃左右。因此使用电池为电源、作长期监测仪表使用时,电池的消耗较大(大/小)。

3)当气温升高后,气敏电阻的灵敏度将降低(升高/降低)。所以必须设置温度补偿电路,使电路的输出不随气温的变化而变化。

4)比较器的参考电压U R越小,检测装置的灵敏度就越高。若希望灵敏度不要太高,可将RP往右(左/右)调节。

5)该自动吸排油烟机使用无触点的晶闸管而不用继电器来控制排气扇的原因是防止电弧。

6)由于即使在开启排气扇后器敏电阻的阻值也不能立即恢复正常,所以在声光报警电路,还应串

接一只控制开关,以消除喇叭(喇叭/LED)继续烦人的报警。

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3.热敏电阻按其温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)和正温度系数热敏电阻(PTC)两

大类。

4.对于电阻应变片,最好和最常用的温度补偿方法是电桥补偿法,其中尤其以双臂工作(或称半桥差动)电桥补偿法最常见。

5.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,这种现象称为______效应;

电阻应变片式压力传感器通常用测量电桥作为转换电路。

6.半导体应变片是利用半导体材料压阻效应制成的一种纯电阻性元件。

7.最常见的电阻应变片的基准电阻值为120Ω。

8.金属热电阻主要包括铂、铜和镍电阻等。半导体热敏电阻主要包括PTC、NTC 二种类型。

9、利用热敏电阻对电动机实施过热保护,应选择突变型热敏电阻。

10、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。

11、金属电阻的应变效应是金属电阻应变片工作的物理基础。

12、应变式传感器在外力作用下主要是电阻率发生变化,压阻式传感器在外力作用下主要是压

阻系数发生变化,两者都引起电阻值发生变化。

13、常用的电阻应变片分为两大类:金属应变片和半导体应变片。

二、选择题

1.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小()A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片

B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片

D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

2.热电阻测量转换电路采用三线制是为了 D 。

A.提高测量灵敏度B.减小非线性误差C.提高电磁兼容性D.减小引线电阻的影响

3.电子秤中所使用的应变片应选择B 应变片;为提高集成度,测量气体压力应选择 D 。

A.金属丝式B.金属箔式C.电阻应变仪D.固态压阻式传感器

4.应变测量中,希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能,应选择C 测量转换电路。

A.单臂半桥B.双臂半桥C.四臂全桥

5.在使用测谎仪时,被测试人由于说谎、紧张而手心出汗,可用 D 传感器来检测。

A.应变片B.热敏电阻C.气敏电阻D.湿敏电阻

6.MQN气敏电阻可测量C 的TiO2气敏电阻可测量D 的浓度。

A.CO2 B.N2 C.气体打火机车间的有害气体D.锅炉烟道中剩余的氧气

7、制作应变片敏感栅的材料中,用的最多的金属材料是 B :

A、铜;

B、铂;

C、康铜;

D、镍铬合金。

8、气敏传感器构成的换气扇自动控制电路。换气扇通电采用SCR器件进行控制。这是为了

B :

A、使系统响应快;

B、避免产生电火花,提高安全性;

C、降低成本;

D、便于电路设计。

9、气敏元件开机通电时的电阻很小,经过一定时间后,才能恢复到稳定状态;另一方面也需要加热器工作,以便烧掉油雾、尘埃。因此,气敏检测装置需开机预热 C 后,才可投入使用。

A、几小时;

B、几天;

C、几分钟;

D、几秒钟

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。

A.质量块

B.导体

C.弹性元件

D.机器组件

三、计算题

1. 有一金属热电阻,分度号为Pt100,与三固定电阻R2=R3=R4=100Ω组成平衡电桥,Ui=5V,求(1)该电阻的材料;

(2)0℃的电阻值;

(3)计算t=40℃时电桥的开路输出电压Uo.(由分度表可知,40℃时Pt100的阻值为119.54Ω) 2、采用阻值为120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥,

供桥电压为4V,并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1με和1000με时,试求单臂工作电桥、双臂工作电桥以及全桥工作时的输出电压,并比较三种情况下的灵敏度。

四、分析题

1、下图所示功率晶体管保护电路中,Rt使用的是PTC元件,试述其工作原理。

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1、工作原理:GTR为被保护的功率晶体管,RL为负载电阻,Rt为PTC

元件,该元件随着温度升高电阻阻值增大。

当GTR功率晶体管正常工作时,Rt阻值适当,给晶体管提供一定工作

电流。

当GTR功率晶体管随着功率增大而温度升高或出现负载短路而使GTR功

率晶体管电流过载温度迅速上升时,Rt阻值增大,Rt与RC组成的分压电路使RC分压减小。

当温度上升过高其RC分压不足以使GTR导通时,GTR关闭,保护了功率晶体管。

2、下图所示为由热敏元件组成的一种新型热继电器,试分析如下几个问题:

1)、该热敏元件应选用什么类型的热敏元件?

2)、分析其工作原理,

3)、BG的动作点应怎样调节?

3.图为酒精测试仪电路,A是显示驱动器。

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问:①TGS—812是什么传感器?

②2、5 脚是传感器哪个部分,有什么作用?

③分析电路工作原理,调节电位器RP有什么意义?

解:

①气敏传感器;

②加热电极,可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度;

③调节测量系统的测量范围和满度值。

4、利用全桥电路测量桥梁的上下表面应变时应变片粘接示意图,请画出由这些应变片连成全桥时并附有调零的测量电路图。

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第三章电感传感器

一、填空题

1、电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感系数或互感系数的变化,从而导致

线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。

2、自感式传感器主要有变面积式、变隙式和螺线管式三种类型。3.差动变压器能将被测位移转换成传感器线圈的互感变化量,其次级为差动结构。

4、自感式传感器是利用自感量随气隙而改变的原理制成的。还需要测量转换电路将电感量的变化转换为容易测量的电压或电流信号。常用的测量转换电路有桥式测量电路、调幅电路、调频电路、调相电路。

5、电涡流测厚仪是基于电涡流效应制成的。

6.低频电涡流传感器的测试频率一般选1kHz。

7利用电涡流位移传感器测量转速时,被测轴齿盘的材料必须是_______。

8、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内部会产生一圈圈闭合的电流,利用该原理制作的传感器称_______传感器;这种传感器只能测量___物体。

二、选择题

1.希望线性范围为±1㎜,应选择线圈骨架长度为 B 左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。

A.2㎜B.20㎜C.400㎜D.1㎜

2.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了情况C 。

A.加长线圈的长度从而增加线性范围B.将输出的交流信号转换成直流信号

C.使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度

3.用差动变压器测量较大的线位移时,若只要求测量位移的大小而不必辨明方向,最简单的信号

处理方法是用作为测量电路,若既要求测知位移大小,又要辨明方向,则一般采用。(C)A.整流电路整流电路B.高频载波调制电路差动整流电路;

C.整流电路相敏检波电路D.相敏检波电路整流电路

4、在工厂生产过程中,远距离传送信号,现在通常选用具有 D 输出的标准变送器。

A、 0~2V、

B、1~5V 、

C、0~10mA 、

D、4~20mA 。

5、单线圈管式电感传感器广泛用于测量 C :

A、大量程角位移;

B、小量程角位移;

C、大量程直线位移;

D、小量程直线位移。

6、螺线管式差动变压器传感器的两个匝数相等的二次绕组,工作时是B:

A、同名端并联;

B、同名端接在一起反向串联;

C、异名端并联;

D、异名端接在一起串联。

三、综合题

有一台两线制压力变送器,量程范围为0~1MPa,对应的输出电流为4~20mA。求:

压力p与输出电流I的关系表达式。

第四章电容式传感器第六章压电式传感器

一、填空题

1.电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。

2、电容式传感器采用电容作为传感元件,将不同的被测量变化转换为电容量的

变化。

3.变间隙型电容传感器一般用来测量微小的线位移(0.01um至终点几um);变面积型电容传感器一般用于测量较大的线移位或角位移;变介电常数型电容传感器一般用于测量固体或液体的物位以及各种介质湿度、密度的测定。

4.为提高电容传感器的灵敏度,减小测量误差,其桥式测量电路一般采用差动接法。

5.电容式物位计利用被测物与空气介电常数的不同进行物位检测的,它能够把物位的变化转换成

电容量的变化。

6、压电式传感器利用压电效应工作,常用的前置放大器有电压放大器和电荷放大器。

7.若石英晶体片受X轴向压力时电荷的上表面为正,下表面为负,则当其受Y轴向拉力时的电荷为上正下负。

8.压电式传感器最主要用途是用来测量机械振动和加速度

9.常用压电材料分压电晶体和压电陶瓷、高分子压电材料三大类,其中应用最普遍的是压电陶瓷。10.压电式压力传感器的转换电路中都有前置放大器,其作用是信号放大和阻抗变换。

11、用石英晶体制作的压电式传感器,晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比。

12、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象,同时在它的表面产生符号相反

的电荷,当外力去掉后又恢复不带电的状态,这种现象称为压电效应;在介质极化方向施加电场时

电介质会产生形变,这种效应又称逆压电效应。

13、压电式传感器是一种典型的有源传感器。它以某些电介质的压电效应为基础,在外力

作用下,在电介质表面将产生电荷,从而实现非电量电测的目的。

14、以下为某外径千分尺示意图,则该千分尺测量值为 4.10mm 。

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二、选择题

1.在两片间隙为1㎜的两块平等极板的间隙中插入C ,可测得最大的电容量。

A.塑料薄膜B.干的纸C.湿的纸D.玻璃薄片

2.已知石英晶体压电元件当受到X轴向压力时,表面电荷极性为 C ;则当其受到Y轴向压力时表面电荷极性为A 。

A.上“-”下“+”B.上下均为“+” C.上“+”下“-” D.上下均为“-”

3.动态力传感器中,两片压电片多采用B 接法,可增大输出电荷量;在电子打火机和煤气灶点

火装置中,多片压电片采用 A 接法,可使输出电压达到上万伏,从而产生电火花。

A.串联B.并联C.既串联又并联

4.电子卡尺的分辨率可达0.01㎜,行程可达200㎜,它的内部所采用的电容传感器型式是B 。A.变极距式B.变面积式C.变介电常数式

5.在电容传感器中,若采用调频法测量转换电路,则电路中B 。

A.电容和电感均为变量B.电容是变量,电感保持不变

C.电容保持常数,电感为变量D.电容和电感均保持不变

6.对压电式加速度传感器,希望其固有频率( )

A.接近零

B.尽量低些

C.尽量高些

D.任意

7.将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的C ;蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的D 。

A.压变效应B.电涡流效应C.压电效应D.逆压电效应

8.当石英晶体受压时,电荷产生在 B 。

A.与光轴垂直的z面上B.电轴垂直的x面上

C.与机械轴垂直的y面上D.所有的面(x、y、z)上

9.在实验室作检验标准用的压电仪表应采用D 压电材料;能制成薄腊,粘帖在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用 C ;用在压电材料压电加速度传感器中测量振动的压电材

料应采用 B 。

A.PTC B.PZT C.PVDF D.SiO2

10.电涡流的特点可描述为A 。

A.高频趋肤、中频滞留、低频透射B.高频滞留、中频趋肤、低频透射

C.高频趋肤、中频透射、低频滞留D.高频透射、中频滞留、低频趋肤

11.欲测量镀层厚度,电涡流线圈的激励源频率约为 D 。而用于测量小位移的螺线管式自感

传感器以及差动变压器线圈的激励源频率通常约为 B 。

A.50~100Hz B.1~10kHz C.10~50kHz D.100kHz~2MHz

12.电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出 C 的靠进程度。

A.人体B.液体C.黑色金属零件D.塑料零件

13.电涡流探头的外壳用 B 制作较为恰当。

A.不锈钢B.塑料C.黄铜D.玻璃

14.欲探测埋藏在地下的金银财宝,应选择直径为 D 左右的电涡流探头。欲测量油管表面和细

小裂纹,应选择直径为B 左右的探头。

A.0.1mm B.5mm C.50mm D.500mm

15、在电容传感器中,如果应用调频法测量转换电路,则电路中 B 。

A、电容和电感均为变量;

B、电容是变量,电感保持不变;

C、电感为变量,电容保持不变;

D、电容和电感均保持不变。

16、在以下几种传感器当中 C 属于自发电型传感器。

A、电容式

B、电阻式

C、压电式

D、电感式

三、计算题:

1、压电示加速度传感器的电荷灵敏度是kg=12Pc/m2s-2反馈电容Cf=1200PF,若被测加速度为a=450m/s2时,求电荷放大器的输出电压。

2、某电涡流式转速传感器用于测量一个转轴的转速,在转轴所带的圆盘上沿圆周方向均布18个小槽,电涡流式转速传感器与18个小槽对应,如果电涡流式转速传感器的输出为uout=Um cos(2π

3900t+π/5)时,求该转轴转速是每分钟多少转?

3、已知石英晶体加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,被测构件达到最大振动

加速度时输出电压幅值位2V,求该构件的最大振动加速度。

4、已知测量齿轮齿数Z=18,采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电

动势的交变频率为24(Hz),求:被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时,转速测量误

差是多少?

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第七章超声波传感器第五章霍尔传感器

一、填空题

1.f> 20 kHz的声波称为超声波。

2.超声波检测是利用不同介质的不同声学特性对超声波传播的影响来探查物体和进行测量的技术。3.超声波的波形种类包括纵波、横波和表面波三种。

4.超声波的传播速度取决于介质的弹性常数、密度和它所处的状态。

5.对霍尔式传感器进行温度补偿,最好的方法是采用恒流源供电。

6、霍尔元件采用恒流源激励是为了减少温漂。

7、霍尔电势U H正比于控制电流I和磁感应强度B。在实际应用中,总是希望获得较大得霍尔电势。

增加控制电流虽然能提高霍尔电势输出,但控制电流大,元件的功耗大,从而导致元件的温漂增大,甚至可能烧毁元件。

8、霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器。

9、常见的霍尔传感器分霍尔开关集成传感器和霍尔线性集成传感器两种。

10、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_霍尔__效应,这个电动势称为_霍尔_电势。

外加磁场使半导体(导体)的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。

二、选择题

1. B 超声波能在固体、液体和气体中传播。

A.电磁波B.纵C.横D.表面

2.根据介质对超声波的吸收特性,同一频率的超声波在 D 中传播的距离最短。

A.水B.钢铁C.混凝土建筑物D.空气

3.可听声波的频率范围一般为 C 。

A.20Hz~~200Hz B.20Hz~~50Hz C.20Hz~~20kHz D.20Hz~~500Hz

4.超声波频率越高,A 。

A.波长越短,指向角越小,方向性越好B.波长越长,指向角越大,方向性越好

C.波长越短,指向角越大,方向性越好D.波长越短,指向角越小,方向性越差

5.超声波在有机玻璃中的声速比在水中的声速 A ,比在钢中的声速 B 。

A.大B.小C.相等

6.将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的 C 。

A、应变效应

B、电涡流效应

C、压电效应

D、逆压电效应

7.以下四种传感器中,属于四端元件的是 C 。

A.应变片B.压电晶片C.霍尔元件D.热敏电阻

8.公式E H = K H IBcosθ中的角θ是指 C 。

A.磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角

B.磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角

C.磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角

9.磁场垂直于霍尔薄片,磁感应强度为B,但磁场方向与原磁场强度相反(θ=180°)时,霍尔

电动势 A ,因此霍尔元件可用于测量交变磁场。

A.绝对值相同,符号相反B.绝对值相同,符号相同

C.绝对值相反,符号相同D.绝对值相反,符号相反

10.霍尔元件采用恒流源激励是为了 D 。

A.提高灵敏度B.减小磁感应强度C.减小不等位电势D减小温度误差

11.减小霍尔元件的输出不等电位电动势的办法时 C 。

A.减小激励电流B.减小磁感应强度C.使用电桥调零电位器

12、在测量中,一般线性霍尔 IC 的磁感应强度不宜超过 B 为宜。

A、0T 、

B、 + 0.10T、

C、 + 0.15T 、

D、 + 100Gs

13.下图是霍而电流传感器的结构示意图,请分析填空。

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1)夹持在铁心中的导线电流越大,根据右手定律,产生的磁感应强度B就越强,霍尔元件产生的霍尔电动势就越大。因此该霍尔式电流传感器的输出电压与被测导线中的电流成正比。

2)由于被测导线与铁心、铁心与霍尔元件之间是绝缘的,所以霍尔式电流传感器不但能传输电流信号,而且还能起到隔离作用,使后续电路不受强电的影响,例如击穿、麻电等。

1)如果被测电流小于30A,该电流产生的磁场可能太小,可采取将被测导线缠绕几圈进行测量的措施,使穿过霍尔元件的磁场成倍地增加,以增加霍尔元件的输出电压。

三、计算题

有一个霍尔元件,其灵敏度KH 是2mV/m A2kGs,将它置于一个梯度为5kGs/mm的磁场中,额定控制电流I是20mA,如果霍尔元件在平衡点附近作0.1mm的摆动,则输出电压范围是多少?

第八章热电偶传感器

一、选择题及填空题:

1.允许直接将mV表接入热电偶测温回路主要是依据(B)定律。

A.均质导体B.中间导体C.中间温度D.标准电极

2.用热电势修正法(计算法之一)进行冷端温度补偿的理论依据是(C)定律。

A.均质导体B.中间导体C.中间温度D.标准电极

3.热电偶冷端温度补偿中的热电势修正法依据(C)定律。

A.均质导体B.中间导体C.中间温度D.标准电极

4.工业生产中最常用的热电偶分度号为(D)。

A.S B.B C.E D.K

5.正常人的体温为37℃,则此时的华氏温度和热力学温度分别约为 C 。

A.32F,100K B.99F,236K C.99F,310K D.37F,310K

6.C 的数值越大,热电偶的输出热电动势就越大。

A.热端直径B.热端和冷端的温度C.热端和冷端的温差D.热电极的电导率7.测量钢水的温度,最好选择 B 热电偶;测量钢退火炉的温度,最好选择 D 热电偶;测量汽轮机高压蒸汽(200℃左右)的温度,且希望灵敏度高一些,应选择 E 热电偶。

A.R B.B C.S D.K E.E

8.测量CPU散热片的温度应选用 C 型的热电偶;测量锅炉烟道中的烟气温度,应选用 A 型的热电偶;测量100m深的岩石钻孔中的温度,应选用 B 型的热电偶。

A.普通B.铠装C.薄膜D.热电堆

9.镍铬-镍硅热电偶的分度号为 D ,铂铑13-铂热电偶的分度号是 A ,铂铑30-铂铑6热电偶的分度号是 B 。

A.R B.B C.S D.K E.E

10.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要目的是 c 。

A.补偿热电偶冷端热电势的损失B.起冷端温度补偿作用

C.将热电偶冷端延长到远离高温区的地方D.提高灵敏度

12.平行焊热电偶测金属壁温的理论依据是( D )

A.中间温度定律

B.均质导体定律

C.连接导体定律

D.中间导体定律

13.下列标准化热电偶灵敏度最高的是( A )

A.镍铬——铜镍热电偶

B.铂铑10——铂热电偶

C.铜——铜镍热电偶

D.铁——铜镍热电偶

14、中间导体定律:在热电偶中接入第三种导体,只要第三种导体的两接点温度相同,则热电偶的总电动势不变。

15、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω,则其分度号是 CU50 ,对于镍铬-镍硅热电偶其正极是镍铬。

16、对应于摄氏温度25℃的热力学温度(即绝对温度)为298.15 K。

17、热电势由两部分组成,一部分是两种导体的接触电势,另一部分是单一导体的温差电势。

18、热电偶的热电势大小与结点温度和材料有关,为了保证输出热电势是被测温度的单值函数,必须保持冷端温度恒定。

19、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远离高温区。

21、已知某铜热电阻在0℃时的阻值为50Ω,则其分度号是,对于镍铬-镍硅热电偶其正极

是 。

22、一温度计显示所测华氏温度为86℉,则其摄氏温度为 ,热力学温度为 。一温度计显示所测华氏温度为313.15K ,则其摄氏温度为 ,华氏温度为 。

23、欲测量15000C 左右钢水的温度,要求测量精度比较高,应选择的 热电偶 传感器。测量CPU 散热片温度应选用 薄片 热电偶;测量锅炉烟气温度应选用 普通型 热电偶;测量十米深岩石钻孔温度应选用 铠装 热电偶。

二、计算题

1.用镍铬---镍硅(分度号为K )热电偶测量温度,已知冷端温度为40℃,用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV ,求被测点温度。

解:从分度号为K 的热电偶分度表查得,E (40℃,0℃)=1.611mV ,而题中已知E (T ,40℃)=29.188mV , 根据中间温度定律,得:

E T =E (T ,0℃)=E (T ,40℃)+E (40℃,0℃)=29.188+1.611mV=30.799mV

从分度表查得:T ≈740℃。

2、如下图所示镍铬-镍硅热电偶,A ’、B ’为补偿导线,Cu 为铜导线,已知接线盒1的温度t1=40.0℃,

冰水温度t2=0.0℃,接线盒2的温度t3=20.0℃。

1)当U3=39.310mV 时,计算被测点温度t 。

2)如果A ’、B ’换成铜导线,此时U3=37.699mV ,再求t.

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三、判断题

1.日常气象用温标为热力学温标。(3)

2.热力学温标就是国际温标。(3)

3.金属热电阻的电阻丝采用双绕法的目的是消除其电感效应。(√)

4.铜热电阻可用作标准热电阻。(3)

5.铜热电阻测温上限可达1000℃。(3)

6.金属热电阻测温是一般用电桥作为测量电路,并有三线制和四线制两种接法。(√)

7. 可用同一种均质导体作为热电偶的两个热电极。(3)

8.若热电偶两接点温度相等,则回路总热电势必为零。(√)

9.工业上使用最广泛的热电偶是K型热电偶。(√)

10.不同型号、不同材质的热电偶可以选用相同型号的补偿导线。(3)

11.可以利用不平衡电桥所产生的电动势补偿因冷端温度变化引起的热电势变化值。(√)

12.热电偶分度表中的热电势值,都是在冷端温度为25℃时给出的。(3)

13.补偿导线和热电偶两接点处温度必须相同。(√)

14.压电式传感器具有良好的高频响应性能。(√)

15. 压电式传感器既可用于动态测量也可用于静态测量。(3)

16. 电荷放大器灵敏度与电缆长度无关,而电压放大器灵敏度与电缆长度有关。(√)

17. 变极距型电容传感器通常用于测量很大的线位移。(3)

18. 变极距型电容传感器灵敏,且输出是本质线性的,因而测量范围大。 (3)

19. 霍尔元件灵敏度越大越好。 (√)

20. 若霍尔元件的磁场和电流同时改变方向,霍尔电势的极性将保持不变。 (√)

t

接线盒1接线盒2

冰瓶采用补偿导线的镍铬-镍硅热电偶测温示意图

21.与简单式(只有一对极板)的变极距型电容传感器相比,差动式结构的灵敏度提高一倍,而线性误差大为减少。(√)

22.凡是能够测量压力或压差的仪表,只要量程合适,皆可测量液位。(√)

23.电容式物位计核心部分一般是变极距型电容传感器。(3)

24.电容式物位计仅限于测量液体的液位。(3)

25.测量固体粉粒的堆积高度可选用电容式物位计。(√)

26.超声波频率越低,衰减就越快。(3)

27.超声波传感器中,无论是发射换能器还是接收换能器都是利用压电效应工作的。(3)28.最常用的超声波传感器探头是压电式换能器。(√)

29.声源尺寸越小,其扩散角也越小。(3)

30.直探头可以发射和接受纵波。(√)

31.测量绝缘体的厚度可以使用电涡流式测厚仪。(3)

32.高频涡流具有趋肤效应。(√)

33.高频反射式涡流传感器的线圈装置仅仅是“实际传感器的一半”,而另一半是被测体。(√)34.在电涡流式传感器的设计和使用中不必考虑被测物的性质和结构。(3)

35.变间隙式自感位移计的灵敏度是常数。(3)

36.差动变压器一次侧励磁电源的频率最高可在达0.1MHz。(3)

37.对于数字仪表而言,指示数字的最后一位数字所代表的值就是它的分辨力。当被测量的变化小于分辨力时,仪表的最后一位数字保持不变。

38.传感器所能测量的最大被测量(输入量)的数值称为测量上限,最小被测量称为测量下限,上限与下限之间的差值,则称为量程。

39.灵敏度是传感器在稳态下输入(出)增量与输出增量的比值。

40.一般可用霍尔传感器测量磁场强度、电流、角位移、功率、转速、开关信号等参数。41.原始的压电陶瓷是一个非压电体,不具有压电效应。为了使压电陶瓷具有压电效应,就必须进行极化处理。

42.光电池是利用内光电效应制成的光电元器件。

43.压电效应即在电介质的极化方向施加交变电场,它会产生机械变形。当去掉外加电场,电介质变形随之消失的现象。

44.常用的接近开关有电涡流式、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式、超声波式等。

45.石英晶体的压电系数比压电陶瓷的大得多,所以采用石英晶一般体采用石英晶体制作标准力传感器。

46.采用高分子压电薄膜振动感应片,可制成玻璃破碎报警装置。

47.霍尔集成传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器。

第九章光电传感器

一、填空题

1.位移量可分为角位移和线位移两种。相应地,速度亦可分为角速度和线速度。

2.光栅传感器的光栅包括_主_光栅和指示光栅,当两光栅相对平移为一个栅距W时,莫尔条纹将

垂直位移一个莫尔条纹节距。

3.光栅按其原理和用途不同,可分为物理光栅和计量光栅。

4.计量光栅中长用于测量长度,圆用于测量角度。

5.光栅传感器是由光源、光栅副和光敏元件所组成的。

6.在光栅传感器中,采用电子细分技术的目的是:提高测量精度

7.4位二进制码0101所对应的循环码是_0111_。

8.直射式光电式转速计通过调制盘可将被测转速的变化转换成光通量的变化,再通过_光电_元

件将光通量的变化转换成电量的变化,从而测知转速。

9.光电管、光敏电阻和光电池分别是依据_外_光电效应、_内_光电效应和光生伏特效应制成的。

10.光敏电阻的亮电阻和暗电阻相差悬殊,同一光敏电阻元件的暗电阻通常是亮电阻的102_~_107

倍。

11.在光线作用下能电子逸出表面的现象称为外光电效应,基于外光电效应的光电元件有光

电管、光电倍增管等。

12.光敏晶闸管的特点:工作电压很高,有的可达数百伏,光电流比光敏三极管大得多,因此输

出功率很大。

13.人体温度(36℃~37℃)发出的红外线波长为9 μm~10 μm。

14.光敏电阻是一种利用内光电效应制成的光电元件。它具有精度高、体积小、性能稳定、价

格低等特点,所以被广泛应用在自动化技术中作为开关式光电信号传感元件。

15.根据内光电效应制成的光电元器件有光敏二极、光敏三极管、光敏晶体管和半

导体光敏电阻等。

16.光敏二极管在测光电路中应处于反偏偏置状态,而光电池通常处于正偏偏置状态。

在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应。在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的物理现象称为外光电效应。

17.光电开关是用来检测物体的靠近、通过等状态的光电传感器。它把发射端和接收端之间

转化为电流的变化以达到探测的目的。

二、判断题

1、光栅是一种光电式检测装置,它利用光学原理将机械位移变换成光学信息,并应用光电效应将其转换为电信号输出。(√)

2、光栅测量中,标尺光栅(即主光栅)与指示光栅应配套使用,它们的线纹密度必须相同。(√)

3、选用光栅尺时,其测量长度要略低于工作台最大行程。(3)

4、光栅的线纹相交在一个微小的夹角,由于档光效应或光的衍射,在与光栅线纹大致平行的方向上产生明暗相间的条纹,这就是“莫尔条纹”。(3)

5、利用莫尔条纹,光栅能把其栅距变换成放大了若干倍的莫尔条纹节距。(√)

6、莫尔条纹的移动与两光栅尺的相对移动有一定的对应关系,当两光栅尺每相对移动一个栅距时,莫尔条纹便相应地移动一个莫尔条纹节距。(√)

7、由于莫尔条纹由许多条线纹共同干涉形成的,所以它对光栅的栅距误差有平均作用,因而可以削除个别光栅栅距不均匀对测量所造成的影响。(√)

8、光电池是类似于普通干电池的恒压源。(3)

9、光敏电阻的亮电阻通常不超过1kΩ,而暗电阻总在MΩ欧级以上。(√)

10、二进制码和循环码都是有权码。(3)

11、直射型光电转速计的调制盘上孔数越多,测速精度就越高,可测转速量程下限就越小。(√)

12、循环码的特点是任何两个相邻码值只有一位不同。(√)

13、循环码盘比之二进制码盘,其优越性主要体现在可以消除非单值性测量误差。(√)

三、选择题

1.光栅相邻两线纹之间的距离称为(A)

A 栅距W

B 栅线密度K

C 光栅分辩率

2.已知光栅的栅线密度为100条/mm,若主光栅与指示光栅的相对倾角θ=0.1o,则莫尔条纹的节

距B H为(A)。

A 5.73mm

B 0.1mm

C 10mm

D 0.01mm

3.光电转速计属于(A)式转速计。

A 计数

B 模拟

C 同步

D 偏差

4.下列电路图形符号中(B)表示光敏三极管。

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5.一个直线光栅,每毫米刻度线为50线,采用四细分技术,则该光栅的分辨力为: A

A、5μm;

B、50μm;

C、4μm

D、20μm。

6.在光栅传感器中,采用电子细分技术的目的是: B

A、提高测量灵敏度、

B、提高测量精度、

C、提高测量速度、

D、提高测量可靠性。

7.温度上升,光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流 A 。

A 、上升;

B 、下降;

C 、不变。

8.在光线作用下,半导体的电导率增加的现象属于 B :

A、外光电效应;

B、内光电效应;

C、光电发射;

D、光导效应。

9.光敏电阻又称光导管,是一种均质半导体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积

小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。光敏电阻的工作原理是基于 C 。

A外光电效应;B、光生伏特效应;C、内光电效应;D、压电效应。

10.光电管和光电倍增管的特性主要取决于 A :

A、阴极材料;

B、阳极材料;

C、纯金属阴极材料;

D、玻璃壳材料

11.人造卫星的光电池板利用了 A ;。

A 、光电效应;

B 、光化学效应;

C 、光热效应;

D 、感光效应。

12.检测不同颜色的光,需要选用 C 的光电管。

A、同一型号,灵敏度不同;

B、额定电压不同;

C、光电阴极材料不同;

D、光谱特性不同。

13.数字式位置传感器不能用于 A 的测量。

A、机床刀具的位移;B 、机械手的旋转角度;C、人体步行速度;D、机床的位置控制

14.蓝光的波长比红光 B 。

A、长;B 、短;C 、大; D 、小。

15.有一只 2048 p / r 增量式角编码器,光敏元件在 30 秒内连续输出了 204800 个脉冲。则该

编码器转轴的转速为 D 。

A .204800r/min B.60 * 204800 r/min C .( 100/30 ) r/min D .200 r/min

16.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

四、计算

1、有一增量式光电编码器,其参数为1024P/r,采用四细分技术,编码器与丝杠同轴连接,丝杠螺距t=2mm,当丝杠基准位置开始旋转,在0.5S时间里,光电编码器后续的细分电路共产生4*51456个脉冲。计算:

1)丝杠共转过多少圈又多少度?

2)丝杠的平均转速为多少?

3)螺母从基准位置移动了多少毫米?

4)螺母移动的平均速度为多少?

5)计算细分前、后的分辨力各为多少度?

2、某光栅传感器,刻线数为100线/mm,没细分时测得摩尔条纹数为800,试计算光栅位移是多少

毫米?若经四倍细分后,记数脉冲仍为800。则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少?

3、某光电开关电路如图a所示,VD1输出特性如图所示,史密特型反相器CD40106的输出特性如图b所示,请分析填空。

1)、当无光照时,VD1(导通/截止),IΦ为,U o为电平。设V1的U be =

0.7V,则I b约为mA,设V1的β= 100,继电器K的线圈直流电阻为100Ω,则集电

极饱和电流I cs为mA。若K的额定工作电流为45mA,则K处于(吸合/释放)状态。

2)、若光照增强,从图b可以看出,当Ui (大/小)于V时,史密特反相器翻转,U o跳变为电平,K 。设R L = 10kΩ,此时IΦ应(大/小)于mA。

3)、若希望在光照度很小的情况下K动作,R L应(变大/变小)。调节R P能改变,此时应将R P往(上/下)调。

4)、图中的R2起作用,VD2起保护作用,保护V1在K突然失电时不致被继电器线圈的反向感应电动势所击穿,因此VD2又称为二极管。

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4.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:

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当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止?

二极管是一个什么器件,在电路中起到什么作用?

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。

6、电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD 电荷耦合器压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变压器热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器热电偶红外传感器色敏传感器

正确选择以上传感器填入以下空内:

1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、差动变压器、电阻传感器;

2.可以完成温度测量的有热电偶、热敏电阻;热释电;

3.半导体式传感器是磁敏、霍尔元件、气敏传感器、压阻传感器;

4.光电传感器有光电耦合器、色敏传感器、光纤传感器、光电二极管;

5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、磁敏晶体管;

6.进行振动(或加速度)测量的传感器磁电传感器、压电传感器;

7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、红外传感器;

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