測試技術(shù)與信息處理--第2章 習(xí)題與答案

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1、一、判斷題(本題共10分，對則打“√”，不對則打“×”) 1．壓電傳感器的電壓靈敏度及電荷靈敏度不受外電路的影響。 ( ) 2．將傳感器做成差動式可以提高靈敏度、改善非線性、實現(xiàn)某些補償。 ( ) 3．壓電式傳感器在后接電荷放大器時，可基本消除電纜電容的影響，而且可以實現(xiàn)對變化緩慢的被測量的測量。 ( ) 4．只要保證兩組相對橋臂阻抗大小之積相等這一條件，就可使直流電橋及交流電橋達到平衡。

2、 ( ) 5．磁電式傳感器由于存在運動部分，因此不能用于高頻測量。 ( ) 6．測量小應(yīng)變時，應(yīng)選用靈敏度高的金屬應(yīng)變片；測量大應(yīng)變時，應(yīng)選用靈敏度低的半導(dǎo)體應(yīng)變片。 ( ) 7．由于霍爾式傳感器輸出的霍爾電勢與控制電流及所處的磁場強度的乘積成正比，因此可用作乘法器。

3、 ( ) 8．壓電式傳感器的電荷靈敏度與外電路（連接電纜、前置放大器）無關(guān)，電壓靈敏度則受外電路的影響。 ( ) 9．用差動變壓器式電感傳感器測量位移時，直接根據(jù)其輸出就能辨別被測位移的正負極性。 ( ) 10．半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度比金屬應(yīng)變片高，線性和穩(wěn)定性也比后者好。 ( ) 11．差動螺管式自感傳感器與差動變壓器式互感傳感器的結(jié)構(gòu)相似，都是把被測位移的變化轉(zhuǎn)換成輸

4、出電壓的變化。 ( ) 12．由于線圈可以做得比較輕巧，因此動圈式磁電傳感器可以用來測量變化比較快的被測量，而動鐵式磁電傳感器則不能。 ( ) 13．壓電式傳感器的電荷靈敏度只取決于壓電材料本身，而電壓靈敏度則還與外電路的電氣特性有關(guān)。 ( ) 14．測量小應(yīng)變時，

5、應(yīng)選用金屬絲應(yīng)變片，測量大應(yīng)變時，應(yīng)選用半導(dǎo)體應(yīng)變片。 ( ) 15．測量小應(yīng)變時，應(yīng)選用靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片，測量大應(yīng)變時，應(yīng)選用靈敏度低的半導(dǎo)體應(yīng)變片。 ( ) 16．作為溫度補償?shù)膽?yīng)變片應(yīng)和工作應(yīng)變片作相鄰橋臂且分別貼在與被測試件相同的置于同一溫度場的材料上。 ( ) 17．交流電橋可測靜態(tài)應(yīng)變，也可測動態(tài)應(yīng)變。

6、 ( ) 18．電荷放大器使壓電加速度計輸出的電荷量得到放大，由此而得電荷放大器的名稱。( ) 19．由于存在橫向效應(yīng)，所以用金屬絲應(yīng)變片單獨測定橫向應(yīng)變時，其靈敏度比測定縱向應(yīng)變要低。 ( ) 20．接觸式測溫是基于熱平衡原理進行的，非接觸式測溫是基于熱輻射原理進行的。 ( ) 21．同一材料構(gòu)成的熱電偶，即使兩端點溫度不等，也不會形成熱電勢。 ( ) 22．壓電式傳感器與電壓放大器

7、配合使用時，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。 ( ) 二、填空 1．某些傳感器常做成差動式使用，其優(yōu)點是（ 提高靈敏度 ），（ 改善非線性 ）和（ 實現(xiàn)某些補償 ）。 2．壓電式傳感器的后面可連接兩種測量電路，它們是（ 電壓放大器 ），（ 電荷放大器 ）。 3．金屬應(yīng)變片是基于材料的（ 應(yīng)變 ）效應(yīng)工作的，半導(dǎo)體應(yīng)變片是基于材料的（ 壓阻 ）效應(yīng)工作的，壓電傳感器是基于材料的（ 壓電 ）效應(yīng)工作的。 4．屬于結(jié)構(gòu)型傳感器的有（ 電感傳感器 ）、（ 磁電傳感器 ）等，屬于物性型傳感器的有（ 壓電傳感器 ）、（ 霍爾傳感器等 ）。 5．出于負載效應(yīng)的考慮，壓電式加速度計的質(zhì)量應(yīng)

8、盡可能地（ 小 ）。 6．光柵傳感器具有（ 平均 ）作用，它可基本上消除柵線刻劃誤差的影響。 7．差動變壓器式傳感器是將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成線圈（ 互感系數(shù) ）的變化，通常兩個次級線圈要求（ 反串 ）連接。 8．用電容式傳感器測量液位、薄膜厚度等參數(shù)時，其型式屬于（ 變介質(zhì) ）。 9．壓電效應(yīng)有四種：（ 縱向壓電效應(yīng) ）、（ 橫向壓電效應(yīng) ）、（ 切向壓電效應(yīng) ）、（ 逆壓電效應(yīng) ）。 10．熱電偶是基于某些金屬或半導(dǎo)體材料的（ 熱電 ）效應(yīng)工作的。 11．傳感器的作用是（ 感受被測量并將其轉(zhuǎn)換成便于進一步處理的電量或電參數(shù) ），它通常由（ 敏感元件 ）元件和（ 轉(zhuǎn)換元件 ）元件

9、兩部分組成。 12．在各種型式的電容傳感器中，以（ 變間隙 ）型電容傳感器的靈敏度最高。 13．光電元件是基于半導(dǎo)體材料的（ 光電效應(yīng) ）效應(yīng)工作的。 14．壓電式傳感器在后接（ 電壓 ）放大器時，由于電路存在比較明顯的放電效應(yīng)，因此不能對緩慢變化的被測量進行測量。 15．將被測量的變化轉(zhuǎn)換成敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化的傳感器稱為（ 結(jié)構(gòu) ）型傳感器，利用敏感元件材料物理性質(zhì)的某一特點工作的傳感器稱為（ 物性 ）型傳感器。 三、選擇正確的答案填空。（10分） 1．半導(dǎo)體應(yīng)變片是基于材料的（ ）工作的。 A．應(yīng)變效應(yīng) B．壓阻效

10、應(yīng) C．熱電效應(yīng) D．壓電效應(yīng) 2．電容傳感器中靈敏度最高的是（ ）。 A．極距變化型 B．面積變化型 C．介質(zhì)變化型 3．為提高應(yīng)變電橋的靈敏度，可采?。? ）。 A．半橋雙臂各串聯(lián)一片電阻應(yīng)變片； B．半橋雙臂各并聯(lián)一片電阻應(yīng)變片； C．適當提高供橋電源的電壓； D．增加應(yīng)變片的電阻值。 4．（ ）傳感器屬于根據(jù)敏感元件材料本身的物理性質(zhì)變化而工作的物性型傳感器。 A．電感式 B．電容式 C．

11、磁電式 D．壓電式 5．在電容傳感器的測量電路中，（ ）可以使輸出電壓的幅值與傳感器極板間隙成正比。 A．交流電橋 B．調(diào)頻電路 C．運算式電路 6．電阻應(yīng)變片的靈敏度定義為（ ）。 A．應(yīng)變片的電阻變化與應(yīng)變之比； B．應(yīng)變片電阻的相對變化與應(yīng)變之比； C．應(yīng)變片的電阻變化與形變之比； D．應(yīng)變片電阻的相對變化與形變之比。 7．可以實現(xiàn)非接觸測量的傳感器是（ ）。 A．差動變壓器 B．壓電傳感器 C．

12、變阻器式傳感器 D．渦流式傳感器 8．下述參量的測量屬于間接測量法的是（ ）。 A．用天平測量物體質(zhì)量； B．用彈簧秤稱物體重量； C．聲級計測聲強級； D．線圈靶測速。 9．磁感應(yīng)測速傳感器中的速度線圈之所以用兩個線圈串聯(lián)而成，其作用主要為（ ）。 A．提高傳感器的靈敏度及改善線性； B．提高傳感器的靈敏度及改善頻響特性； C．改善傳感器的頻響特性及補償永久磁鐵在線圈鐵心垂直方向上的微小跳動對感應(yīng)電動勢的影響； D．提高傳感器的靈敏度及補償永久磁鐵在線圈鐵心垂直方向上的微小跳

13、動對感應(yīng)電動勢的影響； 10．壓電式加速度計測量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（ ）。 A．壓電測壓傳感器的力學(xué)系統(tǒng)的頻率特性； B．壓電晶體的電路特性； C．測量電路的時間常數(shù)； D．放大器的時間常數(shù)。 11．壓電加速度測量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（ ）。 A．加速度力學(xué)系統(tǒng)的頻率特性； B．壓電晶體的電路特性； C．測量電路的時間常數(shù)。 12．在光作用下，使物體的內(nèi)部產(chǎn)生定向電動勢的現(xiàn)象，稱（ ）效應(yīng)。 A．內(nèi)光電； B．外光電； C．熱電；

14、 D．阻擋層光電 13．（ ）傳感器是根據(jù)敏感元件材料本身的物理性質(zhì)變化而工作的。 A．差動變壓器式； B．變間隙電容式； C．變阻器式； D．電壓式 14．半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片在測量某一構(gòu)件應(yīng)變時，其電阻的相對變化主要是由（ ）引起。 A．半導(dǎo)體電阻率的變化； B．半導(dǎo)體幾何尺寸的變化； C．貼片位置的溫度變化； D．供橋電源的變化。 15．壓電式加速度計測量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（ ）。 A．加速度計力學(xué)

15、系統(tǒng)的頻率特性； B．壓電晶體的電路特性； C．測量電路的時間常數(shù)。 16．壓電式加速度傳感器的阻尼率一般為（ ）。 A．β>1； B．0.707<β<1； C．β=0.707； D．β<<0.707。 17．金屬絲應(yīng)變片在測量某一構(gòu)件的應(yīng)變時，其電阻的相對變化主要由（ ）引起的。 A．貼片位置的溫度變化； B．電阻絲幾何尺寸的變化； C．電阻材料的電阻率的變化。 18．壓電式傳感器最好采用電荷放大器的原因是（ ）

16、。 A．使放大器的增益增大； B．非線性失真小； C．可忽略導(dǎo)線電容和分布電容； D．頻率特性特別好。 19．半導(dǎo)體應(yīng)變片在測量某一構(gòu)件應(yīng)變時，其電阻相對變化是由（ ）來決定的。 A．變形； B．電阻率的變化； C．彈性模量的變化； D．泊松比的變化。 20．（ ）傳感器是根據(jù)敏感元件材料本身的物理性質(zhì)變化而工作的。 A．差動變壓器式； B．變間隙電容式； C．變阻器式；

17、 D．電壓式。 21．半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片在測量某一構(gòu)件應(yīng)變時，其電阻的相對變化主要是由（ ）引起。 A．半導(dǎo)體電阻率的變化； B．半導(dǎo)體幾何尺寸的變化； C．貼片位置的溫度變化； D．供橋電源的變化 22．壓電式傳感器與一般電壓放大器連接使用時，中間要加一級前置放大器，其主要作用是（ ）。 A．獲得高的放大倍數(shù)； B．實現(xiàn)高阻抗輸入、低阻抗輸出的變換； C．實現(xiàn)低阻抗輸入、高阻抗輸出的變換。 四、簡要回答下列問題。 1. 什么是壓電效應(yīng)？具體有哪幾種壓電效應(yīng)？試畫出壓電傳感器完整的等效

18、電路，說明電路中各符號所表示的參數(shù)。壓電傳感器后接的測量電路有哪兩種？各有何特點？ 答： 某些物質(zhì)當受到外力作用時，其某些表面上會產(chǎn)生電荷。當外力去掉時，又回到原來的狀態(tài)，物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為壓電效應(yīng)。若將這類物質(zhì)置于電場下，其幾何尺寸也會發(fā)生變化，稱為逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)。 壓電效應(yīng)有四種：縱向壓電效應(yīng)、橫向壓電效應(yīng)、切向壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)。 壓電傳感器完整的等效電路如下圖所示。 2．磁電式速度傳感器中，速度線圈采取上下兩繞組相串聯(lián)的目的是什么 ？磁頭件與被測物體固緊時有何要求？ 答案： 1) 串聯(lián)的作用： ①使兩線圈的輸出疊加，提高系統(tǒng)靈敏度； ②當永磁體有彈跳時，保

19、證其與兩線圈的距離和相等，可以消除彈跳引起的誤差。 2)固緊要求： ①連接件的質(zhì)量要小，剛度要大； ②固緊剛度要大。 目的：提高系統(tǒng)固有頻率。 3．壓電測壓傳感器與電壓放大器相接時，為能測量靜態(tài)壓力信號（防止靜電泄漏），從放大器本身出發(fā)應(yīng)采取哪些措施？ 答案：為防止靜電泄露要做到： ①放大器本身的輸入阻抗要很高在10″Ω以上，一般采用MOS型場效應(yīng)管。 ②輸出阻抗要小，以達到阻抗變換的目的，一般采用射極輸出。 ③為防止電纜電容的影響，可以將放大器小型化，裝入傳感器之中。 ④輸入電容要小，以提高靈敏度。 4．應(yīng)變筒式測壓傳感器與應(yīng)變管式測壓傳感器主要有哪些區(qū)別？（6分）

20、答案： 筒式應(yīng)變測壓傳感器的彈性元件是一只鉆了肓孔的圓筒內(nèi)部裝有測壓油。當有壓力作用時，應(yīng)變片感受筒的周向應(yīng)變。 管式應(yīng)變測壓傳感器的彈性元件是一只應(yīng)變管，它感受活塞上加載的集中應(yīng)力、發(fā)生徑向形變，應(yīng)變片貼于徑向上。這種傳感器的固有頻率的筒式的高。 1．某電容測微儀的傳感器為變間隙式電容傳感器，其圓形極板半徑，工作初始間隙，問： (1) 工作時，如果傳感器的間隙變化，那么傳感器電容量變化多少？ (2) 如果測量電路的靈敏度，記錄儀的靈敏度為，當間隙變化時，記錄儀的指示變化多少？ 解： (1) 變間隙式電容傳感器電容量的變化為 (2) 根據(jù)⑴的結(jié)論，有 2．下圖

21、為一多極板平板電容器（各極板電容并聯(lián)），極板之間的有效作用區(qū)域為正方形，邊長，極板初始間距。若用此傳感器測量位移，試求此傳感器的靈敏度（），畫出傳感器的輸入輸出特性曲線（極板間為空氣，）。 解： 本傳感器可看成是三對相同的極板所構(gòu)成的平板電容器的并聯(lián)。總電容量為 （為極板間距） 當被測位移使在附近變化時，傳感器的靈敏度近似為 傳感器的輸入輸出特性曲線如下圖所示。 3．（4分）以阻值，靈敏度的電阻絲應(yīng)變片與阻值為的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻無窮大，當應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?000時，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓。 解：單臂： V （2分） 雙臂： V （2分） 4．電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r=4mm，工作初始極板間距離δ0=0.3mm，介質(zhì)為空氣。問: ① 如果極板間距離變化量Δδ=±lμm，電容的變化量ΔC是多少? ② 如果測量電路的靈敏度S1=100mv/pF,讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV，在Δδ= ±1μm時，讀數(shù)儀表的變化量為多少? 解