《检测与传感技术练习题及解答学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测与传感技术练习题及解答学习教案.pptx（26页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1检测与传感技术检测与传感技术(jsh)练习题及解答练习题及解答第一页，共26页。一、电阻一、电阻(dinz)式式传感器传感器1 1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？制成应变片？制成应变片？制成应变片？解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺解：金属的电阻应变效应是指当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。寸
2、发生变化时，其电阻也发生相应的变化。寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上，当弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数作用时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴作用时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴作用时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴作用时，弹性敏感元件产生应变，再通过粘贴在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。在上面的电阻应
3、变片将其转换成电阻的变化。在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。通常，它主要通常，它主要通常，它主要通常，它主要(zh(zh yo)yo)由敏感元件、基底、引由敏感元件、基底、引由敏感元件、基底、引由敏感元件、基底、引线和覆盖层等组成，其核心元件是电阻应变片线和覆盖层等组成，其核心元件是电阻应变片线和覆盖层等组成，其核心元件是电阻应变片线和覆盖层等组成，其核心元件是电阻应变片（敏感元件），主要（敏感元件），主要（敏感元件），主要（敏感元件），主要(zh(zh yo)yo)作用是实现应变作用是实现应变作用是实现应变作用是实现应变电阻的变换。电阻的变换。电
4、阻的变换。电阻的变换。第1页/共25页第二页，共26页。2 2、两金属应变片、两金属应变片R1R1和和R2R2阻值均为阻值均为120120，灵敏系数，灵敏系数K=2K=2；两应变片一受拉，另一受压，；两应变片一受拉，另一受压，应变均为应变均为800800。两者接入差动直流电桥，电源电压。两者接入差动直流电桥，电源电压(diny)U=6V(diny)U=6V。求：（求：（1 1）RR和和R/RR/R；（；（2 2）电桥输出电压）电桥输出电压(diny)UO(diny)UO。已知条件：已知条件：（1 1）R1=R2=120R1=R2=120，（2 2）灵敏系数）灵敏系数（3 3）轴向应变）轴向应变
5、（4 4）电源电压）电源电压(diny)U=6V(diny)U=6V解：由上述公式可知解：由上述公式可知 R1R3R4R2U=6VUOAB+第2页/共25页第三页，共26页。3 3、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120120的金属应变片的金属应变片R1R1和和R2R2，把这两个应变片接入差动电桥如右图。若钢的泊松，把这两个应变片接入差动电桥如右图。若钢的泊松系数系数 0.2850.285，应变片的灵敏系数，应变片的灵敏系数k k2 2，电桥电源电压，电桥电源电压U U2V2V，当试件受，当试件受轴向拉伸
6、轴向拉伸(l shn)(l shn)时，测得应变片时，测得应变片R1 R1 的电阻变化值的电阻变化值 ，试求电桥的，试求电桥的输出电压输出电压U0U0。解：有轴向形变和径向形变，是半桥双臂，解：有轴向形变和径向形变，是半桥双臂，所以所以第3页/共25页第四页，共26页。4、金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同(b tn)？解：金属应变片主要由几何尺寸的形变决定，其电阻率的变化很小，忽略不计；半导体应变片是基于压阻效应，由电阻率的变化决定。第4页/共25页第五页，共26页。二、电容式传感器作业二、电容式传感器作业(zuy)1 1、上图为变介电常数式电容传感器、上图为变介电常数式电容传感器
7、 ，其中，其中 若有若有 ：（1 1）（2 2）（3 3）并如何设计成差动式？）并如何设计成差动式？解：解：并有并有 所以所以(su(su y y)：进而可知：进而可知：差动式的设计如下：差动式的设计如下：2 1CA CBxlxd2d12 1CA CBlx+xd2d1x+x2 1xld2lx第5页/共25页第六页，共26页。2 2、如图，、如图，C1C1与与C2C2是两个差动式传感器的两个电容，是两个差动式传感器的两个电容，A1A1、A2A2是电压两个比较器，是电压两个比较器，UrUr是参考是参考(cnk(cnk o)o)电压，电源电压，电源电压为电压为U U，设接通电源时，设接通电源时，QQ
8、为高电平。试作图分析为高电平。试作图分析uAuA、uBuB、uABuAB、UFUF、UGUG的电压波形图（分的电压波形图（分C1=C2C1=C2与与C1=C2C1=C2两种情况）两种情况）解：先解：先A A高，对高，对C1C1充电，充电，当当UFUrUFUr时翻转，于是时翻转，于是A A低，低，C1C1放电。放电。B B与与A A相反。相反。图略图略双稳态触发器A1A2UrQ A R1Q B R2VD1VD1C1C2uABFG第6页/共25页第七页，共26页。3 3、如右图（、如右图（1 1、3 3为固定极，为固定极，2 2为可动极板）所示电容式传感为可动极板）所示电容式传感器，其可动极筒外径
9、为器，其可动极筒外径为9.8mm9.8mm，定极内径为，定极内径为10mm10mm，上下，上下遮盖长度各为遮盖长度各为1mm1mm，试求两个电容值？当供电频率为，试求两个电容值？当供电频率为60KHz60KHz时，求它们时，求它们(t men)(t men)的容抗值？的容抗值？解：解：容抗值容抗值第7页/共25页第八页，共26页。4 4如右图（如右图（1 1为固定极，为固定极，2 2为可动极板）所示的电容式传感器，为可动极板）所示的电容式传感器，极板宽度极板宽度b b4mm4mm，间隙，极板间介质，间隙，极板间介质(jizh)(jizh)为空气，试为空气，试求其静态灵敏度。若动极板移动求其静态
10、灵敏度。若动极板移动2mm2mm，求其电容变量。，求其电容变量。解：解：第8页/共25页第九页，共26页。三、电感式传感器三、电感式传感器n n某螺管型差动式自感传感器（如右图，某螺管型差动式自感传感器（如右图，1 1、4 4为圆盖，为圆盖，2 2为磁筒，为磁筒，3 3为为磁心）的结构参数为磁心）的结构参数为NN800800匝，匝，h h10mm10mm、t t6mm6mm、2mm2mm（磁心（磁心直径）、直径）、10mm10mm（螺管线圈（螺管线圈(xinqun)(xinqun)内径），并设内径），并设 1.301.30，（1 1）试求在平衡状态下单个线圈）试求在平衡状态下单个线圈(xinq
11、un)(xinqun)的电感量的电感量 =?=?（2 2）若）若将其接入变压器电路，电桥变压器二次侧电源频率为将其接入变压器电路，电桥变压器二次侧电源频率为10000Hz10000Hz，u/2u/20.9V0.9V，设电感线圈，设电感线圈(xinqun)(xinqun)有效电阻可以忽略，求该传感器的有效电阻可以忽略，求该传感器的灵敏系数灵敏系数？解:(1)第9页/共25页第十页，共26页。n n(2)实质(shzh)为调相电路11总灵敏度：总灵敏度：当铁芯发生当铁芯发生(fshng)(fshng)位移后：位移后：即即第10页/共25页第十一页，共26页。五、热电偶传感器五、热电偶传感器1 1、
12、将一灵敏度为、将一灵敏度为0.08mV/0.08mV/的热电偶与电压表相连接，电的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是压表接线端是5050，若电位计上读数为，若电位计上读数为60mV60mV，热电偶的，热电偶的热端温度是多少？热端温度是多少？解：冷端温度为解：冷端温度为5050，等效热电势：，等效热电势：0.08mV/0.08mV/*50*50=4mV=4mV；热端实际热电势为：热端实际热电势为：E E（t,t,toto）=E=E（t,t1t,t1）+E+E（t1,t1,toto）60604 464mV64mV，可以计算可以计算(j sun)(j sun)出热端实际温度为：出热端实际温度为：6
13、4mV/0.08mV/64mV/0.08mV/=800=800或者：或者：60600.08x0.08x（T-50T-50）,则则T=800T=800第11页/共25页第十二页，共26页。2、欲测量变化迅速的200的温度应选用何种传感器？测1500的高温度又应选用何种传感器？（不考虑测量精度与线性度的要求）解：测200选择(xunz)热敏电阻或者薄膜热电偶；测1500选择(xunz)铂铑30-铂铑6热电偶。第12页/共25页第十三页，共26页。3、为什么在实际应用中要对热电偶进行冷端补偿？解：因为热电偶输出的热电势是相对于冷端温度(wnd)的相对温度(wnd)，如果测量热端的绝对温度(wnd)，
14、则必须要知道冷端的温度(wnd)，或者冷端的等效热电势是多少。第13页/共25页第十四页，共26页。六、光电式传感器六、光电式传感器：1 根据根据P90，图，图3.73（b）选择，）选择，当光源波长当光源波长 =0.8 0.9 m 时宜采用那种光敏晶体管作测时宜采用那种光敏晶体管作测量元件？为什么？量元件？为什么？解：选用硅材料做光电器件。根解：选用硅材料做光电器件。根据光谱据光谱(gungp)特性，此处特性，此处硅相对灵敏度高。硅相对灵敏度高。第14页/共25页第十五页，共26页。2 试用光敏三极管控制以及直流电磁继电器设计一个电灯控制电路的原理图。（逻辑(lu j)：没有光照时，电灯亮）(
15、a)(b)(c)其中，VO端接(dun ji)电磁继电器，控制电灯。第15页/共25页第十六页，共26页。3 3、解释、解释CCDCCD势阱的概念，论述势阱的概念，论述CCDCCD的电荷转移过程。的电荷转移过程。解：从半导体的原理解：从半导体的原理(yunl(yunl)可知可知,当在金属电极上施加一正电压当在金属电极上施加一正电压时，在电场的作用下，电极下面的时，在电场的作用下，电极下面的P P型硅区里的空穴将被赶型硅区里的空穴将被赶尽，从而在表面附近形成一个带负电荷的耗尽区。也就是说，尽，从而在表面附近形成一个带负电荷的耗尽区。也就是说，对带负电的电子而言，这个耗尽区是一个势能很低的区域，对
16、带负电的电子而言，这个耗尽区是一个势能很低的区域，成为电子的势阱，简称为成为电子的势阱，简称为“势阱势阱”，这是蓄积电荷的场所。表，这是蓄积电荷的场所。表面势阱的深度，近似地与极板上所加的电压成正比。面势阱的深度，近似地与极板上所加的电压成正比。电荷转移过程详见课件中电荷转移过程详见课件中t=t1t=t1、t=t2t=t2、t=t3t=t3、t=t4t=t4四个时刻的四个时刻的电荷转移过程（略）。电荷转移过程（略）。第16页/共25页第十七页，共26页。七、霍尔传感器七、霍尔传感器 某霍尔元件某霍尔元件l l、b b、d d尺寸分别为尺寸分别为1.0cm x 0.35cm x 0.lcm1.0
17、cm x 0.35cm x 0.lcm，沿，沿l l方向方向(fngxing)(fngxing)通以电流通以电流I=1.0mAI=1.0mA，在垂直，在垂直lb lb面方向面方向(fngxing)(fngxing)加有均匀磁加有均匀磁场场B=0.3TB=0.3T，传感器的灵敏度系数为，传感器的灵敏度系数为22V/A.T22V/A.T，试求其输出霍尔电动势，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。及载流子浓度。解：解：第17页/共25页第十八页，共26页。八、光纤传感器八、光纤传感器1、求光纤n0=1、n1=1.46、n2=1.45的NA值，以及(yj)最大入射角c=？解：第18页/共25页第十九页，
18、共26页。2、光纤传感器有哪几种调制方式？解：强度调制、相位(xingwi)调制、频率调制3、光纤的数值孔径NA的物理意义是什么？NA的取值大小有什么作用？解：NA=n0sinc，NA值越大，说明最大入射角度越大，入射的光越多（集光能力强）。第19页/共25页第二十页，共26页。4 4、说明弯头型光纤传感器的工作原理。、说明弯头型光纤传感器的工作原理。解：如图所示解：如图所示 工作过程：工作过程：锯齿板受外力作用锯齿板受外力作用产生位移使中间的裸光产生位移使中间的裸光纤微弯曲纤微弯曲在微弯处使光束以小于临界角的角度入在微弯处使光束以小于临界角的角度入射到界面射到界面(jimin)(jimin)
19、，会有部分光逸出纤芯而散射，会有部分光逸出纤芯而散射入包层，引起光强调制。锯齿板位移较小时，光入包层，引起光强调制。锯齿板位移较小时，光纤中光强的变化与位移量是呈线性关系的。纤中光强的变化与位移量是呈线性关系的。第20页/共25页第二十一页，共26页。九、超声波传感器九、超声波传感器1 1、解释多普勒效应。已知多普勒超声波流量计的发射波、解释多普勒效应。已知多普勒超声波流量计的发射波频率为频率为5MHz5MHz，传感器角度为，传感器角度为6060度，液体中声速为度，液体中声速为1500m/S1500m/S，多普勒频移为，多普勒频移为6MHz6MHz。求流体。求流体(lit(lit)流速流速v
20、v。解：在声源和接受器之间存在相对运动的情况下，所接解：在声源和接受器之间存在相对运动的情况下，所接受到的声信号频率与声源频率有差别，即：多普勒效受到的声信号频率与声源频率有差别，即：多普勒效应。应。第21页/共25页第二十二页，共26页。2 2、比较、比较AEAE传感器与超声波探伤仪工作原理的异同点。传感器与超声波探伤仪工作原理的异同点。解：解：AEAE传感器原理：金属材料在损伤前会发生微弱超传感器原理：金属材料在损伤前会发生微弱超声波，即：声波，即：AEAE现象。特点：只收不发；现象。特点：只收不发；超声波探伤仪是利用一对探头，一收一发超声波探伤仪是利用一对探头，一收一发(yf)(yf)。有伤。有伤时，将影响收到的超声波的强度。时，将影响收到的超声波的强度。第22页/共25页第二十三页，共26页。3、解释(jish)超声波发射、接收探头的工作原理与压电效应和逆压电效应之间的关系。解：超声波发射、接收探头工作原理：（1）发射探头：利用压电材料的逆压电效应将高频电信号转换成高频机械振动，产生超声波。（2）接收探头：利用压电材料的压电效应将超声波产生的高频机械振动，转换成高频电信号。第23页/共25页第二十四页，共26页。The end第24页/共25页第二十五页，共26页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第25页/共25页第二十六页，共26页。