2025年传感与检测技术复习题与解答.pdf

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,求幅值误差2%以内的使用频率范0围。?为什么电压灵敏度与电缆长度有关?而电荷灵敏度与之无关??压电式传感器为什么不适宜对静态力的测量?答:压电式传感器的内阻很高,输出电信号很微弱,通常把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中,经过阻抗变换后,方可输入到后续显示仪表中。因此前置放大器有两个作用:①把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出;②把传感器的微弱信号进行放大。利用压电式传感器测量静态或准静态量值时,必须采取一定的措施,使电荷从压电晶片上经测量电路的漏失减小到足够小程度。因此要求测量电路的前级输入端要有足够高(理论上要求无穷大)的阻抗,才能防止电荷迅速泄漏而使测量误差变大。而实际的放大器的输入阻抗总是有限的。在动态力作用下,电荷可以得到不断补充,可以供给测量电路一定的电流,故压电传感器适宜作动态测量。,已知:加速度灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度时相应的输出电压幅值为2V,:..博学之,审问之,慎思之,明辨之,笃行之。——《礼记》试求该机器的振动加速度。解:测试系统框图如下:根据测试系统灵敏度,其输出与输入关系为:V?SSa?5pC/g?50mV/pC?a?2?103mV12maxmax因此,a?2?103/250?8(g),K=,C=3000pF,示波器的输入阻抗为1MqcΩ和并联电容为50pF,求:(1)压电晶体的电压灵敏度?(2)测量系统的高频响应?(3)如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率是多少?(4)若频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式,电容值是多少?,需要在1Hz时的灵敏度下降不超过5%。若测量回路的总电容为500pF,求所用电压前置放大器的输入电阻应为多大?,若要产生一个大于500mV的信号,需采用什么样的连接方法和测量电路达到该要求。解:有两种方法达到:(1)采用串接接法------将三片压电晶片串接,然后接入放大倍数为1的前置电压放大器,此时输出为600mV;(2)单片使用压电晶片,通过前置电荷放大器,然后再进行普通放大达设计要求。此时连接导线长度不会影响输出。,已知C=100pF,C=∞,C=10pF。若考虑引aci线C的影响,当A=104时,要求输出信号衰减小于1%。求使用90pF/m的电缆其最大i允许长度为多少?解::..去留无意,闲看庭前花开花落;宠辱不惊,漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》:..臣心一片磁针石,不指南方不肯休。——文天祥第6章光电式传感器:..乐民之乐者,民亦乐其乐;忧民之忧者,民亦忧其忧。——《孟子》第7章热电式传感器(第2版)1、什么叫热点效应?热电动势由哪几部分组成的?热电偶产生热电势的必要条件是什么?答:将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路,当两个结点温度不同时,在回路中就会产生热电动势,形成电流,此现象称为热电效应。热电动势由导体A和B的接触电动势,以及各个导体的温差电动势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件:组成热电偶的两导体材料不同,以及热电偶两个接点的温度不相同。2、简述热电偶测温与热电阻测温异同。答:两者同属热电式传感器,都是常用的测温元件。热电偶测温是基于热电效应,将温度变化转换为热电动势输出;热电偶测温一般需要采用温度补偿措施;热电阻测温是利用导体的电阻随温度变化的特性,输出是电阻的变化,需要其它的变换电路将电阻变化转换成电压或电流输出;热电阻测量精度一般高于热电偶。3、K型热电偶(镍铬—镍硅)工作时,在T=30℃测得E(T,T)=,求真实的实0k0际温度T?解:根据中间温度定律有:E(T,T)=E(T,0)+E(0,T)=E(T,0)-E(T,0);k0kk0kk0即:E(T,30)=E(T,0)-E(30,0)=:E(30,0)=,所以:kE(T,0)=+=,k再查分度表:E(970,0)=,E(980,0)=,求得温度:kkT=977℃4、简述热电偶冷端温度补偿的原因和常用冷端温度补偿的方法。答:热电偶的输出电势E是热电偶两结点温度T和T的二元函数。要使其输出成为0热端T的单值函数关系,则冷端温度T=0或为常数。所以在实际应用中,要对冷端采取0稳定措施或补偿措施。常用冷端温度补偿的方法包括:冰点法、冷端温度计算校正法、补偿电桥法、补偿导线法等等。:..为天地立心,为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平。——张载5、热电偶冷端补偿导线的作用?答:当热电偶冷端离热源较近,受其影响使冷端温度变化很大,这时可采用延引热电极,即采用热电偶补偿导线的方法。补偿导线采用热电性能与热电偶丝相近的导线(补偿导线)与热电偶参考端相接,以便将参考端移到环境温度恒定处,能够消除热电偶冷端温度变化引起的测量误差,然后再用其他补偿方法将参考端温度补正到零度,保证仪表对介质温度的精确测量。6、铂电阻温度计在100℃时的电阻值为139Ω,当它与热的气体接触时,电阻值增至281Ω,试确定该气体的温度(设0℃时的电阻值为100Ω)。解法1:铂电阻温度计具有线性特性,设电阻温度之间关系为:Rt=R[1+At]0依题意,t=0℃时,R=100Ω;0t=100℃时,R=100[1+A×100]=139Ω,求得:A=×10-3t所以当电阻值增至281Ω时,此时被测气体的温度为:t=(281/100-1)/(×10-3)=℃7、镍铬—/℃,把它放在温度为1200℃处,若以指示表作为冷端,此处温度为50℃,试求热电动势的大小。解法1:根据中间温度定律有:E(T,T)=E(T,0)+E(0,T)=E(T,0)-E(T,0);k0kk0kk0即:E(1200,50)=E(1200,0)+E(0,50)kkk=E(1200,0)-E(50,0)=-=:可设热电偶的输出输入特性为:V=KT+A=+A,当冷热端温度均为50℃时,输出等于零,即:0=×50+A,推得:A=-2,故:V=-2,当T=1200℃时,V=×1200-2=46mV8、/℃的热电偶与电压表相连接,电压表接线端是50℃,若电位计上读数是60mV,求热电偶的热端温度是多少?解法1:已知热电偶灵敏度K=/℃,T=50℃,依题意:0(T–T)?K=60(mV)0所以:T=60/K+T=60/+50=800℃0:..臣心一片磁针石,不指南方不肯休。——文天祥解法2:可设热电偶的输出输入特性为:V=KT+A,当冷热端温度相同(即均为50℃)时,输出应该为零,即0=K×50+A=×50+A,推得:A=-4,故:V=-4,当V=60mV,解得:T=800℃。9、使用K型热电偶,参考端温度为0℃,测量热端温度为30℃和900℃时,。当参考端温度为30℃时,测量点温度为900℃时的热电动势为多少?解:根据中间温度定律有:E(900,30)=E(900,0)+E(0,30)kkk=E(900,0)-E(30,0)kk=-=、某热敏电阻,其B值为2900K,若冰点电阻为500KΩ,求该热敏电阻在100℃时的阻抗。11B(?)解:热敏电阻的电阻-温度特性可表示为:R?ReTT0。t0已知:B=2900K,T=273K(0℃)时,Rt=R=500KΩ,即:T=27300112900(?)R?500eT273t所以当T=100+273=373K(100℃)时,11112900(?)2900(?)R?500eT273?500?e373273?500?e??(K?)t11、标准电极定律与中间导体定律的内在联系如何?12、标准电极的实际应用价值如何?13、热电偶的参考端在实际应用中的意义、处理方法?14、制造热电阻的材料应具备哪些特点?常用热电阻材料有哪几种?15、简述热电阻式传感器的概念、功能及分类。16、热敏电阻的阻止与哪些因素有关?简述热敏电阻的三种工作情况,并指出其应用特点。:..天将降大任于斯人也,必先苦其心志,劳其筋骨,饿其体肤,空乏其身,行拂乱其所为。——《孟子》