《传感器》试卷(A卷)答案

《传感器》试卷（A 卷）答案

一、填空题(30分)：

1．（相邻同性、相反异性）

2．（上升时间、调整时间、超调量、衰减率（衰减比））

3．（灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂与蠕变、应变极限）

4．（气隙型传感器、截面型传感器，螺管型传感器）

5．（电感式传感器衔铁处于中间位置时，转换电路仍有很小的电压输出）

6．（1）温度稳定性好；2）结构简单，适应性强；3）动态响应好；4）可以实现非接触测量，具有平均效应。）

7．（不等位电势，寄生直流电动势）

8．（PbTiO 3 PbZrO 3）

9．（热辐射光源、气体放电光源、电致发光器件、激光器）

10．（敏感栅电阻随温度的变化、试件材料的线膨胀）

11．（强度，相位，空间分布）

二、对错题，并将错误改正过来。（10分）

1．√

2．×

改正：如果在一定温度下，使应变计承受恒定的机械应变，其电阻值随时间面变化特性，称为应变计的蠕变。

3．×

改正：压磁材料的冲片形状大致分为四孔、六孔、中字形及田字形等四种。

4．×

改正：压电元件在X 方向受到应力作用时，在垂直X 轴的方向上有电荷产生。

5．×

改正：线阵电荷耦合器件是光敏元排列成直线的器件，由MOS 光敏元列阵、转移栅和读出移位寄存器等部分组成。

三、简述题（30分）：

1．为了改善传感器的性能，一般采用哪些技术途径？

答：1）差动技术；

2）平均技术；

3）补偿与修正技术；

4）屏蔽、隔离与干扰抑制；

5）稳定性处理。

2．自感传感器的总灵敏度由哪两部分组成？试求出螺管式差动自感传感器（带变压器电桥）的总灵敏度。

答：自感传感器的总灵敏度是指传感器探头和转换电路两者之积。

1）螺管式差动自感传感器的探头的相对增量为：

])(31))[(6(30

0000t t t t L L L L s z ?+?=? 略去三次方部分，得探头的灵敏度为：

00016)(t L L t L L k s z t =??= 2）变压器电桥的灵敏度为：

)()(202200u L R L L L u k z o c ωω+=?= 这样，自感传感器的总灵敏度等于：

)()(1620220000u L R L t L L k k k s c t z ωω+== 3．分析中字形冲片压磁式传感器的工作原理。

答：如图所示：

激励绕组绕在臂A ，输出绕组绕在臂C 上，无外力时，磁力线沿最短路程闭合，与输出绕组交链的比较小。外力作用时，臂B

的磁导率下降，通过臂C 的磁力线增多，感应电动势增多。

4．简述电容传感器的设计要点。

答：1）减小环境温度湿度等变化所产生的影响，保证绝缘材料的绝缘性能。

2）消除和减小边缘效应。

3）减小和消除寄生电容的影响。

4）防止和减小外界干扰。

5．试述霍尔元件的不等位电势、产生原因及其补偿。

答：霍尔元件的不等位电势是霍尔元件加额定控制电流，不加外磁场的情况下，霍尔输出端的空载电动势。产生原因主要是霍尔激励电极焊点不在同一等位面上及电阻率不均匀导致等位面倾斜使霍尔电极不在等位面上。补偿办法是把霍尔元件看成四臂电桥，外结电阻进行补偿。

四、计算题（20）：

1．某传感器微分方程为x y dx dy 012.0440=+，试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。（5分）

解：将微分方程进行拉普拉斯变换，有：

)(012.0)(4)(40s x s y s sY =+ 传递函数为：1

1003.0440012.0)(+=+=s s s W 从而得到该传感器的时间常数为：10秒，静态灵敏度为：0.03。

2．设某螺管型差动式自感传感器t 0=5mm ，若要控制理论线性度在1.32%以内，最大量程为多少？（8分）

解：螺管式差动自感传感器的探头的相对增量为：

])(31))[(6(30

0000t t t t L L L L s z ?+?=?，则特性曲线为： 331x x y +=，其中令t

t x L L L L y s z ?=?=,6000

设理论线性度为r ，最大量程处的相对偏差为x M ，这时：

333131M

M M M x x x y y +=?=γ，可推出： 3.0)03.01(03.0313=-?=-=γ

γM x 这样，其最大量程为：mm x t t M M 353.0220=??=??=?。

3．单组式变面积型平板形线性位移电容传感器，两极板互相覆盖的宽度为6mm ，间隙为0.3mm ，介质为空气，其介电常数为=0ε8.85×10-12F/m ，试求其静态灵敏度，若极板相对移动3mm ，求电容变化量。（7分）

解：设极板的长度为l ，宽度为d ，长度的相对变化量为l ?，则电容的相对变化为： δ

εδεδεld ld d l l C ?=-?+=?000)( 于是，静态灵敏度为：

)/(1077.13

.061085.810120m F d l C k g --?=??==??=δε 电容的相对变化量为：

)(1031.53

.061031085.8133120C ld C ---?=????=?=?δε 五、证明题（10分）

1．试证明：线圈自感为m

R N L 2

=，式中N 为线圈匝数，R m 为磁路总磁阻。证明：线圈自感的定义：dt

d N dt dI L E Φ-=-=，由磁路定律：m m R NI NI R =Φ?=Φ，于是：

m m m R N

L dt

dI R N dt R NI d N dt d N dt dI L E 22(=??-=-=Φ-=-=

从而得证。