传感器计算题 Last updated on the afternoon of January 3, 2021
图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：
①R1为应变片其余为外接电阻，
R1增量为△R1=Ω时输出U0=。
②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同
其余为电阻，电压输出U0=。
③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=。
④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，
邻臂异性，电压输出U0=。
解：①
②
③
④
石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为
5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度(单位g)。
解：
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：
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。
下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。
用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻,从电位差计测得热电势为，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度（
20分）
镍铬-镍硅热电偶分度表
测量端温度℃0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
热电动势(mv)
-20
-10
-0
+0
+10
+20
下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；
当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
解：①U0=0
②U0=UfM（C1-C2）因为C1〈C2所以U0〈0，输出负电压。
图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：
TGS—812是什么传感器？并说明导电机理
2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？
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；利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化，根据这一特性，从阻值的变化检测出气体的种类和浓度
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。
下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（5分）
1.已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）
2.电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。（5分）
其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5伏）
答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。
图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为
r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0°C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。
分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。（10分）
解：，
又
空气隙的长度x1和x2各自变而其和不变，其他变量都不变故L不变。
分析如图2所示变介质平板电容传感器，电容（C）变化对液位变化（x）的灵敏度。已知长方形极板的长为l，高为h，极板间距离为d，容器内下面介质的高度为x(xh)，介电常数为ε2，容器内上面介质的介电常数为ε1。（10分）
设
答：
在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系如下表所
示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力曲线中哪条最符合最小二乘法准则（10分）
测量次数I 1 2 3 4 5
压力xi（MPa） 2 4 5 8 10
电压yi（V）
（1）y=（2）y=+
（3）y=（4）y=（5）y=+答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。
将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小的就是所求，（5）为所求。
有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。已知
R1、R2、R3、R4标称阻值均为120Ω，桥路电压为2V，物重m引起R1、R2变化增量为Ω。①画出应变片组成的电桥电路。计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。
说明R3、R4起到什么作用？
答：①应变片组成半桥电路；
②
③R3、R4可以进行温度补偿。
下图是一红外测温装置，测量温度高于1000℃，红外探测器是热释电元件，利用热辐射测温。
请回答下列器件各起到什么作用（
10分）
答：光学系统：透镜聚焦；滤光片波长选择；
步进电机与调制盘将被测红外辐射调制为按一定频率变化的温度信号；
温度传感器用于电路补偿的温度传感器。
红外探测器接受检测被测高温的传感器。
钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为%，钢材的应力为10kg/mm2。求钢材的应变。钢材的应变为
300*10-6时，粘贴的应变片的电阻变化率为多少（
10分）
答：是ΔR/R=2（Δl/l）。因为电阻变化率是ΔR/R=，
所以Δl/l（应变）==5*10-4。
因Δl/l=300*10-6，所以，ΔR/R=2*300*10-6=6*10-4。
截面积为1mm2、长度为100m铜线的电阻为多少具有和它相同电阻的100m铝线的截面积为多大
比较此时的铝线重量和铜线重量。（5分）
答：R=ρ(l/S)中，ρ(镍)是（95～104）*10-8Ω·m，ρ（铜）是*10-8Ω·m，
所以R（镍）/R（铜）=ρ（镍）/ρ（铜）=（95～104）/=～。
试推导惠斯顿电桥输入输出之间的关系。（10分）
答：假定输入输出端没有电流流过，流过阻抗Z4和Z1的电流为i4，
流过阻抗Z3和Z2的电流为i3，
由基尔霍夫电压定律得以下关系式：
（Z4+Z1）i4=(Z3+Z2)i3=Vi(1)
i4Z4=i3Z3+Vi(2)
由（1）式得
（3）
（4）
将（3）和（4）代入（2）求得V0为：
V0=i4Z4-i3Z3=（）Vi=Vi
给出力平衡测量系统得一个应用实例，并给出系统的信号流方框图。（10分）
答：方框图如下：
铂线电阻在20。C时为10Ω，求50。C时的电阻。（5分）
答：R=R0（I+αt）中，t=20。C，R=10Ω，α=30*10-4/。C。
因此，10=R0（1+30*10-4*20），R=R0（1+30*10-4*50）得R≈Ω。
下图1所示的铂测温电阻元件，当温度由0。C上升到100。C时，电阻变化率ΔR/R0为多少?
下图2所示的热敏电阻（R0=28kΩ），其ΔR/R0为多少?
图1图2
上图1所示的铂测温电阻元件，在0～200。C范围内的电阻温度系数为多少（10分）
答：由图1可读取t=100。C时的R/R0≈。因此，R=，又有ΔR=R-R0==。因此，ΔR/R=。图2的热敏电阻中t=100。C时的R≈103Ω。又ΔR=R-R0=-27kΩ。
因此，ΔR/R0=-27/28≈。
t=200。C处的R/R0≈，电阻温度系数α（曲线的倾斜率）=（）/200=%/。C。
要测1000。C左右的高温，用什么类型的热电偶好要测1500。C左右的高温呢（5分）
答：若是1000。C铬镍-铝镍，铂、铑-铂，1500。C时，铂、铑30%-铂。
使用k型热电偶，基准接点为0。C、测量接点为30。C和900。C时，温差电动势分别为和。当
基准接点为30。C，测温接点为900。C时的温差电动势为多少（
10分）
答：现t2=900。C，t1=30。C，基准接点温度为30。C，测温接点温度为900。C时的温差电动势设为E，则=+E，所以E=。
0。C时的电阻为100Ω的铂金热电阻。300。C时的阻值按下面两种方法计算，其结果之差换算
成温度差是多少（
15分）
电阻用温度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2）式中B=0，A=。C-1。（此时100。C时的电阻值为Ω）
电阻值与温度为二次函数关系。用一次方程近似时，温度误差为多少？
答：
（1）RT=100（1+*t），以t=300。C代入，得RT=Ω。
（2）RT=R0（1+At+Bt2）式中以t=300。C代入，得RT=Ω。
（3）同（2），算得t=310。C时电阻值为Ω，即温度上升10。C电阻增加Ω。
因此，由（）/=算得误差为。C。
某热敏电阻0。C时电阻为30kΩ,若用来测量100。C物体的温度，其电阻为多少？设热敏电阻的系数B为3450K。（5分）
答：式中以R0=3*104，B=3450，T=和T0=
代入得RT=Ω。
和人体体温（36。C）相同的黑体，其热辐射的分光辐射辉度为最大时波长为多少（
5分）
答：
将T=+36=代入λm*T=*10-3m·K,得λm=*10-6m=μm。
在下图所示的电路中，差动变压器二次电压的有效值，接头c1’d’间是5V，接头c1’’
d1’’间是。此时，电流表M上所流的电流是多少mA？这里两个电阻各1kΩ（二极管的电阻可认为是0）。（10分）
答：
电流i1，i2及i1-i2如下图所示，i是通过电流表M的电流。时间0～T/2中，i=i1-i1=ωt(mA),时间T/2～T中，i为0（这里T是周期）。M的指示值是i在1
个周期的平均值。因此，
这里ωT=2π。所以