一、简答题：
l.检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图
传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.什么是系统误差和随机误差？正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差?
答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。
3.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?
答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。
4.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?
答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。
5.光敏电阻有哪些重要特性，在工业应用中是如何发挥这些特性的？
答：光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它的重要特性是在无光照时阻值非常大，相当于断路，有光照时阻值变得很小，相当于通路。在工业应用中主要就是通过光的变化来各种电路的控制。
6.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？
答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。
7.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？
答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。
8．什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。
答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。热电偶测温就是利用这种热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。
9．简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。
答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。
二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。
三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。
四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t n和t n、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。
10．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?
答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。
11．压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?
答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。
12．光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些?
答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。
13．常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何?
答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。
它们的电路符号如下图所示：
光敏二极管 光敏三极管 光电池
14．什么是光电元件的光谱特性?
答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光电元件的光谱特性。
15．光电传感器由哪些部分组成?被测量可以影响光电传感器的哪些部分?
答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。
x 1
x 2
x 3
16. 什么是霍尔效应？
答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。 17. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？
答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。
18. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？ 答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，nqd
K H 1
。 19. 集成霍尔传感器有什么特点？
答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。
20. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。
答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。
21. 如何改变单极式变极距型电容传感器的非线性？
答：为了改变单极式变极距型传感器的非线性应采取的措施：
○1减小极距的变化量使△d
d ?1，增加线性度。 ○
2改用差动形式，提高了传感器的非线性度。 二、计算：
1、鉴定级（即满度误差为%）的全量程为100V 的电压表，发现50V 刻度点的示值误差2V 为最大误差，问该电压表是否合格？
解：V n =?X
X n
×100%≤a%
=2
100×100%≤2.5% ∵2%≤% ∴合格。
2、测量某电路电流共5次，测得数据（单位为mA ）分别为，，，，。试求算术平均值和标准差。 解：X ?=X 1+X 2+?+X n
n
=
168.41+168.54+168.59+168.40+168.50
5
=168.488
V 1=x 1?x?=168.41?168.488=?0.078 V 2=x 2?x?=168.54?168.488=0.052 V 3=x 3?x?=168.59?168.488=0.102 V 4=x 4?x?=168.40?168.488=?0.088 V 5=x 5?x?=168.50?168.488=0.012
σ=√v 12+v 22+?+v n 2n ?1=√(?0.078)2+(0.052)2+(0.102)2+(?0.088)2+(0.012)25?1
=0.08222
3、测量某物质中铁的含量为：、、、、、、、、、、（单位略），试用3σ准则检查测量值中是否有坏值。 解：X ?=
X 1+X 2+?+X n
n
=
1.52+1.46+1.61+1.54+1.55+1.49+1.68+1.46+1.83+1.5+1.56
11
=1.56
V 1=x 1?x?=?0.04 V 6=x 6?x?=?0.07 V 11=x 11?x?=0
V 2=x 2?x?=?0.1 V 7=x 7?x?=0.12 V 3=x 3?x?=0.05 V 8=x 8?x?=?0.1 V 4=x 4?x?=?0.02 V 9=x 9?x?=0.27 V 5=x 5?x?=?0.01 V 10=x 10?x?=?0.06 σ=√
v 12+v 22+?+v n 2
=√(?0.04)2+(?0.1)2+(0.05)2+(?0.02)2+(?0.01)2+(?0.07)2+(0.12)2+(?0.1)2+(0.27)2+(?0.06)2+(0)211?1
=
3σ= ∵|V d |<3σ ∴ 检查测量值中没有坏值。
4、某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。 解：该仪器的灵敏度为
25
.40.55
.35.2-=--=
S mV/mm
5、某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： Ω/℃ 电桥： Ω
放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度；
(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。 解：
（1）测温系统的总灵敏度为
18.02.010002.045.0=???=S cm/℃
（2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为
22.2218
.04
==
t ℃
6、有三台测温仪表，量程均为0～800℃，精度等级分别为级、级和级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过％，选那台仪表合理?
解：级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为％；级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为％。因此，应该选用级的测温仪器。 7、等精度测量某电阻10次，得到的测量列如下：
R 1＝Ω R 2＝Ω R 3＝Ω R 4＝Ω R 5＝Ω R 6＝Ω R 7＝Ω R 8＝Ω R 9＝Ω R 10＝Ω (1) 求10次测量的算术平均值R ，测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s 。 解：(1)求10次测量的算术平均值R ，测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s 。
Ω=+++++++++=
++=∑
=763.16710
61.16782.16785.16700.16888.16787.16760.16760.16745.16795.1671010
1
21i n
R R R R Ω
=++++++?++=
=-=--=∑∑∑===1824.0)153.0057.0087.0237.0108.0107.0163.02313.0187.0(9
1
9111)(11?222222222101
2
12
12i i n i i n
i i v v n x x n σΩ=
=
0577.010
1824.0n
s σ
8、已知某一位移传感器的测量范围为0～30mm ，静态测量时，输入值与输出值得关系如表所示，试求该传感器的线性度和灵敏度。
9、如图所示为一直流应变电桥。图中U=4V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，试求：
（1）R 1为金属应变片，其余为外接电阻。当R 1的增量为ΔR 1=Ω时，电桥输出电压U 0为多少？
（2）R 1和R 2都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0为多少？ （3）题（2）中，如果R 2与R 1感受应变的极性相反，且|△R 1|=|△R 2|=1.2Ω，电桥输出电压U 0为多少？
解：（1）U 0=U (R 1+△R 1)R 4?R 2R 3
(
R 1+△R 1+R 2)(R 3+R 4)
=0.00995
（2）U 0=U (R 1+△R 1)R 4?(R 2+△R 2)R 3
(R 1
+△R 1
+R 2
+△R 2
)(R 3
+R 4
)
=0
（3）U 0=1
2
U
?R 1R 1
=0.02
10、如图所示为等强度梁测力系统，R 1为电阻应变片，应变片灵敏系数K=，未受应变时，R 1=120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=8×10-4
，求：
（1）应变片电阻变化量ΔR 1和电阻相对变化量ΔR 1/R 1。
（2）将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥输出电压及电桥非线性误差。 （3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。 解：（1）∵
△R 1R 1
=Kε∴△R 1=R 1Kε=120×2.05×8×10?4=0.1968Ω
△R 1R 1
=0.00164
（2）U 0=U △R
4R+2△R =3×0.1968
4×120+2×0.1968=0.001229V δ=?1
2K ε=?8.2×10?4
（3）为了减小非线性误差，应采用差动电路或全桥电路。当采用差动电路时，输出电压U 0为原来的2倍，消除了非线性误差；当采用全桥电路时，输出电压U 0为原来的4倍，非线性误差得以消除。
11、采用阻值为120Ω灵敏度系数K =的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。
解：单臂时40U
K U ε=，所以应变为1时660102410244--?=??==U K U ε/V ，应变为1000时应为3
3
01024
10244--?=??==U K U ε/V
；
双
臂
时
2
0U
K U ε=
，所以应变为1时
6
60104210242--?=??==U K U ε/V ，应变为1000时应为330104210242--?=??==U K U ε/V ；全桥时
U K U ε=0，所以应变为1时60108-?=U /V ，应变为1000时应为30108-?=U /V 。从上面的计算可知：单臂时
灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。
12、采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V 。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV ，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？ 解：由于不知是何种工作方式，可设为n ，故可得：
10101023
0 n
n U K U -??==εmV
得n 要小于2，故应采用全桥工作方式。
13、如图所示为一直流电桥，供电电源电动势E =3V ，R 3=R 4=100Ω，R 1和R 2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K =。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5 000，试求此时电桥输出端电压U 0。
解：此电桥为输出对称电桥，故152
10532230=???==-U K U ε/mV 14、有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时
b 1=b 2=b =200mm ，a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ，极间介质为空气，测量电路u 1=3sinωt V ，且u=u 0。试求当动极板上输
入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0。
u i
题3图
解：根据测量电路可得
t t u a x u C C u u i i ??sin 750sin 320
5
00=?=?=?=
=/mV
15、如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm ,极板间距离δ=0.2mm .若用此变面积型传感器测量位移x ,
试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m 1085.812
-0?=ε。
解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。
2.283102.01085.81016443
1242
00=?????==
---δ
εa C /pF
x kx C x a a C x 8.7032.28)
(400-=+=-=
δ
ε (x 的单位为米) δ
εax
C C C x 004-
=-=?
7080102.01041085.8443
2
1200-=?????-=-=-=---δεa x C C K x /pF
cm
16、一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa ，连接灵敏度K 2=／pC 的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V ，当压力变化Δp =8MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移为多少? 解：记录笔在记录纸上的偏移为
S =10××25×8=16/mm
17、某加速度计的校准振动台，它能作50Hz 和1g 的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g ，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。 解：此加速度计的灵敏度为 3.91100
9130
=='K mV/g
标定系统框图如下：
三、分析：
1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?
答：（1）对于变极距型电容传感器，由式得：
?C=C?C0=C0?d
d??d
则变极距型电容传感器静态灵敏度为：
k g=?C
?d =C0
d
[1
1??d
d
]
因为?d/d<1，上式可按泰勒级数展开得：
k g=C0
d (1+?d
d
+(?d
d
)
2
+(?d
d
)
3
+?)
采取措施：为了提高灵敏度，应减小d，或者采用差动结构形式。
注意问题：d过小不但影响两极板间移动的平稳性，而且容易使电容器击穿。一般可在极板间放置云母片或塑料膜，以提高电容器耐击穿性能。
（2）对于变面积型电容传感器，忽略边缘效应，其静态灵敏度为常数，即：
k g=C0
a =εb
d
采取措施：增大极板宽度b、减小极板间距d可以提高灵敏度，而极板起始遮盖长度a的大小与灵敏度无关。或者采用差动结构形式。
注意问题：a不能太小，必须保证a?d，否则因边缘电场影响增大而影响传感器的非线性。
2.如图所示为一差动整流电路，试分析电路的工作原理。
题5
答：这是简单的电压输出型，动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压，中间可调整零位，输出电压与铁芯位移成正比。这种电路由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大。3．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因。
答：当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷，于是，在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。该电场的方向与扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，A与
B 两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。对于导体A 或B ，将其两端分别置于不同的温度场t 、t 0中(t> t 0)。在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最后也达到了动态平衡状态。这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为温差电动势。 4.试分析热电偶回路的总热电势。
E AB (T,T 0)=e AB (T )?e A (T,T 0)?e AB (T 0)+e B (T,T 0)
=[e AB (T )?e AB (T 0)]?[e A (T,T 0)?e B (T,T 0)] =k e (T ?T 0)ln N A N B
?∫(δA ?δB )d t T
T 0
若热电极A 和B 为同一种材料时，N A =N B ，δA =δB ，则E AB (T,T 0)=0。若热电偶两端处于同一温度下，即T =T 0,T ?T 0=0，则E AB (T,T 0)=0。因此，热电势存在必须具备两个条件：一是两种不同的金属材料组成热电偶，二是其两端存在温差。对式子重新整理为：
E AB (T,T 0)=[e AB (T )?∫(δA ?δB )d t T
]?[e A (T,T 0)?∫(δA ?δB )d t T 0
T
]
=f (T )? f (T 0)
从式中可以看到，热电势是T 和T 0的温度函数差，而不是温度的函数。当T 0=0℃时，f (T 0)=0，则有： E AB (T,T 0)= f (T )
5.热电阻测量时采用何种测量电路?为什么要采用这种测量电路?说明这种电路的工作原理。
热电阻的测量电路
答：通常采用电桥电路作为测量电路。为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果t
t
R R 21 ，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。
6.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?
A
e A (T,T 0)
答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C 。
设极板面积为A ，其静态电容量为d
A
C ε=
，当活动极板移动x 后，其电容量为
2
2
011d
x d x
C x d A C -+
=-=ε (1) 当x < 1122≈-d x 则)1(0d x C C += (2) 由式（1）可以看出电容量C 与x 不是线性关系，只有当 x < 要提高灵敏度，应减小起始间隙d 过小时。但当d 过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况。在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。 四、设计题： 1、设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。 答：液位控制系统原理如图所示，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。 一、填空题（每题3分） 1、传感器静态性是指 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时 ，输出量和 输入量之间的关系称为传感器的静态特性。 2、静态特性指标其中的线性度的定义是指 。 3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指 。 4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是 传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数 ，即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。 5、最小检测量和分辨力的表达式是 。 6、我们把 叫传感器的迟滞。 7、传感器是重复性的物理含意是 。 8、传感器是零点漂移是指 。 9、传感器是温度漂移是指 。 10、 传感器对随时间变化的输入量的响应特性 叫传感器动态性。 11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有 时间常数 。 12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率 、阻尼比。 13、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、 阻尼比。 14、传感器确定拟合直线有 切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。 15、传感器确定拟合直线切线法是将 过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法 。 16、传感器确定拟合直线端基法是将 把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0作为传感器特性的拟合直线 。 17、传感器确定拟合直线最小二乘法是 用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法 。 18、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数 ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。 Y K X ?=?CN M K =max max 100%100%H H F S F S H H Y Y δδ????=±?=±?2或23100%K F S Y δδδ?-=±????0F S 100% Y Y 零漂＝max 100%F S T Y ???? max *100%L F S Y Y σ??=± 压电式传感器 一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 A、晶体不产生压电效应 B、在晶体的电轴x方向产生电荷 C、在晶体的机械轴y方向产生电荷 D、在晶体的光轴z方向产生电荷 3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 A、正压电效应 B、逆压电效应 C、横向压电效应 D、纵向压电效应 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。 二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？ 答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？ 答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。 第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。 第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、 《传感器原理与应用》试题及答案 一、名词解释 1．传感器2．传感器的线性度3．传感器的灵敏度4．传感器的迟滞5．绝对误差6．系统误差7．弹性滞后8．弹性后效9．应变效应10．压电效应11．霍尔效应12．热电效应13．光电效应14．莫尔条纹15．细分 二、填空题 1．传感器通常由、、三部分组成。 2．按工作原理可以分为、、、。 3．按输出量形类可分为、、。 4．误差按出现的规律分、、。 5．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 6．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。 7．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 8．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs= 。 9．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 10．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。 11．电容式压力传感器是变型的。 12．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。 13．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 14．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。 15．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 16．目前应用于压电式传感器中的压电材料通常有、、。 17．根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有、、三种基本类型 18．热敏电阻按其对温度的不同反应可分为三类、、。 19．光电效应根据产生结果的不同，通常可分为、、三种类型。 20．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入 的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是。 21．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式传感器、应变式传感器等（任填两个）。 22．采用热电阻作为测量温度的元件是将的测量转换为的测量。23．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、和可沿线圈轴向 传感器心得体会 传感器心得体会 【篇一：传感器实验总结】 《传感器及检测技术》教学实践工作总结 本学期，担任《传感器及检测技术》课程的理论和实践教学内容。本课程的实践教学主要是教学实验，在全体同学的大力配合下，比较圆满的完成了实践教学任务，达到了实验的预期目的。现将此课程的实践教学工作总结如下： 1、实验计划的制定 为更好的完成实践教学环节，使学生能够真正的在实践环节学到更多的东西，在学期初我就认真研究教材内容和教学大纲要求，针对教学内容和学生特点制定了详细的实验安排，并与实验室老师进行了认真的沟通，充分做好教学实践前的各项准备工作。 2、注重理论和实践的结合 每讲授一段内容，就组织同学们做一次实验，让学生把课堂上获得的理论知识及时的得到验证和应用，从而加深对所学内容的理解。同时鼓励同学们利用课余时间多到实验室做一些创造性的实验，提高他们的知识迁移能力和思维能力。 3、实验过程的安排 （1）每次实验前，提前下达实验任务，让学生做好实验前的各种准备工作。由班长做好分组工作，每组指定一名组长，实行组长负责制，负责本组的组织和协调工作，。 （2）进实验室时，讲清实验室纪律，不得随意摆弄实验用品，要严格遵守实验章程，在老师的指导下进行各种实验。 （3）实验过程中，认真抓好学生的纪律，不得无故迟到、早退，杜绝做与实验无关的事情。实验过程中教师要不断巡 视及时发现学生们遇到的各种问题，并给与指导或启发。尽量多鼓励、少批评，培养学生的自信心，提高学生学习的积极性。 （4）实验完毕，及时清查实验物品，并督促学生摆放好实验物品，做到物归原位。另外，每组展示实验成果，并派代表做出总结，谈谈实验中遇到的各种问题，并说明做出了怎样的处理，有哪些收获。小组成员之间先进行互评，然后由教师作出补充，并适当给与鼓励。同时督促同学课下认真完成实验报告。 4、反思改进 在每次实验完毕后，我都把实验中发现的问题进行归纳整理，进行反思，同时向有经验的教师请教，争取在下次实践课中加以改进。 总之，这一个学期的实践教学，总的来说基本上能够按照要求保质保量的完成教学任务，但从中我也发现了一些问题，在今后的教学工作中，我会努力的改进不足的地方，争取把以后的实践教学工作做得更好。 【篇二：实验心得体会】 实验心得体会 在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样, 做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅. 在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄 第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （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 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 一、填空题(20分) 1.传感器由（敏感元件，转换元件，基本转换电路）三部分组成。 2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的（1.5 ） 倍左右为宜。 3.灵敏度的物理意义是（达到稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。） 4. 精确度是指（测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。） 5．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用（细分）技术。 6.热电阻主要是利用电阻随温度升高而（增大）这一特性来测量温度的。 7.传感器静态特性主要有（线性度，迟滞，重复性，灵敏度）性能指标来描述。 8.电容传感器有三种基本类型，即(变极距型电容传感器、变面积型电容传感器, 变介电常数型电容传感器) 型。 9.压电材料在使用中一般是两片以上在,以电荷作为输出的地方一般是把压电元件（并联）起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件（串联)起来 10.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为（顺压电效应）。相反，某些物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为（逆压电效应）。 11. 压力传感器有三种基本类型，即（电容式，电感式，霍尔式）型. 12.抑制干扰的基本原则有（消除干扰源，远离干扰源，防止干扰窜入）. 二、选择题（30分,每题3分）1、下列( )不能用做加速度检测传感器。D.热电偶 2、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的( ).C．压电效应 3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）. C．温度 4、属于传感器动态特性指标的是（）.D．固有频率 5、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ).C.尽量高些 6、信号传输过程中，产生干扰的原因是( )C.干扰的耦合通道 7、在以下几种传感器当中( )属于自发电型传感器.C、热电偶 8、莫尔条纹光栅传感器的输出是( ).A.数字脉冲式 9、半导体应变片具有( )等优点.A.灵敏度高 10、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器. C.弹性元件 11、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( ).B.迅速下降 12、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是( ). C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 13、在以下几种传感器当中( ABD 随便选一个)不属于自发电型传感器. A、电容式 B、电阻式 C、热电偶 D、电感式 14、( )的数值越大,热电偶的输出热电势就越大.D、热端和冷端的温差 15、热电阻测量转换电路采用三线制是为了( B、减小引线电阻的影响). 16、下列( )不能用做加速度检测传感器.B.压电式 三、简答题（30分） 1.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和 传感器课后题及答案 第1章传感器特性 1．什么是传感器？（传感器定义） 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。5．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。 7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时， ， 又为多少？ ，相角 各为多少？ 8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。 9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 10. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。11．测得某检测装置的一组 输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。 12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。 13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。 15．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。16.已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为：y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？ 17.某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）: ⑴利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。 ⑵利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。 ⑶采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。 18.设阻抗Rs为1 kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10pF/m。 第3章电感式传感器 1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。 第3章 电容式传感器思考题答案 1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题 答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。 当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为 C =εb （a -△x ）/d =C 0-εb ·△x /d （1） 电容因位移而产生的变化量为 其灵敏度为 d b x C K ε-=??= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。 直线位移型电容式传感器 2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的采取什么措施可改善其非线性特征 答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C 。 设极板面积为A ，其静态电容量为d A C ε=，当活动极板移动x 后，其电容量为 22 011d x d x C x d A C -+=-=ε (1) 当x < 第 1 页 共 3 页 铜陵学院继续教育学院 2009-2010学年第二学期 《传感器原理与应用》考试试卷 （适用班级：08级电气工程专升本） 一、 填空题（每小题2分，共20分）： 1、传感器通常由 、 和 三部分组成。 2、根据测量误差出现的规律和产生的原因不同，误差可分为 、 和 三种类型。 3、电阻应变片由 、 、 和引线等部分组成。 4、单线圈变隙式电感传感器的结构主要由 、 、 三部分组成。 5、按照电涡流在导体内的贯穿情况，电涡流式传感器可分为 式和 式两类。 6、对于电容式传感器，改变 、 和 中任意一个参数都可以使电容量发生变化。 7、霍尔元件的零位误差主要由 、 、 和自激场零电势等原因产生。 8、热电偶测温回路的热电势由 和 两部分组成。 9、按测温转换原理的不同，接触式测温方法可分为 式、 式和 式等多种形式。 10、光栅式传感器一般由 、 和 组成。 二、简答题（每小题6分，共24分）： 1、什么叫迟滞? 2、螺旋管式差动变压器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 3、什么是霍尔效应？ 4、热电偶的中间温度定律的内容是什么？ 三、 论述题（每小题10分，共20分）： 1、下图是单管液柱式压力计示意图，已知大容器直径为 D ，通入被测压力1p ，玻 璃管直径为d ，通入大气压2p ，且D 远大于d ，试论述该压力计测量被测压力的原理。 姓 班级 学号 ―――――――――装――――――――――订―――――――――线――――――――――― 2、利用光电靶测量弹丸飞行速度的结构原理如图所示，试论述其工作原理。 光源 光束 光电元件 测时仪 四、计算题（每小题9分，共36分）： 1、已知被测电压范围为15~25V，现有（满量程）50V、0.5级和200V、0.1级两只电压表，应选用哪只电压表来进行测量？ 2、有一金属应变片，其灵敏系数K=2.0，初始电阻值为120Ω，将应变片粘贴在悬臂梁上，悬臂梁受力后，使应变片阻值增加了1.2Ω，问悬臂梁感受到的应变是多少？ 3、已知变面积式电容传感器的两极板间距离为10mm，极板间介质的介电常数为ε0＝50μF/m，两极板几何尺寸一样，为30mm×20mm，在外力作用下，其中动极板在原位置上向外移动10mm，试求电容变化量△C和传感器灵敏度K各为多少？ 4、用R型热电偶测某高炉温度时，测得参比端温度t1=30℃；测得测量端和参比端之间的热电动势E（t，30）=11.402mV，试求实际炉温（已知：E（30，0）=0.172mV；E（1080，0）=11.574mV）。 第 2 页共 3 页 第一章 检测技术的基本概念 一、填空题： 1、 传感器有 ____________ 、 、 __________ 组成 2、 传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、 从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、 下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。 、 选择题: 1、 标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差 为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、 下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、 有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、 选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量 值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、 电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、 因精神不集中写错数据属于 。 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、 有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为 了 。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。 三、判断题 1、 回差在数值上等于不灵敏度 （ ） 2、 灵敏度越大，仪表越灵敏 （ 3、 同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 （ ） 4、 灵敏度其实就是放大倍数 （ ） 5、 测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 （ ） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高 传感器计算题目总结 第二章 1 一光电管与5k Q 电阻串联，若光电管的灵敏度为 30卩A/lm ，试计算当输出电压为 2V 时的入射光通量。 解：外光电效应所产生的电压为 U 。= IR L = K R L R L 负载电阻，I 光电流，「入射光通量。K 光电管的灵敏度，单位 A/lm 。 U 2 入射光通量为唇=出 2 13.13lm KR L 30x10“ X5000 2光敏二极管的光照特性曲线和应用电路如图所示，图中 I 为反相器，R 为20kQ ，求光照度为多少 lx 1 时U 0为高电平。【U i ：：: — V DD 】 2 1 解：当反相器的输入U i 满足翻转条件U i V DD 时，反相器翻转，U 。为高电平。现图中标明U DD =5V , 2 所以U i 必须小于2.5V , U o 才能翻转为高电平。 由于光敏二极管的伏安特性十分平坦， 所以可以近似地用 欧姆定律来计算I ■与 U o 的关系。 从图中可以看出光敏二极管的光照特性是线性的，所以根据比例运算得到 所以E 0 ^3000 0.125 =1250lx 即光照度E 必须大于E 。=1250lx 时U o 才为高电平。 0.3 第四章 1 一热敏电阻在 0C 和100C 时，电阻值分别为 200k Q 和10k Q 。试计算该热敏电阻在 20C 时的电阻值。 2将一支灵敏度为0.08mv/0 C 的热电偶与电压表相连， 电压表接线端处温度为 500 C ,电压表读数为60 mv , 求热电偶热端温度？ 3用一 K 型热电偶测量温度，已知冷端温度为 40C ，用高精度毫伏表测得此时的热电动势为 29.186mV , 求被测的热端温度大小？ 解 ： 29.186+1.612=30.798mV 热端温度为 740C 第五章 1图为一直流应变电桥， E = 4V , R 仁R2=R3=R4=350Q , 求： ① R1为应变片其余为外接电阻， R1增量为△ R1=3.5Q 时输出U °=。 ② R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出 U 0=。 ③ R1、R2感受应变极性相反，输出U 0=。 ④ R1、R2、R3、R4都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出 U °=。 2如图所示为等强度梁测力系统， R 1为电阻应变片，应变片灵敏度系数 k = 2.05，未受应变时RI = 120 K = 0.125mA 时的光照度E 0 传感器原理考试试题 1、有一温度计，它的量程范围为0--200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为__±1℃______，当测量100℃时的示值相对误差为_±%1_______。 2、传感器由___敏感元件___ 转换元件_、______测量电路_三部分组成 3、热电偶的回路电势由_接触电势、温差电势_两部分组成，热电偶产生回路电势的两个必要条件是_即热电偶必须用两种不同的热电极构成；热电偶的两接点必须具有不同的温度。。 4、电容式传感器有变面积型、变极板间距型、变介电常数型三种。 5．传感器的输入输出特性指标可分为_静态量_和____动态量_两大类，线性度和灵敏度是传感器的__静态_量_______指标，而频率响应特性是传感器的__动态量_指标。 6、传感器静态特性指标包括__线性度、__灵敏度、______重复性_______及迟滞现象。 7、金属应变片在金属丝拉伸极限内电阻的相对变化与_____应变____成正比。 8、当被测参数A、d或ε发生变化时，电容量C也随之变化，因此，电容式传感器可分为变面积型_、_变极距型_和_变介质型三种。 9、纵向压电效应与横向压电效应受拉力时产生电荷与拉力间关系分别为 F y。 和q y=?d11a b 10、外光电效应器件包括光电管和光电倍增管。 1、何为传感器的动态特性？动态特性主要的技术指标有哪些？ （1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性； （2）动态指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。 2、传感器的线性度如何确定？拟合直线有几种方法？ 传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；。 四种方法：理论拟合，端基连线拟合、过零旋转拟合、最小二乘法拟合。 3、应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用的温度补偿方法有哪些？（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变； （2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。 4、分布和寄生电容对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影 响？ 寄生电容器不稳定，导致传感器特性不稳定，可采用静电屏蔽减小其影响，分布电容和传感器电容并联，使传感器发生相对变化量大为降低，导致传感器灵敏度下降，用静电屏蔽和电缆驱动技术可以消除分布电容的影响。 5、热电偶测温时为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪些？ 答：热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。 三、计算题 1、下图为圆形实芯铜试件，四个应变片粘贴方向为R1、R4 轴向粘贴，R 2、R3 圆周向粘贴，应变片的初始值R1=R2=R3=R4=100Ω，灵敏系数k=2，铜试件的箔松系数μ= 0.285，不考虑应变片电阻率的变化，当试件受拉时测得R1 的变化ΔR1 = 0.2Ω。如电桥供压U = 2V，试写出ΔR2、ΔR 3、ΔR4 输出U0（15分） 传感器原理及其应用习题 第1章传感器的一般特性 一、选择、填空题 1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。 2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。 3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。 4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。 5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽。 6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。 7、非线性电位器包括和两种。 8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。 A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 10、属于传感器静态特性指标的是（D ） A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（） A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。 二、计算分析题 1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。 作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义 第2章电阻应变式传感器 一、填空题 1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。 2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。 3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿、。 4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。 5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍 第一章 1、何为传感器及传感技术？ 人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称 为传感技术。 2、传感器通常由哪几部分组成？通常传感器可以分为哪几类？若按转换原理分类，可以分成几类？ 传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传 感器的组成部分。 传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。 按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。 3、传感器的特性参数主要有哪些？选用传感器应注意什么问题？ 传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。 正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。 准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。 动态参数：时间常数t:在恒定激励理 第二章 1、光电效应有哪几种？与之对应的光电器件和有哪些？ 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生 伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管） 2、什么是光生伏特效应？ 光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。 3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器 件最为合适。 光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于 反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。当有光照 射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电 流，该反向电流称为光电流。 不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴 对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。 探测可见光和赤热物时，硅管。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？ 传感器原理与应用试题答案（一） 一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立5分） 1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。 2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。 4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。 5．影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。 评分标准：每填一个空，2.5分，意思相近2分。 二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题4分） 1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（A.B.D ）。 A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路法 2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。 A．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω 3．通常用应变式传感器测量（BCD）。 A．温度B．速度C．加速度D．压力 4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。A．灵敏度增加B．灵敏度减小 C．非统性误差增加D．非线性误差减小 5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。 A．外光电效应B．内光电效应 C．光电发射D．光导效应 评分标准：3\4\5题回答对一个2分，1题（A.B.D）回答对一个2分，两个3分，2题（B）不对没有得分。 习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种 状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通 常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 第2章传感器的基本特性 2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？ 表征了2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度 L传感器技术原理试题库(包含答案)
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