《传感器与检测技术》习题
一、选择
#变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
#在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
#变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
#工业检测仪表精度等级常以 D 作为判断仪表精度等级的尺度。
A. 引用误差
B.允许误差
C.相对误差
D.最大引用误差
#检测系统的测量不确定度愈小，表明测量 C
A.结果与真值愈接近
B.精度愈高
C.测量结果的离散程度越小
#
A.低
B.高
C.相等
D.不定
#码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、__a______和___c_____三种。
a.光电式
b.磁电式
c.电磁式
d.感应同步器
#改变电感传感器的引线电缆后，____c____。
a.不必对整个仪器重新标定
b. 必须对整个仪器重新调零
c. 必须对整个仪器重新标定
d. 不必对整个仪器重新调零
# 变片的选择包括类型的选择、材料的选用、___c_____、___d_____等。
a.测量范围的选择
b.电源的选择
c. 阻值的选择
d. 尺寸的选择
e.精度的选择
f.结构的选择
# 变片绝缘电阻是指已粘贴的___b_____应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件
b.引线与被测试件
c.基片与被测试件
d.敏感栅与被测试件
# 光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为___d_____。
a.磁电效应
b.声光效应
c.光生伏特效应
d.光电导效应
# 如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为。传感器的运动部分与衔铁相连。
当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙发生变化。这种结构可作为传感器用于____c____。
a. 静态测量
b. 动态测量
c. 静态测量和动态测量
d. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量
#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
#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
#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
#．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
#．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
#．电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为( C )的输出。
A. 电阻
B. 电容
C. 电压
D. 电荷
#．压电式加速度传感器是( D )信号的传感器。
A. 适于测量任意
B. 适于测量直流
C. 适于测量缓变
D. 适于测量动态
#．对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无金属导体靠近时，其输出电压( A )。
A. 最大
B. 最小
C. 随机变化
D. 中间点
#．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( D )。
A.线性度越好
B.迟滞越小
C.重复性越好
D.分辨力越高
#．电磁流量计消除正交干扰的方法常用（A ）和放大电路反馈补偿两种方式。
A．引线自动补偿B．电桥电路C．感应电压D．电磁感应
#．属于传感器动态特性指标的是（ D ）。
A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率
#．固体半导体摄像元件CCD是一种( C )。
A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路
C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路
#．测量微位移工作台的位移量，可选用( A )。
A．光栅传感器B．电感传感器C．电容传感器D．应变传感器
#．对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为( A )。
A．光电传感器B．霍尔传感器C．电容传感器D．电感传感器
#．家用空调中的测温元件最好选用( B )
A．热电阻B．热敏电阻C．热电偶D．光敏电阻
#．（A ）是指仪表实测输入输出特性曲线对理想直线性输入输出特性曲线的近似程度。
A．线性度B．变差C．重复性D．再现性
#．反映测量结果中系统误差影响程度的是（B ）。
A．精密度B．准确度C．精确度D．精度数
#．光电器件的光谱特性是描述（C ）之间的关系。
A．光电流与电压B．光电流与光照C．灵敏度与入射波长D．灵敏度与调制频率
#．压电式传感器可用于（ A ）的动态测量。
A．压力B．温度C．应力D．位移
#．（ B ）传感器属于能量转换型传感器。
A．应变式B．压电式C．电容式D．电感式
三填空题
1、根据被测参量与时间的关系，测量误差可分为静态误差和动态误差两
大类。
2、常见的被测参量可分为 热工 量、 电工 量、 机械 量、 物性和成分 量
、 光学 量、 状态 量。
7
8
12
3、工业检测仪表（系统）常以 最大引用 误差作为判断其精度等级的尺度。(
4、压力传感器常见的型式有 应变 式、 压阻 式、 压电 式、 电容 式等。
5、1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS 一90。ITS 一90基本内容为：（1）重申国际实用温标单位仍为 K ；（2）把水的三相点时温度值定义为 0.01 ℃（摄氏度），同时相应把绝对零度修订为 -273.15 ℃。
6、流量仪表的主要技术参数有 流量范围 、 量程和量程比 、 允许误差和精度等级 和 压力损失 。
9、按照参照点不同，工程上压力有多种不同的表示方法，其中绝对压力与当地
10、
弹丸速度测量的准确性，将直接影响武器的设计、研制生产和正确使用。弹
11
13．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。
14．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。
15．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。
16．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。
17．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。18．如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为___动态__测试。
19．测量误差按表示方法分类分为__绝对误差___和____相对误差_____ _。
20．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，_全桥差动电路接法可以得到大灵敏度输出。
21．热电偶电动势由___接触_ __ _电势和____温差__ _电势两部分组成。
22．电涡流传感器可分为__高频反射式、低频透射式_两大类。
23．由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势，这一定律被称为热电偶的_匀质导体__定律。
24．衡量传感器的静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、重复性和迟滞等。
25．纯金属是制造热电阻的主要材料，常用热电阻有__铂热电阻__和__铜热电阻_。
26．光敏电阻的光电流与光强之间关系，称为光敏电阻的__光照特性_。
27．光栅传感器由光源、透镜、光栅和__光电元件_组成。
28、传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
29、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。
30、偏差式测量是指在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的方法；零位测量是指在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的方法；微差式测量是综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点而提出的方法。
四、简答题：
1、自动检测系统通常由哪几个部分组成？其中对传感器的一般要求是什么？答：
自动检测系统通常由以下几个部分组成：传感器、信号调理、数据采集、信号处理、信号显示、信号输出、输入设备、稳压电源。
传感器作为检测系统的信号源，其性能的好坏将直接影响检测系统的精度和其他指标，是检测系统中十分重要的环节，其中对传感器的一般要求为：（1）、精确性（2）、稳定性（3）、灵敏度（4）、其他
2、随机误差、系统误差、粗大误差产生的原因是什么？对测量结果的影响有什么不同？
答：
3、用K型热电偶测某高炉温度时，测得参比端温度t1=33℃;E(33,0)= 1.32585mv 测得测量端和参比端的热电动势E(t,33℃)=11.304mV，试求实际炉温？（精确
到0.1℃）
答：
由K型分度表查得E(33,0)= 1.32585mv , 则：
E(t,0) = E(t,t1)+E(t1，0)= 11.304 + 1.32585 = 12.62985mv
再查K型分度表，有12.62985mv查得实际温度为310.2℃
4 简述热电偶的工作原理。
答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。
5以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。
答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。
石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
6简述电阻应变片式传感器的工作原理
答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
7什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？
答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。
在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一
般要研究传感器的动态特性。
8绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。
答：框图如下：
整理
9、如图所示，Rt是Pt100铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用。
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，R 1、R 2、R 3为固定电阻，Ra 为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r 2、r 3、R t 的三个导线和电桥连接，r 2和r 3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的R t 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R 4=Ra+R t0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。
10．静特性：
指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量
是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。
11.简述电容式传感器的工作原理。
d
A C ε= d 两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为
式中:——极板间介质的介电常数， ——
——极板间的距离。
当被测量的变化使式中的任一参数发生变化时，电容量C 也就随之变化。
12、简述测量不确定度和测量准确度两者的异同点。
答：测量不确定度与测量准确度都是描述测量结果可靠性的参数。
其区别在于：测量准确度因涉及一般无法获知的“真值”而只能是一个无法真正定量表示的定性概念；测量不确定度的评定和计算只涉及已知量，因此，测量不确定度是一个可以定量表示的确定数值。在实际工程测量中，测量准确度只能对测量结果和测量设备的可靠性作相对的定性描述，而作定量描述必须用测量不确定度。
13、我国国家标准规定的工业用标准热电偶有几种？其中测温上限最高的热电偶其分度号是什么？它额定测温上限温度值是多少？热电偶具有哪些特点，使它成为是工业和武备试验中温度测量应用最多的器件？
答：我国工业用标准热电偶有8种， 其中分度号为S 、R 、B 的三种热电偶均由铂、铂铑合金制成，属贵金属热电偶；分度号为K 、N 、T 、E 、J 五种热电偶，由镍、铬、硅、铜、锰、镁、钴等金属的合金制成，属贱金属热电偶。 测温上限最高的是分度号为B 的热电偶，其额定上限为1800度。
热电偶测温的特点：测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单、动态响应较好、输出直接为电信号，可以远传、便于集中检测和自动控制。这些特点使其成为在工业和武备实验中温度测量应用最多的器件。
14 述测压仪表的选择原则。若被测压力变化范围为0.5～1.5MPa ，要求测量误差不大于压力示值的±5％，可供选用的压力表量程规格为0～1.5、0.5～1.5、
0～1.6、0.4～1.9、0.5～2.0MPa ，精度等级有0.5、1.0、1.5和2.5三种。
请问选择什么量程和什么精度的仪表合适？并说明理由。
答：
选择原则：测压仪表选择应本着经济合理的原则综合考虑仪表类型、测量范围和精度等方面。量程选择应根据被测压力的大小及其在测量过程中变化的情况来选取，在测量稳定压力、脉动压力和高压时，最大工作压力应分别不超过仪表测量上限值的2/4、1/2和3/5；被测压力的最小值应不低于测量仪表的上限值的1/3，以保证仪表的线性和测量结果的准确性。
允许的最大测量误差为：MPa MPa x 025.0%)5(*5.0max =±=? 故：
（1）0～1.5MPa 、0.5～1.5 MPa 的压力表由于没有裕量，不符合要求
（2）0～1.6MPa ：
%56.1%100*6.1025.0%100*max max ==?=L x γ
可选用0.5、1.0、1.5级精度
（3）0.4～1.9MPa ，可选用0.5、1.0级精度
%67.1%100*4.09.1025.0%100*max max =-=?=L x γ
可选用0.5、1.0、1.5级精度
（4）0.5～2.0MPa ，低压部分没有裕量，不符合要求 通过上述比较，从选用性价比最高的原则出发：选择0.4～1.9MPa ，1.5级精度的压力仪表最为经济合理。
15 为什么1/2桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差动电桥电路的输出电压为
R 1+?R 1R 2－?R 2
R 3R 4
R 1+?R 1
R 2－?R 2 u u
u 0
u 0R 4+?R 4R 3－?R 3 1 1 2 23344（a ）（b ） 评分标准：
说明出划线部分的重点意思得1.5分，回答完整2分 U R R R R R R R R R U ???? ??+-?-+?+?+=4332211
110
写出平衡条件：1分
设平衡时R 1=R 2=R 3=R 4=R ，
又ΔR 1=ΔR 2 =ΔR 则
得证结论：2分 R R U U ?=
20 可知半桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度也比单一应变片工作时提高了一倍。
16 压阻效应：.固体受到力的作用后，其电阻率（或电阻）就要发生变化，这种
现象称为压阻效应。πσεμεπμπσ=++=?+?+=?)21(2E l
l l l R R 评分标准： 说明2分
表达式3分
17 导体定律．()()()()0AB 0AB AB 0ABC ,,T T E T E T E T T E =-=
由导体A 、B 组成的热电偶，当插入第三种导体时，只要该导体两端的温度相同，插入导体C 后对回路总的热电势无影响。 评分标准： 说明3分 表达式2分
18．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。
传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。
19．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。
①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；
②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)
20叙述热电偶中间导体定律，简述此定律在实际应用中的作用
答：在热电偶回路中接入第三种导体后，只要第三种导体两端的温度相同，就不会影响热电偶回路的总热电势。这就是热电偶的中间导体定律。
根据中间导体定律，可以在回路中引入各种仪表和连接导线，而不会对热电势有影响，
同时也允许采用任意的焊接方法来焊制热电偶。还可以采用开路热电偶测量液态金属和固体金属表面的温度。
A B C A B T 0 T 0 T T 0 C 1 2 3 测量仪表
21.压电效应
答；某些电介质物体在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形，并且在其表面上会产生电荷，若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。
22 某1.0级电流表，满度值xm=100uA ，求测量值分别为x1=100uA ，x2=80uA ，x3=20uA 时的绝对误差和示值相对误差。
解：∵精度等级S=1.0
即引用误差为：γ＝±1.0％
∴可求得最大绝对误差：Δm= γ xm =100uA ×(±1.0％)= ±1.0uA
依据误差的整量化原则：认为仪器在同一量程各示值处的绝对误差是常数，且等于Δm 。
注意：
1.通常，测量仪器在同一量程不同示值处的绝对误差实际上未必处处相等，但对使用者来讲，
在没有修正值可以利用的情况下，只能按最坏情况处理，于是就有了误差的整量化处理原则。
2.因此，为减小测量中的示值误差，在进行量程选择时应尽可能使示值接近满度值，一般示值不小于满度值的2/3。
故：三个测量值处的绝对误差分别为： Δx1= Δx2= Δx3= Δm= ±1.0uA 三个测量值处的示值（标称）相对误差分别为：
五、原理分析题
由热电偶工作原理可知，热电偶输出热电势和工作端与冷端的温差有关，在
实际的测量过程中，要对热电偶冷端温度进行处理，经常使用能自动补偿冷端温度波动的补偿电桥，如图所示，试分析此电路的工作原理
.
答：补偿电桥法是一种利用电桥输出电压抵消热电偶冷端温度变化的温度补偿方法，图%5%100201%100%25.1%100801%100%1%1001001%100332211321±=?±=??=±=?±=??=±=?±=??=A A x x A A x x A
A x x x x x μμγμμγμμγ
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。
传感器练习题参考
检测技术基础——习题1 1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在 0.4%~0.6% ，该压力表的精度等级应定为 级，另一家仪器商家需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于 0.9% ，应购买级的压力表。 A、 0.2 B、 0.5 C、1.0 D、 1.5 2、某采购员分别在三家商店购买 100kg 大米、 10kg 苹果、 1kg 巧克力，发现均缺少约 0.5kg ， 但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，产生此心理作用的主要因素是。 A、绝对误差 B、示值相对误差 C、满度相对误差 D、精度等级 3、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪 表量程为欲测量的左右为宜。 A、 3 倍 B、10 倍 C、1.5 倍 D、0.75 倍 4、用万用表交流电压档 ( 频率上限仅为 5kHz) 测量频率高达 500kHz 、 10V 左右的高频电压，发 现示值还不到 2V ，该误差属于。用该表直流电压档测量 5 号干电池电压，发现每次示值均为 1.8V ，该误差属于。 A、系统误差 B、粗大误差 C、随机误差 D、动态误差 5、重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了。 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 6、有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求： 1）该表可能出现的最大绝对误差为。 A、 1℃ B、 0.5℃ C、 10℃ D、 200℃2）当示值为20℃时的示值相对误差为，100℃时的示值相对误差为。 A、 2% B、 5％ C、 1％ D、 10％ 7、已知待测拉力约为 70N 左右。现有两只测力仪表，一只为 0.5 级，测量范围为 0 ～ 500N ；另 一只为 1.0 级，测量范围为 0 ～ 100N 。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？ 8、欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V电 压表，其精度应选级。若选用量程为300V，其精度应选级，若选用量程为500V的电压表，其精度应选级。 9、某个测温仪表测量范围是0-800摄氏度，使用后重新校验,发现最大绝对误差为6摄氏度,此仪表等 级为多少呢? 10、某压力表的测量范围为0~1MPa，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？在 校验点（产生最大误差点）理论值为0.5MPa，测得值为0.508MPa问此表是否满足该表精度要求？ 11、随机误差在测量中不可避免，试说明其分布规律？具有哪些特点？（复习测量中三 大类误差的特点、产生原因与处理方法）
第一章 1. WSN历史大体分为三个阶段，每个阶段的特点是什么 第一阶段：传统的传感器系统。特征在于传感器节点只产生探测数据流，没有计算机能力，且相互之间不能通信。 第二阶段：传感器网络节点集成化。这阶段的技术特点是采用了现在微型化的传感器节点，这些节点可以同时具备感知能力，计算能力和通信能力。 第三阶段：多跳自组网。这阶段特点是网络传输自组织，节点设计低功耗。 2. 无线网络的分类是什么 无线网络分为有基础设施网和无基础设施网，有基础设施网包括WIFI和WIMAX,无基础设施网包括移动Ad hoc网络和无线传感器网络。 3. 什么是WSN 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。4．WSN的网络体系结构是什么样的 传感器网络通常包括：传感器节点、汇聚节点和管理节点。 5. 传感器结点的结构由哪几部分组成，各部分的功能是什么 传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成。 传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换。 处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。 无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据。 能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。 6. WSN改进型的协议栈体系结构是什么样的 定位和时间同步子层在协议栈中的位置比较特殊。它们既要依赖于数据传输通道进行协作定位和时间同步协商，同时又要为网络协议各层提供信息支持，如基于时分复用的MAC协议，基于地理位置的路由协议等都需要定位和同步信息。 能量管理在每个协议层中都要增加能量控制代码，并提供给操作系统进行能量分配决策； QOS管理在各协议层设计队列管理、优先级控制或者带宽预留机制，并对特定应用的数据给予特别处理； 拓扑控制利用物理层、链路层或路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议的协议过程，提高协议效率，减少网络能量消耗； 网络管理则要求协议各层嵌入各种信息接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协议组件的运行。 7. WSN 与AD HOC网络有什么相同点与不同点 8.传感器结点受到哪三方面因素的限制 电源能量限制、通信能力受限、计算和存储能力受限。 9. 传感器网络的组网特点有哪些 无线传感器网络主要特点包括自组织性、以数据为中心、应用相关性、动态性、网络规模大和需要高的可靠性等。 第二章练习1 1. WSN路由协议的定义是什么 WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机制。 2. WSN路由协议的设计目标有哪几点 满足应用需求 低网络开销 资源利用的整体有效性 网络高吞吐率 3. 什么是数据中心网络、地址中心网络 4. WSN的网络体系结构是什么样的 路由协议的要求是什么 1)能量高效（协议简单&节省能量&均衡消耗） 2)可扩展性（网络范围&节点密度） 3)鲁棒性（节点变化&拓扑变化） 4）快速收敛性 6. WSN路由协议的关键技术有哪些 考虑网络和节点能量优化（硬件限制） 具有高可扩展性（网络规模&自组织） 适应强网络拓扑变化（节点移动&无线信道）
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。
《传感器与检测技术》习题 一、选择 #变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。 #在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。 #变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 #工业检测仪表精度等级常以 D 作为判断仪表精度等级的尺度。 A. 引用误差 B.允许误差 C.相对误差 D.最大引用误差 #检测系统的测量不确定度愈小，表明测量 C A.结果与真值愈接近 B.精度愈高 C.测量结果的离散程度越小 # A.低 B.高 C.相等 D.不定 #码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、__a______和___c_____三种。 a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器 #改变电感传感器的引线电缆后，____c____。 a.不必对整个仪器重新标定 b. 必须对整个仪器重新调零 c. 必须对整个仪器重新标定 d. 不必对整个仪器重新调零 # 变片的选择包括类型的选择、材料的选用、___c_____、___d_____等。 a.测量范围的选择 b.电源的选择 c. 阻值的选择 d. 尺寸的选择 e.精度的选择 f.结构的选择 # 变片绝缘电阻是指已粘贴的___b_____应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件 # 光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为___d_____。 a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应 # 如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为。传感器的运动部分与衔铁相连。 当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙发生变化。这种结构可作为传感器用于____c____。 a. 静态测量 b. 动态测量 c. 静态测量和动态测量 d. 既不能用于静态测量，也不能用于动态测量 #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 #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 #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 #．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 #．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 #．电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为( C )的输出。 A. 电阻 B. 电容 C. 电压 D. 电荷 #．压电式加速度传感器是( D )信号的传感器。 A. 适于测量任意 B. 适于测量直流 C. 适于测量缓变 D. 适于测量动态 #．对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无金属导体靠近时，其输出电压( A )。 A. 最大 B. 最小 C. 随机变化 D. 中间点
1.1 传感器静态特性指标主要有线性度，灵敏度，精确度，最小检测量和分辨力等；而动态 特性指标主要有传递函数和频率特性两部分。 1.2 传感器的精度A含义是在规定条件下，其允许的最大绝对误差值相对于其测量范围的百 分数。根据精度等级概念若测得某传感器A=0.48%，则传感器应定为0.5级精度。 1.3 传感器的线性度含义是：在规定条件下，传感器校准曲线和拟合直线间的最大偏差 与满量程输出值的百分比。拟合刻度直线的方法有端基法，最小二乘法，切线法三种。 1.4 某电容式位移传感器，当被测位移变化是50um，相对电容变化输出量为 25pF，其平均灵敏度为0.5pF/um;用切线法求得线性度为1%。若用差动式电容结构，其灵敏度为1pF/um。用切线法求得线性度为0.01%。 1.5 传感器的最小检测量是指传感器确切反映被测量的最低级限量而言。最小检测量 愈小，则表示传感器的检测微量能力愈高。 2.1金属应变片工作原理是应变效应。半导体应变片的工作原理是压阻效应。二者 应变灵敏度系数主要区别是前者是受到一维应力时测得，后者是在多向应力作用下测得的；前者主要受胶层传递变形失真和横向效应影响而后者则受扩散电阻的表面杂质浓度和温度影响；前者为放应电阻相对变化以应变?的线性关系，后者为电阻率变化与?的线性关系。 2.2为提高应变片的动态测量精度，当被测应变片波长一定时，现有基长分别为 15mm和20mm两种应变片，则应选用基长为15mm的应变片，方可减少动态误差。 2.3 应变式产生温度误差的原因是应变片电阻丝具有一定的温度系数和电阻丝材料和 测试材料的线膨胀系数不同。通常采用的温度补偿法单丝自补法，双丝组合式自补法，电路补偿法。 2.4应变片传感器灵敏度系数K的测试条件是在试件受到一组应力作用时，应变片的 轴向与主应力方向一致且试件材料是泊松比为0.285的钢材。测得长值的大小比应变丝的应变灵敏度K小，其原因是胶层传递变形失真和横向效应。 2.5为减小温度误差，压阻器件一般采用恒流源供电，而器件本身受温度影响要 产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。因而要采用温度补偿措施。方法有串并联电阻法，在电源回路串联二极管等。 3.1 电容式传感器分布电容的存在对点测量的危害性是：显著降低灵敏度，使传感 器特性不稳定。通常采用的消除和减小分布电容方法有采用静电屏蔽措施，采用驱动电缆技术。 3.2平行板式电容传感器，变面积型可用于检测微小位移，而变介质型可用于检测 容器中液面高度（测片状材料厚度，介质常数）等。 3.3当差动式电容测量低昂利用输出电压为的形式时（E为电源电压，C1，C2为 差动电容），测具有的特点是线性输出，不需附加解调器即可直流输出，直流输出只需经滤波器简单引出。 3.4运算法测量电容传感器电路具有的特点是：输出电压U与动极片的位移d成线性 关系，从原理上解决了使用单个变间隙型电容传感器输出特性的非线性问题。 3.5 电容式差压变送器的敏感电容结构是张紧式，其主要特点是：变压器线性度良 好，输出为标准电流信号，动态响应时间一般为0.2~15S. 4.1差动电感及差动变压器的位移-电压特性均为正比(交流)特性，因而测位移存在 只能反映大小不能反映方向的问题，解决此问题的方法是采用差动整流电路和相敏
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
《第一章传感器的一般特性》 1 试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定： 1）该测速发电机的灵敏度。 2）该测速发电机的线性度。 2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。 3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？ 5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 6．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。 《第二章应变式传感器》 1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。 2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。 在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。
《传感器与传感器技术》计算题 解题指导（供参考） 第1章 传感器的一般特性 1-5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F ?S ）为50~10=40(mV) 可能出现的最大误差为： m ＝40 2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： %4%10021408.01=??=γ %16%10081 408 .02=??=γ 1-6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K 。 （1） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中，y 为输出电压，V ；T 为输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，V ；x ——输入压力，Pa 。 解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K =1.5105/3=0.5105 (V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K =9.6/4.2=2.29(V/Pa)。 1-7 设用一个时间常数=0.1s 的一阶传感器检测系统测量输入为x (t )=sin4t +0.2sin40t 的信号，试求其输出y (t )的表达式。设静态灵敏度K =1。 解 根据叠加性，输出y (t )为x 1(t )=sin4t 和x 2(t )= 0.2sin40t 单独作用时响应y 1(t )和y 2(t )的叠加，即y (t )= y 1(t )+ y 2(t )。 由频率响应特性：
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
传感器技术绪论习题 一、单项选择题 1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ B ）。 A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器 2、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 3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（C ），构成信息技术的完整信息链。 A. 汽车制造技术 B. 建筑技术 C. 传感技术 D.监测技术 4、传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ A ）三大类。 A. 生物型 B. 电子型 C. 材料型 D. 薄膜型 5、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（ B ）。 A. 传感器＋通信技术 B. 传感器＋微处理器 C. 传感器＋多媒体技术 D. 传感器＋计算机 6、近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的（D ）的传感器。 A. 视觉器官 B. 听觉器官 C. 嗅觉器官 D. 感觉器官 7、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 8、传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D ）。 A. 测量 B. 感知 C. 信号调节 D. 转换 9、传感技术与信息学科紧密相连，是（C ）和自动转换技术的总称。 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取 10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是（ A ） A．应变式传感器B．速度传感器 C．化学型传感器D．能量控制型传感器 二、多项选择题 1、传感器在工作过程中，必须满足一些基本的物理定律，其中包含（ABCD）。 A. 能量守恒定律 B. 电磁场感应定律 C. 欧姆定律 D. 胡克定律 2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科，涉及（ABC ）等多方面的综合技术。 A. 传感检测原理 B. 传感器件设计 C. 传感器的开发和应用 D. 传感器的销售和售后服务 3、目前，传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用，以下领域采用了传感技术的有：（ABCD ）。 A. 工业领域 B. 海洋开发领域 C. 航天技术领域 D. 医疗诊断技术领域 4、传感器有多种基本构成类型，包含以下哪几个（ABC ） A. 自源型 B. 带激励型 C. 外源型 D. 自组装型 5、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按输出量分 D. 按能量变换关系分 6、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分
1. 传感器由哪几部分组成?其各部分的作用就是什么? 答:传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路等几部分组成。组成框图如下图所示。 敏感元件:它就是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件:敏感元件的输出就就是它的输入,它把输入转换成电路参数。 转换电路:将转换元转换成的电路参数接入转换电路,便可转换成电量输出。 2. 某线性位移测量仪,当被测位移X 由3、0mm 变到4、0mm 时,位移测量仪的输出电压V 由3、0V 减至2、0V,求该仪器的灵敏度。 解:该仪器的灵敏度为 10 .30.40.30.2X V -=--=??=S V/mm 3. 电阻丝式应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？各有何优缺点？ 金属电阻应变片就是利用电阻应变效应;半导体应变片就是利用压阻效应。电阻丝应变片利用导体形变引起电阻变化,半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。通常半导体应变片比电阻丝应变片灵敏度高,但分散性大,温度效应也比较大。 4. 为什么变极距型电容传感器的灵敏度与非线性就是矛盾的？实际应用中怎样解决这一问题？ 变极距型电容传感器灵敏度 灵敏度与极距的平方变化成反比,二者就是非线性的,并且要灵敏度高,极距变化量就要小,因 此要在实际中解决这对矛盾,可以采用如下方法: 限制量程;差动测量;运放运算放大器式测量电路;差动脉冲调宽电路。 5. 差动式传感器的优点就是什么？ 试述产生零点电位的原因与减小零位电压的措施。 优点:减小非线性误差;提高传感器灵敏度;减小温度、湿度等环境因素的影响。 当被测量的变化导致两个结成差动式的传感器输出相等时,差动式传感器输出应该为零,如果差动式传感器输出电压不为零,则称该电压为零点残余电压,产生原因主要因为组成差动式结构的两个传感器材质、工艺等不一致,减小零位电压的措施有:选材一致、工艺一致、电路上加补偿电阻或调零电路。 6. 采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2、0的金属电阻应变片与阻值为120Ω的固定电阻组成电桥, 供桥电压U 为5V,假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变ε分别为1与1 000时,试求单臂、双臂与全桥工作时的输出电压,并比较三种情况下的灵敏度。 解:(1)单臂电桥时 4 0U K U ε=,所以应变为1时 66 0105.24 10254--?=??==U K U εV 应变为1000时应为 33 0105.24 10254--?=??==U K U εV 20 D A D C S εε-=??=
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
1.用测量范围为-50~150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：真值L=140kPa, 测量值x=142 kPa 绝对误差Δ=x-L=142-140=2 kPa 实际相对误差 标称相对误差 引用误差 2 .用电位差计测量电势信号x E （如图所示）,已知: ,10,10,5,2,42121Ω=Ω=Ω===p r R R mA I mA I 电路中电阻 p r R R ,,21的定值系统误差分别为 ,005.0,01.0,01.021Ω+=?Ω+=?Ω+=?p r R R 设检流计A 、上支 路电流1I 和下支路电流2I 的误差忽略不计。求修正后的x E 的大小。 解：1122()x p E r R I R I =+- 当不考虑系统误差时，有0(105)410240x E mV =+?-?= 已知12,,p r R R 存在系统误差，按照误差合成理论，可得 2100% 1.43%140L δ?= ?==2 100% 1.41%142 x δ?'=?= =100%100%2 1% 150(50) m x γ?? =?= ?= =--测量上限－测量下限
11122 40.00540.0120.010.04x p E I r I R I R mV ?=?+?-?=?+?-?= 修正后的E x 为0400.0439.96x x x E E E mV =-?=-= 3. 某压力传感器测试数据如表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。 2)． 再用最小二乘法拟合直线： 设拟合直线为：b kx y +=
传感器基本知识： 【教材例题】用一个时间常数4510s τ-=?的一阶传感器测量正弦信号。问： （1）如果要求限制振幅误差在5%以内，则被测正弦信号的频率为多少？此时的振幅误差和相角差各是多少？ （2）若用具有该时间常数的同一系统作50Hz 信号的测试，此时的振幅误差和相角差各是多少？ 分析：传感器对某一信号测量后的幅值误差应为 101 1()δω-==-A A A A (1-48) 其相角差即相位移为?，对一阶系统，若设K=1，则其幅频特性和相频特性分别为 ()arctan()A ω?ωτ==- 解：(1) ∵1()A δω=-，故当||5%0.05δ=≤时，即要求1()0.05A ω-≤，所以 10.05。化简得：22 1()10.1080.95ωτ-=≤ ∴ 4 11104()22510f Hz τ-=ππ?? 即被测正弦信号的频率不能大于104Hz 。此时产生的幅值误差和相位误差分别为： 11110.9506 4.94%δ=-==-== 4arctan()arctan(2)arctan(2104510)18.9f ?ωττ-=-=-π=-π???=- (2) 当作50Hz 信号测试时，有 11110.9878 1.21%δ=-==-== 4arctan()arctan(2)arctan(250510)8.92f ?ωττ-=-=-π=-π???=- 【教材习题】液体温度传感器是一阶传感器，现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程为 4dy/dt+2y = 2×10-3x 。式中，y 为水银柱高（m ），x 为被测温度（°），求： （1）水银温度计的传递函数； （2）温度计的时间常数及静态灵敏度； 解：微分方程变形为：2dy/dt+y = 1×10-3x 其拉氏变换为：（2s+1）Y （s ）=1×10-3 X （s ） 传递函数为：()3 ()110()12Y s H s X s s -?==+ 时间常数:2τ=秒；静态灵敏度:3 110/1/k m C mm C -=?=
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
【巩固练习】 一、选择题 1、(2015 江苏省南通市如皋市二模) 如图所示的电路是某种逻辑电路，两个开关A、B并联，控制同一灯泡Y，A、B中任一开关闭合时，灯泡Y都亮，那么这个电路的逻辑关系为（） A．“非”逻辑B．“与”逻辑C．“或”逻辑D．“与非”逻辑 2、在如图所示的逻辑电路中，当A端输人电信号“1”，B端输入 电信号“0”时，则在C和D端输出的电信号分别为（） A．1和0 B．0和1 C．1和1D．0和0 3、如图所示，下列由基本门组成的电路中，能使蜂鸣器发出声音的是（） 4、（2014 河南开封模拟）如图所示，光敏电阻被光照射时电阻会变小，电源电动势为E，内阻为r。在有光照射电阻R1时，灯泡L正常发光。当无光照射R1后，下列判断正确的是（） A. 通过光敏电阻R1的电流将变小 B. 光敏电阻R1两端的电压不变 C. 电源的输出功率变大 D. 灯泡消耗的功率变大 5、半导体温度计是利用热敏电阻制造的，如图所示，如果待测点的温度升高，那么（） A．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变大 B．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变小 C．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变大 D．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变小 6、如图所示的电路中，两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED相距不变，下列说法中正确的是（）A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变 7、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器。值班室的显示器为电路的电流表，a、b之间接报警器。当传感器 R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的 变化情况是（） A．I变大，U变大B．I变小，U变小 C．I变小，U变大D．I变大，U变小 8、压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放 I，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如一物体m，电梯静止时电流表示数为 图甲、乙、丙、丁所示，下列判断中正确的是（） A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动C．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动D．丁图表示电梯可能做变减速下降运动 9、(2015 湖南十校联考) 如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 314t V的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(R2的阻值随温度升高而减小)，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻．当传感器R2所在位置处出现火警时，以下说法中正确的是( ) A．A1的示数不变，A2的示数增大 B．A1的示数增大，A2的示数增大 C．V1的示数增大，V2的示数增大 D．V1的示数不变，V2的示数减小