309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路
309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C 1、C 2，两边压力分别为F 1、F 2。图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。试分析：(1)当两边压力相等F 1＝F 2时负载电阻R L 上的电压U o 值； 2)当F 1＞F 2时负载电阻R L 上的电压U o 的大小和方向(正负)。 309、解：
310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。 310答：当初始状态时，液面高度h=0,则
1
2ln
l R r
C
π
ε=
，当液面高度为h 时，则
由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。
311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?
311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。
变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。
变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。
变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。
336题图差动脉冲宽度调制线路
314题图 差动变压器式加速度传感器
(a) 结构示意图 （b ）测量电路方框图l 一弹性支承2一差动变压器
2
D
t 1
2 x 1
312、试说明由比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充、放电回路组成差动脉冲宽度调制电路工作原理。
312答：设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过R 1 对C 1充电，直至M 点的电位等于参考电压U F 时，比较器A l 产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A 点呈低电位，B 点呈高电位。此时M 点电位经二级管D 1迅速放电至零。而同时B 点的高电位经R 2向C 2充电，当N 点电位等于U F 时，比较器A 2产生一脉冲。使触发器发器又翻转一次，则A 点呈高电位，B 点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，在
双
稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C 1 、C 2调制的方波脉冲。
313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量C o 。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。
14、试说明图示的差动变压器式加速度传感器的工作原理。答：在被测加速度为零时，衔铁在初始位置状态，此时衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测体有加速度时，由于弹性支承1受惯性力作用相对差动变压器2有位移，即带动衔铁相对被测体有相反方向的位移，从而使差动变压器输出电压。经检波、滤波后，其输出电压可反映被测加速度的数值。
315、电涡流式传感器有何特点？答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D 。而他们与板的上，下表面分
别相距X 1和X 2，这样板厚t=D －(X 1+X 2),当两个传感器在工作时分别测得X 1和X 2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D 对应的设定电压再相减，
319图 差动整流电路原理图
就得到与板厚相对应的电压值。
316、何谓电涡流效应?怎样利用电涡流效应进行位移测量?
316、答：:电涡流效应指的是这样一种现象：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，通过导体的磁通将发生变化，产生感应电 动势，该电动势在导体内产生电流，并形成闭合曲线，状似水中的涡流，通常称为电涡流。
利用电涡流效应测量位移时，可使被测物的电阻率、磁导率、线圈与被测物的尺寸因子、线圈中激磁电流的频率保持不变，而只改变线圈与导体间的距离，这样测出的传感器线圈的阻抗变化，可以反应被测物位移的变化。
317、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 答： (1)不同点：1 )自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化； 2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。 (2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管型。
318、简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。
318、答：电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，它将输入的物理量(如位移、振动、 压力、流量、比重等)转换为线圈的自感系数L 或互感系数M 的变化，再通过测量电路将L 或M 的变化转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。
根据工作原理的不同，电感式传感器可分为变磁阻式(自感式)、变压器式和涡流式 (互感式)等种类。
319、试分析图所示差动整流电路的整流原理，若将其作为螺线管式差动变压器的测量电路，如何根据输出电压来判断衔铁的位置?
319答：该差动整流电路是把差动变压器的两个二次输出电压分别整流，然后再将整流后的电压的差值作为输出，具体整流原理如下：
A 、当Ui 上正下负时，上线圈a 正b 负，下线圈c 正d 负。
上线圈：电流从a →1→2→4→3→b,流过电容C 1的电流是由2到4，电容C 1上的电压为V 24； 下线圈：电流从c →5→6→8→7→d ，流过电容C 2的电流是由6到8，电容C 2上的电压为U 68。
B 、当Ui 上负下正时，上线圈a 负b 正，下线圈d 正c 负。
上线圈：电流从b →3→2→4→1→a,流过电容C 1的电流是由2到4，电容C 1上的电压为V 24； 下线圈：电流从d →7→6→8→5→c ，流过电容C 2的电流是由6到8，电容C 2上的电压为U 68。 由此可知，不论两个二次绕组的输出电压极性如何，流经电容C 1的电流方向总是从2→ 4，流经电容C 2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为：
26
24862468U U
U U U U ==+=-
①当衔铁位于中间位置时，U 24 = U 68，所以，U 0 =0 ②当衔铁位于中间位置以上时，U 24＞ U 68，所以，U 0 ＞0 ③当衔铁位于中间位置以下时，U 24 ＜ U 68，所以，U 0＜0。 如此，输出电压的极性反映了衔铁的位置，实现了整流的目的。
320、分析图中自感式传感器当动铁心左右移动时自感L 的变化情况(已知空气隙的长度为X l 和X 2，空气隙的面积为s ，
322题图 微压力变送器
(a)结构图(b)测量电路方框图
1一接头2一膜盒3一底座4一线路板5一差动变压器6一衔铁7一罩壳
磁导率为μ，线圈匝数W 不变)。 320答：线圈中自感量：
磁路总磁阻：
空气隙X l 和X 2各自变而其和不变，其他变量都不变，所以自感量L 不变。
321、试说明图示的电感式传感器差动整流电路的工作原理。答：图示的全波相敏整流电路，是根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f 点为"+"， e 点为"－"，则电流路径是fgdche 。反之，如f 点为"－"， e 点为"＋"，则电流路径是ehdcgf
。可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R 的电流总是从d 到Co 同理可分析另一个次级线圈的输出情况。输出的电压波形见图 (b) ，其值为U SC = e ab + e cd 。
322、试说明图示的微压力变送器的工作原理。322答：在被测压力为零时，膜盒在初始位置状态，此 时固接在膜盒中心的衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测压力 由接头1传人膜盒2时，其自由端产生一正比于被测压力的位移，并且带动衔铁6在差动变压 器线圈5中移动，从而使差动变压器输出电压。经相敏检波、滤波后，其输出电压可反映被测压力的数值。
323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应? 答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。 当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电 效应。 沿石英晶体的x 轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。沿石英晶体的y 轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为"横向压电效应"。
324、压电元件在使用时常采用n 片串联或并联的结构形式。试述在不同联接下输出电压、 电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合? 答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了n 倍，电容量也增加了n 倍， 输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷
第321题图 e
:
g c
d
h
b
a
R
R
sc
U
f
1
e
327题图 纵向效应型
加速度传感器的截面图
A
B
O 点
LA
LB
地 面
L
作为输出量的场合。 串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的1/n ，输出电压增大了n 倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。
325、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。
答:传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。
传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出的电荷成正比，电缆电容的影响小。
326、为什么压电式传感器通常用来测量动态或瞬态参量？答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。 327、试说明图示的纵向效应型加速度传感器的工作原理。 327答：当传感器感受振动时，因为质量块相对被测体质量较小，因此质量块感受与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力，此力为F=ma 。同时惯性力作用 在压电陶资片上产生电荷为
Q=d 33F=d 33ma
此式表明电荷量直接反映加速度大小。
328、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。
328答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。
石英晶体受外力作用而变形时，产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。 压电陶瓷的压电系数比石英晶体大得多(即压电效应更明显) ，因此用它做成的压电式 感器的灵敏度较高。但其稳定性、机械强度等不如石英晶体。
329：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O 发生漏水，则在管道上A 、B 两点放两只压电传感器，应能检测到漏水处的位置。试说明其工作原理。
第334题图
329答：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O 发生漏水，水漏引起的振动从O 点向管道两端传播，在管道上A 、B 两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O 点传来的t 0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出L A 或L B 。 两者时间差为
Δt= t A －t B =（L A －L B ）/v 又L=L A +L B ，所以
330、试说明压电传感器电荷放大器中所说的“密勒效应”是什么意思？答： “密勒效应” 是说，将压电传感器电荷放大器中反馈电容与反馈电阻C F 、R F 等效到A 0的输入端时，电容C F 将增大（1＋A 0）倍。电导1/R F 也增大了（1＋A 0）倍。
332、热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些332答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。（2）A ：补偿导线法B ：冷端温度计算校正法C ：冰浴法D ：补偿电桥法。
334、试说明如图所示的热电偶四线制测温时，是如何消除连接导线电阻r 带来的测温误差的。答：由恒流源供给已知电流I 流过热电阻R ，使其产生压降u ，再用电位差计测出u ，便可利用欧姆定律得
此处供给电流和测量电压分别使用热电阻上四根导线，尽管导线有电阻r ，但电流在导线上形成的压降r·I 不在测量范围之内。电压导线上虽有电阻但无电流，因为电位差计测量时不取电流，所以四根导线的电阻r 对测量均无影响。四线制和电位差计配合测量热电阻是比较完善的方法，它不受任何条件的约束，总能消除连接导线电阻对测量的影响，当然恒流源必须保证I 稳定不变，而且其值的精确度应该和R 1的测量精度相适应。
343、试分别说明右下图的二种光电式传感器的工作原理。
343答：①光辐射源本身是被测物如图 (a) ，被测物发出的光通量射向光电元件。这种形式的光电传感器可用于光电比色高温计中，它的光通量和光谱的强度分布都是被测温度的函数。 ②恒光源是白炽灯(或其他任何光滑、)见图 (b) ，光通量穿过被测物，部分被吸收后到达光电元件上。吸收量决定于被测物介质中被测的参数。例如，测量液体、气体的透明度、混浊度的光电比色计。
344、试分别说明右下图的二种光电式传感器的工作原理。 344答：(c)被测物是有反射能力的表面(d)被测物遮蔽光通量。恒定
光源发出的光通量到
2
2v t L L v t L L B A ??-=
??+=
被测物，见图(c)，再从被测物体表面反射后去封到光电元件上。被测体表面反射条件决定于表面性质或状态，因此光电元件的输出信号是注测非电量的函数。例如，测量表面光洁度、粗糙度等仪器中的传感器等。
（d）从恒光源发射到光电元件的光通量遇到被测物，被遮蔽了一部分，见图（d）。由此改变了照射到光电元件上的光通量。在某些测量尺寸或振动等仪器中，常采用这种传感器。
345题图 霍尔式位移
传感器的磁路结构示意
346题图
霍尔式压力传感器结构示
345、试说明图示的霍尔式位移传感器的工作原理。 345答：在极性相反、磁场强度相同的两个磁钢气隙中放置一块霍尔片，当控制电流恒定不变时，则磁场在一定范围内沿x 方向的变化率 dB/dx 为一常数，如图(b)所示。
当霍尔元件沿x 方向移动时，霍尔电势的变化为
式中K 一一霍尔式位移传感器输出灵敏度。
由上式可知，霍尔电势与位移量x 成线性关系，并且霍尔电势的极性反映了元件位移的方向。实践证明，磁场变化率越
大，灵敏度越高;磁场变化率越小，则线性度越好。H 式还表示当霍尔元件位于磁钢中间位置时，即x=0时，U H =0，这是由于在此位置元件同时受 到方向相反、大小相等的磁通作用的结果。基于霍尔效应制成的位移传感器一般可用来测量 1-2 mm 的小位移，其特点是惯性小，响应速度快。
346、试说明图示的霍尔压力传感器的工作原理。 346答：作为压力敏感元件的弹簧管，其一端固定， 另一端安装霍尔元件。当输入压力增加时，弹簧管伸长，使处于恒定磁场中的霍尔元件产生相应位移，霍尔元件的输出即可反映被测压力的大小。
351、什么是霍尔效应?为什么说只有半导体材料才适于制造霍尔片? 351答：当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象
被称为霍尔效应。 霍尔电动势：
霍尔电动势与霍尔电场E H 、载流导体或半导体的宽度b 、载流导体或半导体的厚度d 、电子平均运动速度u 、磁场感应强度B 、电流I 有关。 霍尔传感器的灵敏度K H =
1H
H
d
ned
R
K
=
=-
。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形。又因为霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
四、计算题
361、一台精度等级为0.5级、量程范围600~1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格？
361解：根据精度定义表达式A=错误！未找到引用源。△A/ Y F.S ×100%，并由题意已知：A=0.5%，Y F.S =（1200—600）℃，得最大允许绝对误差
△ A=A .
Y F.S =0.5%×（1200—600）=3℃
此温度传感器最大允许绝对误差为3℃。检验某点的最大绝对误差为4℃，大于3℃，故此传感器不合格。
362、已知电感压力传感器最县检测量为0.5mmH 2O ，测量范围0~250 mmH 2O ，输出电压为0~500mV ，噪声系数C=2；另一个电容压力传感器最小检测量为0.5 mmH 2O ，测量范围为0~100 mmH 2O ，输出电压为0~300 mV ，噪声系数C=2。问：哪个传感器噪声电平大？大多少？ 362解：根据传感器灵敏度计算式K=△Y/△X ，得
电感压力传感器 K 1=（500－0）/（250－0）=2Mv/mmH 2O 电容药理传感器 K 2=（300－0）/（100－0）=3Mv/mmH 2O
由最小检测量计算式M=CN/K ，得噪声电平N=KM/C ，分别计算结果如下：
电感压力传感
11120.5
0.52K M N mv C ?=
== 电容压力传感器 11120.5
0.52
K M N mv C ?===
答：电感压力传感器噪声电平大，210.25N N N mv ?=-= 。
363、某玻璃水银温度计微分方程式为4
0dQ dt
+2Q 0=2×10-3
Q i ，式中为水银柱高度（m ）；Q i 为被测温度（℃）。试确定该温度计的时间常数和静态灵敏度系数。 363解：该温度计为一阶传感器，其微分方程基本形式为100dY
a a Y
b X dt
+=，此式与已知微分方程比较可知时间常数与静态灵敏度系数，即：
计算题365题图
1 0.707
2 1 ωτ 0.1
B/
A
103
3004
=22210102
m
C
a s a
b K a τ--==?=
==
364、某压电式加速器计动态特性可用下述微分方程描述；
2310102
3.010 2.251011.010q dq q a t dt
?+?+?=??，式中q 为输出电荷量（PC ）；a 为输入加速度（m/s 2
）.
试确定该加速度计的静态灵敏度系数K 值；测量系统的固有振荡频率ω0 及阻尼比数ξ。 364解：该加速度计为二阶传感器，其微分方程基本形式为：
221002Y dY a a a Y b X t dt
?++=? 此式与已知微分方程式比较可得： 静态灵敏度系数K=
00b a =11.0×1010 /2.25×1010 =4.89pC/（m/s 2
） 固有振荡频率W 0 =
10
500
2
2.25* 1.5/1
1010rad s a a
ω
===?
阻尼比ξ=31
10
02
3.0100.0122 2.25101
a a
a ?=
=??
365、已知某一阶传感器的传递函数ω（p ）=1/（τp+1），τ=0.001s 。求该传感器输入信号工作频率范围。
365解：由题目可知该一阶传感器的频率传递函数ω（j ω）=1/（1+j ωτ）,幅频特性B/A=|ω(j ω)|=1/21+(j )ω 。曲线如图所示。由图可知当B/A>0.707时输
出信号失真较
小，测量
结果比较精确，故取此范围为工作段。则
又ωτ=1，即ω=1/τ=2*f 故
所以输入信号工作范围0~159Hz 。
368、检验一台量程为0~250mmH 2O 的差压变送器，当差压由0上升至100 mmH 2O 时，差压变
b
l
13
2
4
R R
R R
??t
F
r
计算题373题图
送器读数为98 mmH 2O ；当差压由250 mmH 2O 下降至100 mmH 2O 时差压变送器读数为103 mmH 2O ，问此仪表在该点迟滞（变差）是多少？ 368解：Δhmax ＝103－98＝5 Y FS ＝250－0＝250
故δH ＝Δhmax/Y FS *100%＝2% 故此在该点的迟滞是2％。
369若一阶传感器的时间τ=0.01s ，传感器响应幅值差在10%范围内，此时ωτ最高值为0.5，试求此时输入信号的工作频率范围？
369解：因为传感器响应幅值差值在10％以内，且W τ≤0.5，W ≤0.5/τ，而w=2πf, 所以 f=0.5/2πτ≈8Hz
即传感器输入信号的工作频率范围为0∽8Hz
370、某测量系统的动态微分方程为30dY/dX+3y=1.5×15-5
X ，式中Y 为输出电压（V ）；X 为输入压力（Pa ）。求该系统的时间常数和静态灵敏度。 370解：此为一阶传感器，其微分方程为a 1dy/dx+a 0y=b 0x 所以 时间常数τ＝a 1/a 0=10s
K=b 0/a 0=5*10-6
V/Pa
371、己知某位移传感器，当输入量△X= 10μm ，其输出电压变化量△U=50 mV 。求其平均灵敏度K 1为多少?若采用两个相同的上述传感器组成差动测量系统则该差动式位移传 感器的平均灵敏度K2为多少? 371解：由传感器灵敏度的定义有：
K ＝
m mv m
mv
x y μμ/51050==?? 若采用两个相同的传感器组成差动测量系统时，输出仅含奇次项，且灵敏度提高了2倍，为10mv/μm.
372、如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4
m 2
，弹性模量
E=2×1011
N/m 2
，若有F=5×104
N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试求该应变片的灵敏度系数？ 372解：由题意得应变片电阻相对变化量△R/R=1/100。
根据材料力学理论可知：应变ε =σ/E （ σ为试件所受应力， σ =F/S ），故应变 ε =F/S ·E=5×104
/0.5×10-4
×2×1011
=0.005 应变片灵敏度系数
K=△R/R/ ε =1/100/0.005=2
373、一台用等强度梁作为弹性元
件的电子秤，在梁上、下面各贴两片相同的电阻应变片
（K=2）如图（a ）所示。已知l =100mm 、b =11mm 、t=3mm ，E=2×
104
N/mm 2
。现将四个应变片接入图（b ）直流桥路
U
R
1
R
2
R
3
R
4
F
F
R 1 R 3 R 2
R 4
计算题374题图
F
R 1 R 3 R 2
R 4
中，电桥电源电压U=6V 。当力F=0.5kg 时，求电桥输出电压U O =？
373解：由图（a ）所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下面各两片。当重力F 作用梁端部后，梁上面R 1和R 3产生正应变电阻变化而下表面R 2和R 4则产生负应变电阻变化，其应变绝对值相等，即
ε1= ε 3=│- ε 2┃=┃- ε 4┃ 电阻相对变化量为
△R 1/R 1=△R 3/R 3=┃-△R 2/R 2┃ =┃-△R 4/R 4┃=△R/R=K · ε 现将四个应变电阻按图（b ）所示接入桥路组成等臂全桥电路，其
输出桥路电压为 U O =U ?*△R/R=K ε?*U =K ?*ε?*6Fl/bt 2
E
=2×6×（6×0.5×9.8×100）/（11×32
×2×104
） =0.0178=17.8mv
374、采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图（a ）所示，力F=1000kg 。圆柱断面半径r=1cm ，杨氏模量E=2×107
N/cm 2
，泊松比μ =0.3。求（1）画出应变片在圆柱上贴粘位置及相应测量桥路原理图；（2）各应变片的应变ε =？电阻相对变化量△R/R=？
374解：（1）按题意采用四个相同应变片测力弹性元件，贴的位置如图374（a ）
所示。
R 1、R 3沿轴向受力F 作用下产生正应变 *
1
＞0， ε 3＞0；
R 2、R 4沿圆周方向贴则产生负应变 ε 2＜0， ε 4＜0。
四个应变电阻接入桥路位置入图（b ）所示。从而组成全桥测量电路可以提高输
出电压灵敏度。
（2） ε1＝ε 3＝σ/E ＝F/(SE)＝1000×9.8/（2×3.14×12
×2×107
）＝1.56×10－4
＝156 μ ε
ε2＝ ε4＝－ μ F/SE ＝－0.3×1.56×10
－4
=－0.47×10－4
＝－47 μ ε
△R 1/R 1＝△R 3/R 3＝k 1 ε ＝2×1.56×10－4
=3.12×10－4
△R 2/R 2＝△R 4/R 4＝－k 2 ε＝-2×0.47×10－4
＝-0.94×10－4
375、采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性
元件上。如图（a ）所示，力F=1000kg 。圆柱断面半径r=1cm ，杨氏模量E=2×107
N/cm 2
，泊松比μ =0.3。应变片在圆柱上贴粘位置及相应测量桥路原理如图所示，若各应变片的应变为ε1＝ε 3＝156 μ ε， ε2＝ε4＝－47 μ ε，（1）若供电桥压U=6V ，求桥路输出电压U O ＝？
（2）此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。 375解：
3124120123412
11(1)()()42R R R R R R U U U R R R R R R ??????=
-+-=-441
(3.12100.9410)6 1.222
mV --=?+??=
计算题376题图
（2）此种测量方式可以补偿环境温度变化的影响。因为四个相同电阻应变在同样环境条件下，感受温度变化产生电阻相对变化量相同，在全桥电路中不影响输出电压值，即 故
376、采用四个性能完全相同的电阻应变片（灵敏度系数为K ），将其贴在薄壁圆筒式压力传感元件外表圆周方向，弹性元件周围方向应变，
式中，p 为待测压力， μ泊松比，E 杨式模量，d 为筒内径，D 为筒外径。现采用直流电桥电路，供电桥电压U 。 要求满足如下条件：
（1）该压力传感器有温度补偿作用； （2）桥路输出电压灵敏度最高。
试画出应变片粘贴位置和相应桥路原理图并写出桥路输出电压表达式。
376解：按题意要求圆周方向贴四片相同应变片如果组成等臂全桥电路。当四片全感受应变时，桥路输出信号为零。故
在此种情况下，要求有补偿环境温度变化的功能，同时桥路输出电压还要足够大，应采取参比测量方式即两片R 1、R 3贴在有应变的圆筒壁上做敏感元件，而另两贴片
R 2、R 4在不感受应变的圆筒外壁上作为补温元件，如图（a ）所示。 然后再将四个应变片电阻接入图（b ）桥臂位置上。此时被测压力变化时， R 1、R 3随筒壁感受正应变量ε 1>0， ε 3 >0。并且ε 1＝ ε 3 ；R 2和R 4所处位置筒壁不产生应变，故ε 2＝ ε 4＝0。桥路电压U 0只与敏感元件R 1、R 3有关，故把R 1和R 3放在桥壁上，可获得较高的电压灵敏度。则输出信号电压U 0为
另一方面R 2、R 4放于桥臂上与R 1、R 3组成的全桥测量电路，当环境温度变化时产生的电阻变化量均相同，故对环境温度变化有补偿作用，使
377、一应变片的电阻R ＝120Ω，k ＝2.05，应变为800μm/m 的传感元件。求: (l)ΔR 和ΔR/R ；
12341234t t t t t
R R R R R R R R R R
?????====123401234
1[]0
4t t t t t R
R R R U U R R R R ?????=-+-=(2)2()t d p
D d E
με-=-3131013()1(2)()44222()1(2)4()εεμεμ???+?-=+===--=-R k U R K K d
U U U pU
R R D d E d k U P D d E
123401234
1[]0
4?????=-+-=?t t t t t R
R R R U V R R R R
计算题378题图
计算题379题图
计算题380题图
(2)若电源电压U ＝3V ，求此时惠斯通电桥的输出电压U 0。 377解：已知R ＝120Ω，K ＝2.05，ε＝800μm/m 由ε*K ＝ΔR/R ＝800＊2.05＊10-6＝1.64＊10-3
ΔR ＝1.64*10-3
*120＝0.1968Ω
U ＝EK ε/4＝3*1.64＊10-3/4＝1.23*10-3
(v)
378、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥(如图)。若钢的泊松比μ=0.285，应变片的灵敏系数K=2，电桥电源电压U=6V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值ΔR 1 ＝0.48Ω试求电桥的输出电压U o 。
378解：此桥为第一对称电桥，由2-25式有
Ug ＝E(（R 1+ΔR 1）R 4－（R 2+ΔR 2）R 3)/（（R 1+ΔR 1+R 2+ΔR 2）2*R 3）（令R 3＝R 4）
＝E(ΔR 1/ R －ΔR 2/R)/（2（2＋ΔR 1/ R ＋ΔR 2/ R ））＝E ΔR1/ R （1+μ）/（2*（2+（1-μ）ΔR1/ R ）＝15.397/2＝7.7（mv ）
379、一测量吊车起吊重物的拉力传感器如题图 (a)所示。R 1、R 2、R 3、R 4按要求贴在等截面轴上。已
知：等截面轴的截面积为0.00196 m 2
，弹性模量:E=2＊l011
N/m 2
，泊松比μ=0.3，且R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝120 Ω，K ＝2，所组成的全桥型电路如题图 (b)所示，供桥电压U ＝2V 。现测得输出电压Ua ＝2.6 mV 。求：
379解：(1) Ug ＝ E[（R 1+ΔR 1）（R 3+ΔR 3）－（R 2+ΔR 2）（R 4+ΔR 4）]/（（R 1+ΔR 1+R 2+ΔR 2）（R 3+ΔR 3+R 4+ΔR 4））＝ E[ΔR 1/ R+ΔR 3/ R －ΔR 2/R －ΔR 4/ R]/（（2＋ΔR 1/ R ＋ΔR 2/ R ）（2＋ΔR 3/ R ＋ΔR 4/ R ））＝2E[1＋μ] ΔR/R /[2+(1-μ) ΔR/R ]2
2.6*10-3＝2*2*1.3*ΔR/R/[2+0.7*ΔR/R]2
[2+0.7*ΔR/R]2＝2*103ΔR/R ＝4＋2.8ΔR/R+（ΔR/R ）2
0＝4－（2000-2.8）ΔR/R ＋（ΔR/R ）2
（ΔR/R －998.6）2＝998.62
－4 ΔR/R ＝0.0020028059 ε＝ΔR/R/K ＝0.0010014 εr ＝-με＝-3*10-4
(2) ：F=＝εES ＝0.001*2*1011
*0.00196＝3.92*105
N
380、已知:有四个性能完全相同的金属丝应变片(应变灵敏系数K= 2)，将其粘贴在梁式测力弹性元件上，如图所示。在距梁端b 处应变计算公式：2
6,Pb e t
ε
ω=
设力P ＝10kg ，b
＝100mm ，t ＝5mm,ω＝20mm ，E ＝2＊105
N/m 2
。求
(1)在梁式测力弹性元件距梁端b 处画出四个应变片粘贴位置，并画
计算题382题图
计算题383题图
出相380测量桥路原理图； (2)求出各应变片电阻相对变化量；
380解：（1）四个应变片粘贴位置，相应的测量桥路原理图如图所示。 （2）ΔR/ R=K ε＝K*6bp/Ewt 2
＝2*6*100*100/2*1011
*20*10-6
*5＊5＝0.0012
381、已知:有四个性能完全相同的金属丝应变片(应变灵敏系数K ＝2)，将其粘贴在梁式测力弹性元件上，如图所示。当各应变片电阻相对变化量为ΔR/ R ＝ 0.0012、桥路电源电压为6V 、负载为无穷大时，求 （1）求桥路输出电压Uo 是多少? (2)这种测量法对环境温度变化是否有补偿作用?为什么? 381解：(1) Ug ＝U εK ＝
6*1.176*10
-3
＝
7.056(mv)
(2)有，原因同376题。
382、如图 (a)所示，在距悬臂梁端部为L 的上、下表面各粘贴两组完全相同的电阻应变片R 1、R 2、R 3、R 4，试求图(c)、图(d)和图( e)所示的三种接法的桥路输出电压对图 (b)所示接法的桥路输出电压的比值。图中U 为电源电压，R 为固定电阻，并且初始时 R 1＝R 2＝R 3＝R 4，U 0为桥路输出电压。
382解：(1)Uc/Ub=2 (2)Ud/Ub=2
(3)Uc/Ub=4
383、图所示为自补偿式半导体应变片， R 1为P －Si 电阻条，R 2为N －Si 电阻条，不受应变时R 1＝R 2。假设R 1和R 2的温度系数相同，现将其接人直流电桥电路中，要求桥路输出有最高电压灵敏度，并能补偿环境温度的影响。试画出测量桥路原理图，并解释满足上述要求的理由。
382解：测量桥路原理如图所示。因为P －Si 的压阻系数为正，N
－Si
的压阻系数为负，所以将其接人电桥的相邻两臂。当被测量使应变片产生应力时，一个电阻增加，另一个电阻减小，引起桥路的不平衡输出最大。当环境温度改变时，R 1、R 2也将改变，但是因环境温度改变而引起的两个电阻的改变量大小相等、符号相同，桥路不会产生不平衡输出。
计算题385题图
384、电阻应变片的灵敏度定义为R
R k
ε
?=
，如今△R 为受到应变ε作用后应变片电阻的变化，
R 为应变片初始电阻。一个初始阻值为120Ω的应变片，灵敏度为K = 2.0， 如果将该应变片用总阻值为12Ω的导线连接到测量系统，求此时应变片的灵敏度。
384解：由应变片灵敏度的定义可得应变的表达式为
R
R R k Rk
ε??=
= 因为用导线将应变片连接到测量系统的前后，应变片的应变量相同，故用导线连接后应变片的灵敏度变为
385、 已知：平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积
2
(22)s a a cm =?=?，间隙00.1mm d =。试求传感器
初始电容值；若由于装配关系，两极板间不平行，一侧间隙为
d
，而另一侧间隙为
(0.01)b b mm d
+=。求此时传
感器电容值。
385解：初始电容值
0022
35.370
3.60.01r S
S
C pF
d
d εεεπ?=
=
=
=?
式中
01
/;13.6r pF cm εεπ=
=
如图所示两极不平行时求电容值
2000000000()ln(1)
r
a a r
r a a adx a b b b C d x d b b a
b d d x d x a a εεεεεε?==+=+++?? 220.01ln(1)33.73.60.0010.1pF π?=+=?
386、变间距（d ）型平板电容传感器，当0
1mm d
=时，若要求测量线性度为0.1%。求：允许
间距测量最大变化量是多少？ 386：当变间距平板型电容传感器的
1d
d
?<<时，其线性度表达式为 0
100%L d
d
δ?=
?
计算题
389题图
计算题390题图
由题意故得0.1%100%1
d
?=?，即测量允许变化量0.001d mm ?=。
89、现有一只电容式位移传感器，其结构如图 (a)所示。已知该电容传感器的输出电压是
（1）求该测量变换系统输出电压—位移灵敏度是多少？ （2）固定电容C F 的作用是什
么？（注：同心圆筒电容公式 中：L 、R 、r 单位均为cm ；相对介电常数εr ，对于空气而言εr =1）
389解（1）电压－位移灵敏度为 （2）C F 为参比测量电容，因为C X 与C F 完全相同，故起补偿作用可提高测量精度。
390、图(a)为二极管环形检波测量电路。
1
C 和2
C
为差动式电容传感器，
3
C
为滤波电容，
L
R
为负载电阻，0
R
为限流电阻，
P
U
是正弦波信号源。
设
L
R
很大，并且
3
1C
C >>，32C C >>。
（1）试分析此电路工作原理； （2）画出输出端电压
AB
U
在
2
1
C C
=、
1
2
C C
>、
1
2
C C
<三种情况下波形图。
390解：（1）工作原理：P
U
为交流信号源，在正、负周内电流的
流程如下
正半周F 点 1131130//()A L C D C R B I C D E R B ?→??→→?→?→→→→??点
点点点
负
半
周
B
点
3222041//()
L C R A D C F I R E D C F →→→→?→?
→→→→?点点点点
1.8ln(/)
SR r SC F U X
U C R r ε=
?
()
1.8ln(/)
SR r SC F U L X U C R r ε-=-?
计算题391题图
由以上分析可知：在一个周期内，流经负载的电流1
I 与1
C
有关，
2
I
与
2
C
有关。因此每个
周期内流过负载电流是21
I I +的平均值，并随1C 和2C 而变化。输出电压AB U 可以反映
1C 和
2
C
的大小。
（2）
AB
U
波形图如图3-5(b)所示。由波形图可求
121212,0,0,0AB AB AB C C U C C U C C U ==>><<
391、图(a)为二极管环形检波测量电路。1
C 和
2
C
为差动式电容传感器，
3
C
为滤波电容，
L
R
为负载电阻，0
R
为限流电阻，
P
U
是正弦波信号源。
设
L
R
很大，并且
3
1C
C >>，32C C >>。
试推导
12(,)AB
f U
C C =的数学表达式
391解：
1122P
P I j C U I j C U ωω==- 3312,C C C C ??
?
??阻抗可忽略,则
12()AB AB
U I I Z =+
（L R 很大故可化简
31
j C ω可忽略）
输出电压平均值
，式中K 为滤波系数。
392、如图所示平板式电容位移传感器。已知：极板尺寸4a b mm ==，间隙0
0.5mm d
=，
极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿x 方向移动2mm ，求此时电容量。
392解：由
3123
1()1L P L R j C j C C U R j C ωωω?
=-?
+
1212
33
()P P
C C C C j U U j C C ω
ω--=?=12
3
AB P C C U K U C -=?
2
01
1
2
1
1
4*4*0.707(/)
*3.6**4**3.6*3.14*0.5*2*4*0.142()3.6**4**3.6*3.14*0.5*10
10
10
10
10
10
r
r
S
K PF cm a
a d S C PF d
C ππε
ε
------==
=
==
=
=有12
122
1
3
2*3.14*8.85*2 2.7510ln ln
9.8
*1*10
10L PF
C C R R πε
--==
=
=5
312
121119.65046*22*3.14*60**2.75*101010C fC Z Z ωπ-==
===Ω计算题393题图
计算题397题图
393、如图所示差动式同心圆筒电容传感器，其可动极筒外径为9.8mm 。定极筒内径为10mm ，上下遮盖长度各为1mm 时，试求电容值1
C 和
2
C
。当供电电源频率为
60kHz 时，求它们的容抗值。
393解：因为
396、有一只变间距电容传感元件，两极板重叠有效面积为42
810m
-?，两极板间距为1mm ，
已知空气1r
ε
=,试计算该传感器位移灵敏度。
396解：
)/(08.7*08.7*8**85.81010
10109
6
4
12
20mm PF S d c K d r ====??=----εε
397、如图所示为一液体储罐，采用电容式液面计测液面。已知罐的内径D ＝4.2m ，金属圆柱电容电极直径d ＝3mm ＝，液位量程H ＝20m ，罐内含有瓦斯气，介电常数12
113.27F/10m ε=?－，液体介电常
数
12
239.82F/10m ε=?－。求：液面计零点迁移电容值和量程电
容值。
397解：零点迁移电容是指容器中全部为气体时的电容值
即12
3
13.27*2**20*230.074.2ln ln 3*1010
2H
C PF
D d πεπ--==零
＝
满量程电容值指ΔC max ＝全部为液体时的电容值－全部为气体时的
电容值，即
12
-
计算题398题图 计算题399题图
398、如图所示二极管环形电桥检波测量电路，P
U
为恒压信号源，
1
2
C C
和是差动式电容传
感器，
C
0C 是固定电容，其值
1
C C ＞＞，0
2
C C
＞＞，设二极管
1
4
D D
到正向电阻为零，反向电阻为
无穷大，信号输出经低通滤波器取出直流信号AB e 。要求：
（1）分析检波电路测量原理； （2）求桥路输出信号
12(,)e
AB
f C C =表达式；
398解：信号为正半周时，D 1、D 3导通，负半周时，D 2、D 4导通。 若C 1＝C 2，则e AB =U SC ＝0. 若C 1≠C 2，则由3－20式 又因为是差动输出，所以
399、 如图所示二极管环形检波测量电路用于电容式液位测量系统。图中1
4
D D
到为二极管，
设正向电阻为零，反向电阻无穷大。传感器电容 ；x
H
为待测液位；e C
旁路电容；
C
调零电容；并且
H
C C
=，
e C
C <<，H C 、M 输出电流指示。试分析其工作
原理，并写出特性方程式()x I
f H ?=?。
399解：当电源为正半周时D 1、D 3导通，D 2、D 2截止，
()
()
2
2
111
2
A 14
Z Z
sc sc
A
E A
E E
U A U A βββ
=
=++，＝＝知＝12sc 1
-Z
=
E E =E 22Z 2C C U C β
?＝
1.8ln(/)
r x
H D d H C ε?=
1、已知一等强度梁测力系统， R x 为电阻应变片，应变片灵敏系数 K=2，未 受应变时，R ＜ = 100 ?。当试件受力 F 时，应变片承受平均应变 ￡ = 1000卩m/m , 求： (1) 应变片电阻变化量 ？ R ＜和电阻相对变化量？ R x /R x 。 (2) 将电阻应变片 R ＜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) 若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取 解: (1) RX K R X R X K R X 2 1000 100 0.2() 化时，电桥输出电压为 U O (3)要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两 个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥, 且取其他桥臂电阻也为 Rx 。 1 R X 此时，U o — E - 0.003(V)，r L 0 2 R X 要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相 同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。 2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图) 。其中 a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm 。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置 上平移了 5mm ，求： R X R X 0.2 100 0.2% (2)将电阻应变片 Rx 置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为 Rx 。当Rx 有？ Rx 的变 R X R X U O (云r i )E 3 (100 0.2 丄) 200 0.2 2 0.0015(V) 非线性误差: r L R X /2R X 1 R X /2R X 100% 0.1% 此时，U o R X R X 0.006(V)，r L 0
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： ＋U C E R L 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿
法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15. 应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电路 两部分组成。 16. 传感器的静态特性有 灵敏度 、线性度、灵敏度界限、迟滞差 和稳定性。 17. 在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为 外光电效应 ，入 射光强改变物质导电率的物理现象称为 内光电效应 。 18. 光电管是一个装有光电 阴极 和 阳极 的真空玻璃管。 19. 光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr （f ）=Sr 。/(1+4π2f 2τ2) 20. 内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21. 国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定的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。 22. 传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 23. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x)=输出量的变化值/输入量的变化 值=△y/△x 24. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。 25. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器 ，化学传感器 ，生物传感器。 P3 26. 应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为 柱式传感 器 、 轮辐式传感器 、 悬梁式传感器 和 环式传感器 27. 大多数接收器对所感受的波长是有选择性的，接受器对不同波长光的反应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：) ()()(λφλλU S = 28.应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电阻 两部分组成。 29. 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计 30. 传感器种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为
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。
一、填空（ 30 分，每空分） 1、有一温度计，它的量程范围为 O s200C，精度等级为级。该表可能出现的最 大误差为，当测量1OO°C时的示值相对误差为。 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 倍左右为宜。 3、传感器由、、三部分组成。 4、利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择型热敏电阻。 5、已知某铜热电阻在O C时的阻值为50Q,则其分度号是，对 于镍铬 - 镍硅热电偶其正极是。 6、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 7、用水银温度计测量水温 , 如从测量的具体手段来看它属于测量。 二、选择题（3O 分，每题 2 分） 1、在以下几种传感器当中属于自发电型传感器。 A 、电容式 B 、电阻式 C 、压电式 D 、电感式 2、的数值越大 , 热电偶的输出热电势就越大。 A、热端直径 B 、热端和冷端的温度 C、热端和冷端的温差 D 、热电极的电导率 3、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。 A、应变效应 B、电涡流效应 C、压电效应 D、逆压电效应 4、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。 A、电容和电感均为变量 B 、电容是变量，电感保持不变 C、电感是变量，电容保持不变 D、电容和电感均保持不变 5、在两片间隙为1mm勺两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的容量。 A、塑料薄膜 B、干的纸 C、湿的纸 D、玻璃薄片 6、热电阻测量转换电路采用三线制是为了 A、提高测量灵敏度 B 、减小非线性误差 C、提高电磁兼容性 D 、减小引线电阻的影响 7、当石英晶体受压时，电荷产生在。 A、Z面上 B、X面上 C、Y面上 D、X、Y、Z面上 8、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是。 A、悬臂梁 B 、弹簧管 C、实心轴 D、圆环 9、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。 A、补偿热电偶冷端热电势的损失 B 、起冷端温度补偿作用 C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D、提高灵敏度
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Δ R1 = 0.2Ω。如电桥供压U = 2V，试写出ΔR2、ΔR3、ΔR4 输出U0（15分）
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。
《传感器及应用技术》期末考试试题（C套）答案 1、填空题（每空1分，共30分）： 1、现代信息技术的三大支柱是指：传感器技术、通信技术、计算机技术 2、国家标准(GB7665-87)对传感器(Transducer/Sensor)的定义：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。 3、传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路和辅助电源三部分组成。 4、现代科学技术使人类社会进入了信息时代，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。 5、测量结果与被测量的约定真值之间的差别就称为误差。 6、对测量结果评价的三个概念（１）精密度、（２）准确度、（３）精确度 7、对传感器的输出量与输入量之间对应关系的描述－－称为传感器的特性。 8、电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化变成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。 9、热电阻温度计是利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。 10、电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感变化的一种传感器。 11、压电传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面产生电荷，从而实现非电量的电测转换。 12、热电偶产生的热电势一般由⑴接触电势和⑵温差电势组成。 13光电式传感器是利用光敏元件将光信号转换为电流信号的装置。 14、霍尔传感器是利用霍尔效应原理制成的传感器，主要用来测量磁场的大小。 15、电容式传感器有变面积式、变间隙式和变介质式三种。 16、当输入端加电流I，并在元件平面法线方向加磁感强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势，这种现象就是霍尔效应。
309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路 309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C 1、C 2，两边压力分别为F 1、F 2。图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。试分析：(1)当两边压力相等F 1＝F 2时负载电阻R L 上的电压U o 值； 2)当F 1＞F 2时负载电阻R L 上的电压U o 的大小和方向(正负)。 309、解： 310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。 310答：当初始状态时，液面高度h=0,则 1 2ln l R r C π ε= ，当液面高度为h 时，则 由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。 311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。
336题图差动脉冲宽度调制线路 314题图 差动变压器式加速度传感器 (a) 结构示意图 （b ）测量电路方框图l 一弹性支承2一差动变压器 2 D t 1 2 x 1 312、试说明由比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充、放电回路组成差动脉冲宽度调制电路工作原理。 312答：设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过R 1 对C 1充电，直至M 点的电位等于参考电压U F 时，比较器A l 产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A 点呈低电位，B 点呈高电位。此时M 点电位经二级管D 1迅速放电至零。而同时B 点的高电位经R 2向C 2充电，当N 点电位等于U F 时，比较器A 2产生一脉冲。使触发器发器又翻转一次，则A 点呈高电位，B 点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，在 双 稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C 1 、C 2调制的方波脉冲。 313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量C o 。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。 14、试说明图示的差动变压器式加速度传感器的工作原理。答：在被测加速度为零时，衔铁在初始位置状态，此时衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测体有加速度时，由于弹性支承1受惯性力作用相对差动变压器2有位移，即带动衔铁相对被测体有相反方向的位移，从而使差动变压器输出电压。经检波、滤波后，其输出电压可反映被测加速度的数值。 315、电涡流式传感器有何特点？答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D 。而他们与板的上，下表面分 别相距X 1和X 2，这样板厚t=D －(X 1+X 2),当两个传感器在工作时分别测得X 1和X 2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D 对应的设定电压再相减，
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
2010-2011
填空题(每空 1.5 分，共30分) 2011-2012 1.按传感机理分，传感器可以分为和两类。 2.自源型传感器又称传感器，其敏感元件具有能直接从被测对象吸取能量并转换成 电量的效应。 3.传感器的动态特性是反映传感器对于随的的响应特性。 4.光纤传感器可以分成2大类型，分别为光纤传感器和 光纤传感器。 5.变磁阻式传感器是利用磁路磁阻变化引起传感器线圈的变化来检测非电量的机 电转换装置。 6.电容式传感器可以分为变极距型、和三种。 7．压电效应可分为和，压电式传感器是一种典型的双向无源传感器,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起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件起来。 8. 热电阻传感器可以分为金属热电阻式和两大类，前者简称热电阻，后者简称。 9.光电器件的灵敏度可用光照特性来表征，它反映了光电器件与 之间的关系。光敏二极管在电路中工作可处于两种状态，即状态和状态。 单项选择题(每题2分，共20 分) 1、一阶传感器的动态特征参数是它的（）。 B、灵敏度S C、时间常数 D、温漂 A、固有频率 n
2、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）。 A、线性度越好 B、迟滞越小 C、重复性越好 D、分辨力越高 3、压电传感器使用（）测量电路时,输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。 A、调制放大器 B、电荷放大器 C、电压放大器 4、半导体NTC热敏电阻随着温度的升高，其电阻率（）。 A、上升 B、迅速下降 C、保持不变 5、（）的基本工作原理是基于压阻效应。 A、金属应变片 B、压敏电阻 C、光敏电阻 D、半导体应变片 6、光电管是利用（）效应制成的器件。 A、内光电 B、光伏 C、外光电 D、压阻 7、对于磁电式惯性振动传感器，为了使弹簧的变形量近似等于被测体的振幅，应该满足以下条件 A、弹性系数较小的弹簧和质量较大的质量块 B、弹性系数较大的弹簧和质量较小的质量块 C、弹性系数较大的弹簧和质量较大的质量块 D、弹簧的弹性系数和质量块的质量可以任意选取 8、光纤的集光性能可用（）表示。 A、功率损耗 B、有效折射率 C、色散 D、数值孔径 9、将应变片粘贴在不同的弹性元件上，可以实现对（）物理参数的测量。 A、位移 B、力 C、无损探伤 D、面积测量 10. 若进行旋转齿轮的转速测量，宜选用（）传感器。 A、热电式 B、电容式 C、压电式 D、磁电式 简答题(共15 分) 1.简述压电效应产生的原理，什么是纵向压电效应和横向压电效应？(7分) 2 什么叫莫尔条纹?为什么利用莫尔条纹现象可以测微小位移？(8分)
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
传感器与检测技术试卷及答案 第一部分选择题（共 24 分） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2 分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项 是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（） A．压力 B．力矩C．温度 D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性 B．线性度 C．灵敏度D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（） A．光电式传感器 B．电容式传感器 C．压电式传感器 D．磁电式传感器 4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（） A．变极板面积型 B．变极距型 C．变介质型D．容栅型 5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（） A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（） A．电缆的安装与固定方式 B．电缆的长度 C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD 是一种（） 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 8．将电阻R 和电容 C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的 RC吸收电路，其作用是 （） A．抑制共模噪声 B．抑制差模噪声 C．克服串扰D．消除电火花干扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为 0.315，上次 采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（） A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最 小输入电压信号为（） A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（） A．周期偶函数 B．非周期偶函数 C．周期奇函数 D．非周期奇函数 12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（ B ）
传感器技术期末考试试卷(A) 一、名词解释（每题4分，共20分） 1. 传感器：（传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便 于应用的另一种量的测量装置） （能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通 常由敏感元件和转换元件组成） 2. 电位器式传感器：（是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，，又可做分 压器用的测量装置） 3. 电容式传感器：（将被测量（如压力、尺寸等）的变化转换成电容量变化的一种传感 器） 4. 霍尔传感器：（是利用霍尔元件的霍尔效应制作的半导体磁敏传感器） 5. 测量：（是将被测量与同性质的标准量通过专门的技术和设备进行比较，获得被测量 对比该标准量的倍数，从而在量值上给出被测量的大小和符号） 二、填空题（每空1分，共20分） 1. 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的 变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的装置。 2.压电式传感器元件是力敏元件，它能测量最终能变换为力的那些物理量是： 应力、压力、加速度等。 3.压电陶瓷是人工制造的多晶体，由无数细微的电畴组成。 4.测定温度传感器通常是用热电偶、热电阻及热敏电阻三种。 5. 电涡流式传感器是根据电涡流效应制成的。 6.在光线作用下，半导体的电导率增加的现象称为光电效应。 7.功能型光纤传感器分为：相位调制型传感器、光强调制型传感 器和偏振态调制型传感器三种类型。 8.直接测量的方法通常有三种方法，即：偏差法、零位法和微差法。 9. 电位器式传感器是一种将机械位移转换成电信号的机电转换元件，又可 做分压器用的测量装置 三、简答题（每题10分，共30分） 1. 按传感器的工作原理分类有哪些？
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
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。 max *100% L F S Y Y σ??=±
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和满量程输出的平均值b 连成直线a b 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。 25、传感器的传递函数的定义是H(S)=Y(S)/X(S) 。 29、幅频特性是指传递函数的幅值随被测频率的变化规 律。 30、相频特性是指传递函数的相角随被测频率的变化规 律。 31、传感器中超调量是指超过稳态值的最大值A（过冲）与稳态值之比的百分数。 32、我们制作传感器时总是期望其输出特性接近零阶传感器。 33、零阶传感器的幅频特性是直线。 34、当待测频率远小于传感器的固有频率时，传感器测得的动态参数与静态参数一致。 35、当待测频率远大于传感器的固有频率时，传感器没有响应。
《传感器与检测技术》试题1 班级_______ 学号成绩 一、填空：（20分） 1. 测量系统的静态特性指标主要有 。（2分） 2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是 。（2分） 3. 光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下 效应,这类元件有；第二类是利用在光线作用下效应，这类元件有；第三类是利用在光线作用下效应，这类元件有。 4.热电偶所产生的热电动势是电动势和电动势组成的，其表达式为E ab（T，T0）= 。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在和之间，接入，它的作用。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起，这种现象称为。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会
产生，这种现象称为。（2分） 6. 变气隙式自感法感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分） 7. 仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的。（2分） 8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。（2分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为X max, 其总电阻为R max，它的滑臂间的阻值可以用R x = （①X max/x R max,②x/X max R max,③X max/XR max ④X/X max R max）来计算，其中阻灵敏度R r=（①2p(b+h)/A t, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）。（4分）二、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动势为－1.19mV，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摄氏度？（20分）
开放大学《传感器与测试基础》复习 1. 课程教材：《自动检测技术及应用》 梁森 （第2版），机械工业 2. 网上课堂：视频资料，课程ppt 资料，斌教授主讲 3. 主持教师联系方式： 25653399（周二、五）；https://www.doczj.com/doc/0c12035247.html, 4. 期末考试比例（大约）：单项选择20分；填空20分；多项选择12分；简答题26分；分析设计题22分。 5. 复习样题 一、填空题 1. 传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有 、 、 、 等。（灵敏度、分辨力、线性度、迟滞 误差、稳定性） 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为 模拟式测量 和 数字式测量 。 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以分为 在线测量 和 离线式测量 。 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以分为 偏位式测量 、 微差式测量 和 零位式测量 。 5.某0.1级电流表满度值100m x mA ，测量60mA 的绝对误差为 ±0.1mA 。 6、服从正态分布的随机误差具有如下性质 集中性 、 对称性 、 有界性 。 7. 硅光电池的光电特性中，当负载短路时，光电流在很大围与照度与呈线性关系。 8. 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 差动 形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。 9、霍尔传感器的霍尔电势U H 为 K H IB 若改变 I 或 B 就能得到变化的霍尔电势。 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量 微小 的位移。 11. 压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量 频率太低 的被测量，特别是不能测量 静态值 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 好 灵感度提高 一 倍、测