第五章电容传感器思考题与习题答案1单项选择题
1）在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入___C—，可测得最大的电容量。
A.塑料薄膜
B.干的纸
C.湿的纸 D .玻璃薄片
2）电子卡尺的分辨力可达0.01mm，行程可达200mm,它的内部所采用的电容传感器型式是B 。
A.变极距式
B.变面积式
C.变介电常数式
3）在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中—B—。
A.电容和电感均为变量
B.电容是变量，电感保持不变
C.电容保持常数，电感为变量
D.电容和电感均保持不变
4）禾U用湿敏电容可以测量__B ____ 。
A.空气的绝对湿度
B.空气的相对湿度
C.空气的温度
D.纸张的含水量
5）电容式接近开关对__D—的灵敏度最高。
A.玻璃
B.塑料
C.纸
D.鸡饲料
6）下图中，当储液罐中装满液体后，电容差压变送器中的膜片___A _______
A.向左弯曲
B.向右弯曲
C.保持不动
差压式液位计示意图1—储液罐2—液面3—上部空间4—高压侧管道5—电容差压变送器6—低压侧管道7）自来水公司到用户家中抄自来水表数据，得到的是___B___。
A.瞬时流量，单位为t/h
B.累积流量，单位为t或m3
C.瞬时流量，单位为k/g
D.累积流量，单位为kg
8）在下图中，管道中的流体自左向右流动时， _______ A ___ 。
A. p i > p 2
B. p i〈p 2
C. p i=p2
9）管道中流体的流速越快，压力就越 ______ B___ 。
A.大
B.小
C.不变
节流式流量计示意图
a）流体流经节流孔板时，流速和压力的变化情况b）测量液体时导压管的标准安装方法
c）测量气体时导压管的标准安装方法
1—上游管道2—流体 3 —节流孔板 4 —前取压孔位置 5 —后取压孔位置
9）欲测量加工罐中面粉的物位，应选用______ C ______ ;欲测量10m深的水库水位应选用______ A ______ ;欲测量2m深的水池中的水位，既需要用肉眼观察，又需要输出电信号，
应选用旦。
A ?固态硅压阻投入式液位传感器 B.浮子式磁致伸缩液位传感器
C.电容接近开关
D.电感接近开关
2?下图是利用分段电容传感器测量液位的原理示意图。玻璃连通器3的外圆壁上等间隔地套着N个不锈钢圆环，显示器采用101线LED光柱（第一线常亮，作为电源指示）。
光柱显示编码式液位计原理示意图
1—储液罐2—液面3—玻璃连通器4—钢质直角接头5—不锈钢圆环
1）该方法采用了电容传感器中变极距、变面积、变介电常数三种原理中的哪一种？
答： ______ C_____ 。
2） _______________________________________________ 被测液体应该是导电液体还是绝缘体？答：______________________________________________ A_______ 。 A.导电液体B.绝缘体
3）分别写出该液位计的分辨率（%）答：____ C ____ ，及分辨力（几分之一米），并说明如何提高此类液位计的分辨力。答：____ E __ m。
A. 1/101
B. 1/100
C. 1/11 D .1/N E.0.7 F.8
4）设当液体上升到第个N不锈钢圆环的高度时，101线LED光柱全亮。若N=11，则当
6—101段LED光柱
液体上升到第8个不锈钢圆环的高度时，共有_______ D ___ 线LED亮。
A. 101
B. 100
C. 72 D .73
《检测与转换技术》试卷 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、1、以下哪一种情况可能产生随机误差 A 测量人员的粗心大意 B 检测装置的指示刻度不准 C 许多因素微小变化的总和 D 传感器的不稳定 2、2、下列四个选项中，关于相对误差特征正确的是 A 大小与所取单位有关 B 量纲与被测量有关 C 不能反映误差的大小和方向 D 能反映测量工作的精细程度 3、3、某量程为1000Kg的秤，相对误差是1%，则测量10Kg重物的绝对误差是 A 1Kg B 10％ C D 10Kg 4、下列传感器的应用中哪个适合高频反射式涡流传感器 A 金属材料内部缺陷的检测B金属工件表面光洁度的测定 C 金属材料厚度测量 D 金属材料内部杂质的检测 5、下列温度传感器中，测量温度范围较大的是 A 热电偶 B 铜热电阻 C 半导体热敏电阻 D 铂热电阻 6、下列哪一种传感器的输入输出特性是非线性的 A 变面积式电容传感器B变极距式电容传感器 C 变介质式电容传感器D螺管式自感传感器 7.下列温度测量中哪一种热惯性小，适合温度的快速测量 A 用热电偶测量温度 B 用温度计测量温度 C 用铜热电阻测量温度 D 用铂热电阻测量温度 8、用下哪一种检测方法的灵敏度高 A 采用差动电桥 B 采用电流源供电 C 采用有源电路 D 采用双差电桥 9、以下哪种方法不适合消除或减小系统误差 A 代替方法 B 交换方法 C 采用温度补偿方法 D 采用频率电压转换电路 10、影响检测系统稳定性的因素有 A 使用寿命 B 标定测值的变化 C 反应时间 D 分辨率 二、创新思考问题（每题10分，共20分）
1. 设计一种肺活量测量装置，并简述原理。（试考虑2种以上的传感器） 2. 检测液位一般可以采用哪几种方法（试考虑2种以上方法） 三、某全对称电桥接有阻值为100Ω、灵敏度为2的电阻应变片，若电桥工作电压为6伏，应变片承受2000×10－6的微应变力，试求：（15分） 1、单臂电桥的开路输出电压U0的大小 2、单臂电桥的非线性误差δf的大小 3、要进一步减小非线性误差，应采取什么措施 四、对容器中一溶液的浓度共测量15次，结果为： ，，，，，，，， ，，，，，，% 试判断并剔除异常值。（15分） 五、试用所学的传感器知识设计一家庭防盗报警装置。（画出示意图并说明工作原理）（20分）
传感器与检测技术习题 答案周杏鹏 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
传感器与检测技术习题答案 第一章 答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。 为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。 他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。 ③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。 ④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 答：功能：
信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。 信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。 区别： 信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。 组成： 信号调理：信号放大、信号滤波、A/D转换 信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）等 答：分类见表1-1(P8) 答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量等。 答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性 2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化
传感器习题集及答案 第01章检测与传感器基础 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？ 1.1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 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 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 简述传感器主要发展趋势 1.3答：数字化、集成化、智能化、网络化等。 1.4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？ 1.4答： 静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 1.5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γ表征了什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。1.5答： L 1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度， 2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度(理论拟合)；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端点平移拟合)；最小二乘法线性度。 γ是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。 3）线性度L 4）传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。 1.6传感器动态特性的主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？ ω；阻尼系数ξ。 1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率n
第一章检测技术的基础知识 1、一般测量方法有哪几种分类方法 按测量手段分类、按测量方式分类 2、相对误差分为哪几种具体误差表示 实际相对误差、示指相对误差、引用相对误差 3、什么是仪表的基本误差它与仪表的精度等级有何关系 最大引用误差又称为满度（引用）相对误差，是仪表的基本误差形式，故也常称之为仪表的基本误差。 基本误差去掉（%）后的数值定义为仪表的精度等级。 4、按误差表现的规律把测量误差划分哪几种误差 系统误差、随机误差、粗大误差、缓变误差 5、简述正态分布的随机误差具有的4个特征。 对称性、单峰性、有界性、抵偿性 6、什么是传感器简述传感器的组成 传感器就是能够感觉外界信息，并能够按一定规律将这些信息转换成可用的输出信号的器件或装置。 传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。 7、什么是传感器的静态特性简述传感器的静态特性的主要指标。 传感器的静态特性是指传感器输入信号处于稳定状态时，其输出与输入之间呈现的关系。 表示为： 主要指标有：精确度、稳定性、灵敏度、线性度、迟滞和可靠性 8、现有一只量程为0 ～600℃，准确度为1.5级的温度传感器，用来测量锅炉的蒸汽温度。 若要求测量误差不超过5℃，试问：此传感器能否满足要求如不能满足，应选用多少等级的 9、某量程为400V、1.5级的电压表，当测量值分别为300V、200V、100V时，求测量值得 最大绝对误差和示指相对误差。 10、欲测量220V电压，要求测量示值相对误差不大于5%，若选用量程为250V的电压 表其准确度等级应该选多少 第二章电阻式传感器 1、简述常用的几种弹性敏感元件名称。 弹性圆柱、悬臂梁、薄壁圆筒、弹簧管、膜片、波纹管 2、简述丝式应变片的组成和常用规格。 敏感栅、基底和盖片、黏结剂、引线。规格120兆欧 3、什么是金属的电阻应变效应什么是圧阻效应 电阻应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化。 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为圧阻效应。 第三章变磁阻式传感器 1、简述变磁阻式传感器的分类。 自感式传感器、变压器式传感器、电涡流式传感器 2、什么是涡流效应涡流传感器分哪几类电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量 金属导体被置于变化着的磁场中，或在磁场中运动，导体内就会产生感应电流，该感应电流被称为电涡流或涡流，这种现象被称为涡流效应。 可以分为高频反射式电涡流传感器、低频投射式电涡流传感器
第1章传感器与检测技术基础思考题答案 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。 被测量 传感器测量 电路 电源 指示仪 记录仪 数据处 理仪器 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.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义? 依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号 主称——传感器，代号C； 被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2； 转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表3； 序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。 例：应变式位移传感器：C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。 3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行? 答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。在测量前调整R1
第一章 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：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、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．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。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；
1-3 求指数函数()(0,0)at x t Ae a t -=>≥的频谱。 (2)220 2 2 (2) ()()(2) 2(2)a j f t j f t at j f t e A A a j f X f x t e dt Ae e dt A a j f a j f a f -+∞ ∞ ---∞-∞-==== =-+++??πππππππ ()X f = Im ()2()arctan arctan Re ()X f f f X f a ==-π? 1-5 求被截断的余弦函数0cos ωt (见图1-26)的傅里叶变换。 0cos ()0 ωt t T x t t T ?≥的频谱密度函数为 1122 1()()j t at j t a j X f x t e dt e e dt a j a ∞ ∞ ----∞ -= == =++? ?ωωω ωω 根据频移特性和叠加性得： []001010222200222 000222222220000()()11()()()22()()[()]2[()][()][()][()] a j a j X X X j j a a a a j a a a a ??---+= --+=-??+-++?? --= -+-+++-++ωωωωωωωωωωωωωωωωωω ωωωωωωωω
检测方法：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态。 静态特性：灵敏度（S=dy/dx ）与分辨率、线性度、迟滞、测量范围与量程、精度等级。 动态特性：幅频特性、相频特性。 ???? ??? ???? 系统误差 绝对误差静态误差表示方法出现的规律随机误差被测量与时间的关系相对误差动态误差粗大误差 绝对误差：（指示值与被测量的真值之差） 相对误差：（绝对误差与被测量真值之差） 引用误差：（绝对误差与仪表量程L 的比值） 最大引用误差不能超过允许值的划分精度等级的尺度。 系统误差的大小表明测量结果的正确度，系统误差越小，测量结果的正确度越高。 随机误差的大小表明精密度，随机误差大，测量结果分散，精密度低（精确度）。 粗大误差（过失误差）主要是人为因素造成的。 电阻应变片的工作原理：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，其电阻也想应发生变化的物理现象，电阻应变效应。 ?? ?? ?? ?? ?? ??金属电阻应变片 体型电阻应变片半导体应变片（压阻效应）薄膜型扩散型 △R/R=K0?（K0金属电阻丝的应变灵敏度系数） 金属材料：几何尺寸的改变影响K 0值得大小 半导体材料：电阻率相对变化决定K 0值得大小 传感器的功能：检测，转换 电桥平衡条件：电桥相对臂的阻值乘积相等 铂电阻作为复现温标的基准器（铂易于提纯，化学性质稳定，电阻率较大，耐高温） 热敏电阻类型：正温度系数，负温度系数，临界热敏电阻 电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器C=?A/d 变面积式、变间隙式、变介电常数式， 自感式电感传感器：变面积型、变间隙型、螺管型 可见采用带相敏整流的交流电桥，输出信号既能反映位移的大小又能反映位移的方向 差动变压器形式：变隙型，螺线管型 Z 轴（光轴）X 轴（电轴）Y 轴（机械轴） 当沿着Z 轴方向受力时不产生压电效应 压电传感器可以等效为与电流源并联或与电压源串联 热电偶基本组成部分：热电极 热电偶的基本定律：均质导体定律、中间导体定律、标准电极定律、中间温度定律。 光电效应分类: 外光电效应（光电管，光电倍增管） 内光电效应（光敏电阻，光敏晶体管） 光生伏特效应（光电池） 光电传感器类型：模拟式光电传感器、脉冲式光电传感器。 光敏二极管在电路中常处于反向偏置状态 抑制形成干扰的"三要素" 消除或抑制干扰源； 阻断或减弱干扰的藕合通道或传输途径； 削弱接收电路对干扰的灵敏度。 硬件抗干扰措施：屏蔽技术、接地技术、浮空技术、隔离技术、滤波器等； 软件抗干扰措施：数字滤波、冗余技术等微机软件的抗干扰措施。 干扰的来源： 外部干扰:检测装置周围的电气设备、电磁场、电火花、电弧焊接、高频加热、晶闸管整流装置等强电系统的影响。雷电、大气电离、宇宙射线、太阳黑子活动以及其他电磁波干扰。 内部干扰:内部干扰是由装置内部的各种元器件引起的。 干扰形成条件：干扰源、对干扰敏感的接收电路、干扰源到接收电路之间的传输途径。 02044 ()4444RR R U R U U U K R R R R U R U U K UK R εεε ??????=== ? ?+??????????? === ? ????????? 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用？ 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
《检测与转换技术》试卷 ?一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、1、以下哪一种情况可能产生随机误差 ??? A 测量人员的粗心大意 ??? B 检测装置的指示刻度不准 ??? C 许多因素微小变化的总和 ??? D 传感器的不稳定 2、2、下列四个选项中，关于相对误差特征正确的是 ?? A 大小与所取单位有关 ?? B 量纲与被测量有关 ?? C 不能反映误差的大小和方向 ?? D 能反映测量工作的精细程度 3、3、某量程为1000Kg的秤，相对误差是1%，则测量10Kg重物的绝对误差是 A 1Kg B 10％ C 0.1Kg D 10Kg 4、下列传感器的应用中哪个适合高频反射式涡流传感器 ? A 金属材料内部缺陷的检测 B金属工件表面光洁度的测定 ? C 金属材料厚度测量 D 金属材料内部杂质的检测 5、下列温度传感器中，测量温度范围较大的是 A 热电偶 B 铜热电阻 C 半导体热敏电阻 D 铂热电阻 6、下列哪一种传感器的输入输出特性是非线性的 ? A 变面积式电容传感器 B变极距式电容传感器 ? C 变介质式电容传感器 D螺管式自感传感器 7.下列温度测量中哪一种热惯性小，适合温度的快速测量 ? A 用热电偶测量温度 ? B 用温度计测量温度 ? C 用铜热电阻测量温度 ? D 用铂热电阻测量温度 8、用下哪一种检测方法的灵敏度高 ? A 采用差动电桥 B 采用电流源供电 ? C 采用有源电路 D 采用双差电桥 9、以下哪种方法不适合消除或减小系统误差 A 代替方法 B 交换方法 C 采用温度补偿方法 D 采用频率电压转换电路 10、影响检测系统稳定性的因素有 A 使用寿命 B 标定测值的变化 C 反应时间 D 分辨率
《检测技术》答案 第2章 2-1 二阶系统的频率特性受阻尼比ξ的影响较大。分析表明，ξ越小，系统对输入扰动容易发生超调和振荡，对使用不利。在ξ=0.6-0.7时，系统在宽广的频率范围内由于幅频特性和相频特性而引起的失真小，系统可以获得较为合适的综合特性。比如二阶系统在单位阶跃激励下时，如果阻尼比ξ选择在0.6-0.7范围内，则最大超调量不超过10%，且当误差允许在(5-2)%时趋于“稳态”的调整时间也最短。 2-2 频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之相位差是输入频率的函数的这样一个特性。当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比定义为频响函数。工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指针。 2-3 不失真测试要求测试系统的输出波形和输入波形精确相一致，只是幅值相对增大和时间相对延迟。而实际的测试系统很难做到无限频带上完全符合不失真测试的条件，即使测取一个理想的三角波，在某一频段范围内，也难以完全理想地实现不失真测试。三角波呈周期性变化，其测试装置的非线性度必然引起波形的畸变，导致输出失真。由此只能努力使波形失真限制在一个允许的误差范围内，即做到工程意义上的不失真测量。 2-4 系统的总灵敏度为：90×0.005×20=9mm/Mpa 偏移量为：9×3.5=31.5mm 2-5 由 ，得 用该装置测量频率为50Hz 的正弦信号时， ，即幅值误差为1.3% 相角差为： 2-6 ()[] () ( ) t 10t 1000/t 2 e 39.0t 40cos 05.0t 40sin 01.0t 4cos 34.0t 4sin 86.0e 39.096.75t 40sin 048.080.21t 4sin 93.0sin e t sin ) (1A )t (y ---+-+-=+-+-=-++= ? ?ωωττ k ()()() ()ωτ ?ω?ωωωωarctan a e t sin a 1 )t (y s a s 1 s Y 2 2at 2 22 2-=++ ++= ++= - 注：设输入t Asin )t (x ω= 2-7 由 得 输入信号的频率范围是： 2-8 环节一的灵敏度为： 1.5/5=0.3 环节二的灵敏度为： 41 故串联后的灵敏度为：0.3×41=12.3 2-9 由 测量频率为400Hz 变化的力参量时 : 若装置的阻尼比为0.7，则:
第1章 概述 1.1 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mV H 1.0max =?，所以%6.0%50 .161.0%100max ±=±=?±=FS H Y H γ 重复性最大偏差为08.0max =?R ，所以%48.0%1005 .1608.0max ±=±=?±=FS R Y R γ 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。
习题答案 第二章 2-1 二阶系统的频率特性受阻尼比ξ的影响较大。分析表明，ξ越小，系统对输入扰动容易发生超调和振荡，对使用不利。在ξ=0.6-0.7时，系统在宽广的频率范围内由于幅频特性和相频特性而引起的失真小，系统可以获得较为合适的综合特性。比如二阶系统在单位阶跃激励下时，如果阻尼比ξ选择在0.6-0.7范围内，则最大超调量不超过10%，且当误差允许在（5-2）%时趋于“稳态”的调整时间也最短。 2-2 频率特性是指测试系统反映出来的输出与输入幅值之比和两者之相位差是输入频率的函数的这样一个特性。当测试系统的输入为正弦信号时，将该信号的输出与输入之比定义为频响函数。工作频带是指测试装置的适用频率范围，在该频率范围内，仪器装置的测试结果均能保证达到其它相关的性能指针。 2-3 不失真测试要求测试系统的输出波形和输入波形精确相一致，只是幅值相对增大和时间相对延迟。而实际的测试系统很难做到无限频带上完全符合不失真测试的条件，即使测取一个理想的三角波，在某一频段范围内，也难以完全理想地实现不失真测试。三角波呈周期性变化，其测试装置的非线性度必然引起波形的畸变，导致输出失真。由此只能努力使波形失真限制在一个允许的误差范围内，即做到工程意义上的不失真测量。 2-4 系统的总灵敏度为：90×0.005×20=9mm/Mpa 偏移量为：9×3.5=31.5mm 2-5 由，得 用该装置测量频率为50Hz的正弦信号时， ，即幅值误差为1.3% 相角差为： 2-6 由，得：
2-7 由 输入信号的频率范围是： 2-8 环节一的灵敏度为： 1.5/5=0.3 环节二的灵敏度为：41 故串联后的灵敏度为：0.3×41=12.3 2-9 由 测量频率为400Hz变化的力参量时: 若装置的阻尼比为0.7，则: 2-10 由，得： 又：由，得： 频率响应函数为：
单项选择题> 1、以下哪种测量仪器的分辨率是和灵敏度有关的？（） A .数字天平； B.数字式电流表； C.指针式电流表； D.数字式电压表。 2、下列属于动态测量的是( )？ A.压力； B.加速度； C.重量； D.距离。 3、小赵和小杨分别用同一游标卡尺在相同条件下测量一钢管的内径大小，两人分别测量五次所得结果如下表，已知钢管内径的真实值为5.00cm，试问下列四种说法哪种正确：（） A.对钢管测量为：直接、等精度、静态测量；小杨精密度低，准确度高。 B.对钢管测量为：间接、非等精度、动态测量；小杨精密度低，准确度高。 C.对钢管测量为：直接、非等精度、静态测量；小杨精密度高，准确度低。 D.对钢管测量为：直接、等精度、静态测量；小杨精密度高，准确度低。 平均值 3测量次数 51 4 2 5.024小赵5.045.035.015.025.02测量结果5.0845.085.095.085.09小杨5.08 4、以下什么传感器适合精度高、可靠性好的温度测量?（） A.热敏电阻； B.铜热电阻； C.铂热电阻； D.热电偶。 5、对于下面哪种传感器我们在应用时要考虑其不等位电势的补偿?（） A.霍尔传感器； B.热电阻传感器； C.涡流传感器； D.热电温度传感器。 6、下列传感器中哪一个不是进行物理效应的传感器（）？ A .光敏传感器； B.声敏传感器； C.热敏传感器； D.味敏传感器。 7、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，下列哪种接法可以得到最大灵敏度输出。（） A.单臂电桥； B.差动电桥； C.双差动电桥； D.相对臂电桥。 8、下面哪种电路主要是为了远距离传输？( ) A.频率－电压变换； B.电流－电压变换； C.数模变换； D.电压－电流变换。 9、测量不能直接接触的高温物体温度，可采用( )温度传感器。 A.热电偶； B.亮度式； C.半导体三极管； D.半导体二极管。 下列哪种热敏电阻适合做温度升高电阻值降低的温度补偿元件（）？、10 A. NTC型热敏电阻； B.PTC型热敏电阻； C. CTR型热敏电阻。 11、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为( )的输出。 A.电阻； B.电容； C.电压； D.电荷。
西安理工研究生考试 传 感 器 与 智 能 检 测 技 术 课 后 习 题
1、对于实际的测量数据，应该如何选取判别准则去除粗大误差？ 答：首先，粗大误差是指明显超出规定条件下的预期值的误差。去除粗大误差的准则主要有拉依达准则、格拉布准则、t检验准则三种方法。准则选取的判别主要看测量数据的多少。 对于拉依达准则，测量次数n尽可能多时，常选用此准则。当n过小时，会把正常值当成异常值，这是此准则的缺陷。 格拉布准则，观测次数在30—50时常选取此准则。 t检验准则，适用于观察次数较少的情况下。 2、系统误差有哪些类型？如何判别和修正？ 答：系统误差是在相同的条件下，对同一物理量进行多次测量，如果误差按照一定规律出现的误革。 系统误差可分为：定值系统误差和变值系统误差。 变值系统误差乂可以分为：线性系统误差、周期性系统误差、复杂规律变化的系统误差。判定与修正： 对于系统误差的判定方法主要有： 1、对于定值系统误差一?般用实验对比检验法。改变产生系统误差的条件，在不同条件下进行测量，对结果进行比较找出恒定系统误差。 2、对于变值系统误差：a、观察法：通过观察测量数据的各个残差大小和符号的变化规律来判断有无变值系统误差。这些判断准则实质上是检验误差的分布是否偏离正态分布。 b、残差统计法：常用的有马利科夫准则（和检验），阿贝-赫梅特准则（序差检验法）等。 c、组间数据检验正态检验法 修正方法： 1.消除系统误差产生的根源 2.引入更正值法 3.采用特殊测量方法消除系统误差。主要的测量方法有：1）标准量替代法2）交换法3）对称测量法4）半周期偶数测量法 4.实时反馈修正 5.在测量结果中进行修正 3、从理论上讲随机误差是永远存在的，当测量次数越多时，测量值的算术平均值越接近真值。因此，我们在设计自动检测系统时，计算机可以尽可能大量采集数据，例如每次采样数万个数据计算其平均值，这样做的结果合理否？ 答：这种做法不合理。随机误差的数字特征符合正态分布。当次数n增大时，测量精度相应提高。但测量次数达到一定数Id后，算术平均值的标准差下降很慢。对于提高精度基本可忽略影响了。因此要提高测量结果的精度，不能单靠无限的增加测量次数，而需要采用适当的测量方法、选择仪器的精度及确定适当的次数等几方面共同考虑来使测量结果尽可能的接近真值。 4、以热电阻温度传感器为例，分析传感器时间常数对动态误差的影响。并说明热电阻传感器的哪些参数对有影响？ 答：1、对于热电阻温度传感器来说，传感器常数对于温度动态影响如式子t2=t x-T （dtJdt）所示，7■决定了动态误差的波动幅度。了的大小决定了随着时间变化
1.1简述测量仪器的组成与各组成部分的作用 答：感受件、中间件和效用件。感受件直接与被测对象发生联系，感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；中间件将传感器的输出信号经处理后传给效用件，放大、变换、运算；效用件的功能是将被测信号显示出来。 1.2测量仪器的主要性能指标及各项指标的含义是什么 答：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间等。精确度表示测量结果与真值一致的程度；恒定度为仪器多次重复测量时，指示值的稳定程度；灵敏度以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例表示；灵敏度阻滞又称感量，是足以引起仪器指针从静止到做微小移动的被测量的变化值；指示滞后时间为从被测参数发生改变到仪器指示出该变化值所需时间，或称时滞。 2.3试述常用的一、二阶测量仪器的传递函数及它的实例 答：一阶测量仪器如热电偶；二阶测量仪器如测振仪。 2.4试述测量系统的动态响应的含义、研究方法及评价指标。 答：测量系统的动态响应是用来评价系统正确传递和显示输入信号的指标。研究方法是对系统输入简单的瞬变信号研究动态特性或输入不同频率的正弦信号研究频率响应。评价指标为时间常数τ（一阶）、稳定时间t s和最大过冲量A d（二阶）等。 2.6试说明二阶测量系统通常取阻尼比ξ=0.6~0.8范围的原因 答：二阶测量系统在ξ=0.6~0.8时可使系统具有较好的稳定性，而且此时提高系统的固有频率ωn会使响应速率变得更快。 3.1测量误差有哪几类？各类误差的主要特点是什么？ 答：系统误差、随机误差和过失误差。系统误差是规律性的，影响程度由确定的因素引起的，在测量结果中可以被修正；随机误差是由许多未知的或微小因素综合影响的结果，出现与否和影响程度难以确定，无法在测量中加以控制和排除，但随着测量次数的增加，其算术平均值逐渐接近零；过失误差是一种显然与事实不符的误差。 3.2试述系统误差产生的原因及消除方法 答：仪器误差，安装误差，环境误差，方法误差，操作误差(人为误差)，动态误差。消除方法：交换抵消法，替代消除法，预检法等。 3.3随机误差正态分布曲线有何特点? 答：单峰性、对称性、有限性、抵偿性。 4.1什么是电阻式传感器？它主要分成哪几种？ 答：电阻式传感器将物理量的变化转换为敏感元件电阻值的变化，再经相应电路处理之后转换为电信号输出。分为金属应变式、半导体压阻式、电位计式、气敏式、湿敏式。 4.2用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几种？ 答：在实际使用中，除了应变会导致应变片电阻变化之外，温度变化也会使应变片电阻发生误差，故需要采取温度补偿措施消除由于温度变化引起的误差。常用的温度补偿方法有桥路补偿和应变片自补偿两种。 4.4什么是电感式传感器？简述电感式传感器的工作原理 答：电感式传感器建立在电磁感应的基础上，是利用线圈自感或互感的变化，把被测物理量转换为线圈电感量变化的传感器。 4.5什么是电容式传感器？它的变换原理如何 答：电容式传感器是把物理量转换为电容量变化的传感器，对于电容器，改变ε ，ｄ和Ａ都会 ｒ 影响到电容量Ｃ，电容式传感器根据这一定律变换信号。 4.8说明磁电传感器的基本工作原理，它有哪几种结构形式？在使用中各用于测量什么物理量？
第1章软件测试概述 1、简述软件缺陷的含义。 答：软件缺陷是软件开发过程中潜在的缺陷，这些缺陷可能在软件运行后出现，因而使软件的性能和可靠性等方面与系统的设计需求不符。 2、说明软件缺陷、软件错误和软件失败的关系。 答：缺陷、缺点、偏差统称为缺陷，是软件故障的根源；错误、谬误、问题、异常、矛盾等统称为错误，软件错误出现的原因是软件缺陷所致；失败、事故、灾难统称失败，失败的直接原因是软件系统存在软件错误。 14、“软件测试是有风险的工作”，试解释这种说法的含义。 答：软件不测试，就会有风险；软件测试，同样也会有风险。因为，软件是个复杂的系统，其复杂性体现在软件实现的内容复杂性、开发过程的复杂性和组织工作的复杂性等方面。而软件测试的目的是为了发现故障，并加以排除。对一个复杂的软件系统来说，故障的排除往往可能又带来新的软件缺陷。所以，软件测试又会带来一定的风险。 第2章软件测试基础 2、条件覆盖是否高于判断覆盖的逻辑覆盖程度如果不是，请给出反例加以说明。 答：条件覆盖是高于判断覆盖的逻辑覆盖程度。 a 、用条件覆盖所设计的测试用例可使得程序中的每一个判断的每一个条件的可能 取值至少执行一次。 b、用判断覆盖所设计的测试用例可使被测程序中的每个判断的真分支和假分支至少经历 一次。 每个判断语句可能包含多个条件(比如，if (A>3&&B<7……)。条件覆盖针对判断语句的每一个条件的所有可能取值编写测试用例；判断覆盖只针对每一个判断语句整体的所有可能取值编写测试用例。所以，条件覆盖的逻辑覆盖程度高于判断覆盖。 4、已知某种计算机程序设计语言的标识符语法规则规定“标示符是由非数字开头的，有效 字符数为32个，最大字符数为128个的任意符号串”。试用等价类划分法设计测试用例。
1、外光电效应，光电导效应。 外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化 2、霍尔效应 霍尔效应：半导体薄片，置于磁感应强度为B的磁场中，两相对的两边 通过电流I且与磁场方向正交。则半导体薄片另外两边将产生由电势U H 且U H正比于B与I的乘积。这一现象称为霍尔效应。 3．引用误差（写出计算式） 引用误差指绝对误差与仪表测量上限(量程)比值的百分数，计算式为引用误差=(绝对误差/测量上限)×100％ 4、绝对误差，是相对误差 绝对误差等于测量结果与被测量真值之差。相对误差等于绝对误差与被测量真值的比值，以百分数表示 5．应变效应 应变效应：半导体或导体材料在受到外界力作用下，产生机械形变，机械形变导致其电阻的变化，这种应形变而使其电阻值发生变化的现象称应变效应。 6．压电效应： 压电效应：当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时，会产生形变，此时这种材料的两表面将产生符号相反的电荷。当去掉外力时又重新回到不带电的现象，这种现象称为压电效应。 7．热电效应 热电效应：将两种不同的金属连接成一条闭合回路，将其中一个接点进行加热到T度，而另一点放于室温中，则在回路中就有电流流过，这一现象称为热电效应。 8．光电效应 光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逃逸出物体表面向外发射的现象称为光电效应。当光照射到物体上，使物体的电阻率发生变化，或发生光生
电动势的效应叫做内光电效应 4.1 什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？ 答： 某些电介质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。如对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 5.10 什么叫电涡流效应？ 1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。 8.1 什么是热电效应？热电偶测温回路的热电动势由哪两部分组成？由同一种导体组成的 闭合回路能产生热电势吗？ 答： 1）两种不同类型的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点有温差时，导体回路里有电流流动会产生热电势，这种现象称为热电效应。 2）热电偶测温回路中热电势主要是由接触电势和温差电势两部分组成。 3）热电偶两个电极材料相同时，无论两端点温度如何变化无热电势产生。 10.1什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。 答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。 1）当光线照在物体上,使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。入射光强改变物质导电率的物理现象称光电导效应，典型的光电器件有光敏电阻；光照时物体中能产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应，光电池、光敏晶体管。 2）在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，典型的光电器件有光电管、光电倍增管。 7. 有一测量吊车起吊物重量的拉力传感器如图2-22所示。 R1 、R2 、R3 、R4贴在等截面轴上。已知等轴面轴的截面积为0.00196m2，弹性模量E 为2.0×1011N／m2，泊松比为0.30。R1 、R2 、R3 、R4的标称阻值均为120Ω。灵敏系数为2.0。它们组成全桥电路如图2-22(b)所示，桥路电压为2V，测得输出电压为2.6mV。 试求： (1)等截面轴的纵向应变及横向应变。 (2)重物m为多少吨?
测试技术复习题 一、填空题: 1.一阶系统的时间常数为T，被测信号的频率为1/T，则信号经过测试系统后，输出 信号与输入信号的相位差为（-45 度）. 2.一阶系统的动特性参数是（），为使动态响应快，该参数（越小越好）。 3.周期信号的频谱是离散的，同时周期信号具有（谐波性）和（收敛性）特性。 4.周期信号的频谱具有（离散）特点，瞬变非周期信号的频谱具有（对称）特点。 5.模似信号是指时间和幅值都具有（连续）特性的信号。 6.信号在时域被压缩，则该信号在频域中的（低频）成分将增加。 7.X(F)为x(t)的频谱，W(F)为矩形窗函数w(t)的频谱，二者时域相乘，则频域可表示 为（X(F)* W(F)），该乘积后的信号的频谱为（连续）频谱。 8.根据采样定理，被测信号的频率f1与测试系统的固有频率f2关系是（f2>2f1）。 9.正弦信号的自相关函数是一个同频的（余弦）函数。 10.对二阶系统输入周期信号x(t) =a cos(wt+q)，则对应的输出信号的频率（不变），输 出信号的幅值（震荡或衰减），输出信号的相位（延迟）。 11.时域是实偶函数的信号，其对应的频域函数是（实偶）函数。 12.频域是虚奇函数的信号，其对应的时域函数是（实奇）函数。 13.引用相对误差为0.5%的仪表，其精度等级为（0.5 ）级。 14.某位移传感器测量的最小位移为0.01mm，最大位移为1mm，其动态线性范围（或 测量范围）是（40 ）dB。 15.测试装置输出波形无失真但有时间延迟t的有失真测试条件是：装置的幅频特性为 （常数），相频特性为（与为线性关系）；输出波形既不失真又无延迟的条件是：幅频特性为（常数），相频特性为（）。 16.系统实现动态测试不失真的频率响应特性满足权函数，幅值或时延。 17.若采样频率过低，不满足采样定理，则采样离散信号的频谱会发生（混叠）现 象。对连续时域信号作加窗截断处理，必然会引起频谱的（泄露）现象。 18.若信号满足y(t)=kx(t)关系，其中k常数，则其互相关系数p xy()=（1 ）. 19.频率不同的两个正弦信号，其互相关函数Rxy()=（ 0）. 20.同频的正弦函数和余弦函数，其互相关函数Rxy()=（1）. 21.周期信号的频谱是离散频谱，各频率成分是基频的整数倍。 22.双边谱的幅值为单边谱幅值的1/2 。 23.自相关函数是偶（奇或偶）函数，其最大值发生在τ= 0 时刻，当 时延趋于无穷大时，周期信号的自相关函数仍然是同频率的周期信号。 24.概率密度函数是在幅值域上对信号的描述，相关函数是在时延域 上对信号的描述。 25.自相关函数的傅立叶变换是自功率谱密度函数。