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
什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。 2.3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？
2.4传递函数、频率响应函数和脉冲响应函数的定义是什么？它们之间有何联系与区别？ 2.5有一温度传感器，微分方程为30/30.15dy dt y x +=，其中y 为输出电压（mV) , x 为
输入温度（℃）。试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。
2.6有一温度传感器，当被测介质温度为t 1，测温传感器显示温度为t 2时，可用下列方程表
示：()1202/t t dt d ττ=+。当被测介质温度从25℃突然变化到300℃时，测温传感器的时间常数τ0 =120s ，试求经过350s 后该传感器的动态误差。
2.7某力传感器属二阶传感器，固有频率为l000Hz ，阻尼比为0.7，试求用它测量频率为600Hz
的正弦交变力时的振幅相对误差和相位误差。
2.8已知某二阶传感器系统的固有频率为20kHz ，阻尼比为0.1，若要求传感器的输出幅值误
差不大于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
2.9设有两只力传感器均可作为二阶系统处理，固有频率分别为800Hz 和2.2kHz ，阻尼比均
为0.4，欲测量频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算所产生的振幅相对误差和相位误差。
答案
2.1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。 2.2答：
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。
3）线性度L γ是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。
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。 2.3答：
1）传感器动态特性主要有：时间常数τ；固有频率n ω；阻尼系数ξ。
2）含义：τ越小系统需要达到稳定的时间越少；固有频率n ω越高响应曲线上升越快；当n ω为常数时响应特性取决于阻尼比ξ，阻尼系数ξ越大，过冲现象减弱，1ξ≥时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。 2.4答：（略） 2.5解：
对微分方程两边进行拉氏变换，Y(s)(30s+3)=0.15X(s) 则该传感器系统的传递函数为：
()0.150.05
()()303101
Y s H s X s s s =
==++ 该传感器的时间常数τ=10，灵敏度k=0.05
2.6解：
动态误差由稳态误差和暂态误差组成。先求稳态误差： 对方程两边去拉氏变换得：
1202()()()s s s T T sT τ=+ 则传递函数为
021()1
()1
T s T s s τ=+ 对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差0ss e =，再求暂态误差： 当t=350s 时，暂态误差为 350/120
()(30025)14.88t e e
C -=-=?
故所求动态误差为： ()14.88ss t e e e C =+=? 2.7解：所求幅值误差为0.947,相位滞后52°70′
()22
2
2
1
212n
s j n n
n n G j s s j ω
ωωξωωωωξ
ωω===
++??-+????
则，频率为600Hz 时的幅值为
|()|0.947G j ω=
=
=
相对误差为
（1-0.947）×100%=5.3%
11226002(
)20.710005270'6001()1()
1000
n tg tg ωξω?ωω--??
=-=-=---o 2.8解：()2
2
2
2
1
212n
s j n n
n n G j s s j ω
ωωξωωωωξ
ωω===
++??-+????
|()|G j ω=
==
令|()| 1.03G jw =，2(
)10000
ω
ω=′
则 2
1.960.05740ωω-+=′′ 解得121.930.03ωω==′，′ 代入上式，得
121389173Hz Hz ωω==，
令|()|0.97G jw =，则
2
1.960.06280ωω--=′′ 解得3 1.99ω=′（舍负） 代入上式，得
31411Hz ω=
由图2-18二阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率范围为：
13891411Hz Hz ω＜＜ 或 173Hz ω＜
2.9解：ξ=0.4＜1，由二阶传感器的频率特性，固有频率比被测信号频率越大越好，故应选固有频率为2.2kHz 的那只。
()22
2
2
1
212n
s j n n
n n G j s s j ω
ωωξωωωωξ
ωω===
++??-+????
|()|0.940G jw =
==
相对误差为（1-0.940）×100%=6.0%
11224002(
)20.42200833'4001()1()
2200
n tg tg ωξω?ωω--??
=-=-=---o 故相位滞后8°33′。
第3章 电阻应变式传感器
3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？
3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 3.3 为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？
3.4 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多
少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。
3.5 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。
求：①R ?和/R R ?；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。 3.6 在以钢为材料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（如图3-28a 所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b ）。若钢的泊松系数0.285μ=，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U =2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值10.48R ?=Ω。试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。
3.7 一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图3-29a 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0.00196m 2，弹性模量E =2×1011N /m 2，泊松比0.3μ=，且R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω, 所组成的全桥型电路如题图3-29b 所示，供桥电压U =2V 。现测得输出电压U 0=2.6mV 。求：①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？②力F 为多少？
3.8
已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数2k =）, 将其粘贴在梁式
测力弹性元件上，如图3-30所示。在距梁端0l 处应变计算公式为
2
6Fl Eh b
ε=
设力100F N =，0100l mm =，5h mm =，20b mm =，52
210/E N mm =?。求： ①说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端0l 处画出四个应变片粘贴位
置，并画出相应的测量桥路原理图；②求出各应变片电阻相对变化量；③当桥路电源电压为6V 时，负载电阻为无穷大，求桥路输出电压U 0是多少？
图3-29
图 3-30
图3-28
3.9 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L 趋于无穷。图中E=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=1.2Ω时，电桥输出电压U 0=? ② R 1、R 2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=? ③ R 1、R 2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR 1=ΔR 2 =1.2Ω，电桥输出电压U 0=?
答案
3.1 答：
导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。 当外力作用时，导体的电阻率ρ、长度l 、截面积S 都会发生变化，从而引起电阻值R 的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。 3.2答：
金属丝灵敏系数0k 主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为
(12)μ+，电阻率的变化为()//ρρε?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以
及敏感栅的横向效应。虽然长度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。 3.3答：
敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。 3.4答：
金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。金属电阻丝的灵敏系数可近似写为 012k μ≈+，即0 1.52k ≈～；半导体灵敏系数近似为 ()0//k E ρρεπ≈?=≈50～100。
3.5解：
2.05;800/k m m εμ==Q
/0.0164;0.2R R k R ε∴?=?=?≈Ω应变引起的电阻变化
033 1.234R
U V U mV R
?==?=当电源电压时，电桥输出电压
3.6解1：
1）11
/R R k ε
?=
则轴向应变为：
1/0.48/120
0.0022
R R k ε?=
==
2）电桥的输出电压为：
011
(1)220.002 1.285 5.1422
U Uk mV εμ=+=????=
解2：
112;120;0.48;2k R R U V ==Ω?=Ω=Q
11
01142R R k U
U R R mV
ε?=
=??=/轴向应变： 0.002电桥输出电压： /
3.7解：
211212340120;0.3;0.00196;210/;2; 2.6R R R R S m E N m U V U mV μ====Ω===?==Q
50.156//0.0008125
120.0004875
3.18510U R R U
l R R R R
l k r l
r l
F SE N εμμε?=
=Ω???====+??=-=-==?按全桥计算：轴向应变：横向应变：力：
3.8解：
①梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个；
②52
02;100;100;5;2;210/k F N l mm h mm b mm E N m ======?Q
02620.012Fl R
k R Eh b
ε?∴===应变片相对变化量为：
③060.072R
V U V R
?=?=桥路电压6时,输出电压为：
3.9解:
①100.0104E R R U V R
?=
?=因为只有为应变片,电桥输出按单臂电桥计算， ②00U V =因为两应变片变化大小相同，相互抵消无输出， ③120,0.022E R R R U V R
?=
?=因为应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算，
第4章 电容式传感器
4.1 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？
4.2 为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化？
4.3 差动式变极距型电容传感器，若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动
极板相对于定极板位移了0.75mm δ?=时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？
4.4 电容式传感器有哪几类测量电路？各有什么特点？差动脉冲宽度调制电路用于电容传
感器测量电路具有什么特点？ 4.5 一平板式电容位移传感器如图4-5所示，已知：极板尺寸4a b mm ==，极板间隙
00.5mm δ=，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。
4.6 已知：圆盘形电容极板直径50D mm =，间距00.2mm δ=，在电极间置一块厚0.1mm 的云母片（7r ε=），空气（01ε=）。求：①无云母片及有云母片两种情况下电容值1C 及2C 是多少？②当间距变化0.025mm δ?=时，电容相对变化量11/C C ?及22/C C ?是多少？
4.7 压差传感器结构如图4-30a 所示，传感器接入二极管双T 型电路，电路原理示意图如图
4-30b 所示。已知电源电压U E =10V ，频率f = 1MHz ，R 1=R 2=40kΩ，压差电容C 1=C 2=10pF ，R L =20kΩ。试分析，当压力传感器有压差P H ＞P L 使电容变化ΔC=1pF 时，一个周期内负载电阻上产生的输出电压U RL 平均值的大小与方向。
答案
4.1答：
非线性随相对位移0/δδ?的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距0δ与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动结构。 4.2答：
a)
b)
图4-30
低频时容抗c X 较大，传输线的等效电感L 和电阻R 可忽略。而高频时容抗c X 减小，等效电感和电阻不可忽略，这时接在传感器输出端相当于一个串联谐振，有一个谐振频率0f 存在，当工作频率0f f ≈谐振频率时，串联谐振阻抗最小，电流最大，谐振对传感器的输出起破坏作用，使电路不能正常工作。通常工作频率10MHz 以上就要考虑电缆线等效电感
0L 的影响。
4.3解：若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动极板相对于定极板位移了
0.75mm δ?=时，非线性误差为：
22
0.75(
)100%(
)100% 3.5%4
L δ
γδ?=?=?= 改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差为：
0.75
100%100%18.75%4
L δ
γδ?=
?=
?= 4.4（略）
4.5解：对于平板式变面积型电容传感器，它的静态灵敏度为： 0121110
88.85107.0810g C b k Fm a εδ---=
==??=? 极板沿x 方向相对移动2mm 后的电容量为：
12130()8.85100.0042
1.416100.5
b a x C F εδ---????=
==? 4.6解：1）12310
1408.8510 3.14 2.510 3.4710210
S C F εδ----????===?? 123
1024
048.8510 3.14 2.510 6.0810*******
r
S
C F d d εδε-----????===??-+?+
2）令0r d d δδε=-+′
，则
10100
0.0250.1430.20.025
1C C δδδδδδδ???=
===?-?-- 220.0250.2800.11430.025
1C C δδδδδδδ???====?-?--′′′
4.7解：当H L P P >时，12C C <；212C C C -=??
4612122
(2)4080
()21010102100.36()6060
L RL L E L R R R U R U f C C V R R -+?=
-=??????=-+? 由于12C C <，电压UE 的负半周占优势，故RL U 的方向下正上负。
第5章 电感式传感器
5.1 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？ 5.2 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。
5.3 说明单线圈和差动变间隙式电感传感器的结构、工作原理和基本特性。 5.4 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。 5.5 为什么螺线管式电传感器比变间隙式电传感器有更大的测位移范围？
5.6 电感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏整流的交流电桥在
电感式传感器测量电路中各可以发挥什么作用？采用哪种电路可以获得理想输出。 5.7 概述变间隙式差动变压器的结构、工作原理和输出特性，试比较单线圈和差动螺线管式
电传感器的基本特性，说明它们的性能指标有何异同？
5.8 差动变压器式传感器的测量电路有几种类型？试述差动整流电路的组成和基本原理。为
什么这类电路可以消除零点残余电压？ 5.9 概述差动变压器式传感器的应用范围，并说明用差动变压器式传感器检测振动的基本原
理。
5.10 什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的
基本特性有哪些？它是基于何种模型得到的？
5.11 电涡流式传感器可以进行哪些物理量的检测？能否可以测量非金属物体，为什么？ 5.12 试用电涡流式传感器设计一在线检测的计数装置，被测物体为钢球。请画出检测原理
框图和电路原理框图。
答案
5.1答：
电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。
电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 工作原理：自感、互感、涡流、压磁。
5.2答：
电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。
5.3（略）
5.4答：
差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压0U ，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称为零点残余电压。产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 M 、电感L 、内阻R ）不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。
为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。
5.5答：
螺线管式差动变压器传感器利用互感原理，结构是：塑料骨架中间绕一个初级线圈，两次级线圈分别在初级线圈两边，铁心在骨架中间可上下移动，根据传感器尺寸大小它可测量1~100mm 范围内的机械位移。变间隙式电感传感器是利用自感原理，衔铁的与铁芯之间位移（气隙）与磁阻的关系为非线性关系，可动线性范围很小，因此测量范围受到限制。
5.6（略） 5.7（略） 5.8（略） 5.9（略） 5.10答：
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。
2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。
3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。
4）回路方程的建立是把金属上涡流所在范围近似看成一个单匝短路线圈作为等效模型。 5.11答：
1）凡是能引起22R L M 、、变化的物理量，均可以引起传感器线圈11R L 、 的变化，可以进行非电量检测；如被测体（金属）的电阻率ρ，导磁率μ，厚度d ，线圈与被测体之间的距离x ，激励线圈的角频率ω等都可通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z 发生关系，使11R L 、变化；若控制某些参数不变，只改变其中一个参数，便可使阻抗Z 成为这个参数的单值函数。
2）电涡流传感器不可以直接测量非金属物体，这是由于传感器本身特性决定的。
5.12（略）
第6章 磁电式传感器
6.1 试述磁电感应式传感器的工作原理和结构形式。 6.2 说明磁电感应式传感器产生误差的原因及补偿方法。
6.3 为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率较高时，将随频率增加而下降？ 6.4 什么是霍尔效应？
6.5 霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？ 6.6 霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？
6.7 某一霍尔元件尺寸为10L mm =， 3.5b mm =, 1.0d mm =，沿L 方向通以电流
1.0I mA =，在垂直于L 和b 的方向加有均匀磁场0.3B T =，灵敏度为22/()V A T ?，
试求输出霍尔电势及载流子浓度。
6.8 试分析霍尔元件输出接有负载L R 时，利用恒压源和输人回路串联电阻T R 进行温度补偿
的条件。
6.9 霍尔元件灵敏度40/()H K V A T =?，控制电流 3.0I mA =，将它置于4
110-?～
4510T -?线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围有多大？
6.10列举l ～2个霍尔元件的应用例子。查找l ～2个应用磁敏电阻制作的产品实例。 6.11磁敏电阻温度补偿有哪些方法？磁敏二极管温度补偿有哪些方法？有哪些特点？ 6.12 比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各
自的特点。
答案
6.1（略） 6.2答：
磁电感应式传感器两个基本元件，即永久磁铁和线圈，永久磁铁在使用前需要有稳定性处理，主要是线圈中电流产生的磁场对恒定磁场的作用（称为线圈磁场效应）是不能忽略的，需要采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。当环境温度变化较大时传感器温度误差较大，必须加以补偿。 6.3答：
因为磁电感应式传感器的灵敏度为(/)e υ，振动频率过高时，线圈阻抗增大，使传感器灵敏度随振动频率增加而下降。 6.4答：
通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。 6.5答：
1）任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。只有半导体材料适于制作霍尔元件。又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N 型半导体制造。
2）金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率很小很小，使霍尔电势H U 很小，因此不适于做霍尔元件材料。 6.6答：
霍尔电势不为零的原因是，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率ρ不均匀等原因。
6.7解：
1919
19
22/(), 1.0,0.36.610, 3.5, 1.0 1.6100.0010.3
28.41100.0066 1.6100.001
H H H H K V A T I mA B T U K IB mV
L mm b mm de mm e IB n U ed --∴=?====∴====??=-==????Q Q 输出霍尔电势： ，载流子浓度为：
6.8（略） 6.9解：
4440/(), 3.0,1105101260H H H H H K V A T I mA B T U K IB V U K IB V
μμ--∴=?==?-?====Q 输出霍尔电势范围是： 低端： 高端：
6.10（略） 6.11（略） 6.12答：
霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。
磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T 以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
第7章 压电式传感器
7.1 什么是压电效应？什么是正压电效应和逆压电效应？
7.2 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT 压电陶瓷是优能的压电
元件？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适用于什么场合？ 7.3 压电传感器能否用于静态测量？试结合压电陶瓷加以说明。
7.4 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电
荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？
7.5 电压放大器和电荷放大器本质上有何不同，电荷放大器和电压放大器各有何特点？它们
各自适用于什么情况？
7.6 己知电压前置放大器输人电阻及总电容分别为1i R M =Ω，100i C pF =，求与压电加
速度计相配，测1Hz 振动时幅值误差是多少？
7.7 已知电压式加速度传感器阻尼比0.1ξ=。若其无阻尼固有频率032f kHz =, 要求传感
器输出幅值误差在5%以内，试确定传感器的最高响应频率。
7.8 一压电加速度计，供它专用电缆的长度为1.2m ，电缆电容为100pF ，压电片本身电容
为1000pF 。出厂标定电压灵敏度为100/V g ，若使用中改用另一根长2.9m 电缆，其电容量为300pF ，问其电压灵敏度如何改变？ 7.9 为什么压电器件一定要高阻抗输出？
7.10 用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度，已知：加速度计灵敏度为5PC /g ，电
荷放大器灵敏度为50m V /PC ，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压幅值为2V ，试求该机器的振动加速度。
答案
7.1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
7.2答：
1）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。压电陶瓷PZT 是一种多晶铁电体，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后，留下了很强的剩余极化强度，才能使其呈现出压电特性。
2）比较石英晶体12d 、11d ，压电陶瓷的纵向压电常数33d 大的多，是它们的上百倍。所以压电陶瓷制作的传感器灵敏度高。常用的优能压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT ），它具有很高的介电常数，工作温度可达250℃。 3）（略）
7.3答：
1）由压电传感器的等效电路可见，要保证输出信号与输入作用力间的线性关系，只有在负载电阻较大，工作频率较高时，传感器电荷才能得以保存补充，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，故压电传感器只能作动态测量，不宜作静态信号测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。
2）（略）
7.4.答：
1）在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。
2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；若按不同极性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等。
7.5答：（略）
7.6解：
1;1,100i i f Hz R M C pF ∴==Ω=信号频率放大器输入电阻电容
幅值误差为：
()()()()()
10.99
()()
im m im i
im im im im im U dF U C U U U U U ωωω=∞=
-∞=-=-∞∞
相对误差为：
(10.99)100%1%-?=
7.7解：
00.1,32;f kHz ζ∴==已知阻尼比固有频率 控制传感器在5%以内的幅值误差为：
|()|0.95u j ω=
==
式中f 为最高响应频率：
45.40f kHz =
7.8解：
1.2,,;100/100/c a u u c a i i
m C pF C pF K V g d d
K V g
C C C pF pF C =∴=
==++++已知压电加速度计电缆长度为电缆电容=100传感器电容=1000电压灵敏度为电压灵敏度1001000
6
6
100/0.11102.90.111084.62/i u c a c u c a C d d
K V g
C C pF pF
d m C pF
d K V g
C C pF pF
≈==++=??≈==++因较小忽略前置电路输入电容电压灵敏度为：1001000求出：更换电缆，电容=300电压灵敏度为：3001000
可见电缆加长后电压灵敏度下降。
7.9（略）
7.10解：
5/50/PC g mV PC 已知加速度计灵敏度为，电荷放大器灵敏度为
当输出幅值为2V 时，机器振动加速度为：
2/50/0.85/V mV PC
g g PC g
=
=
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。
1． 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 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D 粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A 、接近真值 B 、偏离拟合直线 C 、正反行程不重合 D 、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A 、转换元件 B 、敏感元件 C 、转换电路 D 、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C ） A 工作频率宽 B 线性范围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不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 7 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 8 回程误差表明的是在（C ）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C ）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D 粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按 一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。 （×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度 高的准确度不一定高 （×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n 次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n 。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定 传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、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。 2、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： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。 当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。 输入 输出 相对真值 测量误差 测量值
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/℃、
《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）
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。
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。
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
测试与传感器技术试题(1) 一、判断题(判断下列各题，正确的在题干后面的括号内打A“√”，错误的打B“×”。每小 题2分，共10分) 1.X-Y记录仪可记录任何频率的信号。( B ) 2.分析周期信号的频谱的工具是傅立叶级数。( A ) 3.阻抗变换器的作用是将传感器的高输出阻抗变为低阻抗输出。( A ) 4.瞬态信号的频谱一定是连续的。( A ) 5.系统的不失真测试条件要求测试系统的幅频特性和相频特性均保持恒定。( B ) 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号 内。每小题2分，共10分) 1.信号x(t)=sin(2t+1)+cos(t/3)是( A ) A.周期信号 B.非周期信号 C.瞬态信号 D.随机信号 *2.用共振法确定系统的固有频率时，在有阻尼条件下，( )频率与系统固有频率一致。 A.加速度共振 B.速度共振 C.位移共振 D.自由振动 3.压电式加速度计与测振仪之间可以串接的是( A ) A.电荷放大器 B.A/D转换器 C.相敏检波器 D.滤波器 4.温度误差的线路补偿法是利用电桥( C )实现的。 A.相邻桥臂同变输入电压相加 B.相邻桥臂差变输入电压相减 C.相对桥臂同变输入电压相加 D.相对桥臂差变输入电压相加 5.差动变压器式位移传感器中线圈之间的互感M( B ) A.始终保持不变 B.随被测位移的变化而变化 C.不随被测位移的变化而变化 D.随线圈电流的变化而变化 三、填空题(每空1分，共30分) 1.若位移信号x(t)=Acos(ωt+ψ),则其速度信号的振幅为___AW_____，加速度信号的振幅为 ______AW2__。 2.利用数字频率计测量振动频率时，一般对低频信号测________，高频信号测________。 3.信号的频谱函数可表示为__幅值______频谱和___相位_____频谱。 4.用共振法确定系统的固有频率时，由于测量的振动参数不同，存在着________共振频率， ________共振频率，________共振频率。 5.高频情况下，多采用___压电式____测力传感器来测量激振力，而且在实验前需对测力系统 进行____标定____。 6.当压电式加速度计固定在试件上而承受振动时，质量块产生一可变力作用在压电晶片上， 由于___压电_____效应，在压电晶片两表面上就有___电荷_____产生。 7.阻抗头由两部分组成，一部分是___力_____传感器，一部分是_加速度_______传感器。它 是用来测量驱动点__阻抗______的。 8.阻容式积分电路中，输出电压从_电容C_______两端取出，RC称为__积分______时间常数， RC值越大，积分结果越__准确______，但输出信号___越小_____。 9.光线示波器的关键部件是________，通过它，可将按一定规律变化的________信号，转换 成按同样规律变化的________摆动信号，从而记录测量结果。 10.热电偶的热电势由________和________两部分组成。 @@@11.测试装置所能检测到的输入信号的最小变化量称为_分辨率_______。 12.具有质量为M，刚度为K的振动体的固有频率为________。
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？
《传感器与检测技术》课程复习题库 第一章 传感器的基本概念 （P1-16) 1、什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？P1—2（P16习题1） 答：传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检测功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。 传感器由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成。 敏感元件是指传感器中能直接感受（或响应）与被检出被测对象的待测信息（非电量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受（或响应）出的信息直接转换成电信号的部分；信号调节电路是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路；辅助电路通常包括电源，即交、直流供电系统。但并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件，如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件。 加附图1-1。 2、什么叫做传感的静态特性？（笔记） 答：传感的静态特性是传感器在静态信号的作用下所表现出来的特性。主要体现在如下几个方面： （1）线性度。就是指传感器的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。 （2）灵敏度。是指传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。 （3）重复性。表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得其输出特性曲线不一致性的程度。 （4）迟滞现象。表明传感器在正向行程和反向行程期间，输出输入特性曲线不重合的程度。 （5）分辨率。是在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量。 （6）稳定性。 （7）漂移。是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。 3、什么叫传感器的动态特性？（笔记） 传感器在动态信号的作用下所表现出来的特性。 4、传感器的静态特性有哪些性能指标？它们各自公式是什么？(P10-12、P16习题3） 答：线性度：%100max ??±=ES Y E 灵敏度：x y S n ??= 重复性：%100max ??±=Es x Y E 迟滞现象：%100max ??=FS m Y E 分辨率：传感器的分辨率是在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量min x ?，有时也用该值相对满量程输入值的百分数??? ? ????%100min FS X x 表示。 以及稳定性和漂移。 5、传感器数学模型的一般描述方法有哪些？（P16习题5） 答：传感器数学模型可分为静态和动态数学模型。其中，传感器静态数学模型一般多用多项式来描述，而动态数学模型通常采用微分方程和传递函数等来描述。
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
《传感器与检测技术》试题 一、填空:(２0分) 1,测量系统得静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。(２分) 2、霍尔元件灵敏度得物理意义就是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时得霍尔电势大小。 3、光电传感器得理论基础就是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生得光电效应分为三类。第一类就是利用在光线作用下光电子逸出物体表面得外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管;第二类就是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变得内光电效应，这类元件有光敏电阻;第三类就是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势得光生伏特效应,这类元件有光电池、光电仪表。 4、热电偶所产生得热电势就是两种导体得接触电势与单一导体得温差电势组成得,其表达式为Eab（T,To）=。在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线法)就是在连接导线与热电偶之间,接入延长线，它得作用就是将热电偶得参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定得地方,以减小冷端温度变化得影响。 5、压磁式传感器得工作原理就是：某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械压力,从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反,某些铁磁物质在外界磁场得作用下会产生机械变形,这种现象称为负压电效应。(2分) 6、变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上得线圈电感量(①增加②减小③不变)(2分) 7、仪表得精度等级就是用仪表得(①相对误差②绝对误差③引用误差)来表示得(２分) 8、电容传感器得输入被测量与输出被测量间得关系,除(①变面积型②变极距型③变介电常数型)外就是线性得。(2分） 9、电位器传器得(线性)，假定电位器全长为Xｍaｘ, 其总电阻为Rｍａx,它得滑臂间得阻值可以用Rx = （① Xmax/ｘ Rｍａx,②ｘ／Xmａx Ｒｍａx,③ Xmaｘ/XＲmaｘ④Ｘ/Xma ｘＲｍaｘ)来计算，其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2ｐAt／b+ｈ，③2A(b+b)/pt，④ 2Ａtp(ｂ＋ｈ）) 1、变面积式自感传感器,当衔铁移动使磁路中空气缝隙得面积增大时,铁心上线圈得电感量(①增大，②减小，③不变)。 ２、在平行极板电容传感器得输入被测量与输出电容值之间得关系中,(①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）就是线性得关系。 ３、在变压器式传感器中,原方与副方互感Ｍ得大小与原方线圈得匝数成（①正比,②反比,③不成比例),与副方线圈得匝数成(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)。 4、传感器就是能感受规定得被测量并按照一定规律转换成可用输出信号得器件或装置,传感器通常由直接响应于被测量得敏感元件与产生可用信号输出得转换元件以及相应得信号调节转换电路组成。 ５、热电偶所产生得热电热就是由两种导体得接触电热与单一导体得温差电热组成。 ２、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①_金属＿材料与②__＿_半导体__体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化,其中①得电阻变化主要就是由 _电阻应变效应形成得,而②得电阻变化主要就是由温度效应造成得。半导体材料传感器得灵敏度较大。 3、在变压器式传感器中，原方与副方互感M得大小与绕组匝数成正比,与穿过线圈得磁通＿成正比,与磁回路中磁阻成反比，而单个空气隙磁阻得大小可用公式 _＿表示。 1、热电偶所产生得热电势就是由两种导体得接触电势与单一导体得温差电势组成得,其表达式为E ab(T,T o)=。在热电偶温度补偿中，补偿导线法(即冷端延长线法)就是在连接导线与热电偶之间，接入延长线它得作用就是将热电偶得参考端移至离热源较远并且环境温度较稳
第三部分安全技术理论知识 单选题一、 1．按《煤矿安全规程》规定，矿井安全监控设备必须定期进行调试、校正，每月至少（A）次。甲烷传感器、便携式甲烷检测报警仪寄采用载体催化元件的甲烷检测设备，每（A）天必须使用校准气样和空气样调校1次。每（）天必须对甲烷超限断电功能进行测试。A．1，7，7B．2，7，10C．1，10，7D．1，7，10 2．必须每天检查矿井安全监控设备及电缆是否正常。使用便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪与甲烷传感器进行对照，并将记录和检查结果报监测值班员；当两者读数误差大于允许误差时，先以读数较大者为依据，采取安全措施并必须在（D）内对2种设备调校完毕。 A．14hB．48hC．2hD．8h 3．矿井安全监控系统配制甲烷校准气样的相对误差必须小于（C）。制备所用的原料气应选用浓度不低于（C）的高纯度甲烷气体。A．10%，99.9%B．10%，90% C．5%，99.9%D．5%，90% 4．采煤工作面甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（A）。A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444C．≥0.5%CH，≥1.0%CH，＜0.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4445．采煤工作面回风巷甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复
电浓度分别是（B）。 A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.0%CH，≥1.0%CH，＜1.0%CH 444C．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4446．专用排瓦斯巷甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（C）。 A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥2.5%CH，≥2.5%CH，＜2.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4447．煤与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、。）D复电浓度分别是（． A．≥2.0%CH，≥2.5%CH，＜2.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444D．≥0.5%CH，≥0.5%CH，＜0.5%CH 4448．采用串联通风的被串采煤工作面进风巷，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（A）。 A．≥0.5%CH，≥0.5%CH，＜0.5%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 4449．采煤机的甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度（A）。A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥0.5%CH，≥1.0%CH，＜0.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜1.5%CH 44410．煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度分别是（A）。 A．≥1.0%CH，≥1.5%CH，＜1.0%CH 444B．≥1.5%CH，≥1.5%CH，＜1.5%CH 444C．≥0.5%CH，≥1.0%CH，＜0.5%CH 444D．≥1.5%CH，≥2.0%CH，＜
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题及 答案 The document was prepared on January 2, 2021
《传感器与检测技术》试题 一、填空：（20分） 1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。 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光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达 式为Eab （T ，To ）=T B A T T B A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 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，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分） 6. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（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） 1、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）。 2、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。 3、在变压器式传感器中，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）。
第五章 3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。 霍尔效应：将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 霍尔传感器工作原理：霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uho霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比。 4?简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。 组成：从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1'电极用于加控制电流，称控制电流，另一对2-2'电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 电路图： 5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。 答：它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。 7?说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。原理：石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，在光轴方向时，不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F 特点：石英晶体：（1）压电常数小，时间和温度稳定性极好；（2）机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；（3）居里点573°C,无热释电性，且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用。 压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作