选择题
1．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
2. 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
3．应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
4．应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
5．在光的作用下，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
6.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
7.4不属于测试系统的静特性。
（1）灵敏度（2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数
8. 电阻应变片的输入为1。
（1）力（2）应变（3）速度（4）加速度
9.结构型传感器是依靠3的变化实现信号变换的。
（1）本身物理性质（2）体积大小（3）结构参数（4）电阻值
10.不能用涡流式传感器进行测量的是4。
（1）位移（2）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料
11.变极距电容传感器的输出与输入，成1关系。
（1）非线性（2）线性（3）反比（4）平方
12.半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是3。
（1）长度（2）截面积（3）电阻率（4）高通
13.压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的3产生变化。
（1）固有频率（2）阻尼比（3）灵敏度（4）压电常数
14.在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 4 传感器。
（1）电容式（2）压电式（3）电阻式（4）电涡流式
15.光电倍增管是利用3效应制成的器件。
（1）内光电（2）外光电（3）光生伏特（4）阻挡层
16.光敏元件中3是直接输出电压的。
（1）光敏电阻（2）光电阻（3）光敏晶体管（4）光导纤维
17．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
18．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（A ）
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
19．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（a ）
A．变极板面积型B．变极距型
C．变介质型D．容栅型
20．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（C ）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
21.下图所示器件为霍尔传感器（何种类型传感器）
填空题：
1、属于能量控制型的传感器有电阻，电容，电感（涡流）等，属于能量转换型的传感器有压电，磁电等（每个至少举例两个）。
2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用金属的机械变形引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化引起的电阻变化。
3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。
4、电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：电压放大器和电荷放大器，后接放大器时，可不受连接电缆长度的限制。
5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的涡电流效应。
6、磁电式速度计的灵敏度单位是mv/(m/s) 。
7、压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。
（1）传感器静态特性指标主要有等.而其动态特性指标主要有时域分析和频域分析两部分.
(2) 传感器的精度A含义是在规定范围内，其允许的最大误差值相对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%,则该传感器应定为0.5级精度.
(3) 传感器线度δA含义是在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程（F.S）输出值的百分比拟合刻度直线方法有切线法、端基法、最小二乘法三种。
μ,相应输出电容变化量△C=25PF,其平均灵敏度为(4) 某电容式位移传感器,当被测位移变化量△X=50m
0.5PF/um用切线法求得线性度为1%.若现采用差动式电容结构,其灵敏度应为1PF/um用切线法求得线性度应为2%
(5)传感器的最小检测量是指传感器能确切反应被测量的最低限量而言,最小检测量愈小则表示传感器检测微量能力愈高.
10-2 (1) 金属应变片工作原理是应变效应半导体应变片工作原理是压阻效应二者应变灵敏度系数主要区别是-------------------------- --------------------------------------- ---------------------------------------..
(2) 为提高应变片动态测量精度,当被测应变片波长一定时同岁有基长一定时,现有基长分别为10mm和20mm两种应变片,则应选用基长为15mm的应变片,方可减小动态误差,
(3) 应变式传感器产生温度误差的原因为电阻丝有一定的温度系数和电阻丝材料与测试材料膨胀系数不同
通常采用的温度补偿方法有单丝自补偿，双丝自补偿，电路补偿等.
(4)应变片灵敏度系数K的测试条件是受一维应力作用、应变片轴向与主应力方向一致、试件材料的泊松比为0.285的钢材。测得的K值大小比应变丝的应变灵敏度系数ks小其原因是横向效应和胶层效应传递变形失真
(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】漂移和【灵敏度温度漂移】漂移.因此要采用温度补偿措施,方法有【零点温度补偿法，灵敏度温度补偿法】等.
10-3 (1) 电容式传感器分布电容的存在对测量的危害性是:【降低测量灵敏度、引起非线性输出】.通常采用消除和减小颁布电容的方法有【增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆】等.
(2) 平等板式电容传感器,变面积型可用于检测【增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆】,变间距型可用于检测【微小位移】而变介质型可用于检测【厚度】等参数.
(3) 当差动式电容测量电路输出电压为U=C1-C2
C1+C2
E的形式时(E为电源电压,C1和C2为差动电容),则其
具有的特点是具有温度补偿功能、灵敏度高、非线性误差小。
(4) 运算法测量电容传感器电路具有的特点是:【减小环境温度对测量的影响】。
(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【精度高、稳定性高】。。
10-4 (1) 差动电感及差动变压器的位移—电压特性均为关于原点对称线性输出-特性,因而测位移存在移动方向判断问题,解决此问题的方法是采用相敏检波电路.
2) 提高差动变压器输出信号电压的措施有:【增大匝数比、增加初级线圈电压、增加激磁电压的频率】等。
(3) 差动变压器零点残余电压产生的原因是:【基波分量、高次谐波、电磁干扰】等,消除和减小的方法有:【保证结构对称性、、选选用合适的测量电容、采用补偿电路】等.
(4) 电涡流检测线圈结构特点是采用------------------线圈,当被测------------------材料靠近它时,利用线圈变化------------------进行测量.
(5) 电涡流传感器应用方式可分为两大类:即按【测量电路】不同可分为【变频反射式和低频透射式】，它主要用于检测【位移、振幅、厚度】等参数.
10-5 (1) 压电元件的原理是【压电】效应,它的主要特点是-【灵敏度高、工作可靠、质量轻】.目前常使用的压电材料有【石英晶体、压电陶瓷、锆钛酸铅】等.
(2) 压电式传感器对测量------------------信号无响应,其被测信号频带上限取决于------------------,频带下限取决于------------------
.
(3) 压电元件测量电路采用前置放大器的目的是:
【把电压是传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出、放大压电式传感器输出的弱信号】.目前经常应用的前置放大器有【电压放大器、电荷放大器】两种.
(4) 若单片压电片等效电容为C,输出电荷为q,输出电压为U.则将相同两片串接后其总参数C′为c/2,q′为q,U′为2U;若改为两片并接后,其总参数C′为2C,q′为2q,U′为U.
(5) 石英压电元件的纵向压电效应是X方向的作用力,在垂直于x轴的电极面上产生电荷;而横向压电效应是y方向的作用力在垂直于x轴的电极面上产生电荷.
10-6
(1) 编码器按组成原理可分为-【电触式、电容式、感应式、光电式】等。编码器按用途不同可分【码盘码尺】，分别用于检测【角度长度】参数。
（2）光栅传感器是根据【莫尔条纹】原理制成的。是由-【照明系统、光栅副、光电接收元件】组成的，主要用于-【速度、震动、质量】-检测等参数。
（3）莫尔条纹的宽度BH由-【光栅常数和光栅夹角@】决定。一般调节莫尔条纹宽度主要采用的方法是【调节光栅夹角】。
（4）振弦式传感器采用------------------系统，其输出为-【频率】-信号。主要用于检测-【力、温度、
距离】-等参数。
（5）振弦传感器的固有频率f0与弦线的【张力、有效长度】-等参数有关。为改善其输出f-T特性的非线性，可采用------------------ ------------------等方法。
10-7 （1）热电偶的工作原理是-【热电】-效应，热电势包括-【两种导体的接触电势-和-单一导体的温差电势】两种，能产生热电势的必要条件是-【组成热电极的必须是不同材料、两个接触点必须处于不同的温度场中】。
（2）热电偶补偿导线的作用是【是热电偶的冷端温度保持恒定】，对选择补偿导线的要求是【0~100`C范围内和所连接的热电偶有相同的热点性、价格便宜】。
（3）热电阻测温的原理是【热点效应】，一般目前常用的热电阻有【铂、铜、半导体】等。
（4）热敏电阻按温度系数分为【正温度系数】、【负温度系数】、【中间温度系数】三种，热敏电阻本身温度取决于【环境通电发热】、【通电发热】两个因素。
（5）热敏电阻用于测温元件时，其工作电流要求为【很小】，应该工作在伏——安曲线的＿＿区域，原因是＿＿＿＿。
10-8（1）霍尔元件由于采用了【半导体材料】，元件才有实用价值，它是一个【四】端元件，一般可用于检测【磁场；电流或电压；功率】等参数。
（2）霍尔元件的不等位误差是指【不等位电势】而言。其产生的原因为＿＿、＿＿等，减小不等位电势的方法有【机械修磨、化学腐蚀】等。
（3）光电效应分为三类即：【外光电效应】，相应的器件有【光电管】；【光电导效应】，相应的器件有【光敏电阻】；【光生伏特】效应，相应的器件有【光电池、光敏晶体管】。
（4）光电池的原理是利用【光生伏特效应】。从光照特性可以看出其开路电压与照度为【非线性】关系，而短路电流与照度成【线性】效应，所以光电池作为检测元件时应取【短路电流】的输出形式。
（三）判断对错题（用√或×表示）
1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。（√）
2、涡流式传感器属于能量控制型传感器（×）
3、压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（×）
4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（×）
5．压电式传感器可以用来测量静态力及动态力。（×）
6．出现正压电效应，则一定存在逆压电效应。（√）
7. 改变压电传感器的引线电缆后，必须对等效电容C C重新计算。（）
8. 压电片的连接方式有两种，分别是串联形式和并联形式。（√）
9．金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结果影响最大的是机械滞后。（√）
简答和计算题
1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？
答：传感器：是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输另一种物理量的装置，由敏感元件，转换元件，和测量电路。敏感元件是将检测被测量的变化，转换元件是将非电量直接转换为电量的器件，测量电路是将输出的电量变成便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路。其中核心元件是转换元件。2．什么是静特性？包括哪些参数？
答：传感器的输入信号不随时间变化或者变化非常缓慢时，输出量和输入量之间的函数关系称为静态特性。包括线性度，灵敏度，精确度，最小检测量和分辨力，迟滞，重复性，零漂，温漂。
3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？
答：超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。
依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。
4.简述电容式传感器的工作原理。
答：两平行极板组成的电容器，其电容量为c=s?/d。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。电容式传感器检测被测量的变化，并将其转化为电容量的变化，通过测量电路又转化为电压量或是电流量的变化，从而测量出被测量的大小。
5.什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？
答：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。压阻效应：对半导体施加一定的应力时，其电阻率产生变化的现象；横向效应：应变片由于纵向应变和横向应变的影响，电阻值减小。
6.试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。
答：相同点：在一定条件下能改变自身的物理性质，并且将其转变成电阻的变化。
不同点：材料不同，灵敏度不同。半导体基于压阻效应，也就是受到压力时其电阻值会发生变化，但半导体应变片的灵敏系数比金属应变片要大很多，用于大信号输出的场合，但是机械强度低，受温度影响大。金属应变片机械轻度高，灵敏度低，成本也低。
7.应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？
答：温度误差：1，对电阻温度系数的影响。 2,试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
补偿方法：1，电桥补偿法。 2，单丝自补偿法。3.双丝组合式补偿法。
8.单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。
答：为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。比单臂工作时灵敏度提高一倍，同时具有温度补偿的作用。
9.涡流式传感器的主要优点是什么? 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
答：优点：能对位移，厚度，表面温度，速度，应力，材料损伤等进行非接触式连续测量，具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用广泛。
10.寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的
精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。
金属壳体，专用屏蔽线
11.简述电容式传感器的优缺点。电容式传感器测量电路的作用是什么？
答：优点：温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可以实现非接触测量具有平均效应。
缺点：输出阻抗大，负载能力差，寄生电容较大。
12.简述正、逆压电效应。能否用压电传感器测量静态压力？为什么？串联连接和并联连接的特点各是什么？
答：某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时，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，当外力去掉时，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，变形随之消失，称为逆压电效应。并联形式，其输出电容C?为单片电容C的两倍，但输出电压U’等于单片电压U，极板上电荷量q’为单片电荷量q的两倍，串联形式，输出的总电荷q’等于单片电荷q，而输出电压U?为单片电压U的二倍，总电容C?为单片电容C的一半。13.说明霍尔效应的原理？霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。
答：一个金属（导体）薄片或半导体薄片，当在它的两端通过控制电流I并且同时在薄片的垂直方向上加上磁感应强度为B的磁场时，在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势U H，这种现象叫做霍尔效应。灵敏度和厚度有关，厚度越小，灵敏度越高，但是考虑到厚度对其他因素的影响，厚度不是越小越好。能来测量位移、转速等。
液位控制系统原理，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门
的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。
14.磁敏式传感器与电感式传感器有何不同？
答：磁敏式传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成。而电感式传感器是一种机电转换装置，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。
15.什么是热电势、接触电势和温差电势？
答：两种不同的导体或半导体A 和B 组合成闭合回路，若导体A 和B 的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种电动势叫做热电动势，是由接触电势和温差电势组成。接触电势：在不同金属的接触面形成的电位差，温差电势在单一导体因为两端的温度不同而产生的电动势。
16. 说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温。其冷端温度为30℃，动圈显示仪表(机械零位在0℃)指示值为400℃，则认为热端实际温度为430℃，对不对?
答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。
二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。
三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。
四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t 、t 0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t 、t n 和t n 、t 0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。
热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合；二是补偿导线法。将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。修正公式为：
)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法。
不对。
17. Pt100和Cu50分别代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。 答：Pt100表示0℃时电阻为100欧姆，Cu50表示0℃时电阻为50欧姆。
18. 试比较热电阻与热敏电阻的异同。
答：均能制成温度传感器，热电阻材料是金属，热敏电阻材料是半导体，热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，其热电特性是线性的；半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多，适于在-100℃～300℃之间测温，其热电特性是非线性的。
19. 什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。
在光线的作用下，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。当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。
20. 分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
光电管、 光电倍增管 外光电器件
光敏二极管、光敏三极管、光电池 光生伏特效应
光敏电阻 光电导效应
21、哪些传感器可选作小位移传感器？
22、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测量大位移量？为什么？
答：优点：能对位移，厚度，表面温度，速度，应力，材料损伤等进行非接触式连续测量，体积小，结构简单，不怕油等介质污染。
涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。
23、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
答：厚度，表面温度，速度，应力。
24.电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。 答：电涡流传感器不能测量塑料物体移动的位移，因为检测对象错误。塑料不能产生涡流，要在塑料上加装金属材质的物体。
25.压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？
答：加速度传感器要通过质量块把加速度转换为力作用在压电片上
26、某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径 ，工作初始极板间距离 ，介质为空气。问：
（1）如果极板间距离变化量 ，电容的变化量 是多少？答：c=εs/d
（2 ）如果测量电路的灵敏度 ，读数仪表的灵敏度 （格／mV ）在 时，读数仪表的变化量为多少
27.画出传感器系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。
答：传感器由敏感元件，转换元件，和测量电路组成。敏感元件是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，转换元件是将非电量直接转换为电量的器件，测量电路是将输出的电量变成便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路。 非电量
电量
28．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。
答：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)，引起电阻的相对变化。
29.如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。
答：电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U0＝0；当P1＞P2(或P2＞P1)时，膜片弯向右侧(或左侧)，Cdb ＜Cab(或Cab ＞Cdb)，U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号。
30. 有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm ，a1=a2=20mm 极距d=2mm ，极间介质为空气，测量电路u1=3sin ωtV ，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量△x=5mm 时,电桥输出电压u0。
解：根据测量电路可得
敏感元件 转换元件 测量电路 辅助电源
t t u a x u C C u u i i ??sin 750sin 320500=?=?=?==
31. 现有等强度梁有效长错误！未找到引用源。=150mm,固定处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2*错误！未找到引用源。N/错误！未找到引用源。，贴上4片等阻值，K=2的电阻应变片，并接入等臂差动电桥，构成称重传感器。
求：（1）悬臂梁上如何布片？又如何接桥？ （2）若输入电压是3v ，有输出电压是2mv 时称重量是多少？
32.
图示为某一传感器的工作原理图，这是什么传感器？利用了什么原理？
33. 电容式传感器测量误差产生的主要原因及相应的解决办法。
11．检定一台1.5级刻度0-100Pa 压力传感器，现发现50Pa 处误差最大为1.4Pa ，问这台压力传感器是否合格？。
12．采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其粘在实心圆柱测力弹性元件上。如图所示,力F=1000kg 。圆柱端面半径r=1cm ，杨氏模量E=2×107N/cm 2,泊松比μ=0.3.求：
（1）画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应测量电桥原理图
（2）各应变片的应变ε=？电阻相对变化量ΔR/R=？
（3）若供电桥压U=6V ，求桥路输出电压U O =?
（4）此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。
解：（1）R 1、R 3沿轴向在力F 作用下产生正应变ε1>0ε3>0；R 2、R 4沿圆周方向贴则产生负应变ε2<0ε4<0。
（2）
4424422
441331
1
4272311094.01047.021012.31056.12471563.015610218.91000----?-=??-==?=??=??==?=?-=?-=-===????=
==εεμεμεεμεπεεk R R R R k R R R R SE F
SE F mV U R R R R U R R R R R R R R U 22.16)1094.01012.3(21)(21)(41442211443322110=??+?=?-?=
?-?+?-?=--
（4）可以补偿环境温度变化的影响因素。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
0414433221144332211=???????-?+?-?=??=?=?=?=?U R t R R t R R t R R t R U R
Rt R t R R t R R t R R t
R ot
34.根据你所学的传感器相关知识，下列物理量可以使用什么类型的传感器测量？（1）加速度（2）位移（3）压力。
答：加速度：压电传感器，磁电传感器
位移：角位移 光栅传感器；直线位移 电容传感器，电感，涡流，光栅。
压力： 应变式，电容，压磁，振弦式，压电。
35. 什么是粗误差?粗误差可以通过什么手段来消除?
答： 如果由于刻划误差等原因， 某一较高位提前或延后改变，就会造成粗误差。消除粗误差的方法有 双读数头法；循环码代替二进制码。
36. 什么是中间温度定律？什么是中间导体定律？使用K 型热电偶，基准接点为0°C ，测量接点为30°C 和900°C 时，温差电动势分别为1.203mv 和37.326mv 。试计算当基准接点为30°C ，测温接点为900°C 时温差电动势。
(1) 中间温度定律
热电偶在两接点温度分别为T 、T 0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为T 、T n 和接点温度分别为T n 、T 0时的相应热电动势的代数和。
(2) 中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种导体C ，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 37.326-1.203=36.123mv
37. 在某个检测电路中分别安装了电感式、电容式、光电式传感器各一个，目的是识别工件的颜色和材质。现有银色（金属）、黑色（塑料）、红色（塑料）三种工件，试分析如何分辨这三种工件。 光电：黑色不敏感
电容：塑料
38. 图示为某一同学给出的一等强度梁上粘贴的传感器原理示意图。（1）该图有问题么？若有请改正。（2）说明其工作原理。（3）若力F=1.0kg,长l=100mm ，宽b=11mm,厚t=3mm ，E=2×104N/mm 2
,K=3,求：各应变片的应变ε=？电阻相对变化量ΔR/R=？
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。
1.用测量围为-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。 解： 1)．先分别求出三次测量正行程、反行程及正反行程的平均值：
1-7 已知某温度计测量范围0～200℃，检测测试其最大误差 4max =?Y ℃，求其满度相对误差，并根据精度等级标准判断精度等级。 解：Y FS =200-0=200 由A=ΔA/Y FS ＊100％有 A ＝4/200＊100％＝2％。 精度特级为2.5级。 1-11:解：（1）切线法： 1 2 1 1 ,02 1 2/1)0()1(21 21 +===+===+?=-x y y x b x y x dx dy x dx dy 则当设 线性度： %1.10%10025 .0,02525.0,5.00 21 )1(21)0() 12 1 (1.max .max 21=??= =-=?=<-+=?>+-+=?-S F L S F Y y Y y x x dx y d x x x y δ则时， 端基法：
1 )26(2 62 3,5.0+-=-===x y k y x 则则 线性度： % 526.2,1067596.50, 2373.022474.05.0)26(]1)26[(13max .=?=?=?==?-=+--+=?-L S F y dx y d x Y x x y δ求导得：同理： 最小二乘法：设y=kx+b 61237 .047328.034205.021909.010488.0025.016.009.004.001.002247 .11832.11401.10954.10488.115.04.03.02.01.002xy x y x 9945 .04835.0:9945.0) (64835 .0) (6625 .2)(55.0,75167.16922.6,5.12 2 2 2 2 2 2 +==-?-?= =--?======∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑x y x x xy x y x a x x y x xy k x x xy y x 求得则 线性度：% 50.210063.60694.0) 9945.04835.0(13 =?=?=+-+=?-L y x x x y δ时，同理求得： 1-12:解：
第一章检测技术的基本概念 一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。 二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量， 而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。 系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高 三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（） 四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。 答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。
第一章 思考题与习题 1、什么是传感器的静态特性它有哪些性能指标 答：输入量为常量或变化很慢情况下，输出与输入两者之间的关系称为传感器的静态特性。它的性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差（静态测量不确定性或精度）。 2、传感器动特性取决于什么因素 答：传感器动特性取决于传感器的组成环节和输入量，对于不同的组成环节（接触环节、模拟环节、数字环节等）和不同形式的输入量（正弦、阶跃、脉冲等）其动特性和性能指标不同。 3、某传感器给定相对误差为2%FS ，满度值输出为50mV ，求可能出现的最大误差δ（以mV 计）。当传感器使用在满刻度的1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。并由此说明使用传感器选择适当量程的重要性。 已知：FS %2=γ, mV y FS 50=；求：δm = 解： ∵ %100?= FS m y δγ； ∴ mV y FS m 1%100=??=γδ 若: FS FS y y 2 1 1= 则: %4%100251%1001=?= ?=FS m y δγ 若: FS FS y y 8 1 2= 则: %16%10025 .61 %1002 =?= ?= FS m y δγ 由此说明,在测量时一般被测量接近量程(一般为量程的2/3以上),测得的值误差
小一些。 4、有一个传感器，其微分方程为x y dt dy 15.03/30=+，其中y 为输出电压（mV ），x 为输入温度（0C ），试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。 已知：x y dt dy 15.03/30=+；求：τ=，k = 解：将x y dt dy 15.03/30=+化为标准方程式为：x y dt dy 05.0/10=+ 与一阶传感器的标准方程：kx y dt dy =+τ 比较有： 5、已知某二阶系统传感器的自振频率f 0=20k Hz,阻尼比ξ=，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。 已知：f 0=20k Hz, ξ=。求：%3<γ时的工作频率范围。 解：二阶传感器频率特性(p14-1—30式) ∵ 2 2 22 ) 2()1()(ξωττωω-= k k ∴ %3) 2()1(1 1)(2222<--=-= ξωττωωγk k k 式中：???? ? ??=====1 .0816.1252000ξμωτπωs kHz f 则有： 由（1）式： 由（2）式： 即： 取： 则有： 第二章 思考题与习题
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
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，
习题一 1、传感器就是把非电量转换成电量的装置。 2、传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成。 3、按照其被测量，传感器可分为力、位移、速度、加速度传感器等。 4、传感器的静态特性主要由测量范围、量程、精度、灵敏度、线性度、分辨率、重复性、迟滞、漂移、稳定性等量来描述。 5、检测技术主要研究被测量的测量原理、测量方法、检测系统和数据处理等方面的内容。 6、检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。 7、线性电位器式传感器又可分为直线位移式的和角位移式的，分别用来测直线位移和角位移。 8、常用的线绕式电位器通常由电阻丝、电刷及骨架构成。 9、应变效应是指导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将产生机械变形，进而导致其电阻值的变化。 10、电容式传感器有变面积式电容传感器、变极距式电容传感器、变介质式电容传感器、电容栅式传感器四种。 二、判断题： 1、电位器是一种把线位移或角位移转换成电阻或电压输出的传感元件。（√） 2、电阻应变片的温度误差补偿方法有自补偿法、线路补偿法、计算补偿。（╳） 3、自感式传感器由线圈和衔铁两部分组成。（╳） 4、电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器，它主要实现接触测量。（╳） 5、变面积式电容传感器的是非线性的。（╳） 6、压电效应产生的电荷大小和极性与施加力大小和方向无关。（╳） 7、热电偶两端的热电动势是由两种导体的接触电荷和单一导体的温差电动势所组成。（╳） 8、热电动势是热电效应产生的电动势，它包括接触电动势和温差电动势。（√） 9、光电传感器能够将光量的变化转换为电量的变化，其基本原理就是光电效应。（√） 10、微波以波的形式向四周辐射，当波长远小于物体尺寸时，微波具有似光性；当波长和物体尺寸有相同数量级时，微波又有近于声学的特性。（√） 三、简答题： 1、简述传感器的发展趋势？ 答：（1）发现利用新现象、新效应； （2）开发新材料； （3）采用高新技术； （4）拓展应用领域； （5）提高传感器的性能； （6）传感器的微型化与低功耗；
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1 班级_______ 姓名学号成绩 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就是 。(2分) 3、光电传感器的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的光电效应分为三类。第一类就是利用在光线作用下 效应,这类元件有;第二类就是利用在光线作用下效应,这类元件有;第三类就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就是电动势与电动势组成的,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)就是在与之间,接入,它的作用。 5、压磁式传感器的工作原理就是: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,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、仪表的精度等级就是用仪表的(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)外就是线性的。(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=(① 2p(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就是多少摄氏度？(20分) 镍铬-镍硅热电偶分度表
第1章 传感器的一般特性 1.1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。 1.2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 1.3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？ 1.4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？ 1.5 传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？ 1.6 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δ(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： δ＝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%10081408 .02=??=γ 结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。 1.7 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τ和静态灵敏度K 。 1) T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 2) x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；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=1.5 10 5/3=0.5 10 5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，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。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(ωt)℃ 由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为 ()()786 010******** 2 2 .B A =??? ? ???π+= ωτ+== ω 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为
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
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
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
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 +=
一、填空题（每题3分） 1、传感器静态性是指 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时 ，输出量和 输入量之间的关系称为传感器的静态特性。 2、静态特性指标其中的线性度的定义是指 。 3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指 。 4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是 传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数 ，即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。 5、最小检测量和分辨力的表达式是 。 6、我们把 叫传感器的迟滞。 7、传感器是重复性的物理含意是 。 8、传感器是零点漂移是指 。 9、传感器是温度漂移是指 。 10、 传感器对随时间变化的输入量的响应特性 叫传感器动态性。 11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有 时间常数 。 12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率 、阻尼比。 13、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率、 阻尼比。 14、传感器确定拟合直线有 切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。 15、传感器确定拟合直线切线法是将 过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法 。 16、传感器确定拟合直线端基法是将 把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0作为传感器特性的拟合直线 。 17、传感器确定拟合直线最小二乘法是 用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法 。 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 。 Y K X ?=?CN M K = max max 100%100%H H F S F S H H Y Y δδ????=±?=±?2或23100%K F S Y δδδ?-=±????0F S 100%Y Y 零漂＝max 100%F S T Y ???? max *100%L F S Y Y σ??=±
一．简述传感器的分类方法。(15分)重点☆（出现3次） 二、证明热电偶标准电极定律井说明在实际应用中的意义。(15分) 三、仪表的精度等级是如何确定的?我国电工仪表有哪些等级?被测电压的实际值为10V.现有150V.0.5级和15V.2.5级两种电压表，间选择哪-电压表误差较小?(15分)重点☆（出现3次） 四、改变介质介电常数e的电容传感器原理如图所示，试推出电容量C与位移量a的关系表达式。(15 分)
五、将一只灵敏度为0. 08mv/C的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为s5C.电压表读数为60mw，求热电偶热端温度。( 10分) 六、列举出可测量温度的传感器种类并简要说明它们的特点。(15分)
七、箔式应变片实验需要哪些部件?画出双臂桥接线图并简要说明实验的主要步骤及产生误差的主要原因。(15 分 八、常用的压电材料有哪些?若石英品片的受力方向如下图所示，请标出晶片产生电荷的极 性。(10分)次重点☆（出现2次）
九、试推出改变极板间距d的电容传感器和改变极板面积S的电容传感器的电容量与位移或角度之间的关系式。(15分) 十、一热敏电阻在温度TI和T2对应的电组值为RTI和RT2，试证明该热敏电阻在温度T0时的电阻值为
十一、在应变片测最电路中为什么通常采用差动电桥?试以两臂电桥为例加以说明。(15 分)次重点☆（出现2次） 十二、热电式传感器(热电偶)实验需要哪些设备?简要说明如何测得加热端温度(简要说明实验的原理及并分析产生误差的主要原因)。(20 分)
十三、设计一种用电容式传感器测量液位高度的检测方案( 要求画出原理图，并推出输出电容与液面高度的关系式)。(15分)