13传感器技术与应用答案

传感器技术与应用习题答案【篇一：传感器原理及应用习题及答案】可能出现的最大误差为：＝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：0.81100%4%40? 0.82100%16%40?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?和静态灵敏度k。

1)式中, y——输出电压，v；t——输入温度，℃。

30dy3y1.5105tdt2)式中，y——输出电压，?v；x——输入压力，pa。

k=9.6/4.2=2.29(?v/pa)。

1.8 已知一热电偶的时间常数?=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(?t)℃由周期t=80s，则温度变化频率f=1/t，其相应的圆频率 ?=2?f=2?/80=?/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+bsin(?t+?)℃热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为ab?20121110??4021.4dy4.2y9.6xdt0.786因此，热电偶输出信号波动幅值为b=20?a(?)=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)|max=520+b=520+15.7=535.7℃ y(t)|min=520﹣b=520-15.7=504.3℃输出信号的相位差?为8042.388.4s360t =1.9 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即式中，y——输出电荷量，pc；x——输入加速度，m/s2。

试求其固有振荡频率?n和阻尼比?。

解: 由题给微分方程可得d2y3dy10103.0102.2510y11.010x2dtdtn2.25?10/1?1.5?10?rad/s?1053.0?1032?2.25?10?1100.011-10 用一个一阶传感器系统测量100hz的正弦信号时，如幅值误差限制在5%以内，则其时间常数应取多少?若用该系统测试50hz的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多解: 根据题意12215%（取等号计算）111.05261?5%0.95所以当用该系统测试50hz的正弦信号时，其幅值误差为0.3287/10.32870.523103s21002112500.523103211.32%相位差为1-11 一只二阶力传感器系统，已知其固有频率f0=800hz，阻尼比?=0.14，现用它作工作频率f=400hz的正弦变化的外力测试时，其幅值比a(?)和相位角?(?)各为多少；若该传感器的阻尼比?=0.7时，其a(?)和?(?)又将如何变化?2?ff?4000.52?f0f0800解: ?na111?0.52n222242n?22140.140.521.312n?1??n??12?0.14?0.5rad10.60.184521?0.50.97522a1?0.52240.70.51-12 用一只时间常数?=0.318s的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值相对误差为多少?解：由一阶传感器的动态误差公式arctan2?0.7?0.5?0.75rad??431?0.52由于?=0.318s1210.318s,1t1s2t2s3t3sf?1hz2??rad1?1?2??0.3182155.2%f?0.5hzrad???2??29.3%f?12hzrad???3??16.8%331-13 已知某二阶传感器系统的固有频率f0=10khz，阻尼比?=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。

第一章测试1.自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（），构成信息技术的完整信息链。

A:传感技术B:汽车制造技术C:监测技术D:建筑技术答案:A2.传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（）三大类。

A:材料型B:薄膜型C:电子型D:生物型答案:D3.近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的（）的传感器。

A:嗅觉器官B:听觉器官C:感觉器官D:视觉器官答案:C4.若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为( )。

A:眼睛B:皮肤C:手D:感觉器官答案:D5.传感器主要完成两个方面的功能：检测和（）。

A:转换B:感知C:测量D:信号调节答案:A6.下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。

A:时域响应B:零点漂移C:灵敏度D:线性度答案:A7.按误差数值表示的方法，误差可以分为( )A:系统误差B:引用误差C:相对误差D:绝对误差答案:BCD8.评定仪表品质的几个主要质量指标( )A:精度B:非线性误差C:变差D:灵敏度和灵敏限答案:ABCD9.相对误差的表示方法有( )A:标称相对误差B:相对百分误差C:实际相对误差D:理论相对误差答案:ABC10.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了（）。

A:提高可靠性B:测试其各项性能指标C:加速其衰老D:提高精度答案:A第二章测试1.应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择( )测量转换电路。

A:双臂半桥B:四臂全桥C:独臂D:单臂半桥答案:B2.应变式压力传感器受压时产生的是( )信号。

A:电感B:电容C:电阻D:电势答案:C3.全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的( )。

A:不变B:4倍C:6倍D:2倍答案:B4.直流电桥工作时不需要平衡。

（）A:错B:对答案:A5.全桥的灵敏度最高。

（）A:错B:对答案:B6.电阻应变式传感器是把被测量转换为电阻值的变化。

《传感器技术与应用》试卷及答案一、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，并将正确答案的序号填在题后的括号内。

) (每小题2分，共20分)1．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2．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是( D )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3．固体半导体摄像元件CCD是一种( C )A．PN结光电二极管电路 B．PNP型晶体管集成电路C．MOS型晶体管开关集成电路 D．NPN型晶体管电路4.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（D）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5．属于能量转换型的传感器是（ C ）A.电阻应变传感器B.电容传感器C.压电式传感器D.热阻式传感器6.动态测试中，电桥的输出量通常采用（B）A．电阻量 B．电压量 C．电流量 D．电感量7.为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出量灵敏度的影响，可采用（A）A．电荷放大器 B．电压放大器 C．功率放大器D．前置放大器8.用于检查应变片绝缘电阻的兆欧表，电压一般不应高于（ B ）A．220V B.250V C.300V D.350V9．压电式加速度计，其压电片并联时可使（ B ）A．电压灵敏度提高，电荷灵敏度不变。

B．电荷灵敏度提高，电压灵敏度不变。

C．电压与电荷灵敏度均提高。

D．电压与电荷灵敏度均保持不变。

10.金属丝应变片在测量构件的应变时，决定电阻相对变化的因素主要是（C）A．贴片位置的变化 B.贴片温度的变化C．电阻丝几何尺寸的变化 D.电阻丝材料的电阻率变化二、多项选择（在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选、少选或未选均无分。

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥密‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥封‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥线‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥传感器技术与应用试卷及答案注意：1、本试卷共 2 页； 2、姓名、学号必须写在指定地方； 3、考试时间： 120 分钟； 4、考试形式： 闭卷；一、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，并将正确答案的序号填在题后的括号内。

) (每小题 2分，共 20分)1.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 2.( )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。

A.金属辐射式 B.热电偶 C.半导体三极管 D.比色计 3.信号传输过程中，产生干扰的原因是( ) A.信号是缓变的 B.信号是快变的 C.干扰的耦合通道 D.信号是交流的 4. 非线性度是表示校准曲线( )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 5.莫尔条纹光栅传感器的输出是( )A.数字脉冲式B.调幅式C.调频式D.正弦波 6.半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的( ) A.压阻效应 B.应变效应 C.压电效应 D.霍尔效应 7.常用于测量大位移的传感器有( )A.感应同步器B.应变电阻式C.霍尔式D.涡流式 8.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。

A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件 9.半导体热敏电阻随着温度上升，电阻率( )A.上升B.迅速下降C.保持不变D.归零10．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 ．厚度二、多项选择（在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选、少选或未选均无分。

）(每小题 2分，共10分)1.应变片的主要参数包括（ ）A.应变化电阻值B.绝缘电阻C.灵敏参数D.允许电流E.应变极限 2.影响热电效应的相关因素有：（ ）A ．电感B ．电阻C ．温度D ．自由电子E ．电容 3.组成光纤传感器的器体有：（ ）A ．光导纤维B ．振荡器C ．光源D ．光源探测器E ．电桥 4.图像传感器可应用于：（ ）A ．光学信息处理装置的输入环节B ．自动流水线装置中的敏感元件C ．尺寸测量D ．工件伤痕测试E ．表面测试 5.选作感温元件的材料应满足的要求包括：（ ）A ．材料的温度系数 要大B ．测温范围内，材料的物理，化学性质要稳定C ．测温范围内， 保持常数D ．具有较大电阻率E ．特性复现性好三、填空题(每小题2分，共20分)1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用 作为传感器。

传感器原理及应用习题答案习题1 (2)习题2 (4)习题3 (8)习题4 (10)习题5 (12)习题6 (14)习题7 (17)习题8 (20)习题9 (23)习题10 (25)习题11 (26)习题12 (28)习题13 (32)习题11-1 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。

答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

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将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。

随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。

此外，信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。

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。

答：传感器位于信息采集系统之首，属于感知、获取及检测信息的窗口，并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。

没有传感技术，整个信息技术的发展就成了一句空话。

科学技术越发达，自动化程度越高，信息控制技术对传感器的依赖性就越大。

发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。

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？答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。

与时间无关。

主要性能指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。

1-4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？答：传感器的动态特性是指其输出与随时间变化的输入量之间的响应特性。

常用的分析方法有时域分析和频域分析。

1、测量系统的静态特性指标主要有2、被测量的数值处在稳定状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的______特性。

3、霍尔元件灵敏度的物理意义是4、算式是计算传感器________的公式，当S在传感器的测量范围内为常量时，说明该传感器是________。

5、涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将________。

6、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7、半导体应变片以________效应为主，它的灵敏度系数比金属应变片的______。

8、横向效应使应变式传感器的电阻丝灵敏系数变_______。

空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用________式电容传感器。

9、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，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10、压电陶瓷起初并没有压电效应，经过________处理后才具有压电效应。

11、电阻应变片式传感器按制造材料可分为材料和材料。

12、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和三类1、电阻应变片阻值为120，灵敏系数2K，沿纵向粘贴于直径为m05.0的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量211 /102mNE，3.0，（1）求钢柱受N4108.9拉力作用时应变片电阻的变化量R 和相对变化量R R (；（2）又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应变片电阻的相对变化量为多少？2、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=5mm，假设与被测工件的初始间隙d0=0.5mm。

已知试真空的介电常数等于8.854×10-12 F/m，求：（1）极板未移动时，电容的初始电容值。

（2）极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵）。

敏度K（已知空气相对介电常数1ε ，真空的介电常数F/m108548ε120 .3、已知一等强度梁测力系统，Rx为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2，未受应变时，Rx = 100Ω。

项目单元2课后习题参考答案1.选择题C A CD C A C B D B2. 电阻温度系数 膨胀系数3. 电阻值的变化4. 相对桥臂阻值乘积相等5. 没有关系6. 温度误差 灵敏度7. 应变片，压阻效应8. 形变，电阻9. 答：导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变, 导致其电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。

对金属材料而言, k0的大小以 (1 + 2μ) 为主; 而对于半导体材料, k0的大小以l l //∆∆ρρ为主。

金属材料应变片其灵敏度较为稳定，而半导体材料的灵敏度受多种因素影响，呈非线性，波动较大。

10. 一是电阻式应变片的阻值变动较小,很难用一般的电阻测量仪器测量；二是实际测量系统中,需要把电阻变化转换为电压的变化。

故实际一般使用电桥电路进行测量。

11. 平衡电桥可以实现温度自补偿功能，所以只需要调节零点补偿即可，而不平衡电桥既需要零点补偿也需要温度补偿电路。

12. 单臂电桥在温度补偿中需要在相邻桥臂加装补偿片或者采用应变片自补偿，自补偿可以采用相同规格应变片对应补偿，补偿片则是用另一块和被测试件结构材料相同而不受应力的补偿块上贴上和工作片规格完全相同的补偿片, 使补偿块和被测试件处于相同的温度环境, 工作片和补偿片分别接入电桥的相邻两臂。

13. 动态电阻应变仪组成框图14电阻式传感器，主要包括电阻应变片、电位器、测温热电阻、热敏电阻、湿敏电阻等传感器。

利用电阻传感器可以测量力、压力、位移、应变、荷重、转矩、加速度、温度、湿度、气体成份及浓度等非电量参数。

电阻式传感器结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。

15. 热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，它是利用半导体的电阻随温度变化的特性而制成的测温元件。

按温度系数不同可分为正温度系数热敏电阻（PTC ）和负温度系数热敏电阻（NTC ）和临界温度系数热敏电阻（CRT ）3种。

主要特点：灵敏度高，稳定性好，过载能力强，寿命长。

第1章传感器特性习题答案：5.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。

9．解：10. 解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。

，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。

微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。

17．答：⑴20。

C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。

V0在48.78～67.63mV之间变化。

⑵如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。

C时，V0在0～18.85mV之间变化。

30。

C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。

⑶20。

C时，V0为0～18.85mV，30。

C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。

但相对（2）得情况来说有很大的改善。

18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。

11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。

因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。

思考题与习题参考答案第1章1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互作用及相互关系如何？ 答：传感器是把被测量转换成电化学量的装置，由敏感元件和转换元件组成。

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适于传输或测量的电信号部分。

由于传感器输出信号一般都很微弱，需要信号调理与转换电路进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。

1-2 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些指标的含义？答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输入与输出的关系。

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。

灵敏度是输入量∆y 与引起输入量增量∆y 的相应输入量增量∆x 之比。

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。

迟滞是指传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。

重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随时间变化的现象。

精度是用来评价系统的优良程度。

1-3 某线性位移测量仪，当被测位移X 由3.0mm 变到4.0mm 时，位移测量仪的输出电压V 由3.0V 减至2.0V ，求该仪器的灵敏度。

解：该仪器的灵敏度为10.30.40.30.2X V -=--=∆∆=S （V/mm ） 1-4 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：绝对误差：X L ∆=-=142-140=2 相对误差100%L δ∆=⨯=2100% 1.4285%140⨯= 标称相对误差即%100⨯∆=x ξ=2100% 1.4084%142⨯= 引用误差100%-γ∆=⨯测量范围上限测量范围下限 =22100%1%150(50)200=⨯=--1-5 某传感器给定精度为2%F·S ，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。

一、单选题1.以下那个质量是直接影响传感器的性能和精度（）A、应变计B、弹性敏感元件C、敏感栅D、电路电阻答案： B2.增量式位置传感器输出的信号是（）A、电流信号B、二进制格雷码C、脉冲信号答案： B3.经常看到数字集成电路的VDD 端（或VCC 端）与地线之间并联一个0.01mF的独石电容器，这是为了( )。

A、滤除50Hz锯齿波B、滤除模拟电路对数字电路的干扰信号C、滤除印制板数字IC电源走线上的的脉冲尖峰电流答案： C4.发现某检测仪表机箱有麻电感，必须采取( )措施。

A、接地保护环B、将机箱接大地C、抗电磁干扰答案： B5.在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用（）接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。

A、串联B、并联C、既串联又并联D、以上都不对答案： A6.一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为（）A、5.9mB、340mC、5.9mmD、1.2mm答案： C7.用在压电加速度传感器中测量振动的压电材料应采用（）A、PTCB、PZTC、PVDFD、SiO2答案： B8.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、固有频率答案： D9.下列哪一项不是金属式应变计的主要缺点（）A、非线性明显B、输出信号微弱C、抗干扰能力差D、响应时间慢答案： D10.下面的哪个温度补偿方法是不存在的（）A、电桥补偿法B、辅助测温元件微型计算机补偿法C、电阻补偿法D、热敏电阻补偿法答案： C11.下列哪一项是半导体式应变计的主要优点（）A、非线性明显B、灵敏度高C、准确度高D、横向效应小答案： B12.应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（）A、应变式温度传感器件的温度系数变化。

B、应变式温度传感器件的测量部分引起的。

C、应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

D、试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

答案： D13.粉尘较多的场合不应采用传感器（）A、光栅B、磁栅C、感应同步器答案： A14.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、提高灵敏度答案： A15.不能直接用于直线位移测量的传感器是（）A、长光栅B、长磁栅C、标准感应同步器D、角编码器答案： D16.能制成薄膜，粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用（）A、PTCB、PZTC、PVDFD、SiO2答案： C17.应变片绝缘电阻是指已粘贴的（）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、敏感栅与被测试件答案： B18.电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（）的输出。

传感器应用技术(答案) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII四、传感器技术的发展趋势教学目标课，你们想怎样上？方法：评分标准分组：评分标准：（100分制）第一章传感器基础什么是传感器？思考：人身上有传感器吗是什么类型传感器传感器传感器的应用第二章光电式传感器光电式传感器的分类：一、预习问题储料仓二、问题解答概念题1、什么是外光电效应、光电管？光电效应光子能量光子能量吸收光子能量外光电效应使电子逸出物体表面光电管：光电阴极光电阳极光电子光电流光照强度光阴极的灵敏度电阻上的电压一定函数关系2、什么是光电倍增管？若干个倍增极逐级轰击次级发射倍增极106～108倍于紫外/可见/近红外光光度计，旋光仪、糖度计，发光分光光度计等3、什么是内光电效应、光敏电阻？电阻率阻值电流内光电效应开关式光电信号电阻率低阻态阻值亮电流原值呈高阻态4、光电二极管、光电三极管的结构光电特性反向反向偏置反向电阻光电流与阳极电压U AUminI∮U AU AUzI∮UAI∮UQ。

5、请举光源本身是被测物的光电传感器应用实例。

直接照射某些物理参数6、请举被测物吸收光通量的光电传感器应用实例。

光通量光电元件吸收量1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透镜 4—反射镜5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器8—标准水样恒定红外光部分红外光减弱7、请列举被测物体反射光通量的光电传感器应用实例。

反射反射光通量性质、状态和与光源之间的距离8、请举被测物遮挡光通量的光电传感器应用实例。

光通量减弱尺寸或位置正确位置零遮光面积方向及大小9、什么是光电开关？分别用图片介绍对射式、镜反射式、漫反射式、槽式、光纤式光电开关的用法。

靠近和通过强弱变化电流的变化电隔离的(即电缘绝)“通”与“断”n10、什么是计量光栅莫尔条纹的工作原理应用举例等节距刻线结构原理简单、计量精度高和分辨力强11、什么是光纤传感器其在检测温度、加速度方面怎么应用光纤自身直接接收长度、折射率、直径振幅（强度）、相位、波长和偏振方向被动式无需光源光强信号电信号考光束与测量光束光程差干涉效应电信号12、什么是红外线传感器有什么应用绝对零度热效应温度升高其他物理量自身的温度电信号光—热—电1、如图设计一套检测机构，检测输送带上往前输送的电路板的摆放位置是否正确。

四、传感器技术的发展趋势教学目标课，你们想怎样上？方法：评分标准分组：评分标准：（100分制）第一章传感器基础什么是传感器？思考：人身上有传感器吗？是什么类型传感器？传感器传感器的应用第二章光电式传感器光电式传感器的分类：一、预习问题储料仓二、问题解答概念题1、什么是外光电效应、光电管？光电效应光子能量光子能量吸收光子能量外光电效应使电子逸出物体表面光电管：光电阴极光电阳极光电子光电流光照强度光阴极的灵敏度电阻上的电压一定函数关系2、什么是光电倍增管？若干个倍增极逐级轰击次级发射倍增极106～108倍于紫外/可见/近红外光光度计，旋光仪、糖度计，发光分光光度计等3、什么是内光电效应、光敏电阻？电阻率阻值电流内光电效应开关式光电信号电阻率低阻态阻值亮电流原值呈高阻态4、光电二极管、光电三极管的结构？光电特性？反向反向偏置反向电阻光电流与阳极电压U AUminI∮U AU AUzI∮UAI∮UQ。

5、请举光源本身是被测物的光电传感器应用实例。

直接照射某些物理参数6、请举被测物吸收光通量的光电传感器应用实例。

光通量光电元件吸收量1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透镜 4—反射镜5—被测水样6、9—光电池7、10—电流/电压转换器8—标准水样恒定红外光部分红外光减弱阀值判断电路7、请列举被测物体反射光通量的光电传感器应用实例。

反射反射光通量性质、状态和与光源之间的距离8、请举被测物遮挡光通量的光电传感器应用实例。

光通量减弱尺寸或位置正确位置零遮光面积方向及大小9、什么是光电开关？分别用图片介绍对射式、镜反射式、漫反射式、槽式、光纤式光电开关的用法。

靠近和通过强弱变化电流的变化电隔离的(即电缘绝)“通”与“断”10、什么是计量光栅？莫尔条纹的工作原理？应用举例？等节距刻线结构原理简单、计量精度高和分辨力强11、什么是光纤传感器？其在检测温度、加速度方面怎么应用？光纤自身直接接收长度、折射率、直径振幅（强度）、相位、波长和偏振方向被动式无需光源光强信号电信号考光束与测量光束光程差干涉效应电信号12、什么是红外线传感器？有什么应用？绝对零度热效应温度升高其他物理量自身的温度电信号光—热—电1、如图设计一套检测机构，检测输送带上往前输送的电路板的摆放位置是否正确。

综合练习 一. 填空题1．根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即.敏感元件、转换元件、转换电路。

2．传感器按能量的传递方式分为有源的和无源的传感器。

3. 根据二阶系统相对阻尼系数ζ的大小，将其二阶响应分成三种情况. 1ζ>时过阻尼；1ζ=时临界阻尼；1ζ<时欠阻尼。

4. 应变计的灵敏系数k 并不等 于其敏感栅整长应变丝的灵敏度系数0k ，一般情况下，0k k <。

5. 减小应变计横向效应的方法.采用直角线栅式应变计或箔式应变计。

6. 应变式测力与称重传感器根据结构形式不同可分为:柱式﹑桥式﹑轮辐式﹑梁式和环式等。

7. 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象就称为压阻效应。

8. 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

9. 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。

10. 基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。

基于光电导效应的有光敏电阻。

基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管。

基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。

11. 光电倍增管是一种真空器件。

它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。

12. 光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。

它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。

13. 光电二极管与光电三极管外壳形状基本相同，其判定方法如下.遮住窗口，选用万用表R*1K 挡，测两管脚引线间正、反向电阻，均为无穷大的为光电三极管。

14. 光电耦合器是发光元件和光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。

以光为媒介进行耦合来传递电信号，可实现电隔离，在电气上实现绝缘耦合，因而提高了系统的抗干扰能力。

15. 电荷藕合器件图像传感器CCD （Charge Coupled Device ），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。

《传感器技术与应用第3版》习题参考答案习题11.什么叫传感器？它由哪几部分组成？答：传感器是能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。

传感器通常由敏感元件和转换元件组成。

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适于传输或测量的电信号部分。

2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。

自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。

一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。

传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。

3. 传感器分类有哪几种？各有什么优、缺点？答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。

还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。

按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。

按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。

4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。

它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。

传感器技术与应用习题答案习题1l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答：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。

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。

数据传输、处理环节，又称之为测量电路，它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。

数据显示记录环节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。

常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。

1.2 传感器的型号有几部分组成？各部分有何意义?答：传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，敏感元件：直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，它是传感器的核心。

转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。

测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。

1.3 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：直接测量。

使用电压表进行测量，对仪表读数不需要经过任何运算，直接表示测量所需要的结果。

1.4 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V，试求该仪器的灵敏度。

解: 灵敏度s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm1.5 有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?答：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。

传感器技术与应用试题一及答案一、填空：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；（7）传感器的集成化与多功能化；（8）传感器的智能化与数字化；（9）传感器的网络化。

试题及答案一、填空题〔共 30 分，每空 1 分〕1.传感器由敏感元件、转换元件、测量电路和关心电源四局部组成。

2.通常用传感器的动态特性和静态特性来描述其输出—输入特性。

3.电阻应变片的工作原理是基于应变效应，导体或半导体材料在外界力的作用下产生气械变形时,其电阻值发生相应变化,这种现象称为应变效应。

4.电阻应变片产生温度误差的主要因素是电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。

5.直流电桥的各桥臂只能是电阻元件,电源为直流电源6.电感式传感器主要有变磁阻〔自感〕式、变压器〔互感〕式、涡流式三种类型。

7.变磁阻式传感器由线圈、铁芯、衔铁三局部组成8.使用电涡流传感器测量时,被测体电阻率越大,相对导磁率越小,传感器线圈激磁电流频率越低,则电涡流贯穿深度越大.9.改善单极式变极距型电容传感器的非线性的方法是承受运算放大器式电路.10.石英晶体中经过六面体棱线并垂直于光轴的X 方向称为电轴,沿X 方向的力作用下产生电荷的效应,称为纵向压电效应,与X 轴和光轴同时垂直的Y 方向称为机械轴沿Y 轴方向的力作用下产生电荷的效应,称为横向压电效应。

11.压电式传感器不能用于静态测量,只适用于动态测量。

12.压电陶瓷经极化处理后才具有压电特性。

二、推断题〔共 10 分，每空 1 分；正确的划√、错误的划X，填在题前括号内〕〔X 〕1．任何测量的结果都必需只含有数值和单位。

〔√〕2．转换元件是将中间非电量转换成电量输出的元件。

〔X 〕3．承受0.5 级的电压表比承受1.5V 的电压表测量电压值时更为准确。

〔X 〕4．压电陶瓷在未被电极化以前就有压电特性。

〔√〕5．对于电涡流式传感器的测量电路，假设承受定频调幅式测量电路，当无被测导体时LC 振荡回路的振荡、频率与晶体振荡器的频率全都。

〔X 〕6．压电传感器可以用于静力测量。

〔√〕7．粗大误差是由于测量者马虎大意或测量仪表突然消灭故障等造成的。

〔X 〕8．高频反射式传感器当被测导体为磁性体时，其灵敏度比非磁性体时高。