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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。
5．二、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、选择、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6．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除线性误差同时还能起到温度补偿的作用。
7、二、计算分析题1 说明电阻应变测试技术具有的独特优点。
(1)这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；(3)灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4)可以测量各种物理量。
第一章传感器是技术和的重要部件。
传感器测试对象分为：与传感器是获取中信息的主要途径与手段。
传感器可狭义的定义为: “将外界的变换为的一类元件。
”传感器的发展：1、什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义。
2、传感器由哪几部分组成。
试述它们的作用和相互关系。
3、传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？4、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？第二章1．今有0.5级的0℃～300 ℃和1.0级的0 ℃～100 ℃两个温度计，要测80 ℃的温度，试问采用哪一个温度计好？2．对某一重物进行了十次等精度测量，测值为20.62 20.82 20.78 20.82 20.7020.78 20.84 20.78 20.85 20.85 （单位：g）求：（1）测量值的算术平均值（2）测量值的标准差3）测量结果的表达3．有一组等精度无系统误差的独立测量列，16个测量值分别为：39.44,39.27,39.94,39.44,38.91,39.69,39.48,40.56，39.78,39.35,39.86,39.71,39.46,40.12,39.39,39.76。
试判断粗大误差4．某超声波测距传感器装置，检查范围为0~500m，在整个测量范围内，与理想线性输出的最大误差为3m，其线性度为多少？5．测得某检查装置的一组输入输出数据如下：x123456y 2.20 4.00 5.987.910.1012.05求: （1）端基线性度（2）最小二乘线性度6玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传递给水银，可用一阶微分方程式来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是，y代表水银柱高（m），x代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及静态灵敏度7. 用某一阶环节的传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？1、误差按表示方法划分可分为（）和（），按误差出现的规律划分可分为（），（）和（），按被测量随时间变化的速度划分可分为（）和（），按使用条件划分可分为（）和（）。
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。
08信息传感器综合复习题一、填空题（将正确答案填入下列空白处）1、现代信息技术的三大支柱是____传感器___技术、通信技术和计算机技术.3、热电偶传感器的工作基础是热电效应，其产生的热电势包括_接触___电势和_温差电势两部分。
4、基本误差是指传感器或仪表在规定的标准条件下所具有的___误差____.5、电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大，大多采用_空气或其它气体作阻尼物质.6、传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如：灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。
7、物体受光照后，其内部原子释放出的电子不逸出_导体物体表面，而仍留在内部使物体的电阻率发生变化或产生光电动势的现像被称为内光电效应8、交流电桥平衡必须同时满足两个条件:__复阻抗模平衡条件和复阻抗角平衡条件。
9、霍尔元件灵敏度的物理意义是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 .10、用于制作压电传感器的常用压电材料是石英晶体和___压电陶瓷______.11、被测量作用到实际物体上，使其某些参数发生变化，参数承载了信息而成为信号。
12、超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。
13、变气隙式自感法感器，当衔铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量增加14、半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应.15、光纤传感器由光源、敏感元件和光接收器______ 三部分组成.16、在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应 . 17．气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器.18、红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的_物理效应来探测红外辐射的.19、因为开环测量系统是由多个环节串联而成的，因此系统的相对误差等于各环节相对误差之和.20、压电式传感器采取串联接法输出电压大，本身电容小，适宜用于以电压作输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合.21、根据测量数据中的误差所呈现的规律及产生的误差可将其分为系统误差、随机误差和粗大误差。
15机电51班《传感器应用技术》期末考试试卷2018-2019学年度第一学期期末考试基本信息：[矩阵文本题] *一、判断题(下面各题正确的在括号内划√,错误的在括号内划×)0.5分/题共10分1. 在数据处理时,要采用的测量值应该包含有粗大误差。
[判断题] *对错(正确答案)2. 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿(电桥补偿)和它补偿两大类(应变片自补偿)。
[判断题] *对错(正确答案)3. 为了减小和克服非线性误差,常采用差动电桥。
[判断题] *对(正确答案)错4. 光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。
[判断题] *对(正确答案)错5. 红外线气体分析仪是根据气体对红外线不具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。
[判断题] *对错(正确答案)6. 微波测定移动物体的速度和距离是利用雷达能动地将电磁波发射到对象物,并接受返回的反射波的能动型传感器。
[判断题] *对(正确答案)错7. 电磁流量计原理是基于法拉第电磁感应定律。
[判断题] *对(正确答案)错8. 变间隙式电感式传感器适用于测量位移变化较大的场合。
[判断题] *对错(正确答案)9. 压电传感器本身的内阻抗很高,而输出能量较小,因此它的测量电路通常需要接入一个低(高)输入阻抗前置放大器。
[判断题] *对错(正确答案)10. 混合气体的导热系数是由所含组分气体的导热系数共同决定的。
[判断题] *对(正确答案)错11. 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件。
[判断题] *对(正确答案)错12. 红外线气体分析仪是根据气体对红外线不具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。
[判断题] *对错(正确答案)13. 原始的压电陶瓷呈电性,具有压电性质。
[判断题] *对错(正确答案)14. 仪表的精度等级就是由基本误差决定的。
[判断题] *对(正确答案)错15. 声波在介质中传播时,能量的衰减于声波的扩散、散射和吸收关系不大。
传感器习题与思考题146题第1章传感器概述1．下列传感器属于物性型有源传感器的是（D）A金属电阻应变片B压电式传感器C热敏电阻D半导体气敏传感器2.什么是传感器？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。
传感器由敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源四部分组成。
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；转换电路转换成电量输出。
3.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？什么是传感器的静态特性，描述传感器静态特性的技术指标有哪些？各种参数代表什么意义？什么是传感器的动态待性？动态参数有那些？应如何选择？答：传感器的性能参数反映了传感器的输入与输出关系。
传感器的静态特性指被测量处于稳定状态下的输入输出关系。
传感器静态特性的技术指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移。
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。
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。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。
一阶传感器的动态参数是传感器的时间常数。
当ωτ《1时，A（ω）≈1，φ（ω）≈0，表明传感器输出与输入为线性关系，输出比较真实的反映了输入的变化规律。
二阶传感器的动态参数有传感器的固有频率、传感器的阻尼比。
传感器固有频率ωn》ω输入信号频率，ζ<1，欠阻尼；A（ω）≈1，φ（ω）≈0，传感器输再现输入的波形。
4、传感器的标定有哪两种？标定的目的是什么？传感器的标定分为静态标定和动态标定。
静态标定目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。
动态标定目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
5．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。
传感器1. 因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K 0, α0, βs ）以及被测试件线膨胀系数βg 有关。
2 产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。
1) 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3. 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。
5.注意补偿条件：① 在应变片工作过程中，保证R3=R4② R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏度系数K 和初始电阻值R0。
③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相④ 两应变片应处于同一温度场。
6.电桥平衡条件：欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。
直流电桥平衡条件:R1R4=R2R3.7.电压灵敏度的物理意义：① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n 的函数，恰当地选择桥臂比n 的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。
7. 当E 值确定后，n=1时才能使KU 最高。
即在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有 U0=E *△R1/4R1(单臂)8.结论：当电源电压E 和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时， 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。
9.减小和消除非线性误差的方法：①提高桥臂比；②采用差动电桥{公式P29非线性误差}10.半桥差动：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。
可知：Uo 与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍。
U0=E*△R1/2R1(R1=R2=R3=R4, △R1=△R2)11.全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变(1.4拉)，两个受压应变（2.3压），将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。
练习一一、选择与填空题：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、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）4、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。
5、传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
5、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。
7、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。
5.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使其产生形变，继而形成电荷（场），这种现象称为正压电效应。
相反，某些物质在外界电场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
二、简答题：1、简述霍尔电动势产生的原理。
答：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Uh。
这种现象称为霍尔效应，也是霍尔电动势的产生原理。
2、简述热电偶的工作原理。
答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。
所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。
两点间的温差越大，产生的电动势就越大。
“传感器与检测技术”（5—13章）练习题班级：学号：姓名：一、填空题1、根据工作原理电感式传感器可分为（）、（）、（）。
2、由单线圈变隙式电感传感器的基本特性可知，其测量范围与（）及（）相矛盾。
3、闭磁路变隙式电感传感器主要由（）、（）及铁芯组成。
4、闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。
当被测物体移动时，引起磁路中气隙（）发生相对变化，从而导致（）、（）及（）的变化。
5、螺线管式差动变压器式传感器从理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压应为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为（）电压。
利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用（）、（）电路。
6、电容式传感器是将被测物理量的变化转换成（）的一种传感器，电容式传感器的测量电路有（）电路、（）电路、（）电路以及（）电路等。
7、工业和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是（）热电阻和（）热电阻。
8、铜热电阻在一些测量精度要求不高且温度（）的场合，用来测量（）范围的温度。
9、热电阻在电桥测量电路中的接法有：（）制、（）制和（）制。
10、采用热电阻作为测量元件是将（）的测量转换为（）的测量。
11、热电偶中热电势的大小仅与（）的性质、（）有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。
12、按热电偶本身结构划分，有（）热电偶、铠装热电偶、（）热电偶。
13、压电式传感器的工作原理是基于某些（）材料的压电效应。
14、用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的（）与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片（）和面积无关。
15、压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。
经过（）的压电陶瓷才具有压电效应。
16、沿着压电陶瓷极化方向加力时，其（）发生变化，引起垂直于极化方向的平面上（）的变化而产生压电效应。
17、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量（）的被测量。
18、压电式传感器中，为了克服力传递函数中的（）性，几乎所有的压电式传感器都加（）。
第一章 传感器的概述1.传感器的定义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叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
08信息传感器综合复习题一、填空题（将正确答案填入下列空白处）1现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术.3、热电偶传感器的工作基础是热电效应，其产生的热电势包括接触电势和温差电势两部分。
4、基本误差是指传感器或仪表在规定的标准条件下所具有的误差 ___ .5、电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大,大多采用_空气或其它气体作阻尼物质.6、传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如：灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。
7、物体受光照后，其内部原子释放出的电子不逸出导体物体表面，而仍留在内部使物体的电阻率发生变化或产生光电动势的现像被称为内光电效应8、交流电桥平衡必须同时满足两个条件:一复阻抗模平衡条件和复阻抗角平衡条件。
9、霍尔元件灵敏度的物理意义是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10、用于制作压电传感器的常用压电材料是石英晶体和压电陶瓷_ .11被测量作用到实际物体上，使其某些参数发生变化，参数承载了信息而成为信号。
12、超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。
13、 ____________________________________________________________________ 变气隙式自感法感器，当衔铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量增加_____________________14、半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应.15、光纤传感器由光源、敏感元件和三部分组成.16、在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应. 17•气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器.18、红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的一物理效应来探测红外辐射的.19、因为开环测量系统是由多个环节串联而成的，因此系统的相对误差等于各环节相对误差之和.20、压电式传感器采取串联接法输出电压大，本身电容小，适宜用于以皿作输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合.21、根据测量数据中的误差所呈现的规律及产生的误差可将其分为系统误差、随机误差和粗大误差。
