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传感器与应用试题库--江西理工大学应用科学学院2008届考试试题!!!

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《传感器与应用》 一、填空题（每空1分，共25分） 1．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 变化量 与输入变化量 的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是 一常数 .2．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式 力 传感器、应变式 加速度传感器等（任填两个）。3.采用热电阻作为测量温度的元件是将温度 的测量转换为 电阻的测量。 4．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁性外壳和可沿线圈轴向 移动的活动铁芯 组成。5．利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让线圈与被测物的距离大大小于 线圈半径6．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 差动 式电容传感器7．振筒式传感器是以均匀 薄壁圆筒 作为敏感元件，将被测气体压力或密度的变化转换成 频率。8．由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用光电阴极材料不同的光电管，以便利用光谱特性 灵敏度较高 的区段。9．按热电偶本身结构划分，有 普通 热电偶、铠装热电偶、薄膜 热电偶。10．硒光电池的光谱响应区段与 人类 相近，因而得到应用。11．热敏电阻正是利用半导体 载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的 温度 敏感元件。12．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的 电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态 压敏电阻 。13．磁敏二极管工作时加 正向 电压。由于它的磁灵敏很高，特别适用于测量 弱磁场 。 二、选择题（每小题2分，共16分，7、8两题答案不止一个） 1．电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是 （B）。A 60ΩB 120ΩC 200ΩD 350Ω 2．电涡流式传感器激磁线圈的电源是（ C ）。A 直流 B 工频交流 C高频交流 D低频交流 3．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（B）。 A 正比关系B 反比关系C 无关系 4．单色光的波长越短，它的（A ）。 A 频率越高，其光子能量越大 B 频率越低，其光子能量越大 C 频率越高，其光子能量越小 D 频率越低，其光子能量越小 5．热电偶可以测量（ C ）。 A 压力 B 电压 C 温度 D 热电势 6．光敏电阻适于作为（B ）。 A 光的测量元件 B 光电导开关元件 C 加热元件 D 发光元件 7．目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（ AD ）。 A -200～850℃ B -50～850℃ C -200～150℃ D -200～650℃ 8．差动变压器传感器的配用测量电路主要有 （ AB ）。 A 差动相敏检波电路 B 差动整流电路 C 直流电桥 D 差动电桥 《传感器与应用》试卷A填空选择题答案及评分标准 一、填空题（每空1分，共25分） 1．变化量 变化量 常数 2．力 压力（加速度） 3．温度 电阻 4．铁磁性外壳 移动的活动铁芯 5．线圈与被测物 线圈半径 6．差动 7．薄壁圆筒 频率 8．光电阴极材料 灵敏度较高 9．普通 薄膜 10．人类 11．载流子 温度 12．电阻率 压敏电阻 13．正向 弱磁场 二、选择题（每小题2分，共16分） 1．B2．C3．B4．A5．C6．B7．A D8．A B 《传感器与应用》试卷A-综合题 三、简述电涡流式传感器的工作原理（每空1分，共11分） 传感器的激磁线圈通正弦 交变电流 时，在其周围产生交变 磁场 ，使被测金属导体内产生 电

涡流 。它的存在在消弱激磁线圈内 磁场 的变化。使线圈 等效阻抗 发生变化（对比无被测金属时变 小 ）。该变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应的大小与被测金属导体的电阻率、磁导率及几何形状有关，又与线圈的几何尺寸、线圈中激磁电流的 频率 有关，还与线圈与被测金属导体间的 距离 等参数有关。如果保持上述中的其它参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器的 线圈的阻抗 就仅仅是这个参数的 单值 函数。通过测量线圈 阻抗 的变化量，即可实现对该参数的测量。 四、简答题（共8分） 1．图1是 差动 式 电容 加速度传感器结构示意图。 2．图1中各编号名称： ①是 质量块 ； ②是 固定极板 。

五、简答题（共7分） 图2 1．图2是 压阻 式加速度传感器结构示意图。 2．图2中各编号名称： ①是 四个扩散 电阻； ②是 硅梁 ； ③是 质量块 ； ④是 基座 ； 六．简答题（共6分）。

图 3 在图3所示的电桥中，R1=1000Ω，R3=1500Ω，C2=1μF时电桥平衡。电容C4是多少？ 答：根据平衡条件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/1500≈0.667μF 七简答题（共15分）． 某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ), 用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）:  利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。  利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。  采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。 答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。 o V0在48.78～67.63mV之间变化。 o 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。 20。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。 八简答题（12分）． （1）采用超声波或光脉冲信号，由从对象反射回来的脉冲的时间进行距离检测，空气中的音速为340m/s，软钢中纵波的因素为5900 m/s，光的速度为3*108 m/s，求这三种情况下1 ms的往复时间对应得距离。根据计算结果，比较采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统 《传感器与应用》试卷A-综合题答案 2009-03-07 16:37 三、简述电涡流式传感器的工作原理（每空1分，共11分） 交变电流 磁场 电涡流 磁场 等效阻抗 小 频率 距离 线圈的阻抗 单值 阻抗 四、简答题（共8分） 1．差动 电容（4分） 2．①质量块（2分） ②固定极板（2分） 五、简答题（共7分） 1．压阻（固态压阻、扩散硅压阻） 2．①4个扩散电阻 ②硅梁 ③质量块 ④基座 六．简答题（共6分）。 答：根据平衡条件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/1500≈0.667μF。 七．简答题（共15分）． 答：20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。 o V0在48.78～67.63mV之间变化。 o 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。 o 20。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。 八．简答题（12分）． 答： （1）1 ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105 m，故要求有105倍高的处理速度。 （2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。

一,填空:(50分) 1.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的,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)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.(7分) 2.光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用的光电效应大致有三大类: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,这类器件有光电管,光电倍增管等;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,这类器件有光敏电阻等;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,这类器件有光电池,光电仪表.(6分) 3.电位器或电阻传感器按特性不同,可分为线性电位器和非线性电位器.线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系.假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax,它的滑臂间的阻值可以用Rx=来计算.假定加在电位器A,B之间的电压为Vmax,则输出电压为Vx=.其电阻灵敏度RI=.电压灵敏度RU=.(7分) 4.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,其内部产生机械应力,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.(6分) 5.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的.而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的.霍尔式传感器可用来测量电流,磁场,位移,压力.(6分) 6.测量过程中存在着测量误差.绝对误差是指测量值与被测量真实值之间的差值其表达式为;相对误差是指绝对误差与被测量真实值的比值其表达式为;引用误差是指绝对误差与测量仪表的上量限(满度)值A的百分比其表达式为.(7分) 7.光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用.如果两个光栅距相等,即W=0.02mm,其夹角θ=0.1°,则莫尔条纹的宽度B=11.43㎜莫尔条纹的放大倍数K= 573.2.(6分) 8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系 来表征.(5分) 二,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.(15分) 三,在生产过程中测量金属板的厚度,非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器.试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺.(15分) 四,下图是热电阻测量电路,试说明电路工作原理并计算: 已知Rl是Pl100铂电阻,且其测量温度为T(T在0-850度之间)试计算出Rl的值.(10分) 电路中已知R1,R2,R3,Ra和E试计算电桥的输出电压VAB.(10分) 一、问题解答（6×5=30分） 1．什么叫传感器？传感器主要由哪几部分组成？它们的作用和相互关系如何？ 答：传感器——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。 敏感元件的作用：能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为非电量）部分。

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(整理)《传感器原理与应用》试题整理.

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《传感器原理与应用》试题整理一、填空：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。

通常用 输入量与输出量的对应关系来表征。

2、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。

3、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的大小。

4W=0.02mm ，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=11.43㎜莫尔条纹的放大倍数K= 573.2。

5三类。

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（材料中电子溢出表面的_现象，即 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。

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 BA 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。

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） 磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的。

而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。

霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。

（6分）9. 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）10. 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的。

传感器原理与应用习题及答案

传感器原理与应用习题及答案

《第一章传感器的一般特性》1试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定：1）该测速发电机的灵敏度。

2）该测速发电机的线性度。

2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，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，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。

3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=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。

6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。

《第二章应变式传感器》1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。

又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。

2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。

在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。

3．一材料为钢的实心圆柱形试件，直径d＝10 mm，材料的弹性模量E＝2 ×1011N／m2，泊松比μ＝0.285，试件上贴有一片金属电阻应变片，其主轴线与试件加工方向垂直，如图1所示，若已知应变片的轴向灵敏度k x ＝2，横向灵敏度C=4%，当试件受到压缩力F＝3×104N作用时。

传感器原理及应用习题及答案

传感器原理及应用习题及答案

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 dy5105.1330-⨯=+式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。

2)x y dt dy6.92.44.1=+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+ϕ)℃热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为()()7860104011112022.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ϕ为ϕ(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80⨯10)= -38.2︒ 相应的时间滞后为∆t =()s 4.838.4236080=⨯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x y dt dy dt y d 1010322100.111025.2100.3⨯=⨯+⨯+式中，y ——输出电荷量，pC ；x ——输入加速度，m/s 2。

传感器原理与应用(含答案)

传感器原理与应用(含答案)

《传感器原理与应用》综合练习一、填空题1．热电偶中热电势的大小仅与接触材料的性质、两接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。

2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。

3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。

4．硒光电池的光谱范围与人类相近，它的光谱峰值波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。

5．硅光电池的光电特性中，光照度与其光电流呈线性关系。

6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。

7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。

电畴具有自己极化方向。

经过极化处理过的压电陶瓷才具有压电效应。

8．压电陶瓷的压电系数比石英晶体大得多。

但石英晶体具有很多优点，尤其稳定性是其它压电材料无法比的。

9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。

特别不能测量静态量。

10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦兹力作用发生位移的结果。

11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。

一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。

12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。

（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。

13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成位移量；另一部分是霍尔元件和磁路系统。

14．磁电式传感器是利用电磁感应原理将配测量转换成感应电动势信号输出。

15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为永久磁铁磁路的一部分。

当齿轮转动时，引起磁路中磁通量的变化，线圈感应电动势输出。

16．热敏电阻正是利用半导体的载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的温度敏感元件。