传感器习题集.docx
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传感器习题集
传感器习题集
第一章传感器概述
1.1综述你所理解的传感器概念
1.2何谓结构型传感器？
何谓物性型传感器?
试述两者的应用特点。
1.3一个可供实用的传感器有哪几部分构成？
各部分的功用是什么？
试用框图标示出你所理解的传感器系统。
1.4衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？
说明它们的含义。
1.5技算传感器线性度的方法有哪几种？
差别何在？
1.6什么是传感器的静态特性和动态特性？
差别何在？
1.7怎么评价传感器的综合静态性能和动态性能？
1.8为什么要对传感器进行标定和校准？
举例说明传感器静态标定和动态标定的方法。
1.9何谓系统相似和机电模拟？
它们有什么用途？
1.10有一只压力传感器的校准资料如下表。
根据这些数据求最小二乘法和端点法线性度的拟合直线方程，并求其线性度。
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
校准数据
1
正行程
反行程
0.0020
0.0030
0.2015
0.2020
0.4005
0.4020
0.6000
0.6010
0.7995
0.8005
1.0000
2
正行程
反行程
0.0025
0.0035
0.2020
0.2030
0.4010
0.4020
0.6000
0.6015
0.7995
0.8005
0.9995
3
正行程
反行程
0.0035
0.0040
0.2020
0.2030
0.4010
0.4020
0.6000
0.6010
0.7995
0.8005
0.9990
1.11试根据极限误差计算题1－7中压力传感器的重复性误差，并比较标准法和极差法的计算结果。
1.12设一力传感器可作为二阶系统来处理。
已知传感器的固有频率为800khz，阻尼比 =0.4,问在使用该传感器测定400Hz正弦变化的外力时会产生多大的振幅相对误差和相位误差?
1.13今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理，其中一只固有频率为25kHz，另一只为35kHz，阻尼比 均为0.3。
若欲测量频率为10kHz的正弦振动加速度，应选用哪一只？
试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。
1.14有一个二阶系统如图1-12所示，求其输入为F=A·u（t）的阶跃响应，并画出响应曲线图（假定特征方程的根r1,r2为2个不等实数根）。
1.15某测振传感器可作为二阶系统来处理，其幅频特性见图1-10。
已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比＝0.4，问：
用该传感器测定正弦振动时，若要求幅值误差小于2％，求允许使用的频率范围及相应的最大相位误差；欲用来测量复合周期振动，应对传感器的哪个参数进行调整？
怎么调整？
[提示：
按系统不失真条件考虑。
]
1.16结合传感器技术在未来社会中的地位、作用及其发展方向，综述你的见解。
第二章电阻应变式传感器
2.1金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何不同？
试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。
2.2从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？
在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？
2.3试述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿方法。
2.4试述应变电桥产生非线性的原因及削减非线性误差的措施。
2.5如何用电阻应变计构成应变式传感器？
对其各组成部分有何要求?
2.6现有栅长为3mm和5mm两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布（其应力分布梯度较大）。
试问:
应选用哪一种应变计？
为什么？
2.7现选用丝栅长10mm的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m2、密度=7.8g/cm3的钢构件承受谐振力作用下的应变,要求测量精度不低于0.5%。
试求构件的最大应变频率限。
2.8一试件受力后的应变为2×10-3;丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值120Ω，温度系数为－50×10-6/℃，线膨胀系数为14×10-6/℃；试件的线膨胀系数为12×10-6/℃。
求温度升高20℃时，应变计输出的相对误差。
2.9试推导图2-17所示四等臂平衡差动电桥的输出特性:
U0=f（ΔR/R）。
从导出的结果说明：
用电阻应变计进行非电量测量时为什么常采用差动电桥？
2.10为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件?
现用一等强度梁：
有效长L=150mm，固支处宽b=18mm，厚h=5mm，弹性模量E=2×105N/mm2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。
试问
（1）悬臂量上如何布片？
又如何接桥？
为什么？
（2）当输入电压为3V，输出电压为2mV时的称重量是多少？
第三章电感式传感器
3.1比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同之处。
3.2为什么设计电感传感器时应尽量减少铁损？
试述减小铁损的方法。
3.3用变磁阻式传感器进行测量时，在什么情况下应采用与校正时相同的电缆？
为什么？
3.4变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于什么场合？
它们各有什么优缺点？
3.5螺管式电感传感器做成细长形有什么好处？
欲扩大螺管式电感传感器的线性范围，可以采取哪些措施？
3.6差动式电感传感器测量电路为什么经常采用相敏检波（或差动整流）电路？
试分析其原理。
3.7试述电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。
3.8试分析影响电感传感器精度的因素。
3.9试述造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。
3.10差动变压器式传感器采用恒流激磁有什么好处？
3.11电源频率波动对电感式传感器的灵敏度有何影响？
如何确定传感器的电源频率？
3.12试从电涡流式传感器的基本原理简要说明它的各种应用。
3.13用反射式电涡流传感器测量位移（或振幅）时对被测体要考虑哪些因素？
为什么？
3.14比较恒频调幅式、变频调幅式和调频式三种测量电路的优缺点，并指出它们的应用场合。
3.15反射式电涡流传感器探头线圈为什么通常做成扁平型？
3.16试从压磁式传感器的工作原理和结构特点出发分析其应用场合。
3.17若差动式自感传感器的两个线圈的有效电阻不等（R1≠R2）,则在机械零位时存在零位电压（U≠0）。
试用矢量图分析能否用调整衔铁位置的方式使U0=0？
（设传感器接入图P3-1电桥）。
3.18试计算图P3－2所示差动变压器式传感器接入桥式电路（顺接法）时的空载输出电压U0；已知初级线圈激磁电流为I1，电源角频率为w，初、次级线圈间的互感为Ma、Mb，两个次级线圈完全相同。
又若同一差动变压器式传感器接成图（b）所示反串电路（对接法），问两种方法中哪一种灵敏度高？
高几倍？
第四章热电式传感器
4.1热电式传感器有哪几类?
它们各有什么特点?
4.2常用的热电阻有哪几种?
适用范围如何?
4.3热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点?
用热敏电阻进行线形温度测量时必须注意什么问题?
4.4利用热电偶测温必须具备哪两个条件?
4.5什么是中间导体定律和连接导体定律?
它们在利用热电偶测温时有什么实际意义?
4.6什么是中间温度定律和参考电极定律?
它们各有什么实际意义?
4.7用镍铬-镍硅热电偶测得介质温度为800ºC,若参考温度为25ºC,问介质的实际温度为多少?
4.8热电式传感器除了用来测量温度外,是否还能用来测量其他量?
举例说明。
4.9 实验室备有铂铑-铂热电偶,铂电阻器和半导体热敏电阻器,今欲测量某设备外壳的温度。
已知其温度约为300～400ºC,要求精度达到±2ºC,问应选用哪一种?
为什么?
第六章压电传感器
6.1何谓压电效应?
何谓纵向压电效应和横向压电效应?
6.2压电材料的主要特性参数有哪些?
试比较三类压电材料的应用特点。
6.3试述石英晶片切型（yxlt+50º/45º）的含意。
6.4为了提高压电式传感器的灵敏度,设计中常采用双晶片组合,试说明其组合的方式和适用场合。
6.5欲设计图6-21所示三向压电加速度传感器,用来测量x､y､z三正交方向的加速度,拟选用三组双晶片组合BaTiO3压电陶瓷作压电组件。
试问:
应选用何种切型的晶片?
又如何合理组合?
并用图示意。
6.6原理上,压电式传感器不能用于静态测量,但实际中,压电式传感器可能用来测量准静态量,为什么?
6.7简述压电式传感器前置放大器的作用､两种形式各自的优缺点及如何合理选择回路参数?
6.8已知ZK-2型阻抗变换器的输入阻抗为2000MW,测量回路的总电容为1000pF。
试求:
当与压电加速度计相配，用来测量1HZ的低频振动时产生的幅值误差。
6.9 试证明压电加速度传感器动态幅值误差表达式:
高频段:
δH=[A（wn）-1]%;低频段:
δL=[A（w1）-1]%。
若测量回路的总电容C=1000pF,总电阻R=500MW,传感器机械系统固有频率fn=30kHZ,相对阻尼系数ε=0.5,求幅值误差在2%以内的使用频率范围。
6.10试选择合适的传感器:
（1）现有激磁频率为2.5kHZ的差动变压器式测振传感器和固有频率为50HZ的磁电式测振传感器各一只,欲测频率为400～500HZ的振动,应选哪一种?
为什么?
（2）有两只压电式加速度传感器,固有频率分别为30HZ和50HZ,阻尼比均为0.5,欲测频率为15HZ的振动,应选哪一只?
为什么?
6.11一只压电式压力传感器灵敏度为9pC/bar,将它接入增益调到0.005V/pC的电荷放大器,放大器的输出又接到灵敏度为20mm/V的紫外线记录纸式记录仪上。
（1）试画出系统方框图;
（2）计算系统总的灵敏度;（3）当压力变化35bar时,试计算记录纸上的偏移量。
第八章光电式传感器
8.1简述光电式传感器的特点和应用场合,用方框图表示光电式传感器的组成。
8.2何谓外光电效应光电导效应和光生伏特效应?
8.3试比较光电池光敏晶体管光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。
8.4通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能?
它们对正确选用器件有什么作用?
8.5怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件?
试举例说明。
8.6何谓SPD?
简述其工作原理及应用。
8.7简述CCD图象传感器的工作原理及应用。
8.8试指出光电转换电路中减小温度光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。
第十章气敏传感器
10.1什么是气敏传感器?
它的组成部分及分类有哪些?
10.2气敏传感器的技术要求是什么?
10.3什么是半导体气敏传感器?
它的结构以及检测机理各是什么?
10.4如何提高半导体气敏传感器的灵敏度?
10.5提高传感器对气体的选择性应采取哪些措施?
10.6解释固体电解质气敏传感器的敏感机理。
10.7电化学式气敏传感器的检测机理是什么?
它的分类有哪些?
10.8为什么催化燃烧式气体传感器的选择性差?
如何改进?
第十一章电容式传感器
11.1电容式传感器可分为哪几类？
各自的主要用途是什么？
11.2试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减少这一误差。
11.3为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？
设计和应用中如何解决这些问题？
11.4电容式传感器的测量电路主要有哪几种？
各自的目的及特点是什么？
使用这些测量电路时应注意哪些问题？
11.5为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？
11.6简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。
11.7试计算图P11－1所示各电容传感元件的总电容表达式。
11.8有一台变极距非接触式电容测微仪,其极板间的极限半径r=4mm,假设与被测工件的初始间隙δ0=0.3mm,试求:
1） 若极板与工件的间隙变化量△δ=±10μm时，电容变化量为多少？
2）若测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF,则在△δ=±1μm时的输出电压为多少？
11.9 差动非接触式电容位移传感器如图P11-4所示,有四块置于空气中的平行板组成.其中极板A,C和D是固定的,极板B可如图示移动,其厚度为t,并距两边固定极板的距离为δ。
极板B、C和D的长度为l ,极板A的长度为2l。
所有极板的宽度均为b,极板C与D之间的间隙以及边缘效应可以忽略。
试导出极板B从中点移动x=±l/2时电容CAC和CAD表达式，x=0为对成称位置。
11.10 图P11-5所示为油量表中的电容传感器简图，其中1、2为电容传感元件的同心圆筒（电极），3为箱体。
已知：
R1=12mm,R2=15mm;油箱高度H=2m,汽油的介电常 =2.1。
求：
同心圆套筒电容传感器在空箱和注满汽油时的电容量。
11.11 图P11-6所示为某差动电容传感器的实用电路原理图。
已知C1、C2为变间隙式差动电容,CL1、CL2、CL3为滤波电容,其电容值远大于C1、C2；U为恒流电源,在工作中保证I0R=常数,测量电路的输出电压为U0。
试推导出输入位移△δ与输出电压U0间的关系式,并分析。
12.1解释绝对湿度和相对湿度的概念。
12.2湿度传感器主要分为哪几类?
主要参数有哪些?
12.3简述氯化锂湿度传感器原理,实际应用中为什么氯化锂湿敏元件需要几个元件配合使用?
12.4湿敏元件检测电路一般由哪几部分组成?
其供电电源为什么要采用交流信号源?
其信号源的频率如何选择?
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