传感器与检测技术课后习题和答案(陈杰).ppt

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第0章,0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？

0.2解释下列名词术语：

1）敏感元件;2）传感器;3）信号调理器;4）变送器。

下页,上页,图库,返回,第1章,1.1某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV,求其灵敏度。

1.2某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：

S1=0.2mV/、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。

1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如下：

下页,上页,返回,图库,a）试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b）用C语言编制程序在微机上实现。

第1章,1.4某温度传感器为时间常数T=3s的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。

1.5某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。

1.6某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s后的压力。

下页,上页,返回,图库,第1章,1.7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。

1.8什么是传感器的静特性？

有哪些主要指标？

1.9如何获得传感器的静特性？

1.10传感器的静特性的用途是什么？

下页,上页,返回,图库,第1章,1.11试求下列一组数据的各种线性度：

1）理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x;2）端点线性度；3）最小二乘线性度。

下页,上页,返回,图库,第1章,1.12试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（工作特性选端基直线，一组标定数据如下表示）,下页,上页,返回,图库,第1章,1.13建立以质量、弹簧、阻尼器组成的二阶系统的动力学方程，并以此说明谐振现象和基本特点。

下页,上页,返回,图库,第2章,2.1在用直流电桥测量电阻的时候，若标准电阻Rn=10.0004的电桥已经平衡（则被测电阻Rx=10.0004），但是由于检流计指针偏转在0.3mm以内时，人眼就很难观测出来，因此Rn的值也可能不是10.0004,而是Rn=10.0004Rn。

若已知电桥的相对灵敏度Sr=1mm/0.01%，求对应检流计指针偏转0.3mm时，Rn的值。

下页,上页,返回,图库,第2章,2.2如图F1-1所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，R表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。

当应变片不受力，无应变时R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去了平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片应变后的电阻值的变化量。

试证明:

Ucd=-（E/2）（R/R）,下页,上页,返回,图库,第2章,2.3说明电阻应变片的组成和种类。

电阻应变片有哪些主要特性参数？

2.4当电位器负载系数M0.1时，求RL与Rmax的关系。

若负载误差L0.1,且电阻相对变化=1/2时求RL与Rmax的关系。

下页,上页,返回,图库,第2章,2.5一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120,灵敏度为2.0,泊松比为0.3,材料弹性模量E=2.11011Pa。

要求：

绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。

下页,上页,返回,图库,第2章,2.6试设计一电位器的电阻RP特性。

它能在带负载情况下给出y=x的线性关系。

给定电位器的总电阻RP=100。

负载电阻RF分别为50和500。

计算时取x的间距为0.1,x,y分别为相对输入和相对输出，如图F1-2所示。

2.7试设计一分留电阻式非线性电位器的电路及其参数，要求特性如下图F1-3所示。

2.8一带负载的线性电位器的总电阻为1000。

输出为空载。

试用解析和数值方法（可把整个行程分成10段），求下面两种电路情况下的线性度，如图F1-4所示。

下页,上页,返回,图库,第2章,2.9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？

2.10今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图F1-5所示。

该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。

已知：

应变片灵敏系数K=2.1;应变片空载电阻R0=120。

下页,上页,返回,图库,第2章,2.11图F1-6所示一受拉的10#优质碳素钢杆。

试用允许通过的最大电流为30mA的康铜丝应变片组成一单臂受感电桥。

试求出此电桥空载时的最大可能的输出电压（应变片的电阻为120）。

下页,上页,返回,图库,第3章,3.1电感式传感器有哪些种类？

它们的工作原理是什么？

3.2推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。

3.3试分析差分变压器相敏检测电路的工作原理。

3.4分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善。

下页,上页,返回,图库,第3章,3.5图F1-7所示一简单电感式传感器。

尺寸已示于图中。

磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为410-7Hm-1,试计算气隙长度为零及为2mm时的电感量。

图中所注尺寸单位均为mm.,下页,上页,返回,图库,第3章,3.6今有一种电涡流式位移传感器。

其输出为频率。

特性方程形式为f=e（bx+a）+f,今知其中f=2.333MHz及一组标定数据如下：

试求该传感器的工作特性方程及符合度（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作直线拟合）。

下页,上页,返回,图库,第3章,3.7简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。

3.8简述压磁效应，并与应变效应进行比较。

下页,上页,返回,图库,第4章,4.1推导差分式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较。

4.2根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？

4.3有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变片式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。

4.4总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。

下页,上页,返回,图库,第4章,4.5试推导图F1-8所示变电介质电容式位移传感器的特性方程C=f（x）。

设真空的介电系数为0,21，以及极板宽度为W。

其他参数如图F1-8所示。

4.6在上题中，设=d=1mm，极板为正方形（边长50mm）。

1=1,2=4试在x=0到50mm范围内，输出磁位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。

4.7简述电容式传感器用差分脉冲调宽电路的工作原理及特点。

下页,上页,返回,图库,第5章,5.1磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？

磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？

5.2霍尔元件能够测量哪些物理参数？

霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？

温度补偿的方法有哪几种？

5.3简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。

下页,上页,返回,图库,第6章,6.1什么是压电效应？

压电效应有哪些种类？

压电传感器的结构和应用特点是什么？

能否用压电传感器测量静态压力？

6.2为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？

6.3试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。

6.4设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么？

为什么？

6.5画出（111）晶面和晶向。

并计算（111）晶面内和晶向的纵向压阻系数和横向压阻系数。

下页,上页,返回,图库,第7章,7.1什么是光电效应？

7.2光纤损耗是如何产生的？

它对光纤传感器有哪些影响？

7.3光导纤维为什么能够导光？

光导纤维有哪些优点？

光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？

7.4论述CCD的工作原理。

下页,上页,返回,图库,第8章,8.1热电阻传感器主要分为几种类型？

它们应用在什么不同场合？

8.2什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？

说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。

分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。

8.3试述热电偶测温的基本原理和基本定理。

8.4试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。

下页,上页,返回,图库,第8章,8.5什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动平衡电桥，各有什么特点？

8.6试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性，并说明其用途。

8.7有一串联的热敏电阻测温电路，如图F1-9所示。

试设计其最佳线性工作特性，并计算其线性度，最后，用坐标纸每5一点绘出电路图F1-9中u=f（t）的曲线。

下页,上页,返回,图库,第8章,8.8图F1-10所示一并联的热敏电阻测温电路。

它具有一定的线性化功能，所用的热敏电阻Rt的特性，试求等效的总电阻Re与温度的关系式。

今取并联电阻RP=Rt=40。

试求Re在2060工作范围内的独立线性度（可用数值方法作），最后对串联和并联线性化电路作一比较全面而实用的比较。

下页,上页,返回,图库,第9章,9.1什么是核辐射传感器？

9.2简述核辐射传感器的功能及优缺点。

9.3核辐射传感器能用于哪些非电量的测量？

试举例说明之。

9.4如何防护放射性辐射？

下页,上页,返回,图库,第10章,10.1什么是生物传感器？

10.2简述生物传感器的类型及优点?

10.3DNA传感器的工作原理是什么？

DNA在固体电极上的固定方法有哪些？

下页,上页,返回,图库,第11章,11.1什么是智能传感器？

11.2智能传感器有哪些主要功能？

有哪些特点？

11.3如何获取指纹图像？

11.4指纹识别的过程分为哪几步？

下页,上页,返回,图库,第12章,12.1传感器静态校准的条件是什么？

12.2如何确定标定仪器设备的精度等级？

12.3静态特性标定方法是什么？

12.4什么是传感器的动态特性标定？

12.5什么是绝对标定法？

什么是比较标定法？

返回,上页,下页,图库,第13章,13.1什么是传感器的可靠性？

13.2失效分析的方法有哪几种？

13.3可靠性设计程序核原则是什么？

13.4什么是传感器的失效？

失效有哪几种？

下页,上页,返回,图库,第14章,14.1什么是测量原理？

测量方法有哪几种？

14.2什么是系统误差？

系统误差产生的原因是什么？

如何减小系统误差？

14.3给出一只0.1级150V电压表的检定结果，试编制修正值表并绘制其误差曲线，求出指示在105及135分度时，经过修正后的电压值。

下页,上页,返回,图库,第14章,14.4检定一只精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA，试问这只表是否合格？

14.5被测电压的实际值为10V，现有150V,0.5级和15V,2.5级两只电压表，选择哪一只表误差较小？

14.6用晶体管毫伏表30V挡，分别测量6V和20V电压，已知该挡的满量程误差为2%，求示值的相对误差。

下页,上页,返回,图库,第14章,14.7有一测量范围为0至1000kPa的压力计，由制造厂进行校准时，发现15kPa的绝对误差，试计算：

a）该压力计的引用误差；b）在测量压力中读数为200kPa时，可能产生的示值相对误差。

14.8用MF-30型普通万用表的DC.5V挡及25V挡分别测量高内阻等效电路（25k与5V电压源串联）的输出电压。

已知DC.V.挡的电压灵敏度20k/V,精度为2.5级，试计算：

a）由于仪表本身精度造成的相对误差；b）由于仪表内阻对被测电路的影响引起的相对误差；c）综合最大相对误差；d）分析误差因素的影响。

下页,上页,返回,图库,第15章,15.1什么是传感器的信息融合技术？

15.2传感器信息融合技术的分类有哪几种？

15.3传感器的信息融合有哪几种方法？

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