胡向东学习指导每次课后课题.docx
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胡向东学习指导每次课后课题
第1章绪论
一、选择题
1、下列不属于按传感的工作原理进行分类的传感器是（）
A．应变式传感器B．化学型传感器
C．压电式传感器D．热电式传感器
2、随着人们对各项产品技术含量要求的不断提高，传感器也朝向智能化方向发展。
其中，典型的传感器智能化结构模式是（）
A．传感器+通信技术B．传感器+微处理器
C．传感器+多媒体技术D．传感器+计算机
3、传感器主要完成两方面的功能：
检测和（）
A．测量B．感知C．信号调节D．转换
4、传感器技术主要体现在：
（）
A．传感技术是产品检验和质量控制的重要手段
B．传感技术在系统安全经济运行监测中得到了广泛应用
C．传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分
D．传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
A．信息获取B．信息转换C．信息处理D．信息传输
二、填空题
1、传感器是能感受被测量并按照（）转换成可用输出信号的器件或装置，通常由直接响应于被测量的（）、产生可用信号输出的（）以及相应的（）组成。
2、传感技术的共性，就是利用物理定律和物质的（），将（）转换成（）。
3、（）是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性了解和定量掌握所采取的一系列技术措施。
三、简答题
1、什么是传感器？
传感器的基本组成包括哪两大部分？
这两大部分各自起什么作用？
2、请谈谈你对传感技术发展趋势的看法。
第2章传感器的基本特性
一、选择题
1、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需要的时间是（）
A．延迟时间B．上升时间C．峰值时间D．响应时间
2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）
A．线性度、灵敏度、阻尼系数
B．幅频特性、相频特性、稳态误差
C．迟滞、重复性、漂移
D．精度、时间常数、重复性
3、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（）
A．迟滞、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性
C．重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性
4、已知某温度传感器的时间常数
的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的三分之一所需的时间为（）
A．3B．1C．1.2D．1/3
二、填空题
1、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为（），相频特性应为（）。
2、某位移传感器，当输入量变化5mm时，输出电压变化300mV，其灵敏度为（）。
3、某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在t=0时，输出为10mV，
时，输出为100mV，在t=5s时，输出为50mV。
则该传感器的时间常数为（）。
三、简答题
什么是传感器的基本特性？
传感器的基本特性主要包括哪两大类？
解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。
（要求每种特性至少列出2种常用指标）
四、计算题
1、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？
2、在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在216Hz处，并得到最大幅值表为1.4:
1，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。
3、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（测试数据见下表）
行程
输入压力/（105Pa）
输出电压/mV
正行程
2.0
190.9
191.1
191.3
4.0
382.8
383.2
383.5
6.0
575.8
576.1
576.6
8.0
769.4
769.8
770.4
10.0
963.9
964.6
965.2
反行程
10.0
964.4
965.1
965.7
8.0
770.6
771.0
771.4
6.0
577.3
577.4
578.4
4.0
384.1
384.2
384.7
2.0
191.6
191.6
192.0
第3章电阻式传感器
一、选择题
1、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（）
A．导电材料电阻率的变化B．导电材料几何尺寸的变化
C．导电材料物理性质的变化D．导电材料化学性质的变化
2、电阻应变片的线路温度补偿方法有（）
A．差动电桥补偿法B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法
C．补偿线圈补偿法D．恒流源温度补偿电路法
3、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K的定义是（）
A．应变片电阻变化率与试件主应力之比
B．应变片电阻与试件主应力方向的应变之比
C．应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比
D．应变片电阻变化率与试件作用力之比
4、由（）、应变片及一些附件（补偿元件、保护罩等）组成的装置称为应变式传感器。
A．弹性元件B．调理电路C．信号采集电路D．敏感元件
5、电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。
将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器，这些参数包括（）。
A．位移B．加速度C．力D．力矩
二、填空题
1、单位应变引起的（）称为电阻丝的灵敏系数。
2、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（）效应；固体受到作用力电阻率要发生变化，这种现象称为（）效应。
3、应变式传感器是利用电阻应变片将（）转换为（）变化的传感器，传感器由弹性元件上粘贴（）构成，弹性元件用料（）。
（）元件用来（）。
4、要把微小应变引起的微小电阻变化精确的测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用（）或（）。
5、减小或消除非线性误差的方法有（）和采用差动电桥。
其中差动电桥可分为（）和（）两种。
三、简答题
1、什么叫应变效应？
利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
2、试简要说明使电阻应变式传感器产生温度误差的原因，并说明有哪几种补偿方法。
3、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？
用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？
四、计算题
1、如果将100
应变片粘贴在弹性元件上，试件截面积
，弹性模量
，若
的拉力引起应变计电阻变化为
，求该应变片的灵敏度系数。
解：
，已知
，所以
，
由
得
，
所以
2、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，在其表面粘贴八个应变片，四个沿轴向粘贴，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为
，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量为
，要求：
（1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路。
（2）计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化。
（3）当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。
解：
（2）
（3）
3、下图中，设负载电阻为无穷大（开路），图中，E=4V,
.
（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量
时，试求电桥的输出电压
；
（2）R1和R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余外外接电阻，试求电桥的输出电压
；
（3）R1和R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为
，但极性相反，其余外外接电阻，试求电桥的输出电压
。
解：
（1）
（2）
（3）当
受拉应变，
受压应变时，
当
受压应变，
受拉应变时，
4、下图中为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片的灵敏系数为
，未受应变时，
。
当试件受力为F时，应变片承受平均应变
，试求：
（1）应变片的电阻变化量
和电阻相对变化量
；
（2）将电阻应变片
置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及其非线性误差。
（3）如果要减小非线性误差，应采取何种措施？
分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。
解：
（1）
（2）
（3）若要减小非线性误差，一是要提高桥臂比，二是要采用差动电桥。
五、综合分析设计题
第4章电感式传感器
一、选择题
1、电感式传感器的常用测量电路不包括（）
A．交流电桥B．变压器式交流电桥
C．脉冲宽度调制电路D．谐振式测量电路
2、下列说法正确的是（）
A．差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置
B．差动整流电路可以判断衔铁的位置和运动方向
C．相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向
D．相敏检波电路可以判断位移的大小和位移的方向
3、电感式传感器可以对（）等物理量进行测量。
A．位移B．振动C．压力D．流量
4、零点残余电压产生的原因是（）
A．传感器的两个次级绕组的电气参数不同
B．传感器的两个次级绕组的几何尺寸不对称
C．磁性材料磁化曲线的非线性
D．环境温度的升高
二、填空题
1、电感式传感器是建立在（）基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为（）或（）的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。
2、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种：
（）电路和（）电路。
3、变磁阻式传感器由（）、（）和（）3个部分组成，其测量电路包括交流电桥、（）和（）。
4、差动变压器结构形式有（）、（）和（）等，但它们的工作原理基本一样，都是基于（）的变化来进行测量的，实际应用最多的是（）变压器。
5、电涡流传感器测量电路主要有（）式和（）式。
电涡流传感器可用于位移测量、（）、（）和（）。
三、简答题
1、何谓电涡流效应？
怎样利用电涡流效应进行位移测量？
2、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。
3、简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。
四、计算题
1、已知变气隙厚度电感式传感器的铁芯截面积
，磁路长度
，相对磁导率
，气隙
，
，真空磁导率
，线圈匝数
，求单线圈式传感器的灵敏度
。
若将其做成差动结构，灵敏度如何变化？
解：
所以：
，做成差动结构形式灵敏度将提高一倍。
2、下图为气隙式电感传感器，铁心截面积
，气隙总长度
，衔铁最大位移
，激励线圈匝数W=2500匝，导线直径
，电阻率
，当激励电源频率
时，忽略漏磁及铁损，要求计算：
（1）线圈电感值；
（2）电感的最大变化量；
（3）线圈直流电阻值；
（4）线圈的品质因数。
（
）
第5章电容式传感器
一、选择题
1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（）
A．保持不变B．增大一倍C．减小一倍D．增大两倍
2、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）
A．灵敏度增加B．灵敏度减小C．非线性误差增加D．非线性误差不变
3、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）
A．变间隙式B．变面积式
C．变介电常数式D．空气介质变间歇式
4、电容式传感器中输入量与输出量的关系为线性的有（）
A．变面积型电容传感器B．变介质型电容传感器
C．变电荷型电容传感器D．变极距型电容传感器
5、关于差动脉冲宽度调制电路的说法正确的是（）
A．适用于变极板距离和变介质型差动电容传感器
B．适用于变极板距离差动电容传感器且为线性特性
C．适用于变极板距离差动电容传感器且为非线性特性
D．适用于变面积型差动电容传感器且为线性特性
二、填空题
1、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为（）的变化来实现对物理量的测量。
2、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成（）关系。
3、移动电容式传感器动极板，导致两极板有效覆盖面积A发生变化的同时，将导致电容量变化，传感器电容改变量
与动极板水平位移成（）关系、与动极板角位移成（）关系。
4、变极距型电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了（）倍，而非线性误差转化为（）关系而得以大大降低。
5、电容式传感器信号转换电路中，（）和（）用于单个电容量变化的测量，（）和（）用于差动电容量变化的测量。
三、简答题
1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？
每种类型各有什么特点？
各适用于什么场合？
2、下图左是电容式差动传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分布为F1、F2.。
右图为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源E是占空比为50%的方波。
试分析：
（1）当两边压力相等F1=F2时负载电阻RL上的电压U0值；
（2）当F1>F2时，负载电阻RL上电压U0的大小和方向（正负）。
四、计算题
1、一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm，工作初始间隙为0.3mm，空气介质，所采用的测量电路的灵敏度为100mV/pF，读数仪表灵敏度为5格/mV。
如果工作时传感器的间隙产生
的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？
2、如下图所示为电容式双T型电桥测量电路，已知
，
，
，
，
，
，
。
求UL的表达式及对应上述已知参数的UL值。
3、已知两极板电容传感器，其极板面积为A，两极板间介质为空气，极板间距1mm，当极距减少0.1mm时，求其电容变化量和传感器的灵敏度？
若参数不变，将其改为差动结构，当极距变化0.1mm时，求其电容变化量和传感器的灵敏度？
并说明差动传感器为什么能提高灵敏度并减少非线性误差。
五、综合分析设计图
下图为二极管环形检波测量电路。
C1和C2为差动式电容传感器，C3为滤波电容，RL为负载电阻，R0为限流电阻，Up为正弦波信号源。
设RL很大，并且
，
。
（1）试分析此电路工作原理；
（2）画出输出端电压
在
、
、
三种情况下的波形；
（3）推导
的数学表达式。
第6章压电式传感器
一、选择题
1、对石英晶体，下列说法正确的是（）
A．沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生
B．沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生
C．沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有有电荷产生
D．沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生
2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（）
A．压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好
B．压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好
C．石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好
D．石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好
3、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）
A．磁阻效应B．压阻效应
C．正压电效应D．逆压电效应
4、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（）
A．不产生压电效应B．产生逆向压电效应
C．产生横向压电效应D．产生纵向压电效应
5、以下因素在选择合适的压电材料时必须考虑的是（）
A．转换性能B．电性能C．时间稳定性D．温度稳定性
二、填空题
1、压电式传感器可以等效为一个（）和一个（）并联，也可以等效为一个与（）相串联的电压源。
2、压电式传感器是一种典型的（）传感器，其以某些电介质的（）为基础，来实现非电量检测的目的。
3、压电式传感器使用（）时，输出电压几乎不受连接电缆长度的影响。
4、压电式传感器的输出须先经过前置放大器的处理，此放大电路由（）和（）两种形式。
5、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复成不带电的状态，这种现象称为（）；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称为（）效应。
三、简答题
1、压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。
试述在不同联结下输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？
2、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。
3、为什么压电式传感器通常用来测量动态或瞬态参量？
四、计算题
将压电式传感器与一只灵敏度为
且可调的电荷放大器连接，然后接到灵敏度为
的光线示波器上记录，现知压电式压力传感器灵敏度为
，该测试系统的总灵敏度为
，试问：
（1）电荷放大器的灵敏度
应调为何值（V/pc）?
（2）用该测试系统测40Pa的压力变化时，光线示波器上光点的移动距离是多少？
第7章磁敏式传感器
一、选择题
1、制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化銦，砷化銦，其原因是这些（）
A．半导体材料的霍尔系数比金属的大
B．半导体中电子迁移率比空穴高
C．半导体材料的电子迁移率比较大
D．N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件
2、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（）
A．位移B．速度C．加速度D．光强
3、霍尔电动势与（）成反比。
A．激励电流B．磁感应强度C．霍尔元件宽度D．霍尔元件厚度
二、填空题
1、通过（）将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。
2、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输出（）的原理工作的。
3、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为（）。
4、霍尔元件的零位误差主要包括（）和（）。
5、霍尔传感器的灵敏度与霍尔系数成正比而与（）成反比。
三、简答题
1、简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。
2、磁电式传感器的误差及补偿方法是什么？
3、结合下图，证明霍尔式位移传感器的输出电动势U与位移x成正比关系。
除了测量位移外，霍尔式传感器还有那些应用？
四、计算题
某霍尔元件的尺寸l,b,d分别是1.0cm,0.35cm,0.1cm,沿l方向通以电流
，在垂直lb面的方向加有均匀磁场
，传感器的灵敏系数为22V/（A*T）,试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。
第8章
一、选择题
1、热电偶的基本组成部分是（）
A．热电极B．保护管C．绝缘管D．接线盒
2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）
A．补偿导线法B．电桥补偿法C．冷端恒温法D．差动放大法
3、热电偶测量温度时（）
A．需加正向电压B．需加反向电压
C．加正向、反向电压都可以D．不需要电压
4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪个基本定律（）
A．中间导体定律B．中间温度定律C．标准电极定律D．均质导体定律
5、热电偶近年来被广泛采用，以下属于热电偶具有的优点是（）
A．结构简单B．精度高
C．热惯性小D．可测局部温度、便于远距离传送与集中检测
6、半导体热敏电阻包括（）
A．正温度系数热敏电阻B．负温度系数热敏电阻
C．临界温度系数热敏电阻D．非温度系数热敏电阻
二、填空题
1、热电动势来源于两个方面，一部分由导体的（）构成，另一部分是单一导体的（）。
2、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是（）定律。
3、常用的热电式传感元件有（）、（）和热敏电阻。
4、在各种热电式传感器中，以将温度转换为（）和（）的方法最为普遍，例如热电偶是将温度变化转换成（）的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为（）变化的测温元件。
5、热电阻最常用的材料是（）和（），工业上被广泛用来测量（）温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，（）电阻得到了广泛应用。
6、热电阻引线方式有三种，其中（）适用于工业测量，一般精度要求的场合；（）适用于引线不长，精度要求较低的场合；（）适用于实验室测量，精度要求高的场合。
三、简答题
1、热电阻传感器主要分为哪两种类型？
它们分别应用在什么场合？
2、要用热电偶来测量2点的平均温度，若分别用并联和串联的方式，请简述其原理，指出这两种方式各自的优缺点是什么？
3、请简单阐述一下热电偶与热电阻的异同。
四、计算题
1、一热敏电阻在0度和100度时，其电阻值分别为
和
。
试计算该热敏电阻在20度时的电阻值。
2、某测量者想用用两只K型热电偶测量两点温度差，其连接电路如下图所示。
已知
，
，测得两点的温差电势为15.132mV。
但后来检查发现t1温度下的那只热电偶错用的是E型热电偶，其他都正确，试求两点的实际温度是多少？
表1K型热电偶分度表
测量端温度
30
50
60
70
热电势/mV
0
1.203
2.022
2.436
2.850
300
13.456
14.292
14.712
15.132
表2E型热电偶分度表
测量端温度
20
30
40
热电势/mV
0
1.192
1.801
2.419
400
30.546
31.350
32.155
2、线用一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30度，而显示仪表机械零位为0度，这时指示值为400度，若认为换热器内的温度为430度，对不对？
为什么？
已知E（400,0）=28.943mV，E（30,0）=10801mV,则换热器内的温度正确值如何得到？
第9章光电式传感器
一、选择题
1、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）
A．伏安特性B．光照特性C．光谱特性D．频率特性
2、下列关于光敏二极管和光敏晶体管的对比不正确的是（）
A．光敏二极管的光电流很小，光敏晶体管的光电流则较大
B．光敏二极管与光敏晶体管的暗电流相差不大
C．工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏晶体管；
D．光敏二极管的线性特性较差，而光敏晶体管有很好的线性特性
3、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和（）两个重要部件
A．反光镜B．透镜C．光栅D．光探测器
4、光纤传感器用的光纤主要有两种（）
A．单模光纤B．多模光纤C．单晶光纤D．多晶光纤
5、光纤传感器中常用的光探测器有以下哪几种？
（）
A．光敏二极管B．光电倍增管C．光敏晶体管D．固体激光器
6、当两块光栅的夹角很小时，光栅莫尔条纹的间距（）
A．与栅线宽度的成正比B．与栅线间宽成正比
C．与夹角近似成正比D．与栅距近似成正比
7、现有一个采用4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的编码是0011，终止位置对应的编码是0101，则码盘转动的角度可能会是（）
A．45度B．60度C．90度D．120度
8、计量光栅的特点是（）
A．计量精度高B．成本低C．非接触式D．对环境要求不高
二、填空题
1、CCD的突出特点是以（）作为信号。
2、光纤工作的基础是（）。
3、按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为（）、红外热释电传感器、固体图像传感器和（）。
4、按照测量光路组成，光电式传感器可以分为（）、（）辐射式和开关式光电传感器。
5、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（）效应，这类元件有（）、（），第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的（），这类元件有（），第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向的电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。
6、采用四位二进制码
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