第6章 压电式传感器习题
人教版高中物理选修3-2第六章 传感器单元练习题(含详细答案)
第六章传感器一、单选题1.如下图所示为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是( )A．温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警B．温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警C．温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警D．温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警2.如图所示,有电流流过长方形金属块,磁场的方向垂直于前后表面,由于发生霍尔效应,下列说法中正确的是( )A．金属块上表面a电势高B．金属块下表面b电势高C．金属块前表面c电势高D．金属块后表面d电势高3.下列关于传感器的说法正确的是( )A．话筒是一种常用的传感器,其作用是将电信号转换为声音信号B．在天黑楼道里出现声音时,楼道里的灯才亮,说明它的控制电路中只有声音传感器C．光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化D．电子秤中所使用的测力装置是温度传感器4.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )A．如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显B．如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显5.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时,把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处,然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息,以下判断正确的是( )A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点B．t1～t2期间小球速度先增大后减小C．t3时刻小球动能最小D．t2与t5时刻小球速度大小不同6.在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率ρ随温度T的变化关系如图所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能．以下对电热灭蚊器的判断正确的是( )①通电后,其电功率先增大后减小②通电后,其电功率先减小后增大③当其产生的热量与散失的热量相等时,温度保持在T1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在T1和T2之间的某一值不变A．①③B．②③C．②④D．①④7.电子打火机的点火原理是压电效应,压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器,如图所示．压电片安装在电梯地板下,电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压,若发现电压表示数增大,下列说法正确的是( )A．电梯一定加速上升B．电梯一定减速下降C．电梯加速度一定向上D．电梯加速度一定向下8.以下家用电器中利用了温度传感器的是( )A．防盗报警器B．自动门C．电子秤D．电饭煲9.许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时,出现声音它就开启；而在白天,即使有声音它也没有反应,它的控制电路中可能接入的传感器是( )①温度传感器；②光传感器；③声音传感器；④热传感器A．①②B．②③C．③④D．②④10.霍尔元件能转换哪个物理量( )A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C．把力这个力学量转换成电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量二、多选题11.(多选)如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是( )A．严重污染时,LDR是高电阻B．轻度污染时,LDR是高电阻C．无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响12.(多选)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )A．发光二极管B．热敏电阻C．霍尔元件D．干电池13.(多选)为锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1＝25 Ω,电源输出电压恒为U ＝3 V,理想电流表的量程为0～0.6 A,当拉环不受力时,滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)( )A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路B．当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 AC．当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处D．当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处三、实验题14.如图所示,一热敏电阻R T放在控温容器M内；A为毫安表,量程6 mA,内阻为数十欧姆；E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小；R为电阻箱,最大阻值为999.9 Ω,S为开关．已知R T在95 ℃时的阻值为150 Ω,在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下R T的阻值．(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图．(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度,使得R T的温度为95 ℃.c．将电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全．d．闭合开关．调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录________．e．将R T的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱,使得电流表的读数________,记录________．f．温度为T1时热敏电阻的电阻值R T1＝________.g．逐步降低T1的数值,直到20 ℃；在每一温度下重复步骤e、f.15.现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在实物图上连线．(2)实验的主要步骤：①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,________,________,断开开关．③实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得R－t关系图线．请根据图中的图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝________＋________t(Ω)保留3位有效数字．四、计算题16.在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω,结构如图所示,当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源,已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为l0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器触头P在中点,与固定接头Q正对,当系统以角速度ω转动时,求：(1)弹簧形变量x与ω的关系式；(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．17.如图所示是一种悬球式加速度仪,它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度．金属球的质量为m,它系在金属丝的下端,金属丝的上端悬挂在O点,AB是一根长为L的均匀电阻丝,其阻值为R,金属丝与电阻丝接触良好,摩擦不计,电阻丝的中心C焊接一根导线,从O点也引出一根导线,两线之间接入一个电压表(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC与AB垂直,且OC＝h,电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上,整个装置固定在列车中使AB与车前进的方向保持水平．列车静止时金属丝呈竖直状态,当列车加速或减速前进时,金属丝将偏离竖直方向,从电压表的读数变化可以测出加速度的大小．(1)当列车向右做匀加速直线运动时,试推导出加速度a与电压表读数U′的关系式(a用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)；(2)用推导出的a与U′的关系式说明表盘上a的刻度是否均匀？(3)C点设置在电阻丝AB中点的原因是什么？对电压表的选择应有什么特殊要求？18.如图所示为一种加速度仪的示意图．质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为L,系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中,这时电压表指针恰好在刻度盘正中．求：(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式．(2)将电压表刻度改为加速度刻度后,其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？(3)若电压表指针指在满刻度的3/4位置,此时系统的加速度大小和方向如何？五、填空题19.目前有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图所示．图中D是红色光发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K 为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关电路,当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合．这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭．根据上述信息和原理图,我们可推断：按钮开关K按下前,发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”),按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻R L相比,应满足R________R L的条件．20.按如图所示接好电路,合上S1,S2,发现小灯泡不亮,原因是________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风,会发现小灯泡________________,原因是________________；停止吹风,会发现小灯泡________________,原因是____________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现小灯泡________________,原因是____________________________．21.如图甲所示,某同学设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”,它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景．它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时,开关自动闭合,且当压敏电阻受到车的压力,它的阻值变化引起电流变化达到一定值时,继电器的衔铁就被吸下,工作电路中的电控照相机就工作,拍摄违规车辆．光控开关未受到该种光照射就自动断开,衔铁不被吸引,工作电路中的指示灯发光．(1)要记录车辆违规闯红灯的情景,光控开关应在接收到________光(填“红”“绿”或“黄”)时自动闭合．(2)已知控制电路的电源电动势为 6 V,内阻为 1 Ω,继电器电阻为R0＝9 Ω,当控制电路中电流大于0.06 A时,衔铁会被吸引,如图乙所示,则只有质量超过________ kg的车辆违规时才会被记录．(g取10 N/kg)22.电饭煲的工作原理如图所示,可分为两部分,即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成,S1是一个磁铁限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时,自动断开,且不能自动复位(闭合),S2是一个双金属片自动开关,当温度达到70～80 ℃时,自动断开,低于70 ℃时,自动闭合,红灯、黄灯是指示灯,通过的电流必须较小,所以R1、R2起________作用,R3是发热电阻,由于煮饭前温度低于70 ℃,所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后,黄灯灭而红灯亮,R3发热,当温度达到70～80 ℃时,S2断开,当温度达到103 ℃时饭熟,S1断开,当温度降到70 ℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态,由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”),若用电饭煲烧水时,直到水被烧干S1才会断开,试解释此现象．23.如图所示,由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中,当闭合开关S后,小灯泡正常发光,若用酒精灯加热电阻丝时,发现小灯泡亮度变化是________,发生这一现象的主要原因是________．A．小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．电源的电压随温度发生了变化答案解析1.【答案】D【解析】2.【答案】B【解析】当电流在导体中流动时,自由电子定向移动的方向向左,受到向上的洛伦兹力作用,向金属块上表面聚集,于是金属块的上、下表面分别带上了负电荷与正电荷,从而形成了电势差,且下表面电势高,选项B正确．3.【答案】C【解析】A项,话筒是一种常用的传感器,其作用是将声音信号转换为电信号；B项,天黑楼道里出现声音时,楼道里的灯才亮,说明它的控制电路中有光传感器和声音传感器；C项,光敏电阻随光照强弱变化,其阻值会发生变化,即它够把光照强弱变化转换为电阻大小变化；D项,电子秤中所使用的测力装置是压力传感器；故选C.4.【答案】C【解析】若为金属热电阻、温度升高后,电阻变大,读数变化不明显,A、B错误．若为热敏电阻,读数将明显变化,C对,D错．5.【答案】B【解析】小球下落的轨迹展开图如图所示,B处为绳子原长处,C处为小球重力与绳上拉力相等处,D 处为小球下落的最低点,在F－t图中,0～t1小球在OB间下落,t1～t2小球在BD间下落,t2～t3小球由D回到B处,t3～t4小球在BO间上升,而后下落至B点．由F－t图知,小球在t2时刻下落到最大距离,然后最大距离在逐渐减小,由以上分析知,小球的最大速度出现在C点,对应于t1～t2之间,A 错,B对；小球动能最小出现在t2时刻或t3～t4间某时刻,C错误；t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻,速度大小都为零,D错误．正确选项为B.6.【答案】D【解析】在温度由零升到T1的过程中,电阻器的电阻率ρ随温度的升高而减小,其电阻R随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的热功率P随之增大,当T＝T1时,P＝P1达到最大,在温度由T1升高到T2的过程中,ρ增大,R增大,P减小．而温度越高,其与外界环境的温度差也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大,因此在这之间的某温度T3会有P＝PT3＝P′,即电热功率等于散热功率时,达到保温,当T<T3时,P>P′,温度自动升高到T3；当T>T3时,P<P′,温度自动降低到T3,实现自动保湿,正确选项为D.7.【答案】C【解析】电压表示数增大说明人对地板的压力变大,对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力,即人的加速度一定向上,所以电梯可能向上加速,也可能向下减速．8.【答案】D【解析】9.【答案】B【解析】10.【答案】B【解析】选B,霍尔元件是将磁感应强度转换成电压的．11.【答案】AD【解析】严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错；LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错；白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D对．12.【答案】BC【解析】13.【答案】ABC【解析】若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,回路短路损坏电源,R0的存在使电路不出现短路,因此A正确．当拉环不受力时,滑片P在a端,由欧姆定律得,I＝＝0.1 A,故B正确．拉力为400 N时,由F＝kΔx,则Δx＝4 cm,对应的电阻为RaP＝20 Ω,R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω,由闭合电路欧姆定律得,I′＝＝0.3 A,故D错,C正确．14.【答案】(1)如图所示(2)d.电阻箱的读数R0 e．仍为I0电阻箱的读数R1 f．R0－R1＋150 Ω【解析】(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应与热敏电阻串联．(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时,外电路的总电阻相等．95 ℃和T1时对应的电路的总电阻相等,有150 Ω＋R0＝R T1＋R1,即R T1＝R0－R1＋150 Ω.15.【答案】(1)如图(2)②读取温度计示数读取电压表示数(3)100 0.400【解析】(1)连接实物图时导线不能交叉,电压表应并联在电阻两端,电流由电压表的正接线柱流入电压表．(2)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性,所以实验需测出热敏电阻的阻值及相应的温度,热敏电阻的阻值用R＝间接测量,故需记录的数据是温度计示数和电压表的示数．(3)设热敏电阻R＝R0＋kt,由图线斜率知k＝0.400.温度为10 ℃时,热敏电阻R＝104 Ω,则R0＝R－kt＝104 Ω－0.400×10 Ω＝100 Ω,所以R＝100＋0.400t(Ω)．16.【答案】(1)x＝(2)U＝【解析】(1)由圆周运动规律知kx＝mω2R＝mω2(l0＋x)即kx－mω2x＝mω2l0所以x＝(2)由串联电路的规律知U＝E＝.17.【答案】(1)设列车加速度为a时,小球偏离竖直方向θ角,此时小球受力情况如图所示,根据牛顿第二定律得mg tanθ＝ma.①因为tanθ＝,②由①②两式得a＝g③又设列车加速度为a时,电压表读数为U′＝＝,④由④式得DC＝,⑤将⑤式代入③式得a＝⑥(2)由⑥式可知,g、L、U、h均为常数,则列车加速度a与电压表读数U′成正比,可将电压表中刻度一一对应地改成加速度a的数值,因而可知表盘上加速度a的刻度与电压表的刻度一样,是均匀的．(3)原因是列车可能加速运动也可能减速运动(加速度方向随之变化)；所选择的电压表中间刻度应为零【解析】18.【答案】(1)a＝(E－2U)(2)均匀,因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系(3)方向向左【解析】(1)当振子向左偏离中间位置x距离时,由牛顿第二定律得2kx＝ma①电压表的示数为U＝E②由以上两式解得a＝(E－2U)．③(2)均匀,因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系．(3)当滑动触头滑到最右端时,电压表最大示数U m＝E,电压表指针指在满刻度的位置时,U＝E代入③式解得a＝－,负号表示方向向左．19.【答案】发光的 1 熄灭的≫【解析】开关K按下前,S为断开,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的．当按下开关K 后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1 min后断开,故电灯L 能持续发光1 min,由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R≫R L.20.【答案】由于热敏电阻在常温时阻值较大,左侧电路电流较小,电磁铁磁性较弱吸不住衔铁发光当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小,左侧电路中电流增大,电磁铁吸住衔铁,使右侧电路接通,小灯泡亮了发光热敏电阻温度仍然较高熄灭当把热敏电阻放入冷水后,热敏电阻温度降低很快,阻值变大,左侧电路中电流减小,电磁铁将衔铁放开,故小灯泡熄灭【解析】21.【答案】(1)红(2)400【解析】当车辆闯红灯或车辆压在压敏电阻超载时,光控开关闭合,继电器的衔铁就被吸下,电控照相机自动拍照,根据闭合电路欧姆定律I＝,当电流为0.06 A时,外电阻R＝90 Ω,从题图乙中找出对应的压力为4×103N,故质量为400 kg.22.【答案】限流闭合的>【解析】R1、R2起的作用是限流,防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁,S2是自动控制温度开关,当温度低于70℃时自动闭合,当温度达到70～80 ℃时又自动断开,使电饭煲处于保温状态,由于R3的功率较大,因此R2＞R3.由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开,而水的沸点只有100 ℃,因此用电饭煲烧水时,直到水被烧干后S1才会断开．23.【答案】变暗 C【解析】电阻丝的电阻率随温度的升高而增大,电阻也增大,电路中电流减小,根据P＝I2R知,小灯泡的实际功率减小,所以变暗．。
传感器与检测技术习题答案(六)
第6章 压电传感器习题答案
1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?
答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。
2．压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?
答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。
3．一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa ，连接灵敏度K 2=0.008V ／pC 的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V ，当压力变化Δp =8MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?
解：记录笔在记录纸上的偏移为
S =10×0.008×25×8=16/mm
4．某加速度计的校准振动台，它能作50Hz 和1g 的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g ，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V ，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。
解：此加速度计的灵敏度为
3.91100
9130=='K mV/g 标定系统框图如下：。
传感器习题解答
思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。
解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。
第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义？最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。
2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：1）.敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2）.转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
3）.转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
3.传感器有哪几种分类？按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么？静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。
5. 传感器的动态特性是什么？动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。
由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。
第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。
因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。
根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。
2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
习题参考答案6-压电式传感器
习题6 六、压电式传感器（一） 习 题6-1. 以钛酸钡为例，在y 轴受到1N/m 2的切应力。
试求出在各方向产生的电荷密度。
答：121111213141516322122232425264331323334353656T T d d d d d d T d d d d d d T d d d d d d T T σσσ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦＝1524313233000000000000000010d d d d d ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦其中12121212120000250100002501000781078101901000ij d -----⎡⎤⨯⎢⎥⎡⎤=⨯⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⨯-⨯⨯⎣⎦12122111112213314415516615525010125010d T d T d T d T d T d T d T C m σ--∴=+++++==⨯⨯=⨯ 22112222332442552660d T d T d T d T d T d T σ=+++++=33113223333443553660d T d T d T d T d T d T σ=+++++=即在x ，y ，z 轴面上产生的电荷密度分别为250×10-12C/m 2，0，0。
6-2 已知电压前置放大器输入电阻及总电容分别为R i ＝1MΩ，C i ＝100pF ，求与压电加速度计相配测量1Hz 的振动时幅值误差为多大？答：对于电压前置放大器，其实际输入电压与理想输入电压之比的相对幅频特性为()()21ωτωτω+=A i i C R =τ f πω2=当被测信号的频率为f=1Hz 时，有()()()421261262103.6101001011211010010112212---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=ππππωi i i i C fR C fR A所以幅值误差为%94.999994.01103.64-=-=-⨯=-δ由此可见测量误差太大了，原因在于输入阻抗太小。
sfy传感器习题与思考题146题
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。
《传感器技术》习题答案第5-6章
第五章 磁电式传感器 4.000/2/212/f k m m k f f m k n =⇒=⇒==πππωf 0 =20 Hz ， k=3200 N/m 时， 2220/32002==m πf 0′=10 Hz 时，由'20f m k π= 则 ()()()m f m k /8001022'222202N =⨯==π6.由 K H =1/ned ，得（1） n=1/ (K H ed)=1/(22×1.6⨯10-19×1×10-3 )=2.84×1020 个/m 3（2）输出霍尔电压U H = K H IB=22V/A•T ×1.0mA×0.3T=6.6×10-3 V=6.6 mV第六章 压电式传感器3.答：压电传感器不能用于静态测量。
压电元件输入前置放大器的电压为 22233)(1i c a m im C C C R RF d U +++=ωω由上式可知，用作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
4.答：对应压电元件两种等效电路形式，压电式传感器的灵敏度有电压灵敏度K u 和电荷灵敏度K q 两种，分别表示单位应力产生的电压和单位应力产生的电荷，即F U K u =，F Q K q =，且电压灵敏度K u 与电荷灵敏度K q 之间关系为a q u C K K =。
5.答：并联接法如a)图所示，串联接法如b)图所示。
a) 并联接法 b) 串联接法当两压电元件并联连接，是将相同极性端连接在一起，总电容量C ′、总电压U ′、总电荷Q ′与单片的C 、U 、Q 关系为Q Q U U C C 2''2'===当两压电元件串联连接，是将不同极性端连接在一起，总电容量C ′、总电压U ′、总电荷Q ′与单片的C 、U 、Q 关系为Q Q U U C C ==='2'2/'可见，并联接法输出电荷大，本身电容大，时间常数大，适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的地方；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，且测量电路输入阻抗很高的地方。
期末复习题
第1章绪论1、本章知识要点：传感器的共性；传感器的基本的基本组成和典型组成；传感器的两个基本功能；传感器的分类；传感器技术的发展趋势。
2、本章重点：传感器的定义与组成；传感器的分类。
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。
第2章传感器的基本特性1、本章知识要点：传感器基本特性的含义；传感器所测物理量的两种基本形式；传感器的静态特性和动态特性的定义；衡量传感器静态特性的主要指标及其各自的含义；产生迟滞和重复性问题的原因；传感器动态特性的分析方法；线性时不变系统的叠加性和频率保持性；一阶、二阶传感器的频率特性分析；传感器标定和校准的含义；传感器的标定方法。
2、本章重点：传感器的静态特性和动态特性。
3、本章难点：传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析。
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s 3=τ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（ ）。
传感器技术与应用第2版-部分习题答案
第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9．解：10. 解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。
，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
17．答：⑴20。
C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵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。
⑶20。
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。
18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。
11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。
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。
第6章压电式传感器习题
则当输出电压U°=2V时，振动加速度为
a=Uo/K=2 xi03/250=8(g)
F=PS=10>106X20>0-6=200(N)歼4.5,d11=2.31>012C/N
(1)0°切割石英晶体, 等效电容
0rS
Cah =7.97 X1014(F)
8.85 10
3
10 10
受力F产生电荷
Q=diiF=2.31 X1012>200=462 >102(C)=462pC
输出电压
(2)利用纵向效应的
极板并联。若所加力F=0.01sin(1000t)N，求：
(1)两极板间电压峰 一峰值；
(2)晶体厚度的最大变化。
解：(1)石英压电晶片的电容
C
Ca-
d
=4.514 XI0-12(F)
~4.5pF
由于Ra=1014Q,并联电容R并=100MQ=108Q
则总电阻
总电容
又因
所以
d11FmR
.1 RC
=0.756K03(V)=0.756mV
=0.205n
则怕=0.205f0=0.205 30=6.15(kHz)
压电式加速度传感器下限截止频率取决于前置放大器特性,
/n
2—
2%
(取等号计算)
0.981
)2=0.9604+0.9604( )2
()2=24.25
=4.924
3=4.924/tfL=3/2n=4.924/(2)=4.924/(2 RC)=4.924/(2X5X108X109)=1.57(Hz)
输出电压
8
Q
C
《传感器与检测技术胡向东第2版》习题解答
传感器与检测技术(胡向东,第2版)习题解答王涛第1章概述1、1 什么就是传感器？答:传感器就是能够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与装置,通常由敏感元件与转换元件组成。
1、2 传感器的共性就是什么？答:传感器的共性就就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等)输出。
1、3 传感器一般由哪几部分组成？答:传感器的基本组成分为敏感元件与转换元件两部分,分别完成检测与转换两个基本功能。
另外还需要信号调理与转换电路,辅助电源。
1、4 传感器就是如何分类的？答:传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类,其中按输入量与工作原理的分类方式应用较为普遍。
①按传感器的输入量(即被测参数)进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名,如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
②按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理(物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等),可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
③按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应,可以将传感器分为物理传感器、化学传感器与生物传感器。
1、6 改善传感器性能的技术途径有哪些？答:①差动技术;②平均技术;③补偿与修正技术;④屏蔽、隔离与干扰抑制;⑤稳定性处理。
第2章传感器的基本特性2、1 什么就是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答:传感器的静态特性就是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标就是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性与漂移。
2、3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示,计算非线性误差、迟滞与重复性误差。
传感器习题
第一章习题1、什么是传感器，它由几个部分组成？2、何为传感器的静态特性？衡量传感器的静态特性的重要指标有那些？3、什么是传感器的动态特性？如何进行分析？4、有一个温度传感器，其微分方程dy/dt+3y=0.15x, x为输入, y为输出mv,求传感器:(1)时间常数τ(2)静态灵敏度(3)若X(t)是周期分别为1S、2S、3S的正弦信号，问幅值和相位的相对误差。
第二章习题1、电阻应变式传感器的温度误差原因？如何补偿？2、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为那几种？各自的输出电压如何计算？3、如果在实心钢圆柱试件上，沿轴向和圆周方向各贴一片=120Ω的金属应变片，将这二片应变片接入等臂半桥差动电桥中。
已知μ=0.285,K=2,电桥电源电压6V（DC）,当被测试件受F（轴向拉伸时）作用后,ΔR1=0.48 Ω,求桥路的输出电压值.4、图示为等强度测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2.05，未受应变时，R1=120 Ω。
当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=800μm/m求：（1）应变片电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1。
（2）将电阻应变片R1置于单臂测量桥路，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。
（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。
第三章习题1、光电效应可分为几类，说明原理并指出相应的光电器件？外光电效应：真空光电管、光电倍增管；光电导效应：光敏电阻；光生伏特效应：光电池、光电二极管、PIN 性硅光电管。
2、何谓光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式？负载电阻趋于无穷时，光电池两端的电压称为开路电压；外接负载电阻远小于光电池内阻时的电流称为短路电流。
短路电流与照度线性关系良好.3、在光电器件中那一种光电器件响应速度最慢？4、真空光电管和充气光电管各有何特点，测量中应选用那种光电管？5、当光源波长为0.8—0.9μm时宜采用那几种光敏元件做测量元件？为什么？P81、P66、P58、P736、举出你所熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图，并说明其工作原理。
[整理版]传感器原理与应用习题_第6章压电式传感器
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[整理版]传感器原理与应用习题_第6章压电式传感器《传感器原理与应用》习题集与部分参考答案教材:传感器技术(第3版)贾伯年主编，及其他参考书第6章压电式传感器6-1 何谓压电效应,何谓纵向压电效应和横向压电效应,答:一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。
且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比: D = dT 式中 d—压电常数矩阵。
当外力消失，电介质又恢复不带电原状;当外力变向，电荷极性随之而变。
这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。
若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S与外电场强度E成正比: S=dE 式中 d——逆压电常数矩阵。
这种现象称为逆压电tt效应，或称电致伸缩。
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。
答:主要特性:压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。
压电单晶:时间稳定性好，居里点高，在高温、强辐射条件下，仍具有良好的压电性，且机械性能，如机电耦合系数、介电常数、频率常数等均保持不变。
此外，还在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。
不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。
压电陶瓷:压电常数大，灵敏度高，制造工艺成熟，成形工艺性好，成本低廉，利于广泛应用，还具有热释电性。
新型压电材料:既具有压电特性又具有半导体特性。
因此既可用其压电性研制传感器，又可用其半导体特性制作电子器件;也可以两者合一，集元件与线路于一体，研制成新型集成压电传感器测试系统。
6-3 试述石英晶片切型()的含意。
yxlt，50:/45:6-4 为了提高压电式传感器的灵敏度，设计中常采用双晶片或多晶片组合，试说明其组合的方式和适用场合。
答:(1)并联:C′,2C，q′=2q,U′=U,因为输出电容大，输出电荷大，所以时间常数，适合于测量缓变信号，且以电荷作为输出的场合。
压电传感器课后习题集答案
压电传感器课后习题集答案压电传感器课后习题集答案在学习压电传感器的过程中，课后习题是巩固知识、检验自己学习成果的重要方式。
下面是一些压电传感器课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是压电效应？压电效应是指某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，或者在电场作用下会发生机械变形的现象。
2. 压电传感器的工作原理是什么？压电传感器利用压电效应，将机械应力转化为电信号。
当传感器受到外力作用时，晶体发生变形，产生电荷，通过电路输出电信号。
3. 压电传感器有哪些应用领域？压电传感器广泛应用于工业自动化、医疗设备、汽车电子、航空航天等领域。
例如，压力传感器用于测量液体或气体的压力，加速度传感器用于测量物体的加速度等。
4. 压电传感器有哪些特点？压电传感器具有高灵敏度、宽频率响应范围、快速响应速度、良好的稳定性和可靠性等特点。
5. 压电传感器的灵敏度是什么？灵敏度是指传感器输出信号与输入量之间的关系。
在压电传感器中，灵敏度表示为输出电荷与输入机械应力之间的比值。
6. 压电传感器的频率响应范围是什么？频率响应范围是指传感器能够正常工作的频率范围。
对于压电传感器来说，频率响应范围一般在几十Hz到几百kHz之间。
7. 压电传感器的温度特性如何？压电传感器的温度特性是指在不同温度下传感器输出信号的稳定性。
一般情况下，压电传感器具有较好的温度特性，但在极端温度条件下可能会出现信号漂移或失真。
8. 压电传感器的安装注意事项有哪些？在安装压电传感器时，需要注意以下几点：保持传感器与被测物体的良好接触，避免外界干扰信号，避免超过传感器的额定工作范围，确保传感器的电路连接正确。
9. 压电传感器的维护保养方法有哪些？为了保证传感器的正常工作，需要定期清洁传感器表面，避免接触腐蚀性物质，避免过度振动和冲击，及时更换老化或损坏的传感器。
10. 压电传感器的未来发展趋势是什么？随着科技的不断进步，压电传感器的发展趋势主要体现在小型化、集成化、智能化和多功能化方面。
传感器原理及工程应用习题参考答案
《传感器原理及工程应用》习题答案王丽香第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差 ％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。
解：当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。
则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
然后重新计算平均值和标准偏差。
当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。
则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=⨯=>，所以其他14个测量值中没有坏值。
计算算术平均值的标准偏差200.0043()mm σσ=== 20330.00430.013()d mm σ=⨯=所以，测量结果为：20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±=1－14交流电路的电抗数值方程为CL X ωω1-= 当角频率Hz 51=ω，测得电抗1X 为Ω8.0； 当角频率Hz 22=ω，测得电抗2X 为Ω2.0； 当角频率Hz 13=ω，测得电抗3X 为Ω-3.0。
压电传感器习题..
压电传感器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。
A2、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B3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（）A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍D4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（）A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半B5、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）原理。
A.磁阻效应B. 压阻效应C.正压电效应D.逆压电效应D6、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。
A．前者比后者灵敏度高B．后者比前者灵敏度高C．前者比后者性能稳定性好D．前者机械强度比后者的好A7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。
A．晶体厚度成反比 B．晶体面积成正比C．作用在晶片上的压力成正比 D．剩余极化强调成正比C8、压电式传感器目前多用于测量（）。
A．静态的力或压力 B．动态的力或压力C．位移 D．温度B9、压电式加速度传感器是适合测量下列哪种信号（）。
A. 适于测量任意B. 适于测量直流C. 适于测量缓变D. 适于测量动态D10、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）。
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。
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。
压电式传感器习题
第6章压电式传感器1、为什么压电式传感器不能用于静态测量，只能用于动态测量中而且是频率越高越好2、什么是压电效应试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么，为什么4、有一压电晶体，其面积为20mm2，厚度为10mm，当受到压力P=10MPa作用时，求产生的电荷量及输出电压：(1)零度X切的纵向石英晶体；(2)利用纵向效应的BaTiO3。
解：由题意知，压电晶体受力为F=PS=10×106×20×10-6=200(N)（1）0°X切割石英晶体，εr=，d11=×1012C/N等效电容=×1014 (F)受力F产生电荷Q=d11F=×1012×200=462×102(C)=462pC输出电压（2）利用纵向效应的BaTiO3，εr=1900，d33=191×1012C/N等效电容=×10-12(F)=(pF)受力F产生电荷Q=d33F=191×1012×200=38200×1012 (C)=×108C输出电压5、某压电晶体的电容为1000pF，k q=2.5C/cm，电缆电容C C=3000pF，示波器的输入阻抗为1MΩ和并联电容为50pF，求：(1)压电晶体的电压灵敏度足K u；(2)测量系统的高频响应；(3)如系统允许的测量幅值误差为5％，可测最低频率是多少(4)如频率为10Hz，允许误差为5％，用并联连接方式，电容值是多大解：（1）（2）高频（ω→∞）时，其响应（3）系统的谐振频率由，得（取等号计算）解出(ω/ωn)2=→ω/ωn=ω=ωn=×247=(rad/s)f=ω/2π=2π=(Hz)（4）由上面知，当≤5%时，ω/ωn=当使用频率f=10Hz时，即ω=2πf=2π×10=20π(rad/s)时ωn=ω/=20π/=(rad/s)又由ωn=1/RC，则C=1/ωn R=1/×1×106)=×10-8(F)=104pF6、分析压电加速度传感器的频率响应特性。
6压电式传感器习题
第6章压电式传感器6.1什么是正压电效应？什么是逆压电效应？答：一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。
在这些电介质的一定方向上施加机械力二产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比。
当外力消失，电介质又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。
这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。
若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S与外电场强度E成正比。
这种现象称为逆压电效应，或称电致伸缩。
6.2压电材料的主要特性参数有哪些？比较三类压电材料的应用特点。
答：压电材料主要特性有：压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。
（1）压电单晶：时间稳定性好，居里点高，在高温、强幅射条件下，仍具有良好的压电性，且机械性能，如机电耦合系数、介电常数、频率常数等均保持不变。
此外，还在光电、微声和激光等器件方面都有重要应用。
不足之处是质地脆、抗机械和热冲击性差。
（2）压电陶瓷：压电常数大，灵敏度高，制造工艺成熟，成形工艺性好，成本低廉，利于广泛应用，还具有热释电性。
（3）新型压电材料：既具有压电特性又具有半导体特性。
因此既可用其压电性研制传感器，又可用其半导体特性制作电子器件；也可以两者合一，集元件与线路于一体，研制成新型集成压电传感器测试系统。
6.3 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。
试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？答：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。
其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接。
并联：将两个压电元件的负端粘结在一起，中间插入金属电极作为压电元件连接时的负极，将两边连接起来作为连接件的正极，如下图所示。
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第6章 压电式传感器1、为什么压电式传感器不能用于静态测量，只能用于动态测量中？而且是频率越高越好？2、什么是压电效应？试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么，为什么?4、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力P=10MPa 作用时，求产生的电荷量及输出电压：(1)零度X 切的纵向石英晶体；(2)利用纵向效应的BaTiO 3。
解：由题意知，压电晶体受力为F=PS=10×106×20×10-6=200(N)（1）0°X 切割石英晶体，εr =4.5，d 11=2.31×10-12C/N等效电容36120101010205.41085.8---⨯⨯⨯⨯⨯==d S C r a εε =7.97×10-14(F)受力F 产生电荷Q=d 11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC输出电压 ()V C Q U a a 3141210796.51097.710462⨯=⨯⨯==--（2）利用纵向效应的BaTiO 3，εr =1900，d 33=191×10-12C/N等效电容 361201010102019001085.8---⨯⨯⨯⨯⨯==d SC r a εε=33.6×10-12(F)=33.6(pF)受力F 产生电荷Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=3.82×10-8C输出电压 ()V C Q U a a 312810137.1106.331082.3⨯=⨯⨯==--5、某压电晶体的电容为1000pF ，k q =2.5C/cm ，电缆电容C C =3000pF ，示波器的输入阻抗为1MΩ和并联电容为50pF ，求：(1)压电晶体的电压灵敏度足K u ；(2)测量系统的高频响应；(3)如系统允许的测量幅值误差为5％，可测最低频率是多少?(4)如频率为10Hz ，允许误差为5％，用并联连接方式，电容值是多大?解：（1）cm V pF cm C C K K a q u /105.21000/5.2/9⨯===（2）高频（ω→∞）时，其响应 i c a q i c a m am u C C C k C C C d F U K ++=++==33 ()cm /V .F cm/C .8121017610503000100052⨯=⨯++=-（3）系统的谐振频率()i c a n C C C R ++==11τω ()()s rad 2471050300010001011126=⨯++⨯=-由 ()()2/1/n n am im U U K ωωωωω+==，得 ()%51/1/2-≤-+=n nωωωωγ（取等号计算）()()[]22/19025.0n n ωωωω+= ()29025.09025.0n ωω+= 解出 (ω/ωn )2=9.2564→ω/ωn =3.0424ω=3.0424ωn =3.0424×247=751.5(rad/s)f =ω/2π=751.5/2π=119.6(Hz)（4）由上面知，当γ≤5%时，ω/ωn =3.0424当使用频率f =10Hz 时，即ω=2πf =2π×10=20π(rad/s)时ωn =ω/3.0424=20π/3.0424=20.65(rad/s)又由ωn =1/RC ，则C=1/ωn R=1/(20.65×1×106)=4.84×10-8(F)=4.84⨯104pF6、分析压电加速度传感器的频率响应特性。
若测量电路为电压前量放大器C 总=1000pF ，R 总=500MΩ；传感器固有频率f 0=30kHz ，阻尼比ζ=0.5，求幅值误差在2％以内的使用频率范围。
解：压电式加速度的上限截止频率由传感器本身的频率特性决定，根据题意 ()[]()%21/4/112222=-+-=n n ωωζωωγ（取等号计算） 则 ()[]()02.1/1/4/12222=+-n n ωωζωω1+(ω/ωn )4﹣2(ω/ωn )2 +4×0.52(ω/ωn )2=0.96(ω/ωn )4 ﹣(ω/ωn )2 +0.04=0解出 (ω/ωn )2 =0.042或(ω/ωn )2 =0.96（舍去）所以 ω/ωn =0.205 或-0.205（舍去）ω=0.205ωn则 f H =0.205f 0 =0.205×30=6.15(k Hz)压电式加速度传感器下限截止频率取决于前置放大器特性，对电压放大器，其幅频特性()()()221/1/ωτωτωωωωω+=+=n nK 由题意得 ()%2112-≤-+=ωτωτγ （取等号计算）()2198.0ωτωτ+= (ωτ)2 =0.9604+0.9604 (ωτ)2(ωτ)2 =24.25ωτ=4.924ω=4.924/τf L =ω/2π=4.924/(2πτ)=4.924/(2πRC)=4.924/(2π×5×108×10-9 )=1.57(Hz)其误差在2%以内的频率范围为： 1.57Hz~6.15k Hz7、石英晶体压电式传感器，面积为100mm 2，厚度为1mm ，固定在两金属板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。
材料的弹性模量为9×1010Pa ，电荷灵敏度为2pC ／N ，相对介电常数是5.1，材料相对两面间电阻是1014Ω。
一个20pF 的电容和一个100MΩ的电阻与极板并联。
若所加力F=0.01sin(1000t)N ，求：(1)两极板间电压峰—峰值；(2)晶体厚度的最大变化。
解：（1）石英压电晶片的电容 36120101101001.51085.8---⨯⨯⨯⨯⨯==d SC r a εε =4.514 ×10--12(F)≈4.5pF由于R a =1014Ω，并联电容R 并=100MΩ=108Ω则总电阻 R=R a // R 并 = 1014 //108 ≈108Ω总电容 C=C a //C 并 =4.5+20=24.5(pF)又因 F=0.01sin(1000t)N=F m sin(ωt)Nk q =2 pC/N则电荷 Q=d 11 F= k q FQ m = d 11 F m = k q F m =2 pC/N×0.01N=0.02 pC所以 ()()212838312211105.241010110101002.01--⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=RC RF d U m im ωω=0.756×10-3 (V)=0.756mV峰—峰值： U im-im =2U im =2×0.756=1.512mV（2）应变εm =F m /SE =0.01/(100×10-6×9×1010 )=1.11×10-9 =Δd m /dΔd m =d εm =1×1.11×10-9 (mm)=1.11×10-9 mm厚度最大变化量（即厚度变化的峰—峰值 ）Δd =2Δd m =2×1.11×10-9 =2.22×10-9 (mm)=2.22×10-12 m8、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g ，电荷放大器灵敏度为50mV/pC ，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ，试求该机器的振动加速度。
(g 为重力加速度)解：由题意知，振动测量系统（压电式加速度计加上电荷放大器）的总灵敏度K=K q •K u =5pC/g ×50 mV/pC=250mV/g=U o /a式中，U o 为输出电压；a 为振动系统的加速度。
则当输出电压U o =2V 时，振动加速度为a=U o /K=2×103/250=8(g)5-8 用压电式传感器测量最低频率为1Hz 的振动，要求在1Hz 时灵敏度下降不超过5％。
若测量回路的总电容为500pF ，求所用电压前置放大器的输入电阻应为多大?解： 由题意知，对于电荷放大器，动态响应幅值误差为 ()%51/1/2-≤-+=n nωωωωγ，（取等号计算）()2/195.0/n n ωωωω+= (ω/ωn )2 =0.9025+0.9025 (ω/ωn )2ω/ωn =3.04τ=1/ωn =3.04/ω=3.04/(2π×1)=0.484(s)=RC所以R=τ/C=0.484/(500×10-12) =9.68×108Ω=968M Ω9、 已知压电式加速度传感器的阻尼比ζ=0.1，其无阻尼固有频率f 0=32kHz ，若要求传感器的输出幅值误差在5％以内，试确定传感器的最高响应频率。
解： 由加速度传感器的频率特性知，动态响应幅值误差为 ()[]()%51/4/112222≤-+-=n n ωωζωωγ()[]()05.1/1/4/12222=+-n n ωωζωω （取等号） (ω/ωn )4﹣1.96(ω/ωn )2 +0.093=0解出 (ω/ωn )2 =0.0485或(ω/ωn )2 =1.912（舍去）则 ω/ωn ≈0.22ωH =0.22ωn则 f H =0.22f 0 =0.22×32=7.04(kHz)10、 某压电式压力传感器的灵敏度为80pC/Pa ，如果它的电容量为1nF ，试确定传感器在输入压力为1.4Pa 时的输出电压。
解：当传感器受压力1.4 Pa 时，所产生的电荷Q=80 pC/Pa ×1.4Pa=112 pC输出电压为U a =Q/C a =112×10-12 /(1×10-9)=0.112(V)11、一只测力环在全量程范围内具有灵敏度3.9pC/N ，它与一台灵敏度为10mV/pC 的电荷放大器连接，在三次试验中测得以下电压值：(1)—100mV ；(2)10V ；(3)—75V 。
试确定三次试验中的被测力的大小及性质。
解：测力环总灵敏度K=3.9 pC/N ×10mV/pC=39 mV/N = U 0/F式中，U 0为输出电压，F 为被测力，所以F 1 =U 01 /K=﹣100mV/39mV/N=﹣2.56N (压力)F 2 =U 02 /K=10×10 3mV/39mV/N=256N (拉力)F 3 =U 03 /K=﹣75×10 3mV/39mV/N=﹣1923N (压力)12、某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度h=0.2mm ，圆片半径r=1cm ，εr =4.5，X 切型d 11=2.31X10-12C/N 。