压电式传感器习题集.
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转速（r/min）0 500 1000 1500 2000 2500 3000输出电压（V）0 9.1 15.0 23.3 29.9 39.0 47.51）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。
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。
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（）。
传感器技术及应用习题及答案
综合练习 一. 填空题1．根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即.敏感元件、转换元件、转换电路。
2．传感器按能量的传递方式分为有源的和无源的传感器。
3. 根据二阶系统相对阻尼系数ζ的大小，将其二阶响应分成三种情况. 1ζ>时过阻尼；1ζ=时临界阻尼；1ζ<时欠阻尼。
4. 应变计的灵敏系数k 并不等 于其敏感栅整长应变丝的灵敏度系数0k ，一般情况下，0k k <。
5. 减小应变计横向效应的方法.采用直角线栅式应变计或箔式应变计。
6. 应变式测力与称重传感器根据结构形式不同可分为:柱式﹑桥式﹑轮辐式﹑梁式和环式等。
7. 半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象就称为压阻效应。
8. 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
9. 光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应两类。
10. 基于外光电效应的光电敏感器件有光电管和光电倍增管。
基于光电导效应的有光敏电阻。
基于势垒效应的有光电二极管和光电三极管。
基于侧向光电效应的有反转光敏二极管。
11. 光电倍增管是一种真空器件。
它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。
12. 光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。
它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。
13. 光电二极管与光电三极管外壳形状基本相同，其判定方法如下.遮住窗口，选用万用表R*1K 挡，测两管脚引线间正、反向电阻，均为无穷大的为光电三极管。
14. 光电耦合器是发光元件和光电传感器同时封装在一个外壳内组合而成的转换元件。
以光为媒介进行耦合来传递电信号，可实现电隔离，在电气上实现绝缘耦合，因而提高了系统的抗干扰能力。
15. 电荷藕合器件图像传感器CCD （Charge Coupled Device ），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。
传感器100道试题库
一1.传感器将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。
通常将非电量转换为电量。
2.传感器主要是由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。
3.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某一物理量的元件。
4.敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。
5.基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路便可转换成电量输出。
6.按获得测量的方法分类有直接测量、间接测量、组合测量。
7.按测量方式分类有偏差式测量、零位式测量和微差式测量。
8.按被测量的性质分类有时域测量、频域测量、数据域测量和随机测量。
9.测量误差按表示方法分类可分为：绝对误差、相对误差和容许误差。
10.衡量静态特性的重要指标是灵敏度、线性度和滞后度等。
11.灵敏度的量纲取决于输入、输出的量纲。
当检测系统的输入和输出的量纲相同时，它无量纲，则该检测系统的灵敏度为系统的放大倍数。
12.当测试系统的输入和输出有不同的量纲时，其量纲可用输入量纲与输出量纲之比来表示。
13.检测仪器的灵敏度是引起输出量发生变化所必需的最小输入量的变化量。
对于数字式仪表，灵敏度以分辨率表示，分辨率等于数字式仪表最后一位数字所代表的值。
14.一般来说，检测系统的灵敏度越高，测量范围越窄，系统的稳定性也往往越差。
15.描述检测系统的主要参数有灵敏度、线性度、滞后度、精确度。
16.为了使用的方便，常常需要对曲线进行线性化，把线性化得到的直线称为理想直线。
定度曲线和理想直线的最大偏差B与测量系统标称全量程输出范围A之比称为测试系统的线性度。
17.精确度是反映检测系统误差和随机误差的综合评定指标。
18.与精确度有关的指标有三个：精密度、准确度和精度。
19.稳定性是检测系统在规定条件下保持其检测特性固定不变的能力。
20.线性具有叠加原理、频率不变原理两个重要的性质21.检测系统输入量不变，输出量随时间变化而发生缓慢变化的情况，称为漂移。
当输入为零产生的漂移，称为零漂。
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 =，d 11=×10-12C/N 等效电容36120101010205.41085.8---⨯⨯⨯⨯⨯==d SC r a εε=×10-14 (F) 受力F 产生电荷Q=d 11F=×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---⨯⨯⨯⨯⨯==dSC r a εε=×10-12(F)=(pF)受力F 产生电荷 Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=×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）cmV pF cmC 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 .Fcm/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/nnamim 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=→ω/ωn =ω=ωn =×247=(rad/s) f =ω/2π=2π=(Hz)（4）由上面知，当γ≤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)=⨯104pF 6、分析压电加速度传感器的频率响应特性。
《传感器与智能检测技术》 第4章习题答案
第4章压电式传感器一、填空题1.压电元件一般有三类：第一类是石英晶体；第二类是压电陶瓷；第三类是高分子压电材料。
2.压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
3.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的压电效应；蜂鸣器中发出“嘀…嘀…”声的压电片发声原理是利用压电材料的逆压电效应。
4.在实验室作检验标准用的压电仪表应采用sio2压电材料；能制成薄膜，粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用PVDF。
5.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量动态的力或压力。
6.动态力传感器中，两片压电片多采用并联接法，可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用串联接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。
7.用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了逆压电效应原理。
二、综合题1.简述压电式加速度传感器的结构及原理。
压电式加速度传感器一般由壳体及装在壳体内的弹簧、质量块、压电元件和固定安装的基座组成。
压电元件一般由两片压电片组成，并在压电片的两个表面镀银，输出端由银层或两片银层之间所夹的金属块上引出，输出端的另一根引线就直接和传感器的基座相连。
在压电片上放置一个质量块，然后用硬弹簧对质量块预加载荷，然后将整个组件装在一个基座的金属壳体内。
为了隔离基座的应变传递到压电元件上去，避免产生假信号输出，增加传感器的抗干扰能力，基座一般要加厚或者采用刚度较大的材料制造。
使用时，将传感器基座与试件刚性固定在一起，当其感受振动时，由于弹簧的刚度相当大，质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小。
因此可以认为质量块感受到与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力作用，这样，质量块就有一个正比于加速度的作用力作用在压电片上。
通过压电片的压电效应，在压电片的表面上就会产生随振动加速度变化的电压，当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器输出的电压与作用力成正比，即与传感器感受到的加速度成正比。
（完整版）传感器习题库
（完整版）传感器习题库课题⼀传感器与检测技术的基础理论1-1 有⼀数字温度计，它的测量范围为-50～+150C ?，精度为0.5级。
求当⽰值分别为-20C ?、+100C ?时的绝对误差及⽰值相对误差。
1-2 欲测240V 电压，要求测量⽰值相对误差不⼤于0.6%±，问选⽤量程为250V电压表，其精度为哪级？若选⽤量程为300V 和500V 电压表，其精度⼜为哪级？1-3 已知待测电压约为80V 左右。
现有两只电压表，⼀只为0.5级，测量范围为0～300V ，另⼀只为1.0级，测量范围为0～100V 。
问选⽤哪⼀只电压表测量较好？为什么？1-4 ⽤⼀台三位数字电⼦温度计测量温度，数字⾯板上显⽰如图1－1所⽰的数值，求该仪表的分辨⼒、被测温度值、⽰值相对误差、满意相对误差。
（提⽰：该三位数字表的量程上限为199.9C ?）1-5 有⼀台测量压⼒的仪表，测量范围为60~10a P ，压⼒p 与仪表输出电压之间的关系为2012o p p U a a a =++式中，2550122,10(10),0.5(10)a a mV mV mV a a a P P ===-，求：1）该仪表的输出特性⽅程。
2）画出输出特性曲线⽰意图（x 轴、y 轴均要标出单位）。
3）该仪表的灵敏度表达式。
4）画出灵敏度曲线图。
5）该仪表的线性度。
1-6 检测系统由哪⼏部分组成？说明各部分的作⽤。
1-7 ⾮电量的电测法有哪些优点？1-8 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采⽤何种测量⽅法？如何进⾏？1-9 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm时，位移测量仪的输图1－1 数字式电⼦温度计⾯板⽰意图出电压由3.5V 减⾄2.5V ，求该仪器的灵敏度。
1-10 某测温系统由以下四个环节组成，各⾃的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： C οΩ35.0 电桥：ΩV 01.0放⼤器： 100（放⼤倍数）笔式记录仪： V cm 1.0 求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
传感器习题集讲解
一、单项选择l、压电式传感器目前主要用于测量( B )A.静态的力或压力B.动态的力或压力C.速度2、铜电阻测温线性好、价廉，其测温范围为( C )A. -50~50B. 0~100C. -50~150D. -100~1003、应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的 ( B )之间的电阻值。
A、覆盖片与被测试件 B. 引线与被测试件C. 基片与被测试件D. 敏感栅与被测试件4、变间隙式电容传感器的在工作范围内，电容变化量与极板间距离变化量之间的关系是 ( A )A. 近似正比关系B. 反比关系C.无法确定D. 二阶关系5、通常用热敏电阻测量( C )A.电阻B.扭矩C.温度D:压力6、在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫( D )。
A.声光效应B.压电效应C.磁电效应D.外光电效应7、固态压敏电阻在某一方向上承受应力时，它的电阻值发生显著变化，这是由哪些方面因素发生显著变化而引起的( A )A.电阻率B.几何尺寸 c.晶面上电荷 D.极化电荷8、Xl、X2.. ............Xn为测量值，指出下列哪个式子表示残差( B )A、Vi=Xi-真值B、Vi=Xi一算术平均值C、Vi=Xj一指示值9、转子流量计锥形管必须（B）A.上小下大B. 上大下小C. 上下一致10、压电传感器的信号处理有电荷放大器、电压放大器，二者在应用方面最主要区别是（ B ）A. 阻抗变换能力B. 电缆线长度变化影响记入与否C. 输出电压与输入电压D. 以上讲法都不对11、电阻应变片的初始电阻有多种，其中用得最多的是( B )A. 60B. 120C. 200D. 24012、差动变压器式传感器的结构形式很多，其中应用最多的是( C )A. 变间隙式B.变面积式C.螺线管式13、霍尔效应中，霍尔电势与( A )A. 霍尔常数成正比B.霍尔常数成反比C.霍尔元件的厚度成正比14、在工程技术中，通常用电容式传感器测量( C )A. 电压B.磁场强度C.位移D.温度15、转子流量计安装时，必须（A）安装A.垂直B.水平C. 30°倾斜D. 45°倾斜17、把光电池当作传感器时，应把它看作（ B ）。
[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。
传感器习题及答案
选择题1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的,它能够将角度转换为数字编码,是一种数字式的传感器;码盘按结构可以分为接触式、__a__和__c__三种;a.光电式b.磁电式c.电磁式d.感应同步器2. 改变电感传感器的引线电缆后,___c___;a.不必对整个仪器重新标定b. 必须对整个仪器重新调零c. 必须对整个仪器重新标定d. 不必对整个仪器重新调零3．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、__c__、__d__等;a.测量范围的选择b.电源的选择c. 阻值的选择d. 尺寸的选择e.精度的选择f.结构的选择4．应变片绝缘电阻是指已粘贴的__b__应变片的之间的电阻值;a.覆盖片与被测试件b.引线与被测试件c.基片与被测试件d.敏感栅与被测试件5．在光的作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,引起物体电阻率的变化,这种现象称为_d_;a.磁电效应b.声光效应c.光生伏特效应d.光电导效应6.结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的;线圈套在铁芯上的,在铁芯与衔铁之间有一个空气隙,空气隙厚度为;传感器的运动部分与衔铁相连;当外部作用力作用在传感器的运动部分时,衔铁将会运动而产生位移,使空气隙发生变化;这种结构可作为传感器用于__c___;a. 静态测量b. 动态测量c. 静态测量和动态测量d. 既不能用于静态测量,也不能用于动态测量7.4不属于测试系统的静特性;1灵敏度2线性度3回程误差4阻尼系数8. 电阻应变片的输入为1 ;1力 2 应变 3速度 4加速度9.结构型传感器是依靠3 的变化实现信号变换的;1本身物理性质 2体积大小 3结构参数 4电阻值10.不能用涡流式传感器进行测量的是4 ;1位移 2材质鉴别 3探伤 4非金属材料11.变极距电容传感器的输出与输入,成1关系;1非线性 2线性 3反比 4平方12.半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是3 ;1长度 2截面积 3电阻率 4高通13.压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的3产生变化;1固有频率 2阻尼比 3灵敏度 4压电常数14.在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是4传感器;1电容式 2压电式 3电阻式 4电涡流式15.光电倍增管是利用3效应制成的器件;1内光电 2外光电 3光生伏特 4阻挡层16.光敏元件中3是直接输出电压的;1光敏电阻 2光电阻 3光敏晶体管 4光导纤维17．属于传感器动态特性指标的是 DA．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率18．按照工作原理分类,固体图象式传感器属于 AA．光电式传感器 B．电容式传感器C．压电式传感器 D．磁电式传感器19．测量范围大的电容式位移传感器的类型为 aA．变极板面积型 B．变极距型C．变介质型 D．容栅型20．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器,为使其灵敏度高、非线性误差小 CA．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片21.下图所示器件为霍尔传感器何种类型传感器填空题：1、属于能量控制型的传感器有电阻,电容,电感涡流等,属于能量转换型的传感器有压电,磁电等每个至少举例两个;2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用金属的机械变形引起的电阻变化,后者利用半导体材料的电阻率变化引起的电阻变化;3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响,实际应用时常常采用差动工作方式;4、电式传感器的测量电路即前置放大器有两种形式：电压放大器和电荷放大器,后接放大器时,可不受连接电缆长度的限制;5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的涡电流效应;6、磁电式速度计的灵敏度单位是mv/m/s ;7、压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的;1传感器静态特性指标主要有等.而其动态特性指标主要有时域分析和频域分析两部分.2 传感器的精度A含义是在规定范围内,其允许的最大误差值相对测量范围的百分数根据精度等级概念,若测得某传感器A=%,则该传感器应定为级精度.3 传感器线度δA含义是在规定条件下,传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比拟合刻度直线方法有切线法、端基法、最小二乘法三种;μ,相应输出电容变化量△C=25PF,其平均灵敏度为um用切线法4 某电容式位移传感器,当被测位移变化量△X=50m求得线性度为1%.若现采用差动式电容结构,其灵敏度应为1PF/um用切线法求得线性度应为2%5 传感器的最小检测量是指传感器能确切反应被测量的最低限量而言,最小检测量愈小则表示传感器检测微量能力愈高.10-2 1 金属应变片工作原理是应变效应半导体应变片工作原理是压阻效应二者应变灵敏度系数主要区别是-------------------------- --------------------------------------- ---------------------------------------..2 为提高应变片动态测量精度,当被测应变片波长一定时同岁有基长一定时,现有基长分别为10mm和20mm两种应变片,则应选用基长为15mm的应变片,方可减小动态误差,3 应变式传感器产生温度误差的原因为电阻丝有一定的温度系数和电阻丝材料与测试材料膨胀系数不同通常采用的温度补偿方法有单丝自补偿,双丝自补偿,电路补偿等.4应变片灵敏度系数K的测试条件是受一维应力作用、应变片轴向与主应力方向一致、试件材料的泊松比为的钢材;测得的K值大小比应变丝的应变灵敏度系数ks小其原因是横向效应和胶层效应传递变形失真5 为减小温度误差,压阻器件一般采用恒流源供电.而器件本身受温度影响要产生零点温度漂移漂移和灵敏度温度漂移漂移.因此要采用温度补偿措施,方法有零点温度补偿法,灵敏度温度补偿法等.10-3 1 电容式传感器分布电容的存在对测量的危害性是:降低测量灵敏度、引起非线性输出.通常采用消除和减小颁布电容的方法有增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆等.2 平等板式电容传感器,变面积型可用于检测增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆,变间距型可用于检测微小位移而变介质型可用于检测厚度等参数.3 当差动式电容测量电路输出电压为U=C1-C2C1+C2E的形式时E为电源电压,C1和C2为差动电容,则其具有的特点是具有温度补偿功能、灵敏度高、非线性误差小;4 运算法测量电容传感器电路具有的特点是:减小环境温度对测量的影响;5 电容式差压变送器的敏感电容结构是张紧式,其主要特点是精度高、稳定性高; ;10-4 1 差动电感及差动变压器的位移—电压特性均为关于原点对称线性输出-特性,因而测位移存在移动方向判断问题,解决此问题的方法是采用相敏检波电路.2 提高差动变压器输出信号电压的措施有:增大匝数比、增加初级线圈电压、增加激磁电压的频率等;3 差动变压器零点残余电压产生的原因是:基波分量、高次谐波、电磁干扰等,消除和减小的方法有:保证结构对称性、、选选用合适的测量电容、采用补偿电路等.4 电涡流检测线圈结构特点是采用------------------线圈,当被测------------------材料靠近它时,利用线圈变化------------------进行测量.5 电涡流传感器应用方式可分为两大类:即按测量电路不同可分为变频反射式和低频透射式,它主要用于检测位移、振幅、厚度等参数.10-5 1 压电元件的原理是压电效应,它的主要特点是-灵敏度高、工作可靠、质量轻.目前常使用的压电材料有石英晶体、压电陶瓷、锆钛酸铅等.2 压电式传感器对测量------------------信号无响应,其被测信号频带上限取决于------------------,频带下限取决于------------------.3 压电元件测量电路采用前置放大器的目的是:把电压是传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出、放大压电式传感器输出的弱信号.目前经常应用的前置放大器有电压放大器、电荷放大器两种.4 若单片压电片等效电容为C,输出电荷为q,输出电压为U.则将相同两片串接后其总参数C′为c/2,q′为q,U′为2U;若改为两片并接后,其总参数C′为2C,q′为2q,U′为U.5 石英压电元件的纵向压电效应是X方向的作用力,在垂直于x轴的电极面上产生电荷;而横向压电效应是y方向的作用力在垂直于x轴的电极面上产生电荷.10-61 编码器按组成原理可分为-电触式、电容式、感应式、光电式等;编码器按用途不同可分码盘码尺,分别用于检测角度长度参数;2 光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的;是由-照明系统、光栅副、光电接收元件组成的,主要用于-速度、震动、质量-检测等参数;3 莫尔条纹的宽度BH由-光栅常数和光栅夹角决定;一般调节莫尔条纹宽度主要采用的方法是调节光栅夹角;4 振弦式传感器采用------------------系统,其输出为-频率-信号;主要用于检测-力、温度、距离-等参数;5 振弦传感器的固有频率f0与弦线的张力、有效长度-等参数有关;为改善其输出f-T特性的非线性,可采用------------------ ------------------等方法;10-7 1 热电偶的工作原理是-热电-效应,热电势包括-两种导体的接触电势-和-单一导体的温差电势两种,能产生热电势的必要条件是-组成热电极的必须是不同材料、两个接触点必须处于不同的温度场中;2 热电偶补偿导线的作用是是热电偶的冷端温度保持恒定,对选择补偿导线的要求是0~100`C范围内和所连接的热电偶有相同的热点性、价格便宜;3热电阻测温的原理是热点效应,一般目前常用的热电阻有铂、铜、半导体等;4热敏电阻按温度系数分为正温度系数、负温度系数、中间温度系数三种,热敏电阻本身温度取决于环境通电发热、通电发热两个因素;5热敏电阻用于测温元件时,其工作电流要求为很小,应该工作在伏——安曲线的＿＿区域,原因是＿＿＿＿;10-81霍尔元件由于采用了半导体材料,元件才有实用价值,它是一个四端元件,一般可用于检测磁场；电流或电压；功率等参数;2霍尔元件的不等位误差是指不等位电势而言;其产生的原因为＿＿、＿＿等,减小不等位电势的方法有机械修磨、化学腐蚀等;3光电效应分为三类即：外光电效应,相应的器件有光电管；光电导效应,相应的器件有光敏电阻；光生伏特效应,相应的器件有光电池、光敏晶体管;4光电池的原理是利用光生伏特效应;从光照特性可以看出其开路电压与照度为非线性关系,而短路电流与照度成线性效应,所以光电池作为检测元件时应取短路电流的输出形式;三判断对错题用√或×表示1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量;√2、涡流式传感器属于能量控制型传感器×3、压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽;×4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率;×5．压电式传感器可以用来测量静态力及动态力;×6．出现正压电效应,则一定存在逆压电效应;√7. 改变压电传感器的引线电缆后,必须对等效电容C C重新计算;8. 压电片的连接方式有两种,分别是串联形式和并联形式;√9．金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结果影响最大的是机械滞后;√简答和计算题1．什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：是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输另一种物理量的装置,由敏感元件,转换元件,和测量电路;敏感元件是将检测被测量的变化,转换元件是将非电量直接转换为电量的器件,测量电路是将输出的电量变成便于显示,记录,控制和处理的有用电信号的电路;其中核心元件是转换元件;2．什么是静特性包括哪些参数答：传感器的输入信号不随时间变化或者变化非常缓慢时,输出量和输入量之间的函数关系称为静态特性;包括线性度,灵敏度,精确度,最小检测量和分辨力,迟滞,重复性,零漂,温漂;3．超声波的波型有几种是根据什么来分类的答：超声波的波型有纵波、横波、表面波亦称瑞利波、兰姆波;依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分;4.简述电容式传感器的工作原理;答：两平行极板组成的电容器,其电容量为c=s/d;当被测量的变化使式中的任一参数发生变化时,电容量C也就随之变化;电容式传感器检测被测量的变化,并将其转化为电容量的变化,通过测量电路又转化为电压量或是电流量的变化,从而测量出被测量的大小;5.什么是应变效应什么是压阻效应什么是横向效应答：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形拉伸或压缩的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应;压阻效应：对半导体施加一定的时,其产生变化的现象；横向效应：应变片由于纵向应变和横向应变的影响,电阻值减小;6.试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处;答：相同点：在一定条件下能改变自身的物理性质,并且将其转变成电阻的变化;不同点：材料不同,灵敏度不同;半导体基于压阻效应,也就是受到压力时其电阻值会发生变化,但半导体应变片的灵敏系数比金属应变片要大很多,用于大信号输出的场合,但是机械强度低,受温度影响大;金属应变片机械轻度高,灵敏度低,成本也低;7.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答：温度误差：1,对电阻温度系数的影响; 2,试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响;补偿方法：1,电桥补偿法; 2,单丝自补偿法;3.双丝组合式补偿法;8.单臂电桥存在非线性误差,试说明解决方法;答：为了减小和克服非线性误差,常采用差动电桥在试件上安装两个工作应变片,一个受拉应变,一个受压应变,接入电桥相邻桥臂,称为半桥差动电路;比单臂工作时灵敏度提高一倍,同时具有温度补偿的作用;9.涡流式传感器的主要优点是什么电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量答：优点：能对位移,厚度,表面温度,速度,应力,材料损伤等进行非接触式连续测量,具有体积小,灵敏度高,频率响应宽等特点,应用广泛;10.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;金属壳体,专用屏蔽线11.简述电容式传感器的优缺点;电容式传感器测量电路的作用是什么答：优点：温度稳定性好,结构简单,动态响应好,可以实现非接触测量具有平均效应;缺点：输出阻抗大,负载能力差,寄生电容较大;12.简述正、逆压电效应;能否用压电传感器测量静态压力为什么串联连接和并联连接的特点各是什么答：某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时,由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷,当外力去掉时,恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时,电荷的极性随着改变;晶体受力产生的电荷量与外力的大小成正比,这种现象称为正压电效应;反之,如对晶体施加一定变电场,晶体本身将产生机械变形,外电场撤离,变形随之消失,称为逆压电效应;并联形式,其输出电容C为单片电容C的两倍,但输出电压U’等于单片电压U,极板上电荷量q’为单片电荷量q的两倍,串联形式,输出的总电荷q’等于单片电荷q,而输出电压U为单片电压U的二倍,总电容C 为单片电容C的一半;13.说明霍尔效应的原理霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量;设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统;答：一个金属导体薄片或半导体薄片,当在它的两端通过控制电流I并且同时在薄片的垂直方向上加上磁感应强度为B 的磁场时,在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势U H,这种现象叫做霍尔效应;灵敏度和厚度有关,厚度越小,灵敏度越高,但是考虑到厚度对其他因素的影响,厚度不是越小越好;能来测量位移、转速等;液位控制系统原理,霍尔元件固定不动,磁铁与探测杆固定在一起,连接到装液体的容器旁边,通过管道与内部连接;当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号,通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭,如液位低于控制位置时开启阀门,超过控制位置时则关闭阀门;14.磁敏式传感器与电感式传感器有何不同答：磁敏式传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成;而电感式传感器是一种机电转换装置,利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化;15.什么是热电势、接触电势和温差电势答：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路,若导体A和B的连接处温度不同,则在此闭合回路中就有电流产生,也就是说回路中有电动势存在,这种电动势叫做热电动势,是由接触电势和温差电势组成;接触电势：在不同金属的接触面形成的电位差,温差电势在单一导体因为两端的温度不同而产生的电动势;16. 说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律;试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理;现用一支镍铬-康铜E热电偶测温;其冷端温度为30℃,动圈显示仪表机械零位在0℃指示值为400℃,则认为热端实际温度为430℃,对不对答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的温度如何,热电动势为零;根据这个定律,可以检验两个热电极材料成分是否相同,也可以检查热电极材料的均匀性;二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体,只要第三种导体的两接点温度相同,则回路中总的热电动势不变;它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器,也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量;三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知;只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来;四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t 、t 0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t 、t n 和t n 、t 0时的相应热电动势的代数和;中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据;热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法;这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合；二是补偿导线法;将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所如仪表室;根据中间温度定律,只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致,是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法;修正公式为：)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法;不对;17. Pt100和Cu50分别代表什么传感器分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用;答：Pt100表示0℃时电阻为100欧姆,Cu50表示0℃时电阻为50欧姆;18. 试比较热电阻与热敏电阻的异同;答：均能制成温度传感器,热电阻材料是金属,热敏电阻材料是半导体,热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器,其热电特性是线性的；半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数,其灵敏度比热电阻高得多,适于在-100℃～300℃之间测温,其热电特性是非线性的;19. 什么是光电效应,依其表现形式如何分类,并予以解释;在光线的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应;当光照射在物体上,使物体的电阻率ρ发生变化,或产生光生电动势的现象叫做内光电效应,它多发生于半导体内;根据工作原理的不同,内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类;20. 分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件;光电管、 光电倍增管 外光电器件光敏二极管、光敏三极管、光电池 光生伏特效应光敏电阻 光电导效应 21、哪些传感器可选作小位移传感器22、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点是什么涡流式传感器能否测量大位移量为什么答：优点：能对位移,厚度,表面温度,速度,应力,材料损伤等进行非接触式连续测量,体积小,结构简单,不怕油等介质污染;涡流传感器不能测量大位移量,只有当测量范围较小时,才能保证一定的线性度;23、电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量答：厚度,表面温度,速度,应力;24.电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移若能测量理由是什么不能测量理由是什么应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了;答：电涡流传感器不能测量塑料物体移动的位移,因为检测对象错误;塑料不能产生涡流,要在塑料上加装金属材质的物体;25.压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么答：加速度传感器要通过质量块把加速度转换为力作用在压电片上26、某电容传感器平行极板电容器的圆形极板半径 ,工作初始极板间距离 ,介质为空气;问：1如果极板间距离变化量 ,电容的变化量 是多少答：c=εs/d（2 如果测量电路的灵敏度 ,读数仪表的灵敏度 格／mV 在 时,读数仪表的变化量为多少27.画出传感器系统的组成框图,并说明各组成部分的作用;答：传感器由敏感元件,转换元件,和测量电路组成;敏感元件是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量,转换元件是将非电量直接转换为电量的器件,测量电路是将输出的电量变成便于显示,记录,控制和处理的有用电信号的电路; 非电量电量28．粘贴到试件上的电阻应变片,环境温度变化会引起电阻的相对变化,产生虚假应变,这种现象称为温度效应,简述产生这种现象的原因;答：①环境温度变化时,由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在,引起应变片电阻相对变化；②环境温度变化时,敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同,应变片产生附加的拉长或压缩,引起电阻的相对变化;29.如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路,图中1为玻璃盘,2为镀金层,3为金属膜片,介绍其工作原理;答：电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成;两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极,夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极;当两边压力相等时,膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等,转换电路输出U0＝0；当P1＞P2或P2＞P1时,膜片弯向右侧或左侧,Cdb ＜Cab 或Cab ＞Cdb,U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号;30. 有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥,结构组成如图所示;电容传感器起始时b1=b2=b=200mm,a1=a2=20mm 极距d=2mm,极间介质为空气,测量电路u1=3sin ωtV,且u=u0;试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u0;解：根据测量电路可得31. 现有等强度梁有效长=150mm,固定处宽b=18mm,厚h=5mm,弹性模量E=2N/,贴上4片等阻值,K=2的电阻应变片,并接入等臂差动电桥,构成称重传感器;求：1悬臂梁上如何布片又如何接桥 2若输入电压是3v,有输出电压是2mv 时称重量是多少32.图示为某一传感器的工作原理图,这是什么传感器利用了什么原理33. 电容式传感器测量误差产生的主要原因及相应的解决办法;11．检定一台级刻度0-100Pa 压力传感器,现发现50Pa 处误差最大为,问这台压力传感器是否合格;12．采用四片相同的金属丝应变片K=2,将其粘在实心圆柱测力弹性元件上;如图所示,力F=1000kg;圆柱端面半径r=1cm,杨氏模量E=2×107N/cm 2,泊松比μ=.求：1画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应测量电桥原理图2各应变片的应变ε=电阻相对变化量ΔR/R=3若供电桥压U=6V,求桥路输出电压U O =4此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响说明原因; 解：1R 1、R 3沿轴向在力F 作用下产生正应变ε1>0ε3>0；R 2、R 4沿圆周方向贴则产生负应变ε2<0ε4<0;2 4可以补偿环境温度变化的影响因素;因为四个相同电阻应变在同样环境条件下,感受温度变化产生电阻相对变化量相同,在全桥电路中不影响输出电压值,即0414433221144332211=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-∆+∆-∆=∆∆=∆=∆=∆=∆U R t R R t R R t R R t R U RRt R t R R t R R t R R t R ot34.根据你所学的传感器相关知识,下列物理量可以使用什么类型的传感器测量1加速度2位移3压力;敏感元件 转换元件 测量电路 辅助电源。
第7章 压电式传感器习题
3、已知某压电式传感器测量最低信号频率f=1Hz,现要求 、已知某压电式传感器测量最低信号频率 现要求 信号频率时其灵敏度下降不超过5%， 在1Hz信号频率时其灵敏度下降不超过 ，若采用电压 信号频率时其灵敏度下降不超过 前置放大器输入回路总电容C 前置放大器输入回路总电容 i=50pF。求该前置放大器 。 输入总电阻R 是多少？ 输入总电阻 i是多少？ 根据电压前置放大器实际输入与理想输入电压幅 值比公式及题意得： 值比公式及题意得：
q并 = 2q x = 2d11 Fx = 2d11πr p x
2
= 2 × 2.31×10 = 145 ×10
−12
−12
× π ×1 × 0.1×10
2
2
C = 145 pC
并联总电容为单电容的2倍 并联总电容为单电容的 倍
C并 = 2C = 2
ε 0ε r S
t
8.85 ×10 −12 × 4.5 × π ×12 = 2× = 125 pF 0.02 电极间电压
C=
ε 0ε r S
= 3.98 ×10
−11
F
q 6.93 ×10 U= = = 174V −11 C 3.98 × 10
2、某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度 某压电式压力传感器为两片石英晶片并联， 圆片半径r=1cm,ε=4.5, x切型纵向石英晶体压 t=0.2mm，圆片半径 切型纵向石英晶体压 电系数d 电系数 11=2.31×10-12C/N 。当0.1MPa压力垂直作用于 压力垂直作用于 px平面时，求传感器输出电荷 及电极间电压 a的值。 平面时，求传感器输出电荷q及电极间电压 的值。 及电极间电压U 当两片石英晶片并联，输出电荷q并为单片的2倍 当两片石英晶片并联，输出电荷 为单片的 倍
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（）。
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 S C 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 .Fcm/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。
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。
传感器题库及答案
压电式传感器一、选择填空题：1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。
A、结构型B、适于测量直流信号C、适于测量缓变信号D、适于测量动态信号2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。
A、晶体不产生压电效应B、在晶体的电轴x方向产生电荷（C、在晶体的机械轴y方向产生电荷D、在晶体的光轴z方向产生电荷3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B ）。
A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。
A、高，差B、高，好|C、低，差D、低，好5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。
A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。
7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。
二、简答题-1、什么是压电效应纵向压电效应与横向压电效应有什么区别答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。
通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。
2、压电式传感器为何不能测量静态信号答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。
所以压电式传感器不能测量静态信号。
3、压电式传感器连接前置放大器的作用是什么答：前置放大器的作用：一方面把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗，另一方面是放大传感器输出的微弱信号。
5-4 压电式传感器的应用
当膜片 5 受到压力 P 作用后，则在压电晶片上产生电荷。在一个压电片
上所产生的电荷 q 为
q=d11F=d11SP
式中 F——作用于压电片上的力；
(5-42)
d11——压电系数； P ——压强，P=F/S；
S ——膜片的有效面积。
测压传感器的输入量为压力 P，如果传感器只由一个压电晶片组成，则 根据灵敏度的定义有：
第五章习题
5.7 .分析压电式加速度计的频率响应特性。若测量电路的总电容 C= 1 000 pF，总电阻 R= 500 MΩ,传感器机械系统固有频率 f0=30 kHz，相对阻尼 系数ξ=0.5，求幅值误差小于 2 %时，其使用的频率范围 。
5.8.用石英晶体加速度计测量机器的振动,已知加速度计的灵敏度为 5 pC/g （g为重力加速度，g＝9.8 m/s2），电荷放大器灵敏度为 50 mV/pC，当机 器达到最大加速度时，相应输出幅值电压为2V。试计算机器的振动加速 度。
1
0
1
0
2 2
2
0
2
（5-35） （5-36）
§5-4 压电式传感器的应用
相频特性
arctan
2
0
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第五章压电式传感器
5.1 何谓压电效应?何谓纵向压电效应和横向压电效应?
5.2 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。
5.3 试述石英晶片切型(yxlt +50º/45º)的含意。
5.4 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。
5.5 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?
5.6 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?
5.7 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。
5.8 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f n=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。
5.9 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?
5.10 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。