第十章第3单元传感器课时作业
第十章第3单元传感器课时作业
[课时作业]
命题设计
难度
题号
较易
中等稍难
单一目标电容传感器 2
光传感器37、9
温度传感器45、810 压力传感器 6
综合
目标
传感器的应用11211
一、单项选择题(此题共6小题，每题7分，共42分)
1．关于传感器，以下讲法正确的选项是() A．所有传感器的材料差不多上由半导体材料做成的
B．金属材料也能够制成传感器
C．传感器要紧是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上讲法都不正确
解析：半导体材料能够制成传感器，其他材料也能够制成传感器，如金属氧化物氧化锰就能够制成温度计，因此A错，B正确．传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，因此C错．
答案：B
2．如图1所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的不处
涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构
成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流
变化讲明电容值增大时，导电液体的深度h的变化为()
A．增大B．减小
C．不变D．无法确定
目标
解析：电容器的电容增大时，电容器两极板的正对面积增大，故h增大，A选项
正确．
答案：A
3．如图2所示的实验电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R
为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，R与D
相距专门近且不变．以下讲法中正确的选项是
()
A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．不管如何样移动滑动触头，L消耗的功率都不变
解析：电源电压恒定，也确实是讲，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，因此电流变大，那么L消耗的功率变大．
答案：A
4．如图3所示是观看电阻值随温度变化情形的示意图．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形正确的选项是
()
A．假如R为金属热电阻，读数变大，且变化专门明显
B．假如R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．假如R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化专门明显
D．假如R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
解析：由于金属热电阻的化学稳固性较好，测温范畴较大，因而其热灵敏性差一些；
而由半导体材料制成的热敏电阻的电阻值感温灵敏度较高．关于杯中水的温度升高或降低，热敏电阻的阻值变化必定比金属热电阻阻值的变化要大．因此，假设R为金属热电阻时，欧姆表的示数会变大但并不明显(因为金属热电阻阻值会有较小的增大，电路中的电流会有较小的变小)，故A、B两选项错误．同理，假设R为热敏电阻，水升温时其阻值必有明显的变小，欧姆表的示数必有较明显的变化(即减小)，故C选项正确而D选项错误．
答案：C
5．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干．手靠近干手机能使传感器工作，是因为 ( )
A ．改变了湿度
B ．改变了温度
C ．改变了磁场
D ．改变了电容
解析：依照自动干手机工作的特点，手靠近电热器开始工作，手撤离电热器停止工作，人是一种导体，能够与其他导体构成电容．手靠近时相当于连接一个电容，能够确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容．用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，然而假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机．
答案：D
6．如图4所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E ，内阻
不计．不称物体时，滑片P 在A 端，滑动变阻器接入电路的
有效电阻最大，电流最小；称重物时，在压力作用下使滑片P
下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大，如此把电流
对应的重量值刻在刻度盘上，就能够读出被称物体的重力
了．假设滑动变阻器上A 、B 间距离为L ，最大阻值等于定值
电阻R 0的阻值，两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数
为k ，那么所称重物的重力G 与电流大小I 的关系为 ( )
A ．G ＝2kL －EkL IR 0
B ．G ＝kL
C ．G ＝E IR 0
＋kL D ．G ＝kIL 解析：电子地磅上有重物时，依照受力平稳及胡克定律得G ＝k Δx ，不称物体时，滑片P 在A 端，放置重物G 时，滑片下移Δx ，变阻器在电路中的有效电阻为
R ′＝R 0L (L －Δx )＝R 0L (L －G k
)． 由电路的特点，依照闭合电路欧姆定律可得I ＝E R 0＋R ′
，将 R ′代入得I ＝E R 0＋R 0L (L －G k )
，整理得G ＝2kL －EkL IR 0，因此A 正确． 答案：A
二、多项选择题(此题共4小题，每题7分，共28分．每题有多个选项符合题意，全部
选对的得7分，选对但不全的得3分，错选或不答的得0分)
7．如图5所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏
电阻，当照耀光强度增大时 ( )
A ．电压表的示数增大
B ．R 2中电流减小
C ．小灯泡的功率增大
D ．电路的路端电压增大
解析：当光强度增大时，R 3阻值减小，外电路电阻随R 3的减小而减小，R 1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A 项正确，D 项错误；由路端电压减小而R 1两端电压增大知，R 2两端电压必减小，那么R 2中电流减小，故B 项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，那么小灯泡的功率增大，C 项正确．
答案：ABC
8．一样的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t 变
化的关系如图6中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣
物厚度、干湿不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度
可能会在较大范畴内波动，易损坏衣物．有一种用要紧成分
为BaTiO 3被称为〝PTC 〞的专门材料作发热元件的电熨
斗．PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图6中实线②所
示．依照图线分析可知 ( )
A ．原处于冷态的PTC 电熨斗比一般电熨斗升温快
B ．PT
C 电熨斗能自动操纵温度，温度稳固在T 0～T 6之间
C ．PTC 电熨斗能自动操纵温度，温度稳固在T 6～T 7之间
D ．PTC 电熨斗不能自动操纵温度
解析：冷态时PTC 材料电阻小，由P ＝U 2
R
知其发热功率大升温快，A 对．由图可知，温度较低时，PTC 材料电阻小，热功率大，生热大于散热，温度升高，电阻迅速增大，生热功率会减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻减小，生热功率会增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳固在图中T 6～T 7之间，实现自动操纵温度，因此C 对，B 、D 错．
答案：AC
9．如图7所示为光敏电阻自动记数示意图，被计数的制品放在传
送带上，光源安装在传送带一侧，光电计数装置(信息处理系统)
安装在传送带的另一侧，其中R1是光敏电阻，R2是定值电阻，
每当有制品通过时，光线被挡住，计数器就自动把制品数目记
录下来．关于此光电计数器的运用，以下讲法正确的选项是
()
A．当有光照耀R1时，信号处理系统获得低电压
B．当有光照耀R1时，信号处理系统获得高电压
C．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
D．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
解析：当有光线照到R1时，R1的电阻变小，电路电流变大，定值电阻R2两端的电压变大，因此R1分得电压要变小，与之并联的信号处理系统电压也会变小；同理，当有制品通过时，照到R1的光线被制品挡住，R1的电阻变大，信号处理系统获得较高电压，因此正确答案是A、C.
答案：AC
10．家用电热灭蚊器中电热部分的要紧部件是PTC元件，PTC元
件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的
关系如图8所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温两
重功能，对此，以下讲法中正确的选项是
()
A．通电后其功领先增大后减小
B．通电后其功领先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1到t2
之间的某一值不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
解析：依照PTC元件的电阻率随温度变化的曲线可知：在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻领先变小后增大，那么它的功领先变大后变小．温度保持在t1到t2之间的某一值不变，这时候电路处于稳固状态，假如温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；假如温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，因此此题正确答案为A、C.
答案：AC
三、运算题(此题共2小题，共30分．解答时请写出必要的文字讲明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．有数值运算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(15分)如图9所示的装置能够测量汽车在水平路面上做匀加速
直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装
一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着
一个质量为2.0 kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一
端分不压在传感器a 、b 上，其压力大小可直截了当从传感器
的液晶显示屏上读出．现将该装置沿运动方向固定在汽车内，传感器b 在前，传感器a 在后，汽车静止时，传感器a 、b 的示数均为10 N ．(g 取10 m/s 2)
(1)假设传感器a 的示数为14 N 、b 的示数为6.0 N ，求现在汽车的加速度大小和方向．
(2)当汽车以如何样的加速度运动时，传感器a 的示数恰好为零．
解析：(1)对滑块进行受力分析如下图，依题意：
左侧弹簧对滑块的向右的推力
F 1＝14 N
右侧弹簧对滑块的向左的推力
F 2＝6.0 N
滑块所受合力产生加速度a 1，依照牛顿第二定律有：
F 1－F 2＝ma 1
解得：a 1＝F 1－F 2m ＝14－6.02.0
m/s 2＝4.0 m/s 2 a 1与F 1同方向，即向前(向右)．
(2)传感器a 的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F 1′＝0.因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，因此右弹簧的弹力变为F 2′＝20 N.
滑块所受合力产生加速度a 2，由牛顿第二定律得
F 合＝F 2′＝ma 2
解得：a 2＝F 2′m ＝－10 m/s 2，负号表示方向向后(向左)．
答案：(1)4.0 m/s 2，方向向右 (2)10 m/s 2，方向向左
12．(15分)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的．如图10甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图10乙所示的R－t图线表示，闭合开关，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是多少？
解析：从图乙查得t＝20℃时，R的阻值为4 kΩ，
由E＝I1(R＋R g)得：
R g＝E
I1－R＝9.0
2kΩ－4 kΩ＝0.5 kΩ
设当I2＝3.6 mA时，热敏电阻的阻值为R′，那么
R′＝E
I2－R g＝9.0
3.6kΩ－0.5 kΩ＝2.0 kΩ
从图乙中查得现在对应的温度为t2＝120℃. 答案：120℃
传感器·作业标准答案
第一章 ３.r m ＝2/5０×100%＝4% , 因为 r ｍ=Δx ｍ/ｘ≤a ％*x ｎ/x=5% 所以，合格 5. =１68．4８8mA =0.0８2 ６. =１.5６ σ＝０．1０46 x=x ±3σ=１.56±0.3138 1.24６2<ｘ<１．873８ , 无坏值 9.拟合后:ｙ＝０.49９x+１．０2 =0．04／30×1０0%=0．133% K ＝0.499 第二章 传感器第二章习题参考答案 3. 金属电阻应变片，其灵敏度Ｓ=2.5，R =12０Ω，设工作时其应变为１２０0μe,问ΔR 是多少?若将此应变片与2V 直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路的电流各是多少? 解: 无应变时 Ｉ=E/R=2／12０=１６．7mA ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 1211 1 1 2222 2 1 -= -+?++= ∑=n v n v v v n i i n σ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 121%100 )(M ??±=FS ax L L y γ
有应变时: I＝E/（R+ΔＲ)=２/(120+0.3６)=16.6mA 4应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体,直径D=10０ｍm,材料弹性模量Ｅ＝２05*10^９N／Ｍ^2,用它称5０0KN的物体，若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R=1２０欧姆,问电阻变化多少? 7 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路,试问: （ 1 ）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ (2）画出相应的电桥电路图。 答： ①如题图所示等截面悬梁臂,在外力F作用下，悬梁臂产生变形,梁的上表面受到拉应变,而 梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图(b)所示粘贴。 图（a) ? ??? 图（b) ②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图﹙ｃ﹚所示,R1、R4所受应变方向相同,R2、R3 、R4所受应变方向相反。 所受应变方向相同,但与Ｒ １
传感器与测试技术作业题第五章
第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。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，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻R m发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装
部分习题参考答案(传感器原理及应用,第10章)
部分习题参考答案 第10章半导体式化学传感器 10.1 什么是半导体气体传感器？它有哪些基本类型？气体传感器的发展动态如何? 10.2 半导体气体传感器主要有哪几种结构？各种结构气体传感器的特点如何？ 10.3 如何提高半导体气体传感器的选择性？根据文献举例说明，目前实用气体 检测方法常用哪些气敏传感器？它有什么特点？ 10.4 半导体气体传感器为什么要在高温状态下工作？加热方式有哪几种？加热 丝可以起到什么作用？ 10.5 查找文献说明近年有哪些新性的气体传感器。 10.6 什么是绝对湿度？什么是相对湿度？表示空气湿度的物理量有哪些？如何表示？ 10.7 湿度传感器的种类有哪些？主要参数有哪些？简述氯化锂湿度传感器的感湿原理。 10.8 简述半导体湿敏陶瓷的感湿机理。半导体陶瓷湿敏传感器有那些特点？ 10.9 离子选择电极是如何分类的？离子选择电极分析法有什么特点？试述离子 选择电极的结构与测量原理。 答案： 10.1答：（略）
10.2答： 1）按构成气敏传感器的材料可分为半导体和非半导体两大类；按半导体的物理特性，气敏传感器可分为电阻型和非电阻型。 2）早期电化学和光学方法，其检测速度慢、设备复杂、使用不方便；新型金属氧化物半导体传感器由于灵敏度高、体积小、使用方便，已广泛用于检测、分析领域。电阻型气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化，电阻型气敏传感器是目前使用较广泛的一种气敏元件，传感器主要由敏感元件、加热器、外壳三部分组成。非电阻型气敏传感器有不同类型，如利用MOS二极管的电容-电压特性变化，利用MOS场效应管的阈值电压的变化，利用肖特基金属半导体二极管的势垒变化进行气体检测。 10.3答：（略） 10.4答： 1）因为在常温下，电导率变化不大，达不到检测目的，因此以上结构的气敏元件都有电阻丝加热器，加热时间2～3分钟，最佳工作温度为200℃～400℃。 2）加热方式分为直热式和旁热式。电阻型气敏传感器加热的目的有两个方面的因素，一是为了加速气体吸附和上述的氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度，另外使附着在传感器元件壳面上的油雾、尘埃烧掉。 10.5答：（略） 10.6答： 1）绝对湿度指单位体积空气内所含水汽的质量，一般用每立方米空气中所含水汽的克数表示
传感器原理与应用作业参考答案
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
《传感器与测试技术》作业(1)和(2)答案讲解
《传感器与测试技术》作业（1）和（2）答案 按照《传感器与测试技术》课程教学设计方案的要求，本课程的平时作业共布置4次记分作业，每次作业满分2.5分，共10分。 在完成记分作业的前提下，辅导教师还可根据学生学习的实际情况，再布置一些有针对性的作业，作为对记分作业的补充，供学生更好地掌握学习内容。 前2次的记分作业如下： 第1次记分作业：第5周前完成 ．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。 答： 传感器做为测试系统的第一环节，将被测系统或测试过程中需要
观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。通常，传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。 信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，对信号进行放大等。 显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。 ．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些？ 答：（1）灵敏度高，线性度好； （2）输出信号信噪比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声；（3）滞后、漂移小； （4）特性的复现性好，具有互换性； （5）动态性好； （6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。 ．传感器的动态特性的评价指标有哪些？ 答：（1）时间常数τ （2）上升时间 t r （3）稳定时间（或响应时间） t W （4）超调量δ ．提高传感器性能的方法有哪些？ 答：（1）非线性校正 （2）温度补偿 （3）零位法、微差法
（4 ）闭环技术 （5 ）平均技术 （6 ）差动技术 （7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施 ．简述应变式电阻传感器的工作原理。 答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化， 这一现象就是电阻丝的应变效应。 设有一段长为 ，截面为 ，电阻率为 的金属丝，则它的电阻为 当它受到轴向力F 而被拉伸(或压缩)时，其 、 、 均发生变化，因应变而导致金属电阻值的变化，即是应变式电阻传感器的工作原理。 ．《传感器与测试技术》教材P80 第5题。 答： (1) 0/R k R ε?= 021*******R k R εμ?∴=?=?= 200012020000.24R R μμ?==?=Ω (2) 00120005522 R U U mV R ?==??= ．简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。 答：（1）恒压源式供电：电桥输出与电压U 成正比，电桥的输出
传感器习题第5章 电容式传感器
第5章 电容式传感器（P99） 5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系。 图5-7 解： 电容式液位计的电容值为：d D n h C C 1)(210εεπ-+ =，其中d D n H C 120πε=。 可见C 与液面高度h 呈线性关系。 可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T 形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。 可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R 的并联，R 上的电压为0U ，则有： )(0d x C C E Rf RI U -?== 其中，C x 为电容式液位计的电容值，f 为方波的频率，ΔE =E 2-E 1为方波的幅值，C d 为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节 d D n H C C d 120πε==，则输出电压0U 与 液位h 之间呈线性关系。 5－5 题5—5图为电容式传感器的双T 电桥测量电路，已知Ω== =k R R R 4021， d D n h C C 1) (210εεπ-+ =环形二极管电容测量电路原理图 E V R
Ω=k R L 20，V e 10=，MHz f 1=，pF C 100=，pF C 101=，pF C 11=?。求L U 的 表达式及对于上述已知参数的L U 值。 解： ()() V C C Uf R R R R R R U L L L L 18.010110110202040) 20240(40)()() 2(1262 012 =??????+?+?= -?++=- 5－8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路，p U 为恒压信号源，1C 和2C 是差动式电容传感器，0C 是固定电容，其值10C C >>，20C C >>，设二极管41~D D V V 正向电阻为零，反向电阻为无穷大，信号输出经低通滤波器取出直流信号AB e 。要求： ① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号()21,C C f e AB =的表达式； ③ 画出桥路中A U 、B U 、AB e 在21C C =、21C C >、21C C <三种情况下的波形图（提 示：画出p U 正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出AB e 的表达式）。 解： 等效电路为： U p t 题5—8图
传感器与测试技术作业答案
5.有一电阻应变片，其灵敏度 ， ，设工作时其应变为1000με，问ΔR 为多少？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：(1).无应变时电流表示值；(2).有应变时电流表示值；(3).电流表指示值相对变化量；(4).试分析这个变量能否从表中读出。 解：(1).无应变时，电流的表示值为 (2).根据d =R R x S ε，可得621201000100.24x R SR -?=ε=???Ω=Ω； 则有应变时电流表示值 1.5=12.475120+0.24U V I mA R ==ΩΩ ； (3).电流表指示值相对变化量12.512.475δ1000.212.5I I ?-= =?=％％； (4).电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA 的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA 的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的零位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，可根据需要采用放大器放大。 6.以阻值 ，灵敏度 的电阻丝应变片与阻值为120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V ，并假定负载电阻为无穷大，当应变片为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。 解：(1).当应变片为2με时，单臂电桥的输出电压为 双臂电桥的输出电压为 (2).当应变片为2000με时，单臂电桥的输出电压为 双臂电桥的输出电压为 根据电桥的灵敏度0/U S R R = ?可知，单臂电桥的灵敏度是双臂电桥的灵敏度的一半。 7.有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片以提高灵敏度。试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么。(1)半桥双臂各串联一片；(2)半桥双臂各并联一片。
传感器技术第五章习题解答
第五章 1、什么是霍尔效应？一个霍尔元件在一定的电流下，其霍尔电势与哪些因素有关？ 答：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势。这种效应称霍尔效应，该电势称霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。 一个霍尔元件在一定的电流下，其霍尔电势与以下因素有关： （1）输入电阻Ri与输出电阻Ro; （2）不等位电势Uo和不等位电阻ro； （3）灵敏度K H； （4）寄生直流电势U； （5）霍尔电动势温度系数a； （6）内阻温度系B； （7）热阻Rq。 2、温漂在霍尔元件中时非常显著的，怎样消除霍尔元件的温漂？答：为了减少霍尔元件的温度误差，除选用温度系数小的元件或选用恒温措施外，由U H=K H IB可看出；采用恒流源供电是个有效措施，可以使霍尔电势稳定。 3、说明霍尔元件为什么要引入形状修正函数。为何说某些半导体材料是制造霍尔元件的最佳材料？ 答：霍尔元件的几何形状对霍尔电势U H有一定的影响，式
U H=K H IBf(l/b)仅表示霍尔片的长度l远大于宽度b时的U H,但实际上当b加大或l/b减小时，载流子在磁场中的损失会加大，U H将下降。通常用形状因子f(l/b)对上式加以修正。 霍尔效应是一种磁敏效应，一般在半导体薄片的长度X方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在宽度Y方向上会产生电动势UH，这种现象即称为霍尔效应。UH称为霍尔电势，其大小可表示为： U H=R H IB /d（1）式中，R H称为霍尔系数，由导体材料的性质决定；d为导体材料的厚度，I为电流强度，B为磁感应强度。 设R H/d=K,则式（1）可写为：U H=KIB (2) 可见，霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比，K称霍尔系 霍尔系数:K=1/(n*q)式中,n为载流子密度,一般金属中载流子密度很大,所以金属材料的霍尔系数系数很小,霍尔效应不明显;而半导体中的载流子的密度比金属要小得多,所以半导体的霍尔系数系数比金属大得多,能产生较大的霍尔效,故霍尔元件不用金属材料而是用半导体! 霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等.
传感器作业及答案
霍尔传感器 1．填空题 （1）霍尔传感器是利用霍尔效应来进行测量的。通过该效应可测量电流的变化、磁感应强度的变化和电流、磁感应强度的变化。 （2）霍尔传感器由半导体材料制成，金属和绝缘体不能用作霍尔传感器。 （3）当一块半导体薄片置于磁场中有电流流过时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。 2．选择题 （1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。 a．金属b．半导体c．塑料 （2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。 a．位移量b．湿度c．烟雾浓度 （3）霍尔传感器基于（ a ）。 a．霍尔效应b．热电效应c．压电效应d．电磁感应 （4）霍尔电动势与（a,d ）。 a．激励电流成正比b．激励电流成反比 c．磁感应强度成反比d．磁感应强度成正比 3．问答题 （1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关? 答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应。 霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。 （2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。 图7-15液位控制系统的工作原理 答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。 如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。
传感器课后答案
第一章 1、何为传感器及传感技术？ 人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称 为传感技术。 2、传感器通常由哪几部分组成？通常传感器可以分为哪几类？若按转换原理分类，可以分成几类？ 传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传 感器的组成部分。 传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。 按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。 3、传感器的特性参数主要有哪些？选用传感器应注意什么问题？ 传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。 正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。 准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。 动态参数：时间常数t:在恒定激励理 第二章 1、光电效应有哪几种？与之对应的光电器件和有哪些？ 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生 伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管） 2、什么是光生伏特效应？ 光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。 3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器 件最为合适。 光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于 反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。当有光照 射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电 流，该反向电流称为光电流。 不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴 对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。 探测可见光和赤热物时，硅管。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？
高考物理一轮复习第十章电磁感应(第1课时)课时作业(含解析)
高考物理一轮复习第十章电磁感应（第1课时）课时作业（含解 析） 课时作业 【基础练习】 一、电磁感应现象的判断 1．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关如图所示连接．下列说法中正确的是( ) A．开关闭合后，线圈A插入或拔出时都会引起电流表指针偏转 B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流表指针均不会偏转 C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流表指针静止在中央零刻度D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流表指针才能偏转 A解析：开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起穿过线圈B的磁通量发生变化；线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间，穿过线圈B的磁通量会发生变化；开关闭合后，滑动变阻器的滑片P无论匀速滑动还是加速滑动，都会导致线圈A的电流发生变化，从而引起穿过线圈B的磁通量变化，只要线圈B中磁通量变化，与电流表形成的闭合电路中就会产生感应电流，电流表指针发生偏转． 2．(2019·辽宁省实验中学期中)科学家研究发现，磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而变小，如图所示电路中GMR为一个磁敏电阻，R 和R2为滑动变阻器，R1和R3为定值电阻，当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态，则( ) A．只调节滑动变阻器R，当P1向右端移动时，电阻R1消耗的电功率最大 B．只调节滑动变阻器R，当P1向右端移动时，带电微粒向下运动 C．只调节滑动变阻器R2，当P2向下端移动时，电阻R1消耗的电功率变大 D．只调节滑动变阻器R2，当P2向下端移动时，带电微粒向下运动
A解析：只调节滑动变阻器R，当P1向右端移动时，滑动变阻器R接入电路的阻值增大，左侧电路中的电流减小，电磁铁的磁性减弱；由于电磁铁的磁性减弱，导致了磁敏电阻的阻值减小，则通过R1的电流增大，其消耗的电功率增大，电容器两端的电压增大，板间场强增大，微粒所受的电场力增大，所以带电微粒向上运动，A正确，B错误；只调节滑动变阻器R2，当P2向下端移动时，回路中电流不变，电阻R1消耗的电功率不变，电容器两端电压增大，板间场强增大，微粒所受的电场力增大，所以带电微粒向上运动，C、D错误。 3．(2017北京西城区模拟)如图所示，固定于水平面上的金属架abcd处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MbcN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t ＝0开始，磁感应强度B随时间t变化的示意图最可能的是( ) C解析：要使回路中不产生感应电流，只有回路中磁通量不发生变化，由B0l2＝Bl(l ＋vt)，得到B＝B0l l＋vt ，所以C选项正确． 4．(多选)如图所示，在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环．以下判断中正确的是( ) A．释放圆环，环下落时产生感应电流 B．释放圆环，环下落时无感应电流 C．释放圆环，环下落时环的机械能守恒 D．释放圆环，环下落时环的机械能不守恒 BC解析：由条形磁铁磁场分布特点可知，穿过其中央位置正上方的圆环的合磁通量为零，所以在环下落的过程中，磁通量不变，没有感应电流，圆环只受重力，则环下落时机械能守恒． 二、楞次定律的理解及应用 5．两个大小不同的绝缘金属圆环a，b如图所示叠放在一起，小圆环b有一半面积在大圆环a中，当大圆环a通上顺时针方向电流的瞬间，小圆环b中感应电流的方向是( )
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【最新整理，下载后即可编辑】 第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、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、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、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。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （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：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±? Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。 2.5描述传感器动态特性的主要指标有哪些？ 零阶系统常采用灵敏度K，一阶系统常采用时间常数τ、灵敏度K，二阶系统常采用固有频率ω0、阻尼比ζ、灵敏度K来描述。 2.6试解释线性时不变系统的叠加性和频率保持特性的含义及其意义。
传感器课后题答案
第五章 3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。 霍尔效应：将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 霍尔传感器工作原理：霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uho霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比。 4?简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。 组成：从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1'电极用于加控制电流，称控制电流，另一对2-2'电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 电路图： 5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。 答：它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。 7?说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。原理：石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，在光轴方向时，不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F 特点：石英晶体：（1）压电常数小，时间和温度稳定性极好；（2）机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；（3）居里点573°C,无热释电性，且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用。 压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作
传感器作业答案
第二章 测量误差与数据处理 1、测量数据中包含哪三种误差它们各自的含义是什么 系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号保持不变，或 在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随 机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。 粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者 疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。 2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：, , , , , , , ,, , , , ,,。试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。 解：1）求算术平均值 2）求单次测量值的标准差估计值 3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2） 经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。 4）重新求解上述各值，得： ； mm x x i i 404.12015 15 1 == ∑=- ∧ σmm 033.01 )(12 ＝--= ∑=∧ n x x n i i σmm g n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈?===∧ ∧ σσα)15,...,2,1(=>i K v G i mm x 41.120=- mm 016.0＝∧ σmm g n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈?===∧ ∧σσα
经检查所有的 ，故无粗大误差。 5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差 因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014 8 7 1 =-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。 6）求算术平均值的标准差的估计值 7）P ＝ 时，查t 分布表，v ＝n －1＝14－1＝13，查表得t α＝，最后的测量结果： 3、一台精度等级为，量程范围为600～1200℃的温度传感器，其最大允许绝对误差是多少检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，问此表是否合格 解： 即此传感器的最大允许绝对误差为3℃，检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，大于3 ℃，则此传感器不合格 第三章 信号分析与处理 1.对余弦信号分别推导出傅里叶级数的 1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱； 2）复指数展开式并画出其实频谱和虚频谱图以及幅频谱、相频谱。 解： 2）余弦信号的傅里叶级数复指数展开式为 在－w 0处，C nR ＝1/2 C nI =0 在w 0处， C nR ＝1/2 C nI =0 )14,...,2,1(=传感器技术第3版课后部分习题解答
光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业 第一章习题一 1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏 离）程度的指标。 2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出- 输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变 动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨 力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变 化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近） 程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等； 按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
传感器与检测技术试卷及答案
传感器与检测技术试卷及答案 （（（（试卷一试卷一试卷一试卷一）））） 第一部分选择题（共24 分） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2 分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项 是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。 1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（C）A．压力B．力矩C．温度D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（ D ） A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ A ）A．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4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（D ） A．变极板面积型B．变极距型 C．变介质型D．容栅型 5．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（ C ） A．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 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ D ）A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度 C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD 是一种（） A．PN结光电二极管电路B．PNP 型晶体管集成电路 C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路 8．将电阻R 和电容C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是 （） A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次 采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（） A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最 小输入电压信号为（） A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（） A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（） 第二部分非选择题（共76分） 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小 题的空格内。错填或不填均无分。 13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。 14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过 的能力。 15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs= 。 17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。19．电容式压力传感器是变型的。 20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。 21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。 22．热敏电阻常数B 大于零的是温度系数的热敏电阻。 23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为?1? 2? 3 ?4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分） 25．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。 26．回答与直线式感应同步器有关的下列问题： （1）它由哪两个绕组组成？ （2）鉴相式测量电路的作用是什么？ 27．简述压磁式扭矩仪的工作原理。 28．说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。 29．简述激光视觉传感器将条形码的信息传输的信号处理装置的工作过程。 30．采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？ （（（（答案一答案一答案一答案一）））） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分） 1.C 2.D 3.A 4.D 5.C 6.D 7.C 8.D 9.A 10.B 11.A 12.B 二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12 分） 三、问答题（本大题共6小题，每小题4分，共24 分） 25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电 缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。 26．（1）由固定绕组和滑动绕组组成。 （2）检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。 27．压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生 变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。28．主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。29．（1）多面棱镜高速旋转，将激光器发出的激光束反射到条形码上作一维扫描。 （2）条形码反射的光束经光电转换及放大元件接收并放大后再传输给信号处理装置。 30．由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。 四、计算题（本大题共3小题，每小题8分，共24 分） （（（（试卷二试卷二试卷二试卷二）））） 一、填空题(每空1分，共15分) 1.如果仅仅检测是否与对象物体接触，可使用_______作为传感器。 2.红外图像传感器由红外敏感元件和_______电路组成。 3.在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表_______。 4.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_______。 5.当磁头相对于磁尺不动时，仍有感应电动势输出的是静态磁头，且输出电势的幅值由_______所决定。 6.动态标定的目的，是检验测试传感器的_______指标。 7.确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号发生器和_______。 8.传感器的频率响应特性，必须在所测信号频率范围内，保持_______条件。 9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。 10.SnO2型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。 11.有源滤波器由集成运放和_______组成。 12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。 13.多路模拟开关由_______和多路双向模拟开关组成。 14.为了提高检测系统的分辨率，需要对磁栅、容栅等大位移测量传感器输出信号进行_______。 15.若随机信号x(t)、y(t)的均值都为零，当τ→∞时，它们的互相关函数Rxy(τ)=_______。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题 干的括号内。每小题1分，共15 分) 1.对压电式加速度传感器，希望其固有频率( ) A.接近零 B.尽量低些 C.尽量高些 D.任意 2.( )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。