传感器 课后题及答案

本文格式为Word版，下载可任意编辑——传感器课后题及答案第1章传感器特性

1．什么是传感器？（传感器定义）

2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3.传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释以下名词术语：

1)敏感元件;2)传感器;3)信号调理器;4)变送器。5．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？

6．某传感器精度为2%FS，满度值50mv，求出现的最大误差。当传感器使用在满刻度值1/2和1/8时计算可能产生的百分误差，并说出结论。

7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时，

，

又为多少？

，相角

各为多少？

8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。

9.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。10.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。11．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：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。

12．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。

13．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。14．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。

15．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。16.已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为：y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？

17.某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回复以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）:⑴利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。

⑵利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。

⑶采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。

18.设阻抗Rs为1kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10pF/m。

第3章电感式传感器

1.表达变磁阻式传感器的工作原理。

2.说明差动变压器（螺线管式）传感器的结构形式与输出特性。3.什么是零点剩余电压，有哪些方法可以进行剩余电压补偿？

4.用差动变压器进行位移测量时采用那种电路形式可以直接由输出电压区别位移的大小和方向？

5.什么是电涡流效应？电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？分别利用哪些物理量进行检测，由哪个电参量转换进行电量输出的？6．差动电感结构有什么优点，采用什么电路可有线形输出？7．电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？8．试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。

9．分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？

10．图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4π×10-7H﹒m-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.

11．简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。电感：12．问振幅是5V，频率是1000Hz的正弦波交流的有效值为多少？周期为多少？13.在膜厚传感器上，厚度l越大，线圈的自感系数是变大还是变小？第4章电容式传感器1.电容传感器有哪些类型？

2.表达电容传感器的工作原理，输出特性。

3.为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？4.电容传感器的测量电路有哪些？表达二极管双T型交流电桥工作原理。5.说明P100图5-17差动式电容压力传感器结构和工作原理。

6.P90图5-6，已知变面积型电容传感器的两极板间距离为d=10mm;ε=50μF/m;两极板几何尺寸一样为30mm*20mm*5mm（长*宽*厚）;在外力作用下动极板在原位置向外移动10mm（宽）；试求ΔC=？。7．差动式电容测厚传感器系统的工作原理？

8．如图：电容传感器的双T电桥测量电路，已知R1=R2=R=40K，RL=20K，

E=10V，f=1MHz，C1=10pF，C1=1Pf。求UL的表达试，带入参数求UL的值。

9．推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较。

10．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？

11．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%时就应当中止，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。12．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。

13．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ε0,ε2＞ε1，以及极板宽度为W。其他参数如图F1-8所示。

14.在上题中，设δ=d=1mm，极板为正方形（边长50mm）。ε1=1,ε2=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。

15.简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理及特点

第5章磁电式传感器

1.为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？2.变磁阻式传感器有哪几种结构形式？可以检测哪些非电量？

3.磁电式传感器是速度传感器，它如何通过测量电路获得相对应的位移和加速度信号？4.什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？影响霍尔电势的因素有哪些？

5.集成霍尔器件有哪几种类型？试画出其输出特性曲线。

6.有一测量转速装置，调制盘上有100对永久磁极，N、S极交替放置，调制盘由转轴带动旋转，在磁极上方固定一个霍尔元件，每通过一对磁极霍尔元件产生一个方脉冲送到计数器。假定t=5min采样时间内，计数器收到N=15万个脉冲，求转速n=？转/分。

7.磁敏元件有哪些？（磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管）什么是磁阻效应？简述磁敏二极管、晶体管工作原理。

8.磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？与霍尔元件在本质上的区别是什么？9.磁敏晶体管与普通晶体管的区别是什么？10．试证明霍尔式位移传感器的输出与位移成正比。

11．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？

12.霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？13.简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。

14.发电机是利用导线在永久磁铁的磁场中作旋转运动而发电的。无论负载怎样消耗这个电能，永久磁铁不会变弱，这是什么道理？第6章压电式传感器

1.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？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？

2.石英晶体X、Y、Z轴的名称是什么？有哪些特征？

3.简述压电陶瓷特性，作为压电元件比较他与石英晶体有哪些特点？4.说明电压放大器与电荷放大器的优缺点，各自要解决什么问题？

5.用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器振动，已知，加速度计灵敏度为5pc/g;电荷放大器灵敏度为50mv/p，最大加速度时输出幅值2v，试求机器振动加速度。

6．超声波传感器利用压电材料制成发射器和接收器，说明它们各利用哪种压电效应？7．电荷放大器所要解决的核心问题是什么？试推导其输入输出关系。8．简述电压试加速传感器的工作原理？

9.为什么压电传感器寻常都用来测量动态或瞬态参量？

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x7143Pa时为负，故不能使用。17．答：

⑴20。C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。V0在48.78～67.63mV之间变化。⑵假使R2=10MΩ，R3=250kΩ，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，假使零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。但相对（2）得状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）。由于电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）

=0.0005=5*10-4。②因Δl/l=300*10-6，所以，ΔR/R=2*300*10-6=6*10-4。

14．答：

R=ρ(l/S)中，ρ(镍)是（95～104）*10-8Ω·m，ρ（铜）是1.72*10-8Ω·m，所以R（镍）/R（铜）=ρ（镍）/ρ（铜）=（95～104）/1.72=55.2～60.5。

15．答：假定输入输出端没有电流流过，流过阻抗Z4和Z1的电流为i4，流过阻抗Z3和Z2的电流为i3，由基尔霍夫电压定律得以下关系式：（Z4+Z1）i4=(Z3+Z2)i3=Vi(1)i4Z4=i3Z3+Vi(2)

由（1）式得

（3）

（4）

将（3）和（4）代入（2）求得V0为：V0=i4Z4-i3Z3

=（

）Vi=

Vi

16．答：由等效力学模型得，当有位移输入u(t)时，盛物器的相对位移x的运动方向为：

（6）

因此，假使物体以振动频率f（角频率ω=