自动控制习题答案

第一章一、单项选择题1.传感器中直接感受被测物理量的部分是（C

）。A.转换元件B.转换电路C.敏感元件D.调理电路2.在传感器组成部分中，将非电量转换为电信号的是（B

）。A.敏感元件B.转换元件C.转换电路D.A/D转换器3.按输出信号的性质分类，电阻应变式传感器属于（A）。A.模拟型传感器B.数字型传感器C.开关型传感器D.代码型传感器4.按传感器能量源分类，压电式传感器属于（A

）。A.有源型传感器B.无源型传感器C.电容式传感器D.电阻式传感器5.希望将信号传送到一千米之外，应选用具有（D

）输出的标准变送器。A.0∽2VB.1∽5VC.-10∽10VD.4∽20mA6.传感器能告知的输入变化量越小，表示传感器的（C）A.线性度越好B.重复性越好C.灵敏度越高D.精确度越高7.下列传感器的指标中，不属于传感器的动态性能指标的是（C）。A.稳定时间B.固有频率C.过载能力D.幅频特性8.通过动态标定可以确定传感器的（D）。A.精确度B.重复性C.线性度D.固有频率9.传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为（B）。A.线性度B.灵敏度C.稳定性D.回程误差10.测试装置能检测输入信号的最小变化能力称为（D）。A.精度B.灵敏度C.精密度D.分辨力11.传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的（C）特性。A.幅频B.相频C.动态D.静态12.传感器的静态特性指标之一是（D）。A.幅频B.相频C.稳定时间D.线性度13.在相同工作条件下，传感器对同一被测量进行多次连续测量所得结果的分散范围较小，说明该传感器的（B）A.灵敏度较高B.重复性较好C.分辨力较高D.测量量程越大14.在尘埃、油污较严重，温度变化大，并伴有振动等干扰的恶劣环境下测量时，首先要考虑传感器的（C）A.精度B.灵敏度C.稳定性D.响应特性15.要测量很微小的压力，选用压力传感器时应首先考虑（B）A.精度B.灵敏度C.稳定性D.线性度16.检测系统的基本误差中符合统计法则的是（B）。A.绝对误差B.随机误差C.系统误差D.粗大误差17.某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0．5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在此例子中产生心理作用的主要因素是（B）。A.绝对误差B.示值相对误差C.引用误差D.准确度等级18.用万用表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1．8V，该误差属于（B）。A.粗大误差B.系统误差C.随机误差D.动态误差19.仪器结构不完善所引起的误差属于（D）。A.引用误差B.随机误差C.过失误差D.系统误差20.检测系统的基本误差中符合周期性、累进性、线性变化的是（C）。A.绝对误差B.随机误差C.系统误差D.粗大误差二、填空题1.传感器检测系统中，中间转换电路的作用是将（敏感）元件的输出信号转换成易于处理或测量的电信号。2.传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是（敏感元件）。3.通常传感器由（敏感元件）、（转换元件）和（转换电路）组成。4.传感器是把外界（非电量）转换成（电量）的器件或装置。5.传感器检测系统中，中间转换电路的作用是将（敏感）元件的输出信号转换成易于处理或测量的电信号。6.利用某些物质的某些性质随被测参数的变化而变化的原理制成的传感器，称为（物性型）传感器。7.按传感器能量源分类，需要外加电源才能正常输出信号的传感器称为有源型传感器。8.测试系统的静态特性指标主要有：（灵敏度、非线性度和回程误差）。9.传感器的输入输出特性指标可分为（静态指标）和（动态）指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的（静态）指标，而频率响应特性是传感器的（动态）指标。10.线性系统具有（频率）保持性；系统输入一个正弦信号，则其稳态输出的（幅值）和（相位）一般会发生变化。11.当传感器的输入量为常数或随时间变化缓慢时，传感器的输入与输出之间的关系称为（静态特性）。12.传感器的动态响应取决于传感器本身的特性和（输入）信号的形式。13.某传感器的满量程输出值为X，输入输出特性的校准曲线与拟合直线不一致的最大偏差的绝对值为，则该传感器线性度的计算公式为（）。14.当传感器感受的被测物理量有微小变化时，该传感器输出的变化量较大，则说明该传感器的（灵敏度）较高。15.传感器检测系统中，中间转换电路的作用是将（敏感）元件的输出信号转换成易于处理或测量的电信号。16.在相同条件下，传感器对同一被测量进行多次连续测量所得结果不一致程度的指标，称为（重复性）。17.对传感器进行（动态标定）的主要目的是检验测试传感器的动态性能指标。18.传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为（动态特性）。19.线性关系的好处是可以使模拟式仪表刻度（均匀），使数字式仪表不必采用（线性化）环节。20.由于检测系统的（惯性和滞后），当被测量随时间变化时，检测系统的（输出）往往来不及达到平衡状态，处于动态过渡过程之中，所以检测系统（输出量）是时间函数，其间的关系用（动态特性）来表示。三、简答题1.何为传感技术及传感器？答：通常将能把被测物理量或化学量转换成为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术则被称为传感技术。2.传感器通常有几部分组成？它们的作用与相互关系怎样?答：传感器一般由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成。3.传感器的发展趋势？答：=1\*GB3①采用新原理、开发新型传感器；=2\*GB3②开发新材料；=3\*GB3③实现传感器的集成化与智能化。=4\*GB3④研究生物感官，开发仿生传感器。4.简述非电量电测法具有的优越性。答：1）便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大扩展仪器的测量量程。2）电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可以测量快速变化的量。因此采用电测技术具有很宽的测量频率范围（通频带宽）。3）把非变量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可以实现远距离的自动测量。（电流源）4）非电量转换为数字信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且重要的是能与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。5.对检测系统的基本要有哪些？答：对检测系统的基本要求就是使检测系统的输出信号能够真实地反映被测物理量的变化过程，不使信号发生畸变，即实现不失真检测。一个理想的检测系统应该具有单一的、确定的输入、输出关系，即对于每个确定的输入量，都应有唯一的输出量与之对应，并且以输出与输入呈线性关系为最佳。而且系统的特性不应随时间的推移发生变化。6.线性系统的频率保持性在检测中有何用途？答：线性系统的频率保持性，在检测工作中具有非常重要的作用。因为在实际检测中，检测得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，只有与输入信号频率相同的成分才可能是由输入引起的响应，其他的频率成分都是干扰噪声。利用这一特性，就可以采用相应的滤波技术，在有很强的噪声干扰的情况下，也能将有用的信息提取出来。同样在故障诊断中，根据检测信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，根据频率保持性推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的原因。7.检测系统的基本特性是什么？答：（1）静态特性：灵敏度、漂移、线性度，稳定性、精确度；（2）动态特性：8.什么是传感器的线性度？如何计算？答：传感器的输入/输出校准曲线与理论拟合直线之间不一致的程度称为传感器的线性度。其计算公式为:

其中Y为理论满量程输出值；为输入/输出校准与理论拟合直线之间最大偏差。9.什么是传感器的静态特性、动态特性？答:静态特性是指当传感器的输入量不随时间变化或随时间变化很缓慢时，传感器的输出量与输入量之间的关系特性。动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性。10.什么系统误差和是随机误差？随机误差具有哪些特征？随机误差产生的原因是什么？答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。11.什么是传感器的绝对误差、相对误差，引用误差？答：（1）绝对误差绝对误差是指测量值与约定真值的差值，即=-。绝对误差说明了系统示值偏离真值的大小，其值可正可负，具有和被测量量相同的量纲。（2）相对误差相对误差是针对绝对误差有时不足以反映测量值所偏离约定真值的程度而设定的。在实际测量中，相对误差有下列表示形式：①实际相对误差：实际相对误差用绝对误差与约定真值的百分比表示，即②标称相对误差：标称相对误差用绝对误差与被测量值的百分比表示，即（3）引用误差：引用误差用绝对误差与仪器量程的百分比表示，即四、计算题1.某位移传感器，当输入量变化4mm时，输出电压变化2000mV，求其灵敏度。答：K=200mV/4mm=50(mV/mm)。2.某测温度系统由铂电阻温度传感器、电桥、放大器和记录仪组成，各自的灵敏度分别为0.4Ω/℃、0.01V/Ω、100(放大倍数)、0.1cm/V。（1）求该测温系统的总灵敏度。（2）求记录仪笔尖移动4cm时所对应的温度变化值。答：设系统总灵敏度为K0,而K1=0.4Ω/℃，K2=0.01V/Ω,K3=100,K4=0.1cm/V则（1）K0=K1K2K3K4=0.4×0.01×100×0.1=0.04(cm/℃)（2）由题意知，记录仪笔尖移动ΔY=4cm，则对应的输入温度变化值为ΔX=ΔY/K0=4/K0=4/0.04=100(℃)3.求一传感器，其输入/输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差ΔLmax=3℃，理论测量程测量范围为-50℃~100℃，求该传感器的线性度。答：4.某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差以mV计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论?答：满量程（YF▪S）为50﹣10=40（mV），可能出现的最大误差为：当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。5.有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度。（1）式中，—输出电压，V；—输入温度，ºC。（2）式中，—输出电压，V；—输入温度压力，Pa。答：根据题给传感器微分方程，得(1)τ=30/3=10（s），；（2）τ=1.4/4.2=1/3(s)，K=9.6/4.2=2.29(V/Pa)。6.已知一热电偶的时间常数s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在ºC～500ºC之间接近正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度。试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。答：依题意，炉内温度变化规律可表示为：℃由周期T=80s，则温度变化频率f=1/T，其相应的圆频率：温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应为℃热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为因此，热电偶输出信号波动幅值为℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为℃℃输出信号的相位差为º相应的时间滞后为t=7.一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即式中，—输出电荷量，pC；—输入加速度，m/s2。试求其固有振荡频率和阻尼比。答：由题给微分方程可得8.用一个一阶传感器系统测量100Hz的正弦信号时，如幅值误差限制在5%以内，则其时间常数应取多少?若用该系统测试50Hz的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多少？答：根据题意（取等号计算）解出所以当用该系统测试50Hz的正弦信号时，其幅值误差为相位差为。9.一只二阶力传感器系统，已知其固有频率f0=800Hz，阻尼比=0.14，现用它做工作频率f=400Hz的正弦变化的外力测试时，其幅值比A()和相位角()各为多少；若该传感器的阻尼比=0.7时，其A()和()又将如何变化?答：所以，当ξ=0.14时当ξ=0.7时10.有三台测温仪表，量程均为0∽800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?答：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器。11.有一块压力表，其正向可测到0.6MPa，负向可测到-0.1MPa。现只校验正向部分，其最大误差发生在0.3MPa处，即上行和下行时，标准压力表的指示值分别为0.305MPa和0.295MPa。问该表是否符合准确度等级为1.5的要求？答：该压力表的量程为：0.6MPa-（-0.1MPa）=0.7MPa；测量误差为：△上=0.305MPa-0.3MPa=0.005MPa，△下=0.3MPa-0.295MPa=0.005MPa；压力表的基本误差为0.005MPa，满刻度（满量程）相对误差为：δmax=0.005/0.7╳100%=0.714%<1.5%。第二章一、单项选择题（正确答案只有一个）1.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转换为（C）或电流的输出变化。A.电阻B.电容C.电压D.电荷2.某单臂电桥的输出电压为10V，其输出电压与电阻变化量呈非线性关系，线性化后的输出电压为10.2V，该电桥的非线性误差为（B）A.1.96%B.2%C.8%D.92%3.金属导体的电阻值随机械变形而变化的物理现象称为（C）A.压电效应B.压阻效应C.应变效应D.霍尔效应4.半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的（B）A.应变效应B.压阻效应C.压电效应D.压磁效应5.在电阻应变片中对金属丝的要求，下面哪一项是正确的（C）A.具有较低的电阻系数B.具有较大的温度系数C.具有较高的弹性极限D.对铜的热电动势要大6.描述金属电阻应变片工作原理的是（C）A.dR/R=Kε

B.dR/R=EεC.dR/R=dL/L-dS/S

D.dR/R=dL/L+dS/S7.电阻应变片传感器是利用金属的(A)将被测机械量转换成()。A.电阻应变效应电阻变化B.压电效应电压变化C.热电效应电流变化D.热阻效应电阻变化8.压阻式传感器和应变式传感器相比，工作原理类似，以下说法正确的是（B）。A.两者都主要依靠改变电阻率和截面积而改变阻值大小B.前者主要依靠改变电阻率改变阻值大小，后者主要依靠变形改变阻值大小C.前者主要依靠变形改变阻值大小，后者主要依靠改变电阻率改变阻值大小D.以上都对9.半导体应变片的灵敏度随（A）的不同而不同。A.半导体材料B.杂质浓度C.载荷的大小D.半导体尺寸10.被测结构应变一定时，可以采用（B）方法使电桥输出最大。A.多贴片B.使4个桥臂上都是工作应变片C.交流测量电桥D.电阻值较小的应变片11.将电阻应变片贴在不同的（C）上，就可以分别做成力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器构件12.金属应变片的最大工作电流是指（C）。A.金属应变片工作时的平均电流B.金属应变片不工作时的平均电流C.金属应变片能承受的最大电流D.金属应变片能提供的最大电流13.应变式压力传感器的敏感元件和转换元件分别是（B）。A.薄臂圆筒和电桥B.弹性膜片和应变片C.都是应变片D.半导体和应变片14.应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能应选择（B）测量转换电路。A.单臂半桥B.四臂全桥C.双臂半桥15.下列4种方法，不能作为金属应变片的温度补偿法的是（D）。A.桥路补偿法B.应变片的自补偿C.热敏电阻法D.滤波法16.在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用（D）传感器来检测。A.应变片B.热敏电阻C.气敏电阻D.湿敏电阻二、填空题1.在电子秤中常使用电阻（应变）式压力传感器。2.直流电桥平衡时，电桥相对两臂电阻值的（乘积）相等。3.在电阻应变测量中，为了减小温度影响，常把工作应变片和温度补偿应变片设置再电桥的（相邻）桥臂上。4.金属丝在外力作用下发生机械变形时，它的电阻值将发生变化，这种现象称为（电阻应变效应）；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称为（压阻效应）；直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为（横向效应）。5.设计位移测量系统时，可以直接选用合适的位移传感器，还可以选用合适的（速度）传感器或合适的加速度传感器来实现位移测量。6.在直流电桥中，电桥输出灵敏度最高的接法是（差动接法）。7.将电桥接成差动方式可以提高（灵敏度），改善（非线性），实现（温度）补偿。为了补偿温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在（相邻）桥臂上。8.半导体应变片以（压阻）效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的（几十）倍。9.电桥是将（电阻）、（电感）、（电容）等参数的变化变为（电压或电流）输出的一种测量电路。按照电桥的供电电源可分为两类：一类（直流电桥）、另一类（交流电桥）。10.电阻式传感器是（将被测物理量（非电量）转换成电阻值的）变化的传感器。常见的电阻式传感器有电位器传感器、（应变式电阻传感器）、（压阻式传感器）、（热电阻传感器和（热敏电阻）传感器等。三、简答题1.什么叫金属导体应变电阻效应？电阻应变片的基本结构由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：金属的应变电阻效应，即金属导体材料在受到外界拉力或压力作用时，产生机械变形，机械变形导致导体材料的阻值变化，这种因形变而使其电阻值发生变化的现象称为金属的应变电阻效应。电阻应变片的基本结构由1敏感栅、2导线、3覆盖层和4基底四个部分组成。敏感栅是应变片内实现应变—电阻转换的传感元件。为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将它固结在纸质或胶质的基底上，再在敏感栅上面粘贴一层纸质或胶质的覆盖层，起防潮、防蚀、防损等作用。导线即为敏感栅引出线，用以与外接测量电路连接。应变片使用时用粘结剂将基底粘贴到试件表面的被测部位，基底及其粘合层起着把试件应变传递给敏感栅的作用。为此基底必须很薄，而且还应有良好的绝缘、抗潮和耐热性能。2.什么是金属电阻应变片的灵敏度系数？它与金属电阻丝的灵敏度系数有何不同？为什么？答：金属电阻应变片的灵敏系数k是指应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。而应变电阻材料金属电阻丝的应变灵敏系数k0是指应变电阻材料金属丝的阻值相对变化与应变电阻材料金属丝的的应变之比。实验表明：k小于k0。其原因是：①由于基片粘合层传递应变有损失。②存在横向效应的缘故。3.电桥的灵敏度与非线性误差是如何定义的？答:电桥的灵敏度是指单位输入量时的输出的变化量，即=；即非线性误指输出电压线性化后的相对误差，即=。4.应变片产生温度误差的原因及减少或补偿温度误差的方法是什么？答：应变片产生温度误差的原因是敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差。包括（1）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。可采用自补偿和线路补偿的方法来减少或补偿温度误差。5.金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？答：金属电阻应变片的工作原理是基于导体材料的“电阻应变效应”，半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的“压阻效应”。和金属电阻应变片相比，半导体应变片具有灵敏度系数大，横向效应小，机械滞后小，尺寸小等优点，但是，半导体应变片多数用薄硅片制成，容易断裂，其测试时的可测应变范围通常限制在3000με左右，而金属电阻应变片的可测应变值达40000με。另外，半导体应变片的温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重，所以其应用仍然受到一定的限制。6.有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试途在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。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，电路图如图2-23（a）所示。（2）半桥双臂各并联一片，电路图如图2-23(b)所示。答：未增加电阻应变片时，半桥双臂的灵敏度为：（1）当半桥双臂各串连一片时：简化电路，设时，计算得：。所以不能提高灵敏度。（2）当半桥双臂各串连一片时：简化电路，设时，计算得：。所以不能提高灵敏度。7.图2-24所示为金属应变片全桥性能实验电路原理图，图中R1、R2、R3、R4为完全相同的电阻应变片。（1）试说明组成全桥时四个电阻应变片应如何连接，如果不考虑应变片的受力方向实验结果会怎样？（2）说明图中三个电位器RW1、RW2和RW3的作用。答：（1）R1、R2、R3、R4组成全桥时，四个电阻应变片将受力相同的应变片放在相对的桥臂上。如果不考虑应变片的受力方向将会使结果输出电压几乎不随应力变化。（2）三个电位器的作用：RW1用于电桥条平衡，RW2用于仪表放大器调增益，RW32用于输出电压的电路调零。四、计算题1.利用应变片测力，现有阻值R=120Ω，灵敏度K=3的应变片和阻值为120Ω的固定电阻，将它们组成电桥，电桥输入电压为10V，当应变片的应变为时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较他们的灵敏度。解：单臂输出的电压为：单臂输出电压灵敏度为：双臂输出的电压为：双臂输出电压灵敏度为：。从以上可知，双臂电桥的输出电压灵敏度是单臂电桥的2倍。2.已知应变片的阻值为100Ω，固定电阻的阻值也为100Ω，由一个应变片和3个固定电阻组成单臂电桥，电桥电压E=10V。假设应变片的ΔR<<R。试计算:（1）该电桥的灵敏度；

（2）当电阻应变片的电阻变化量为2Ω时，电桥的非线性误差是多少？解：（1）电桥的输出电压：（2）3.采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。解：单臂时，所以应变为1时/V，应变为1000时应为/V；双臂时，所以应变为1时/V，应变为1000时应为/V；全桥时，所以应变为1时/V，应变为1000时应为/V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。4.采用阻值R=120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？解：由于不知是何种工作方式，可设为n，故可得：mV得n要小于2，故应采用全桥工作方式。5.如图2-25所示为对一受力F的等强度梁的应变量ε进行测量的差动半桥测量电路，电压U=3V。假设两片完全相同的应变片R1、R2的灵敏度系数为K=2.0，初始电阻为R0=120Ω，配接的两个标准电阻R3、R4的固定值为R3=R4=120Ω。如果测得等强度梁受力为F时，差动半桥测量电路的输出电压U0=12mV。试求此时等强度梁的应变ε。答：6.以阻值R=120Ω，灵敏度系数k=2的金属电阻应变片与阻值为R=120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为U=3V，并假定负载电阻为无穷大。当应变片的应变为2με和2000με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。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）当应变片的应变为2με时，单臂、双臂电桥的输出电压分别为：（1）当应变片的应变为2000με时，单臂、双臂电桥的输出电压分别为：通过计算可知：双臂电桥的灵敏度比单臂电桥的灵敏度高一倍。单个电阻传感器接入惠斯通电桥，电桥的输出电压与被测电阻相对变化ΔR/R成非线性关系。图2-26所示为四种电桥的实现输出电压与被测电阻相对变化ΔR/R成线性关系。是分别推导给出输出电压与输入被测电阻相对变化ΔR/R的关系式。答：第三章一、单项选择题1.在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入（），可测得最大的电容量。A．塑料薄膜B．干的纸C．湿的纸D．玻璃薄片2.电子卡尺的分辨率可达0.01mm，行程可达200mm，它的内部所采用的电容传感器型式是（B）。A．变极距式B．变面积式C．变介电常数式3.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中（B）。A．电容和电感均为变量B．电容是变量，电感保持不变C．电容保持常数，电感为变量D．电容和电感均保持不变4.利用湿敏电容可以测量（B）。A．空气的绝对湿度B．空气的相对湿度C．空气的温度D．纸张的含水量5.电容式接近开关对（D）的灵敏度最高。A．玻璃B．塑料C．纸D．鸡饲料6.自来水公司到用户家中抄自来水表数据，得到的是（D）。A．瞬时流量，单位为t／hB．累积流量，单位为t或m3。C．瞬时流量，单位为k／gD．累积流量，单位为kg7.管道中流体的流速越快，压力就越（B）。A．大B．小C．不变D．不确定8.为了提高变极距型电容传感器的灵敏度、线性度和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（D）工作方式。A.同步B.异步C.共模输入D.差动9.介质变化电容式传感器可以用来测量（D）。A.电解质的厚度B.电解质的位移C.电解质的液位D.以上3种都可以用电容式传感器测量物体的位移，当位移变化5cm时，电容变化量为0.05F，则此传感器的灵敏度是(A)。A.1F/mB.0.5F/mC.1.5F/mD.2F/m11.直线位移圆筒电容式传感器外圆筒的孔径为D，内圆筒（或圆柱）的直径为d，覆盖长度为L。若外圆筒的孔径变为原来的2倍，要使其灵敏度不便，应做怎样的变化(C)。A.L变为原来的2倍B.L变为原来的1/2C.d变为原来的2倍D.d变为原来的1/212.差动电容传感器采用脉冲调宽电路作测量电路时，其输出电压正比于(B)。A.C1-CB.(C1-C2)/(C1+C2)C.C1+C2/C1-C2D.ΔC1/C1+ΔC2/C213.能够感受湿度的电容传感器属于变(C)的电容传感器。相对面积B.极距C.介质D.参数14.节流流量计是利用（9）测量流量的。A.流体遇到一定形状物体产生漩涡频率正比流速B.导体切磁力线产生感应电势正比于流速C.流体使管内涡轮转动速度正D.利用差压或流速求流量二、填空题1.电容式检测元件按被测量所改变电容器的参数可分为：（变极距式）、（变面积式）、和（变介电式）三种。2.如果一个极距变化型的电容传感器的极距由1μm变化到10μm，电容量由1μF变为（0.1μF）。3.节流流量计又叫(差压式流量计)，它是利用流体流经节流装置时产生(压力差)的原理来实现流量测量的。4.变极距型电容位移传感器只有在（小位移）测量时，其灵敏度才为常数。5.电容式压力传感器应用的是变（极距）型的差动连接法。6.把电容式位移传感器做成差动形式，既可以提高（灵敏度）又可以使零点附近工作特性的线性度得到改善。7.利用差动变压器式位移传感器进行测量时，为了辨别输入位移的方向，处理电路中必须有（相敏检波环节）。8.节流式流量计的流量系数与(孔口对管道的面积)、(取压方式)、(节流装置的形式)因素有关。9.常用的流量计有：(孔板流量计)、(转子流量计)、(电磁流量计)和涡轮流量计等。三、简答题1.电容式传感器有什么主要特点？答：优点：（1）温度稳定性好（2）结构简单（3）动态响应好（4）可以实现非接触测量，具有平均效应。缺点：（1）输出阻抗高，负载能力差（2）寄生电容影响大2.根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？各适用于什么场合？答：根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有三种基本类型，即变极距(d)型（又称变间隙型）、变面积(A)型和变介电常数(ε)型。变间隙型可测量位移，变面积型可测量直线位移、角位移、尺寸，变介电常数型可测量液体液位、材料含水量、材料厚度等。3.如何改善单级式变极矩型传感器的非线性？答：非线性随相对位移的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合于小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系。变极距式电容传感器一般采用差动结构。4.（1）给出采用运算放大器对极距变化型电容传感器进行比例运算实现输出电压与被测极距变化成线性关系的测量电路。（2）说明实现输入输出变为线性的道理？解：图示是运算放大器式电容式传感器电路原理图,图中Cx为电容式传感器电容；Co为固定电容（通常取传感器的初始电容）；Ui是交流电源电压;Uo是输出信号电压;由运算放大器工作原理可得：传感器是极距变化型电容传感器，则有：可得：输出电压与被测量位移成线性。5.图示为采用差动电容传感器C1、C2充放电的脉宽调制接口电路。说明接口电路的工作原理。答：工作原理：（1）Q=1时，向R1C1充电，A1的反向输入端电位上升；在Q=1、期间电容C2通过VD2迅速放电，A2反向输入端为低电平。（2）当A1的反向输入端充电超过UR时，A1产生一置“0”脉冲使触发器翻转。A点电位变低，B点电位变高，电容C2充电C1迅速放电。当A2反向输入充电超过UR时，A2产生一置“1”脉冲使触发器再次翻转。如此反复，形成周期性的脉宽调制波形。6.简述差动式电容测厚传感器系统的工作原理。答：电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各放置一块面积相等，与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器、。把两块极板用导线连接起来成为一个极。而带材就是电容的另一个极，其总容量为,如果带材的厚度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化测出来，经过放大即可由电表指示测量结果。四、计算题1.已知：圆盘形电容极板直径D=50mm，间距，在电极间置一块厚0.1mm的云母片（云母片，空气）。求：（1）无云母片及有云母片两种情况下电容值及C2是多少？（2）当间距变化时，电容相对变化量及是多少？答：1）2）令则2.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，空气的介电常数为，极板间距1mm，

当极距减少0.1mm时，其电容变化量和传感器的灵敏度为多少？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。解：差动结构：3.有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器（参考图3-2（a）），其中a=8mm，b=12mm，l两板极间距离为1mm。一块极板在原始位置上平移了5mm米后，求该传感器的位移灵敏度K（已知空气相对介电常数，真空时的介电常数。）答：电容变化量传感器的位移灵敏度带入数据，K=1.06210-12F/m。第四章一、单选题1.利用差动变压器式位移传感器进行位移测量时，为辨别物体的移动方向，处理电路中必须具有的环节是（D）。A.滤波B.放大C.整流D.相敏检波2.变压器隔离电路中实现传递信号的途径是（C）。A.光电耦合B.漏电耦合C.磁通耦合D.电容耦合3.变压器式压力传感器属于（C）。A.电阻式传感器B.电容式传感器C.电感式传感器D.压电式传感器4.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了（C）。A.将输出的交流信号转换成直流信号B.提高灵敏度C.使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度D.减小非线性误差5.差动变压器式位移传感器中线圈之间的互感M(B)A.始终保持不变B.随被测位移的变化而变化C.不随被测位移的变化而变化D.随线圈电流的变化而变化二、填空题1.电感式位移传感器的电感量L是几何参数、（线圈匝数）和磁导率的函数。2.为了提高自感式传感器特性的线性度和灵敏度，实用中大都采用（差动）式。3.利用差动变压器式位移传感器进行测量时，为了辨别输入位移的方向，处理电路中必须有（相敏检波环节）。4.电感式传感器也称为(变磁阻式)传感器，它是利用(电磁感应)原理将被测物理量转换成线圈(自感系数)和（互感系数）的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化，从而实现非电量到电量的转换。5.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出不为零，这个不为零的电压称为(零点残余电压)；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向或正负可采用(相敏检波电路)。6.电感式传感器是一种利用(磁路磁阻)变化，引起传感器线圈的(自感)或(互感)变化来检测非电量的一种机电转换装置。电感式传感器的工作基础是(电磁感应)。三、简答题1.简要说明差动式变压器式位移传感器在零点附近测量时存在的问题。

答:在零点附近测量时，存在零点残余电压，会造成测量误差。2.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。零点残余电动势是由于差动变压器两电感线圈绕制得不均匀，上下磁路的不对称及其材料的特性不一致造成的两电感等效参数不对称致使零输入时有电压输出。4.试分析差动变压器相敏检波检测电路的原理。答：相敏检波检测电路的原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。5.试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。答：（1）不同点：自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。（2）相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙式、截面式和螺管型3种。6.（1）解释差动变压器传感器与普通变压器有何异同？（2）差动变压器的零点残余电压是如何产生的？答：（1）差动变压器的工作原理与普通变压器的工作原理基本相同，都是利用互感的原理工作的。不同之处在于普通变压器是闭合磁路，而差动变压器是开式磁路，普通变压器原边、副边的互感是常数，而差动变压器的原边、副边的互感随铁心的移动作相应变化。（2）差动变压器的零点残余电压主要是由于副边的两电感线圈绕制得不均匀，上、下磁路的不对称及上下线圈磁性材料的特性不一致造成两电感等效参数不对称而形成的存储电压。7.变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于何场合？各有什么优缺点？答：变间隙式灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米到几百微米的位移；变面积式灵敏度较低，但线性范围较大，除E型和四极型外，还常做成八级、十六极型，一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移，线性范围达；螺管式可测量几纳米到一米的位移，但灵敏度较前两种低。8.什么是涡流效应？电涡流传感器的特点是什么？答：（1）当导体置于交变磁场或在磁场中运动时，导体上引起感生电流，此电流在导体内闭合，称为涡流。电涡流的产生，必然要消耗一部分磁场能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化。（2）涡流式传感器具有结构简单、频率响应快、灵敏度高、抗干扰能力强、体积小、能进行非接触测量等持点。四、计算题1.已知变气隙型自感式电感传感器的铁心截面积，磁路长度，相对磁导率，气隙，真空磁导率，线圈匝数W=300，求单端式传感器的灵敏度，若做成差动结构形式，其灵敏度将如何让变化？答：所以，做成差动结构形式灵敏度将提高一倍。2.如图4-1所示变气隙型自感式电感传感器，衔铁截面积mm2，气隙总长度mm，衔铁最大位移mm，激励线圈匝数匝，导线直径mm，电阻率Ω·cm，当激励电源频率Hz时，忽略漏磁及铁损，求：（1）线圈电感值；（2）电感的最大变化量；（3）线圈的直流电阻值；（4）线圈的品质因数；（5）当线圈存在200pF时分布电容与之并联后其等效电感值。答：（1）线圈电感值（2）衔铁位移Δδ=+0.08mm时，其电感值=1.31×10-1(H)=131mH衔铁位移Δδ=﹣0.08mm时，其电感值=1.96×10-1(H)=196(mH)故位移Δδ=±0.08mm时，电感的最大变化量为ΔL=L﹣L=196﹣131=65(mH)（3）线圈的直流电阻设为每匝线圈的平均长度，则=249.6（4）线圈的品质因数（5）当存在分布电容200PF时，其等效电感值5-12、如图1所示，差动螺管式电感传感器，其结构参数如下：mm，mm，mm，mm，，导线直径mm，电阻率Ω·cm，线圈匝数匝，铁芯相对磁导率，激励电源频率Hz。要求：=1\*GB3①估算单个线圈的电感值？直流电阻？品质因数？=2\*GB3②当铁芯移动mm时，线圈的电感的电感的变化量?=3\*GB3③当采用交流电桥检测时，其桥路电源电压有效值V，要求设计电路具有最大输出电压值，画出相应桥路原理图，并求输出电压值。第五章一、单选题1.OC门的基极输入为低电平、其集电极不接上拉电阻时，集电极的输出为（B）。A.对地饱和导通B.高阻态C.高电平D.低电平2.根据传感器能量源分类，下列属于有源型传感器的是（

C

）A.电阻式B.电容式C.磁电式D.霍尔式3.下列传感器，不适合测量静态力的是（D）A.电容压力传感器B.电感压力传感器C.涡流压力传感器D.压电压力传感器4.按传感器的工作机理进行分类，压电式传感器属于（B）A.结构型B.物性型C.电阻型D.电感型5.压电式加速度传感器后接的电荷放大器的输入阻抗应大于（D）A.B.C．D.6.压电式传感器属于（D）A.电流型传感器B.结构型传感器C.电压型传感器D.物性型传感器7.压电元件的等效电路可以是（C）。A.电容和电荷源串联B.电容和电压源并联C.电阻和电压源串联D.电容和电荷源并联8.下列压力传感器，不外加电源也能工作的是（C）A.压阻式传感器B.电感式传感器C.压电式传感器D.应变式传感器9.压电传感器的前置放大器的主要作用是(B）。A.对传感器的输出信号进行滤波B.把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出C.把传感器的低阻抗输出变换为高阻抗输出D.对传感器的输出信号进行解调10.以下关于压电式传感器的说法正确的是（B）。A.压电传感器是能量控制型传感器B.压电传感器是能量转换型传感器C.压电传感器用于测量力和位移D.压电传感器用于测量力和加速度12、压电式加速度传感器是(C)信号的传感器。A.适于测量直流B.适于测量缓变C.适于测量动态D.适于测量任意13.阻抗变换的作用是将传感器的（A）。A.高输出阻抗变为低输出阻抗B.低输出阻抗变为高输出阻抗电容C.电压信号变成电流信号输出D.电流信号变成电压输出14.日常生活常见的蜂鸣器中发出“嘀······嘀······”声的压电片发声原理是是利用压电材料的（B）。A.压电效应B.逆压电效应C.应变效应D.电涡流效应15.用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（A）原理。A.逆压电效应B.正压电效应C.磁阻效应二、填空题1.磁电式传感器是利用（电磁感应定律）将被测量转变成（感应电动势）输出而进行测量的一种传感器。它的工作不需要供电电源，而是直接从被测物体吸取（机械）能量并转换成（电）信号输出，是一种典型的有源传感器。2.磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成(电信号)的一种传感器。它不需要辅助电源就能把被测对象的机械能量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。3.一般情况下，压电式加速度传感器的几个尺寸越大，（固有频率）越低。4.当某些晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷，去掉外力时电荷消失，这种现象称为（压电效应）。5.当测量缓慢变化信号或测量以电荷输出的场合时，可以将两个压电元件进行（串联使用）。6.压电式传感器在使用电压前置放大器时，连接电缆长度改变，测量系统的（输出电压）也发生变化。压电式传感器在使用（电荷）放大器时，输出电压几乎不受连接电缆长度变化的影响。7.当压电式加速度计固定在试件上而承受振动时，质量块产生一可变力作用在压电晶片上，由于（压电）效应，在压电晶片两表面上就有（电荷）产生。8.动态传感器中，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。9.一般要求一个检测装置的输入阻抗（)大）,而输出阻值抗（)小）。10.压电传感器输出可以是（电压）信号，也可以是（电荷）信号，因此前置放大器有两种形式：（电压放大器）和（电荷放大器）。其作用一是（把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗）；二是（放大传感器输出的微弱信号）。11.某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生（极化）现象，同时在它的两个表面上便产生（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（压电）效应。当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，把这种（机械能）转换为（电能）的现象，称为“正压电效应”。当在电介质（极化）方向施加电场，这些电介质也会产生（几何变形），这种现象称为“逆压电效应”。三、简答题1.说明磁电式传感器与变气隙式电感传感器的区别。答：变气隙式电感传感器没有永久磁铁，只是个铁心线圈，磁电式传感器是把衔铁的运动速度转换为电压，电压与位移对时间的变化率成正比，而变气式电感传感器是将衔铁位移转换为线圈电感变化，电感与位移成对应关系。2.磁电式传感器和自感式传感器有何异同？为什么后者可测量静态位移或距离而前者却不能？答：相同点：二者都有线圈和活动衔铁。不同点：（a）磁电式传感器的线圈是绕在永久磁钢上，磁电式传感器有永久磁铁。自感式传感器的线圈是绕在不带磁性的铁心上。（b）自感式传感器的自感取决于活动衔铁与铁心的距离，磁电式传感器的感应电压取决于活动衔铁的运动速度。自感式传感器当衔铁不动时，气隙磁阻不变化，线圈磁通不变化，线圈就没有感应电压，因此自感式传感器可测量静位移或距离，而磁电式传感器却不能。4.为什么磁电感应式传感器又叫做速度传感器？怎样用它测量运动位移和加速度？答：根据电磁感应定律，磁电感应式传感器的线圈感应电压与线圈磁通对时间的导数成正比，而实现磁通变化有两种方式：活动衔铁相对磁铁振动或转动，线圈相对磁铁振动或转动。这两种方式的感应电压都与振动或转动的速度成正比，因此磁电感应式传感器又叫速度传感器。在磁电感应式传感器后面接积分电路可以测量位移，后面接微分电路可以测量加速度。因为位移是速度的积分，而加速度是速度的微分。5.说明压电加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器的原因。答：压电传感器本身的内阻很高，而输出的能量有非常微弱，因此在使用时，必须接高输入阻抗的前置放大器。电荷放大器输入电压与电缆分布电容无关。因此，连接电缆即使长达百米以上，电荷放大器的灵敏度也无明显变化。因此，压电式加速度传感器要使用高输入阻抗电荷放大器。6.简述压电式压力传感器的工作原理。答:压电式压力传感器的工作原理:压力通过膜片或活塞通过压块作用在晶片上，晶片上产生了电荷，经后接放大器的变换，由显示或记录测量数据，从而实现压力的测量。7.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。四、计算题1.已知磁电式速度传感器的技术参数如下：频率范围5~100Hz，位移幅值范围为5mm（峰-峰值），加速度幅值范围为0.1~30g（g=9.8m/s2），无阻尼固有频率为5Hz，线圈电阻为600Ω，横向灵敏度最大为20%，灵敏度为4.88V/(m/s),质量为170g。假设测量的振动是简谐振动。（1）在有效载荷作用下测得最低频率时，位移的振幅为5mm，试计算这时的输出电压值。（2）频率为100Hz时，测得输出电压幅值为0.5V，确定这时的速度和相应的位移。答：由位移x=Asinωt，可知振动速度为v=dx/dt=Aωcosωt，其幅值为Av=Aω；振动加速度为a=dv/dt=-Aω2sinωt，其幅值为Av=Aω2。（1）当位移的振幅为5mm时，速度的振幅为：Av=Aω=2πfA=2π×20×5×10-3m/s=0.628m/s。输出电压值：U0=KAv=4.88×0.628=3.06V（2）速度幅值：Av=U0/K=0.5/4.88=0.102m/s，位移幅值A=Av/ω=0.102/(2πf)=0.102/(2π×100)=1.62×10-4m。2.用压电式加速度传感器与电荷放大器构成的系统测量振动，压电加速度传感器的灵敏度为25pC/（m/s2），电荷放大器的灵敏度为50mV/pC。当施加振动加速度时，测得最大输出电压为=0.5V。

（1）试求所施加的振动加速度的幅值A。

（2）电压式加速度传感器后接电荷放大器有哪些优点？答:（1）该系统总的灵敏度为：K=25×50=1250（mV/（m/s²））

A===0.4（m/s²）（2）压电式加速度传感器与电荷放大器相连具有的优点是:①电荷放大器具有高输入阻抗；②输出电压与电缆分布电容无关，连接电缆即使长达百米以上电荷放大器的灵敏度也无明显变化。3.一压电式传感器的灵敏度K1＝10pC／MPa，连接灵敏度K2=0.008V／pC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=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=16mm。4.压电式加速度传感器与电荷放大器连接。已知：传感器的电荷灵敏度kq=100(pC/g)，反馈电容Cf=0.01(μF),被测加速度a=0.5g。求（1）电荷放大器的输出电压是多少?（2）电荷放大器的灵敏度是多少?（注：pC为皮库伦，g为重力加速度）解：（1）压电式加速度传感器的电荷量：Q=0.5g×100(pC/g)=10pC；电荷放大器的输出电压U0=Q/Cf=5mV；（2）电荷放大器的灵敏度：U0/Q=0.1mV/pC5.图-22是用压电式传感器和电荷放大器测量某种装置的振动，已知传感器的灵敏度为10mv/g，测得输出电压峰值为UOM=0.04V，振动频率为100HZ，试求：（1）求机器振动的加速度最大值am(m/s2)；（2）假定振动为正弦波，求振动的速度v(t)；（3）求振动幅度最大值xm。解：（1）（2）（3）对加速度二次积分即可得出：6.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2.5pC／g（g为重力加速度，g=9.8m／s2），电荷放大器灵敏度为80mV／pC，当机器达到最大加速度时，相应的输出幅值电压为4V。试计算机器的振动加速度。解：系统灵敏度Sn等于加速度计传感器的灵敏度与电荷放大器的灵敏度的乘积，即Sn=2.5(pc/g)80（mV/pc）=200（mV/g）。系统灵敏度、输出电压幅值及被测加速度幅值三者之间的关系为，所以该机器的加速度幅值为第六章一、单选题某转动轴的径向截面上贴有4块磁钢，利用霍尔元件与转轴上的磁钢接近产生脉冲的方法测量轴的转速。若频率计测得的频率为50Hz，则轴的转速为（C）。A.200r/min

B.500r/min

C.750r/min

D.1000r/min2.霍尔元件采用恒流源激励是为了（B）。A.提高霍尔灵敏度系数KHB.克服温漂C.减少不等位电势

D.提高霍尔输出电压UH3、下列属于四端元件的是（C）。A.光敏二极管B.压电晶片C.霍尔元件D.光敏电阻二、填空题1、把一导体（或半导体）两端通一控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动式，这种现象称为(霍尔效应)，这个电动势称为(霍尔电势)。2、霍尔效应的产生是由于（运动电荷）受磁场中的（洛仑兹力）作用的结果。3、霍尔式传感器是一种基于（霍尔效应），将电流、磁场、位移、压力、压差、转速等被测量转换成（电动势）输出的传感器。三、简答题1.简述霍尔式压力传感器的工作原理。答:工作原理:波登管在压力作用下，其末端产生位移，带动霍尔元件在均匀梯度的磁场中运动。当霍尔元件通入恒定电流时，便产生与被测压力成正比的霍尔电动势，完成压力到电量的变换。2.为什么霍尔元件用半导体而不用金属？答：因为导体材料的介电常数虽然很大，但是电阻率很小，故不宜做霍尔元件，而绝缘体材料虽然电阻率很大，但介电常数很小。所以也不能做霍尔元件。二者使霍尔系数较低。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比金属大得多，能产生较大的霍尔效应，故霍尔元件不用金属材料而是用半导体。3.什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。霍尔元件温度补偿的方法主要有利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。4.图为霍尔压力检测元件示意图，试简述其工作原理？答：在无压力作用时，霍尔元件处于两对磁场的中间位置，由于两对磁场方向相反，因而经过霍尔元件的磁感应强度为零，即。（2分）当被测压力P作用再弹簧管上时，弹簧管在压力的作用下自由端产生位移，如当被测压力升高，弹簧管自由端向前伸长，推动霍尔元件向前移动，改变霍尔元件在线性磁场中对称性，从而经过霍尔元件的磁感应强度不为零，导致霍尔元件输出霍尔电势。（3分）。5.设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。答：液位控制系统原理如图所示，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。四、计算题1.利用霍尔式转速传感器测量轴的转速，在轴的径向装有12个磁钢，频率计读出输出电动势的频率为f=60Hz，试求:（1）被测轴的转速n；（2）若频率计的计数误差为±1，则转轴的最大转速误差为多少？.答:（1）n=60f/z=60×60/12=300（r/min）频率计计数误差为±1，即△f=±1Hz，则转速的最大误差为：△n=60△f/z=60×（±1）/12=±5（r/min）2.某霍尔元件，沿方向通以电流mA，在垂直于面方向加有均匀磁场T，传感器的灵敏度系数为V/A·T，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。答：由，得（1）/m3（2）输出霍尔电压第七章习题一、单选题1.热电堆指的是下列哪种热电偶（A）。A.串联热电偶B.并联热电偶C.薄膜热电偶D.铠装热电偶2.热电偶热电动势的大小与两种金属材料及热端与冷端之间的（B）有关。A.温度和B.温度差C.平均温度D.最高温度3.电偶式温度传感器的T端称为工作端，又称（B）。A.参考端B.热端C.冷端D.低温端4.热电偶式温度传感器的T端称为工作端，又称（B）。A.参考端B.热端C.冷端D.低温端5.下列热电偶中，响应速度最快的是（B）。A.普通热电偶B.薄膜热电偶C.铠装热电偶D.并联热电偶6.电热偶的输出电动势反映的是（B）。A.电极的温度差B.两节点的温度差C.热端温度D.冷端温度7.为了测量多点的平均温度，可以将同一型号的热电偶的同性电极参考端相（B）A.串联B.并联C.可串联或并联D.既串联又并联8.电偶温度计采用补偿导线的目的是为了（A）。A.节省热电偶的长度B.避免使用冷端补偿C.可以直接使用分度表9.下列说法正确的是（A）。A.热电偶传感器中，组成回路的两种导体材料相同，则接触电势为零，温差电势抵消；B.热电偶传感器中，两结点处温度相同，两种导体材料不同，则热电偶回路内的总电势不为零；C.接触电势是由于两接触导体的温度不同造成的；D.以上说法都不对。10.热电偶中产生热电势的条件是（B）。A.两热电极两端材料相同，温度不同B.两热电极两端材料，温度都不同C.两热电极两端材料不同，温度相同D.两热电极两端材料，温度都相同11.根据传感器能量源分类，下列属于有源型传感器的是（

C

）。A.电阻式B.电容式C.热电效应式D.霍尔式12.测量不能直接接触的物体的温度，可以选用的温度传感器的类型是（B）。A.热电偶B.亮度式C.热电阻D.半导体式13.一般情况下，要求热敏电阻式温度传感器的热敏电阻与温度（D）。A.呈正弦关系B.呈余弦关C.呈线性关系D.在一定范围内呈线性关系14.正常人的体温为37°C，则此时的华氏温度约为（B）。A、32°FB、99°FC、37°FD、310°F15.工业用铂电阻分度号为Cu50，其中的50指的是（A）。 A.0℃的电阻值50ΩB.工业标度号C.热电阻分度号D.50℃电阻值16.热敏电阻式湿敏元件能够直接感受（C）A.温度B.温度差C.绝对温度D.相对温度17.在金属电阻的测量电路中，为了消除引线引起的测量误差，精密测量时通常采用（C）A.三线连接法和电桥电路B.电桥电路和四线连接法C.三线连接法和四线连接法D.以上都不对18.热敏电阻是用（C）随温度变化的半导体电阻制成的。A.电压值B.电流值C.电阻值D.以上都不对19.以下说法正确的是（A）。A.热响应时间越小，热电阻响应特性越好B.热响应时间越大热电阻响应特性越好C.热响应时间越小，热电阻的响应特性越差D.热响应时间与热电阻的响应特性无关20.金属热电阻式温度传感器所测量的温度越高，其敏感元件中自由电子的运动（B）。A.越规则B.越不规则C.呈正太分布D.呈线性分布二、填空题1.热