检测与转换技术课后习题和例题解答.docx

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检测与转换技术课后习题和例题解答

检测与转换技术课后习题和例题解答

第1章传感器技术基础练习题（共2页）

一、填空题（每空3分，共60分，11至12不计分，课后完成）

1、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、便于应用的另一种量的测量装置

2、传感器由两部分组成：

敏感软件以及转换软件

3、传感器的作用是：

信息的收集、信息数据的转换以及控制信息的采集。

4、传感器按输出信号可分为开关式、模拟式以及数字式

5、输出变化量与输入变化量的比值称为灵敏度。

如图：

虚线的灵敏度高。

6、传感器的输入输出特性曲线接近于直线的长度称为线性度。

如图：

虚线的灵敏度低。

7、传感器正反行程的不一致程度称为迟滞。

如图，虚线的迟滞大。

8、多次重复测试的曲线的重合的程度称为重复性。

如图，虚线的重复性较差。

9、指被测量为稳定值时传感器输入与输出的关系称为传感器的静态特性。

指被测量为动态值时传感器输入与输出的关系称为传感器的动态特性。

10、分析动态特性的两种方法是阶跃响应法和频率响应法

11、频率响应特性是指将频率不同而幅度相同的正弦信号输入传感器，其输出正弦信号的幅度和相位与频率之间的关系。

12、阶跃响应特性是指当输入为阶跃函数时，传感器的输出随时间而变化的特性。

二、简答题（每题20分，共20分）

什么是传感器，其定义具体应包含哪些方面？

三、计算题（每题20分，共20分）

如图，设曲线Y2和Y3的交点为A，在0≤X≤Ax区间内，

（1）作两曲线Y2及Y3的端点连线拟合直线Y。

（2）已知X=0.5时，Y−Y2取得最大值，X≈0.6时，Y−Y3取得最大值。

请问Y2和Y3哪一条曲线更接近直线？

第2章电阻式传感器练习题（共4页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分，11至15不计分，课后完成）

1、通过改变电阻参数来测量非电量的传感器称为。

将被测量带动电刷移动去改变电阻丝的长度，实现电阻与位移的线性转换，这样的传感器称为。

2、导电材料因变形而引起电阻变化的现象称为。

沿半导体某一轴向施加一定的应力时材料的电阻率发生改变的现象称为。

3、电位器式传感器由骨架、和组成

4、测量线位移可用电位器式传感器，测量角位移可用电位器式传感器。

5、电阻应变片根据其材料不同可分为应变片以及应变片。

6、金属应变片又分为式、式和薄膜式。

7、金属应变片由敏感栅、、盖片组成，其核心为。

8、当导体受轴向力产生变形时其长度相对变化量称为应变、半径相对变化量称为应变。

9、四个电阻R1、R2、R3、R4按顺序构成电桥，则电桥平衡条件为，电桥平衡时Uo＝。

10、四个电阻R1、R2、R3、R4按顺序构成电桥，若R1为正应变片，则R2应为应变片，R3应为应变片。

11、全臂电桥的灵敏度应为双臂电桥的倍，应为单臂电桥的倍。

12、对于半导体应变片，P型硅在[]方向上变化最大，而N型硅在[]方向上变化最大。

13、一般来说，型材料的应变片的电阻随应变增大而增大，而型材料的应变片的电阻随应变增大而减少。

14、半导体材料是各向（同异）性材料，它的压阻系数与晶向（有无）关

15、电桥的输出与温度的关系是否为线性：

。

应采用源供电才能消除温度的影响。

二、简答题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、金属应变片与半导体应变片在工作机理上有何异同？

2、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？

该电桥为什么又都采用半桥和全桥而不采用单臂电桥？

3、在等强度的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差分全桥电路，应如何贴片（画出示意图）？

应如何接桥（画出示意图）？

4、电阻传感器使用桥路补偿温度误差，问采用补偿片的电桥与采用差分技术的半桥有何异同？

三、计算题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、设电桥输入电压E=10V，四个桥臂R1R2R3R4都为应变片，灵敏系数为K=2，初始电阻值R=10K，受力后各电阻的增量依次为R1=11、R2=－12、R3=13、R4=－14。

试计算各应变片的应变1234。

并求输出电压U

2、电阻应变片阻值R=100，灵敏系数K=2.0，圆形钢柱表面半径r=0.01m，钢材的E=2×1011N/m2，＝0.3，钢柱受6t拉力F，问应变片纵向粘贴的电阻变化量Rx和横向粘贴的电阻变化量Ry。

（=3，g=10）

3、如图所示测量吊车吊起物质的质量。

电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。

已知轴截面积为20cm2，弹性模量E＝2×1011N/m2，＝0.2，灵敏系数K=3.0，组成如图的桥路，桥路电压U＝2V，输出电压Uo＝3.6mV（g=10）。

求

（1）等截面轴的纵向应变X及横向应变Y。

（2）重物m有多少吨

4、有一应变式等强度悬臂梁式力传感器，其热膨胀系数与应变片中的电阻热膨胀系数相等，两应变片R1、R2贴于梁的上下两面的对应位置，并构成双臂电桥。

已知悬臂梁厚度＝0.5mm，长度L＝15mm，固定端宽度b＝18mm，材料的弹性模量E＝2×1011N/m2，桥路电压U＝2V，测得输出电压Uo＝1mV，灵敏系数K=2.0求作用力F。

5、有一应变式等截面悬臂梁式力传感器，其热膨胀系数与应变片中的电阻热膨胀系数相等，两应变片R1、R2贴于梁的上下两面的对应位置，离固定端的距离L0=5mm，并构成双臂电桥。

已知悬臂梁厚度＝0.5mm，长度L＝15mm，宽度b＝18mm，材料的弹性模量E＝2×1011N/m2，桥路电压U＝2V，测得输出电压Uo＝1mV，灵敏系数K=2.0求作用力F。

6、半导体应变片的压阻系数和弹性模量如下表所示。

应变片的应力为2×105N/m2，应变片电阻相对变化量为+142×10－4。

问应力的方向、半导体的类型、应变片应变以及灵敏系数。

N-Si

P-Si

N-Ge

P-Ge

π

10-11m2/N

[100]

-102

6.5

-3

6

[110]

-63

71

-72

47.5

[111]

-8

93

-95

65

E

1011N/m2

[100]

1.30

1.01

[110]

1.67

1.38

[111]

1.87

1.55

第三章变磁阻式传感器练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分）

1、变磁阻式传感器是通过线圈或的变化来实现非电量电测的。

2、自感式传感器可分为变间隙型、型和型等三种。

3、变磁阻式传感器可分为、差分变压器式、等传感器。

4、变间隙型自感式传感器由、、衔铁三部分组成。

4、在实际使用中，常采用两个相同的传感器共用一个，构成差分式电感传感器。

5、当金属导体处于交变磁场中，导体内部就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以这种电流称为，这种现象称为。

6、电涡流传感器由两部分组成，一部分是传感器的，另一部分是。

7、三种自感式电感传感器中灵敏度最高的是型，线性最好的是型。

8、差分变压器随衔铁位移变化可输出一个，采用相敏检波电路可判断。

9、磁路的磁阻应与磁路的长度成比，与磁介质的磁导率成比。

10、绕在某一磁路的线圈中，其电感量应与匝数成比，与磁路的磁阻成比。

二、简答题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、自感式传感器的工作原理及类型。

2、为什么电感式传感器一般采用差分式？

3、差分变压器式传感器的工作原理（附图说明）

三、计算题（每题15分，共30分）：

1、自感式传感器如图所示，图中所注尺寸单位均为mm，磁路取中心磁路，已知空气磁导率0=4π×10-7H/m，铁心与衔铁的相对磁导率都为10、截面积A都为2cm2，线圈匝数N=100，求磁阻Rm及电感L（=3）。

2、自感式传感器如图所示，图中所注尺寸单位均为mm，磁路取中心磁路，已知空气磁导率0=4π×10-7H/m，铁心与衔铁的相对磁导率都为1000、截面积A都为2cm2，线圈匝数N=100，求间隙为0及5mm时的磁阻Rm及电感L（=3）

第四章电容式传感器练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分）

1、将被测量的变化转换成电容量的变化的传感器称为传感器。

传感器本身就是一个。

2、电容式传感器根据结构原理可分为型、型以及变常数型。

3、有一个平行板电容器，其表达为：

，若其极距为10mm，介电常数为50F/m，两极板的尺寸都为20mm×30mm，那么其容量为：

。

4、电容式传感器根据形状可分为形、形和球面形。

5、三种电容式传感器中能测量温度湿度的是变型，

适合测量小位移的是变型。

6、三种电容式传感器中线性较差的是变型，灵敏度较高的是变型。

7、影响电容式传感器特性稳定的因素主要有：

以及。

8、减少电容边缘效应的最有效的方法是：

。

减少寄生电容的最有效的方法是对传感器进行。

9、对电容传感器的等位环的要求是与极板在电气上要、在电位上要。

10、二极管双T型交流电桥的输出电压与电源电压的幅值与频率关。

而差分脉冲调宽电路的输出电压可通过滤波器滤波得到直流成分。

二、简答题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、平板电容式传感器的三种类型中哪种非线性较严重，为什么，如何解决。

2、二极管双T型交流电桥的工作原理

3、问影响电容传感器特性稳定的原因主要有什么？

解决办法是？

三、计算题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、有一个介电常数＝1F/m的平板电容，分别求其可动极板向X、Y、Z三个方向移动时（位移L＝20m）的电容变化量和灵敏度

2、一电容式传感器，其极板长度a=10cm，宽度b=4cm，极距d=1mm，介质为空气，当相对介电常数X＝5的介质进入极板间的长度x=5cm时，求该传感器的电容变化量C、介质常数的变化量以及灵敏度K。

（空气介电常数0=9pF/m）

3、变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。

传感器的起始电容量CX0=20pF，定动极板距离d0=1.5mm，C0=10pF，运算放大器为理想放大器，输入电压ui=5V。

求当电容传感器动极板上输入一位移量x=−0.15mm时电路输出电压uO为多少？

解：

第五章霍尔式传感器练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分）

1、在通有电流的金属板上加一强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流方向和磁场方向都垂直的金属板的两表面将产生电动势差，这种现象称为，这个电动势称为。

2、霍尔元件具有四个端，一对是；另一对是。

3、霍尔传感器是利用霍尔元件的所制作的对敏感的传感器。

4、霍尔元件材料是，它的特性与频率关。

5、霍尔电压的数学表达式为。

其中灵敏度系数的符号。

6、在造成霍尔元件的零位误差中，由于电极的不对称、材料的不均匀所产生的附加电动势称为电动势。

当输入交流电流时由于半导体的整流效应所产生的直流电动势称为电动势。

7、在造成霍尔元件的零位误差中，当没有输入电流时由于交变磁场的电磁感应所产生的电动势称为电动势，当输入交流电流时由于交变电流的磁效应产生了自激场，由自激场所产生的电动势称为电动势。

8、利用霍尔传感器进行测量时可将被测量转换成或者转换成控制电流，也可以转换为的乘积。

9、为对霍尔元件进行温度补偿，可用以下的措施：

1．采用源提供控制电流；2．合理选择电阻；3．采用热敏元件

10、利用磁场来进行检测，它是否能够实现非接触测量：

，它是否需要从磁场中获取能量：

。

二、简答题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、霍尔电压的大小和方向如何确定？

2、如何利用霍尔元件进行测压力？

3、对霍尔电压进行温度补偿的方法有哪些？

三、计算题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、已知霍尔元件与磁感应强度为B＝0.4T的磁场有一夹角＝30，当控制电流I＝10mA时输出电压Uo＝20.3mV，当I＝20mA时Uo＝20.7mV，求零位误差UH及灵敏度KH。

2、图为交直流钳形数字电流表的结构原理图，设霍尔元件的霍尔系数KH＝0.2mV/mAT、控制电流IC＝1mA；磁集束器所产生的磁感应强度为B，被测电流为IX，其比例系数KB＝0.1T/mA。

现测得输出电压UH＝10mV，求IX及电流灵敏度。

3、已知E=4V，R=1k，霍尔元件的Ri=1k、Ro=0.5k、KH=1V/AT、输出电阻的温度系数=0.25%/C，霍尔电势的温度系数=0.1%/C，垂直于霍尔元件向外方向加有磁场，B=0.1T，输出电压为正电压。

求

（1）选择合理的负载电阻

（2）输出电压（3）判断霍尔元件是P型还是N型材料。

第六章压电式传感器练习题练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分）

1、压电晶片串联接法时其电压将变为原来的倍，电容将变为原来的倍。

2、压电晶片并联接法时其电量将变为原来的倍，电容将变为原来的倍。

3、压电晶片联接法时适宜输出电压信号，联接法时适宜输出电荷信号。

4、石英晶体中，X轴称为轴，Y轴称为轴、Z轴称为光轴。

5、石英晶体中，穿过棱柱的两条相对棱线的轴称为轴，垂直于棱柱的两个相对棱面的轴称为轴、平行于棱柱各个棱面的轴称为光轴

6、石英晶体中，不产生压电效应的轴是轴，能产生压电效应的轴是轴。

7、在某些电介质中，当沿着一定方向对其施力使它变形，其内部就产生极化现象，同时在它的两表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复不带电的状态，而且作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

称为。

而向电介质施加电场，电介质会发生变形，这称为，也称电致伸缩效应。

8、向压电晶体施加Y方向的压力，在X方向上产生电场，这称为。

向压电晶体施加X方向的压力，在X方向上产生电场，这称为。

9、压电器件丧失压电特性的温度称为。

衡量压电输出的灵敏度、正比例电量与压力的比的参数称为。

10、压电材料可分为两大类：

和。

二、简答题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、在安装压电片时为什么要加一定的预应力？

预应力是越大越好。

2、石英晶体的X、Y、Z轴的名称，它们是如何确定的？

各有何特点？

3、为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不适合于静态测量？

三、计算题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、石英晶体d11=2.3pC/N，石英晶片的宽度是长度L的0.5倍，是厚度h的2倍，

（1）当沿电轴方向施加F=3MN的压力时，求电量qX；

（2）当沿机械轴施加同样的压力时，求电量qY；（3）在石英晶体表面上标出电荷极性以及受力方向

2、将两片压电系数为d33=0.5nC/N的压电陶瓷片并联起来，再用反馈电容Cf=0.01F的电荷放大器作为放大电路。

求

（1）当输出电压Uo=0.8V时，受力F是多少。

（2）若将它们串联起来，受同样的力，那输出电压又为多少？

3、用两根压电材料A和B进行公路测速，该公路限速100公里每小时。

已知压电材料的压电系数d=1pC/N，用反馈电容Cf=1F的电荷放大器作为放大电路并输入计算机进行数据处理，测得输出波形如图所示。

求

（1）问该汽车是否超速？

（2）问该汽车前后轮间距（由此可判断车型）（3）问该汽车的载重（含汽车自身）

第七章热电式传感器练习题练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分）

1、将温度的变化转换成的变化的传感器称为热电偶传感器。

将温度的变化转换成的变化的传感器称为热电阻传感器。

2、热电阻传感器可分为热电阻传感器和热电阻传感器。

3、金属热电阻传感器简称为；半导体热电阻传感器简称为。

4、组成热电偶的根导体或半导体称为。

5、热电极焊接的一端称为端，又叫测量端或者工作端，

连接导线的一端另为端，又叫参考端或自由端。

6、把两种不同的导体或半导体两端相接组成的闭合回路，当两接点分别置于两种不同的温度时则在回路就会产生，形成回路电流。

这种现象称为。

7、热电动势由电动势及电动势两部分组成。

8、常用的金属热电阻有电阻和电阻两种。

9、热敏电阻按温度特性分、以及CTR

10、热电偶两接点在分别在温度为T、T0时热电动势等于在温度为T、Ta时热电动势与在在温度为Ta、T0时热电动势的代数和，这称为。

在回路中接入中间导体C，只要C的两端的温度相同，那么C的接入对总电动势没有影响，这称为。

二、简答题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、热电偶的测温原理以及三大基本定律的表达式（中间温度、中间导体、标准导体）

2、比较热电阻和热敏电阻的异同点。

3、在热电偶冷端温度补偿中，试述机械调零法的工作原理。

三、计算题（每题15分，共30分，任选两题课堂完成，其他课后完成）

1、分度号为S的热电偶冷端温度T＝30OC，未调机械零位的动圈仪表指示值为320OC，若认为热端温度T＝350OC对不对？

为什么？

若不对，正确温度应为多少？

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

0.000

0.055

0.113

0.173

0.235

0.299

0.365

0.432

0.502

0.573

100

0.645

0.719

0.795

0.872

0.950

1.029

1.109

1.190

1.273

1.356

200

1.440

1.525

1.611

1.689

1.785

1.873

1.962

2.051

2.141

2.232

300

2.323

2.414

2.506

2.599

2.692

2.786

2.880

2.974

3.069

3.164

400

3.260

3.356

3.452

3.549

3.645

3.743

3.340

3.938

4.036

4.135

解：

7-2、分度号为S的热电偶热端温度T＝420OC，当冷端温度T0下降50OC时，测得热电动势E=2.180mV，求当冷端温度下降了100OC时热电动势E。

7-3、有一热电阻温度计，温度T1为20OC时，电阻R1为100；温度为T2＝25OC时，电阻R2为101.5。

假设温度与电阻间的变换关系为线性关系，试计算当温度计分别处在T3＝－100OC和T4＝150OC时的电阻值R3和R4。

第八章光电式传感器练习题练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空2分，共40分）

1、光电效应可分为效应和效应。

2、内光电效应分为效应和效应。

3、光电池是哪种内光电效应的器件：

效应。

光敏电阻是哪种内光电效应的器件：

效应。

4、物体受光照射时，电子从物体表面的现象称为外光电效应。

光电管是否属于该种效应的器件：

。

5、物体受光照射时，物体的电导率增加的现象称为效应，物体产生一定方向电动势的现象称为效应。

6、光敏电阻在受光照射时的电阻值称为阻。

光敏电阻不受光照射时的电阻值称为阻。

7、光敏电阻的和之差称为光电流。

8、把和装在同一蔽光壳体内的光电器件是光电耦合器。

9、光断续器可分为型和型等两类。

10、红外光传感器分为和两种。

二、简答题（每题30分，共60分）

1、光敏电阻的测光原理

2、光电器件一般有哪些类型？

受光照后会有哪些变化？

主要采用哪些材料？

有哪些代表性器件？

答

第九章光纤传感器练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空3分，共60分）

1、光纤是由和构成的对称圆柱体。

2、光纤按材料可分为：

光纤和光纤。

3、光纤按折射率可分为：

光纤和光纤。

4、光纤按传输模式可分为：

光纤和光纤。

5、光由光介质射入光介质时，光会产生折射。

6、当光线入射到光纤时如果出现折射，那么这部分光就会穿过包层而，这称为。

7、光纤传感器可分为型和型两类。

8、功能型的光纤既有的作用又有的作用。

9、物质在磁场的作用下其长度和折射率发生改变的现象称为，物质在电场的作用下其长度和折射率发生改变的现象称为。

10、非功能型光纤传感器分为型和型。

二、计算题（每题20分，共40分）

9-1、光线以＝300角从空气入射到光纤中，纤芯和包层的折射率n1和n2分别为1.6和1.5，问该光线能否在光纤中传播。

9-2、光线以＝300角从折射率n1＝1.5的介质入射到n2＝1.3的介质，问能否出现全反射.

第十章测量基础知识练习题（共2页）

班级学号姓名成绩

一、填空题（每空3分，共60分）

1、不用经过计算直接通过仪表可以测量出来的测量方法称为测量。

只能先测量与被测量有确定关系的量，再将测量值代入函数式通过计算得到结果的测量方法称为测量。

2、直接测量可分为式测量、式测量和微差式的测量。

3、被测对象处于稳定状态，其值不随时间而变的测量方法称为测量法。

被测对象处于不定状态，其值随时间而变的测量方法称为测量法。

4、绝对误差是与之间的差值的绝对值。

5、仪器在标准条件下使用所具有的误差称为误差。

仪器在不是标准条件下使用所具有的误差称为误差。

6、误差的符号和大小与某一个或几个因素成函数关系的误差称为误差。

误差的符号和大小是不可估计但它服从统计规律称为误差。

7、测量精度中表示测量值的密集性的称为度。

表示测量值的与真值的偏离度的称为度。

8、用万用表电阻档测量标值为1K的电阻，测得结果是1.1K，则测量绝对误差。

相对误差为。

9、某仪表的精度为1.5级，测量徝为1000，则被测值的真值的范围为：

至。

10、某个4位的数字表，用10V的量程，则其分辨率为，测量最大值为。

二、分析题（每题20分，共40分）

1、用万用表测两电压，测U1=1010V的电压，测量结果为1000V；测测U1=9.5V的电压，测量结果为10V。

请问两次测量，哪次测量的绝对误差大？

哪次测量的准确度高？

2、下面三图为三人五次射击的结果，请分析他们射击的精密度、准确度、精确度。

（中间点为10环，向外一圈减一环，最外环为5环。

）

第1章传感器技术基础练习题答案

一、填空题（每空3分，共60分，11至12不计分，课后完成）

1、精确度测量装置；2、敏感元件转换元件；3、信息的采集控制信息的采集；4、开关数字；5、比值虚；6、直线的程度虚；7、不一致的程度虚；8、重合的程度虚；9、静态动态；10、阶跃响应频率响应；11、正弦信号频率；12、阶跃函数时间

二、简答题（每题20分，共20分）

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、便于应用的另一种量的测量装置。

具体应包含如下三个方面：

（1）传感器是一种测量装置，能完成检测的任务。

（2）它的输入量可以是任何量