传感器复习题

传感器与检测技术 复习题

第一部分 基本概念

1. 传感器定义；

传感器系统组成； 系统误差； 随机误差； 静态特性方程； 动态特性方程；

静态特性参数（线性度、灵敏度）； 动态特性参数（时间常数）。 2. 应变效应 3. 涡流效应

4. 光电效应（内、外）； 霍尔效应。 5. 压电效应 6. 热电效应

7. 体积流量；质量流量。

第二部分 计算题

1. 某温度传感器为时间常数 τ=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。 2. 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。

3. 根据二阶传感器的微分方程，推导出其频率特性、幅频特性和相频特性。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。

4. 某台仪表的输入—输出特性如下表数据所示，试计算它的线性度。（用端点法拟合直线）

x y

0 0 1 5.00 2 10.00 3 15. 2 4 20. 1 5 25. 2 5. 对利用霍尔传感器设计的电子秤进行标定，所得数据如下表： W(g) V(mv) 0 0 20 12 40 25 60 36 80 50 100 62 在该电子秤上放置被测重物，读出电压为Vx = 42mv，求被测重物的重量Wx 。

6．设5次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8，10.0，10.1，9.9，10.2厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73％的置信概率下，对被测物体的最小估计区间。

7. 在一测温系统中，用铂铑10-铂热电偶测温，当冷端温度为t0?30?C、热端温度为t时，测得热电势E(t,30?C)?6.63mV，求被测对象的真实温

度t。

8. 今有一种电涡流式位移传感器，其输出为频率。特性方程形式为

f?e(bx?a)?f?,今知其中f??2.333MHz及一组标定数据如下：,

位移x(mm) 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 输出f(MHz) 2.523 2.502 2.461 2.432 2.410 2.380 2.362 2.351 2.343 试求该传感器的工作特性方程及线性度（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作直线拟合）。

9．如图所示电荷前置放大器电路。已知Ca?100pF，Ra?∞，RF?∞，

CF?10pF。若考虑引线电容Cc的影响，当A0?10时，要求输出信号衰

4减小于1%，求使用90pF/m的电缆其最大允许长度为多少？

10. 用4位二进制光电码盘测转角时所得编码为0110，则被测转角为多少？

11. 光栅位移传感器的主光栅为50线/mm，若光电元件测得的莫尔条纹数为10，试求被测位移的大小。

12. 光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B= ？ ，莫尔条纹的放大倍数K= ？。

13. 阶跃型光纤传感器的n1=1.46，n2=1.45，其数值孔径值为多少？ ；如果外部介质为空气，n0=1，其最大入射角为多少？。

14. 某霍尔元件l×b×d 为1.0×0.35×0.1 mm3，通以电流I=1.0 mA,，在垂直电流I方向加有均匀磁场B=0.3T, 传感器的灵敏系数为25 V/A T, 其霍尔电势UH =？载流子浓度n=？。

第三部分 原理分析题

1. 图示为单臂直流电桥，R1为应变片，R2、R3、R4为固定电阻，且R1=R2=R3=R4=R，RL=∞，当应变片R1变化△R 时，求电桥的输出电压U0 ；

2．分析如图所示自感传感器，当动铁芯左右移动（x1, x2发生变化）时自感L的变化情的长度为x1和x2，空S，磁导率为μ0，线变）。

况。已知空气隙气隙的面积为圈匝数W不

3．简述图4所示磁力机械式氧量分析仪的工作原理

4. 推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。

5. 变隙式差动变压器结构如图所示，推导出输出电压为：

.???Wba2????UU21?b??aW1.

不考虑铁心与衔铁中的磁阻，且r1a??L1a,r1b??L1b ，

W1a?W1b?W1,W2a?W2b?W2 。

6. 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。

7. 推导如图所示变电介质电容式位移传感器的特性方程C?f(L)。设空气的相对介电系数?r1?1, 介质的相对介电系数?r2??r1，极板为正方形，宽度为W，其他参数如图所示。

设d0?1mm，极板宽度W?50mm。?r1?1,?r2?4，试在L?0?50mm范围内，画出此位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。

8. 简述电容式传感器测量电路之一：差动脉冲调宽电路的工作原理及特点。

9. 画图并说明电容式角位移传感器的工作原理。

10．画图说明电容式液位计（非导电液体）的工作原理。

11. 常用光电器件主要有哪几种？

12. 磁通表的原理图图1所示，试简述其工作原理。

13. 分析图3所示热电偶冷端补偿电桥法的工作原理。

图3

14. 分析图所示霍尔元件温度补偿方法—分流电阻法的工作原理。

15．试证明图所示导体定律

热电偶中间

EABC(t,t0)?EAB(t,t0)。

16．试证明图所示热电偶中间温度定律

EAB(T,Tn,T0)?EAB(T,Tn)?EAB(Tn,T0)。

17. 图所示为直射型光电转速计的工作原理图，简述其工作原理。

图中：1—转轴；2—飞轮；3—光源；4—光电器件。

第四部分 综合设计题

1. 利用变极距式电容传感器设计一个电子秤。画出原理框图，简述各部分的作用及物理量的转换过程。

2．利用变极距型平板电容传感器设计一个电子秤。 （1）画出结构示意图；

（2）画出原理框图，简述各部分的作用及物理量的转换过程。

3．利用差动变压器设计一个电子秤。画出原理框图，简述各部分的作用及物理量的转换过程。

4. 利用热敏电阻或热敏晶体管设计一个热水器温度控制器。画出电路图，简述各部分的作用及其工作过程。

5．利用热敏电阻或热敏晶体管设计一个半导体温度计。画出电路图，简述各部分的作用及其工作过程。

6．利用光敏电阻或光电晶体管设计一个路灯控制器。画出电路图，简述各部分的作用及其工作过程。

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