传感器练习题

检测技术基础——习题1

1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在 0.4%~0.6% ，该压力表的精度等级应定为 级，另一家仪器商家需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于 0.9% ，应购买 级的压力表。

A、 0.2 B、 0.5 C、1.0 D、 1.5

2、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，产生此心理作用的主要因素是 。

A、 绝对误差 B、 示值相对误差 C、 满度相对误差 D、 精度等级 3、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的 左右为宜。 A、 3 倍 B、10 倍 C、1.5 倍 D、0.75 倍

4、用万用表交流电压档 ( 频率上限仅为 5kHz) 测量频率高达 500kHz 、 10V 左右的高频电压，发现示值还不到 2V ，该误差属于 。用该表直流电压档测量 5 号干电池电压，发现每次示值均为 1.8V ，该误差属于 。 A、系统误差 B、 粗大误差 C、 随机误差 D、动态误差

5、重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了 。

A、 提高精度 B、加速其衰老 C、 测试其各项性能指标 D、 提高可靠性 6、有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求：

1）该表可能出现的最大绝对误差为 。 A、 1℃ B、 0.5℃ C、 10℃ D、 200℃

2）当示值为20℃时的示值相对误差为 ，100℃时的示值相对误差为 。 A、 2% B、 5％ C、 1％ D、 10％

7、 已知待测拉力约为 70N 左右。现有两只测力仪表，一只为 0.5 级，测量范围为 0 ～ 500N ；另一只为 1.0 级，测量范围为 0 ～ 100N 。问选用哪一只测力仪表较好？为什么？

8、欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V电压表，其精度应选 级。若选用量程为300V，其精度应选 级，若选用量程为500V的电压表，其精度应选 级。

9、某个测温仪表测量范围是0-800摄氏度，使用后重新校验,发现最大绝对误差为6摄氏度,此仪表等级为多少呢?

10、某压力表的测量范围为0~1MPa，精度等级为1级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？在

校验点（产生最大误差点）理论值为0.5MPa，测得值为0.508MPa问此表是否满足该表精度要求？

1

11、随机误差在测量中不可避免，试说明其分布规律？具有哪些特点？（复习测量中三大类误差的特点、产生原因与处理方法） 12、已知某一阶传感器的传递函数H(s)?频率范围？

13、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％的置信概率下的结果表达。 14、测量电阻R消耗的功率时，可间接测量电阻值R、电阻上的电压U、流过电阻的电流I，然后计算功率： 请给出几种不同的测量方案；假设电阻、电压、电流测量的相对误差分别为γR=±2%，γu=±3%，γI＝±1.5%，试确定最佳测量方案。 传感器原理——习题2

1、下列因素属于产生应变片温度误差的原因有（ ）

A、电阻丝有温度系数 B、试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C、电阻丝承受应力方向不同

2、半导体电阻在某一方向上承受应力时，它的电阻值发生显著变化，最主要是由以下哪个方面因素发生显著变化引起的（ ）。 A、电阻率 B、几何尺寸 C、晶面上电荷 D、极化电荷

3、下列属于传感器动态特性指标的是( )。 A、迟滞性 B、过冲量或超调量 C、稳定性 D、线性度

4、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的( )

A、线性度越好 B、迟滞越小 C、重复性越好 D、分辨力越高 5、电阻应变片的温度补偿方法，通常可采用 法和 法。

6、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除 ，同时还能起到 的作用。

7、压力传感器测量砝码数据如下，试解释这是一种什么误差，产生这种误差的原因是什么。

N(g) 0 1 2 3 4 5 正行程(mv)0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 反行程(mv)0 0.9 1.3 1.8 2.3 2.5 8、下图所示在悬臂梁距端部L位置上下面各贴两完全相同的电阻应变片R1、R2、R3、R4，其初始电阻相等R1=R2=R3=R 4=R，若将测量电路b图中1 2 3 4的4个桥臂分别做c d e图的替换，试分析c d e 三种桥臂接法的输出电压对b输出电压的比值分别是多少？

1，??0.01s，求该传感器输入信号的工作1??s2

R1 R3 R2R4 L F R1

R1、R3

R2 R1、R3 R2 R4

(b) (c) (d) (e) 9、某截面积S为5cm2的试件，已知材料的弹性模量E为2.0×1011N/m2，沿轴向受到拉力F为105N，若沿受力方向粘贴一阻值R为120Ω、灵敏系数K为2的应变片，试求其ΔR=?

10、图1是一个悬臂梁，现用电阻应变片测量作用力F。若考虑电阻应变片的温度线路补偿，试画图表示应变片粘贴的位置和测量线路的接法。 R1 R2 F R3 R4 F 图1 图2

11、采用四片相同的金属丝应变片(k=2)，将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如上图

2；力F=104N，圆柱断面半径r=1cm，杨氏模量E?2?107N/m2,泊松比μ=0.3，求： （1）画出应变片测量电桥的原理图 （2）各应变片的应变ε=？电阻相对变化量ΔR/R=？

传感器原理——习题3

1、自感传感器采用差动结构是为了（ ）。

A、 加长线圈的长度从而增加线性范围 B、 提高灵敏度，减小温漂 C、 降低成本 D、 增加线圈对衔铁的吸引力 2、差动变压器式传感器主要由两个完全相同的螺线管和初始状态处于对称位置的铁芯组成，两初级绕组同名端 串联，次级绕组同名端 串联；当活动衔铁位于初始平衡位置时，输出电压应该为零，实际不为零，称该电压为 。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 电路。

3、减少差动变压器传感器零点残余误差最有效的方法是尽可能保证传感器 、 的相互对称。

4、螺线管式差动变压器传感器中， 是评定差动变压器性能的主要指标之一，它的存在会造成传感器在零位附近 降低和测量误差增大。

5、差动变压器传感器测量电路常采用的有 电路和 电路。 6、相敏检波电路正常工作，其参考信号us与输入信号u2需要满足的两个条件： 、 。 7、电涡流传感器的整个测量系统由 和 两部分组成，利用两者的 耦合来完成测量任务。

3

8、由电涡流贯穿深度与频率的关系知，其透射式传感器采用 激励，而高频激励的则采用 。

9、说明差动变压器零点残余电压的产生原因及其消除方法？

10、利用电涡流法测板材厚度，已知激励源频率f=1MHz，被测材料相对磁导率μr=1电阻率??2.9?10?8??m，?0?4??10?7H/m。若被测板厚（1+0.2）mm，试求电涡流的贯穿深度h=? 并由此说明该测量应采用反射式还是透射式？

1、为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用( )类型的传感器为最好。 A、大间距 B、 高介电常数 C、 差动式 D、 小间距

2、当变隙式电容传感器的两极扳间的初始距离d0增加时，将引起传感器的 （ ） A、灵敏度增加 B 灵敏度减少 C 非线性误差增加 D非线性误差减少

3、电容式传感器的测量电路可采用 、 、 等。

4、现有一只同心圆筒形电容式位移传感器如下简图，L=25mm两个外筒A、B半径R=6mm，内筒C的半径r=4.5mm；内电极连屏蔽套管与A构成可变电容Cx，BC构成固定电容CF ，

C??L1.8lnRr信号源Ui=6V，同心圆筒电容公式

。采用理想运放测量电路。问：

1）推导输出电压u0与被测位移x成正比时的表达式，并在图中标明Cx、CF的连接位置。 2）求该传感器输出电容—位移灵敏度Kcx=? L 3)求该测量电路输出电压—位移灵敏度Kux=? A x ui r A u0

传感器原理——习题4 1、什么是压电效应？

B

L C R 2、压电材料石英晶体具有各向异性，在沿电轴方向、机械轴方向力的作用下 压电效应，而沿光轴方向时则 压电效应。

3、单片压电片的等效电容为C；输出电荷为Q；输出电压为U；若将相同两片串接后， 则其总参数C1= C，U1= U。并接后，则其总参数C1= C，Q1= Q。

4、压电材料将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用 ；蜂鸣器中发出“嘀??嘀??”声的压电片发声原理是利用压电材料的 。

5、压电元件的两种测量电路中其高输入阻抗前置放大器的作用？有哪几种形式？各自有何特点？

6、压电加速度传感器与电荷放大器连接的等效电路如图所示。图中C为传感器固有电容、电缆等效电容和放大等效电容之和。已知传感器电荷灵敏度Sq?100pc/g,反馈电容

Cf?1000pF，试求当被测加速度为0.5g时，输出电压是多少?(g为重力加速度)

4

CfqC 7、用压电式单向脉动力传感器测量一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为 200pC /N ，电荷放大器的反馈电容C f =2000pF ，测得输出电压 u o =5sin w t （ V ）。求：

1 ）该压电传感器产生的总电荷 Q （峰值）为多少 pC ？ 2 ）此时作用在其上的正弦脉动力（瞬时值）为多少？

1、什么是霍尔效应？影响霍尔电势的因素有哪些？

2、霍尔元件使用时 电极和 电极不能接反；霍尔电势UH= 。 3、可以减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是 。

A、 减小激励电流 B、 减小磁感应强度 C、 使用电桥调零电位器

传感器原理——习题5

1、光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定工作电压下（ ） A、暗电阻大 B、暗电阻与亮电阻的差值小 C、亮电阻大 D、暗电阻与亮电阻的差值大 2、光敏电阻受到光照射时,其阻值随光通量的增大而( )。 A、变大 B、不变 C 变为零 D、变小 3、下列 属于四端的元件。

A、 应变片 B、 压电晶片 C、 霍尔元件 D、 热敏电阻 4、光纤的纤芯是用( )材料制成的。

A、高折射率的玻璃 B、高折射率的塑料 C、低折射率的玻璃 D、低折射率的塑料

5

5、下列传感器中，不属于有源器件的是( )

A、压电式传感器 B、自感式电感传感器 C、霍尔传感器 D、热电偶传感器 6、光敏元件中( )是直接输出电压的。

A、光敏电阻 B、光电池 C、光敏晶体管 D、光导纤维 7、下列不属于光电器件的是( )。

A、电荷耦合器 B、光敏电阻 C、压电晶体 D、光敏晶体管 8、封装在光电耦合器件内部的是( )

A.一个发光二极管和一个发光三极管 B.一个光敏二极管和一个光敏三极管 C.一个发光二极管和一个光敏三极管 D. 两个发光二极管或两个光敏三极管 9、什么是内光电效应？有哪几种类型? 分别与其相对应的光敏器件有哪些？请举例说明生活中光敏传感器的应用

10、光电池的照度特性曲线可知：输出开路电压与照度存在饱和现象，呈非线性；光电流与照度成正比。因此用它作测量元件时，应将其作 源使用，做开关元件时，应将其作为 使用。

11、在光线作用下电子逸出物体表面向外发射电子的现象称 效应；相应的器件如 ；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动势的效应称 效应。相应的器件如 。 在光线作用下能使物体电阻率改变的现象称 效应，相应的器件如 。

12、光导纤维是一种利用光的 原理而传输光的器件。 相硫化镉 100 硫化铊 对80 灵60 敏40 度20 硫化铅

/% 100 80 60 40 20 0 300 600 900 1200 1500 λ（μm） 400 1200 硅 锗 图1 图2

13、若设计一红外传感器，有灵敏度如图1的三种材料可选择，最好选用 材料。 14、光敏二极管一般处于 工作状态，由其光谱特性上图2可知，若光源在可见光范围，应选用 材料的较好。

15、如下附表1、2（注：为热电偶部分数据），分度号为K、E两种热电偶，问：

（1）K、E两种热电偶,100℃时的热电势E(100℃,0℃)分别为多大？

（2）用E热电偶测某设备温度，冷端为30℃，测得热电势为E(t,30℃)=17.680mV，

则该设备温度t=?

(%) / S 6

2000 λ(nm) （3）在题（2）中改用K热电偶来测该设备温度t，若两种热电偶测得温度相同，则

此时对应的热电势E(t,30℃)为多少？

表1 镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）热电偶分度表（分度号：K）（参考端温度为0℃）

t/0C E/mv t/0C 0 0 4.096 8.138 10 0.397 4.508 8.537 20 0.798 4.919 8.938 30 1.203 5.327 9.341 40 1.612 5.733 9.745 50 2.023 6.137 10.151 60 2.436 6.539 10.56 70 2.85 6.939 10.969 80 3.266 7.388 11.381 90 3.681 7.737 11.739 0 100 200 表2 镍铬－铜镍（康铜）热电偶分度表（分度号：Ｅ） （参考端温度为0℃）

00 t/ C E/mv t/0C 10 0.591 6.996 20 1.192 7.683 30 1.801 8.377 40 2.420 9.078 50 3.048 9.787 60 3.683 70 4.329 80 4.983 90 5.646 0 0 100 6.319 10.501 11.222 11.949 12.681 19.481 20.256 200 13.421 14.161 14.909 15.661 16.417 17.178 17.942 18.71 思考：

1、冲床工作时，工人稍不留神就有可能被冲掉手指头。请选用两种以上的传感器来同时探测工人的手是否处于危险区域（冲头下方）。只要有一个传感器输出有效，即检测到手未离开该危险区，则不让冲头动作，或使正在动作的惯性轮刹车。

请以文字形式，谈谈你的检测方案，并说明必须同时设置两个传感器组成“或”逻辑关系、必须使用两只手（左右手）同时操作冲床开关的必要性。

2、假如你应聘到某单位负责设备维护和改造，现单位计划采用数显装置将一台普通车床改造为自动车床，专门用于车削螺纹。此任务委托给你完成，具体要求如下： A、能分别显示横向（最大为500mm）和纵向（最大为100mm）的进给位移量（精度必须达到0.01mm）

B、当加工到规定的螺纹圈数时，能自动退刀，此时喇叭响“嘀”声

C、若横向走刀失控，当溜板运动到床身的左右两端限位时，喇叭报警并立即使机床停

7

止下来

D、有较强的抗震、抗电磁干扰、抗腐蚀等能力 E、有较高的性能/价格比。

请你就以上几个要求给主管部门写一份可行性报告。提示：

1）分别从量程、使用环境、安装和经济适用性等方面考虑，说明拟采用的位置传感器 2）论述实现方法或对策，包括报警、退刀、保护等方法 3）画出传感器及显示器在车床上的安装位置

报告须符合应用文格式，文句通顺、简练、无错别字。

参考答案：

8

检测技术基础——习题1

1、CB 2、B 3、C 4、BA 5、D 6、1）A 2）、BC

7、解：0.5级0——500N测力表 产生的最大绝对误差ΔFmax=0.5%*(500-0)N=2.5N

1.0级0——100N测力表 产生的最大绝对误差ΔFmax=1.0%*(100-0)N=1.0N 所以选用1.0级0——100N测力表较好，产生的误差较小。

8、0.5级（0.6%*240/250=0.576%） 0.2级（0.6%*240/300=0.48%） 0.2级（0.6%*240/500=0.288%）

60C?100%?0.75% 此仪表为1.0级 9、??00800C?0C10、解：允许最大误差Δ

max

=±(1-0)×1%=±0.01Mpa

在校验点0.5MPa时，绝对误差为Δ=0.508-0.5=0.008MPa，小于允许最大误差， 因此符合1级精度。

11、统计规律服从正态分布 具有单峰性 有界性 对称性和抵偿性 12、解：频率特性表达式：H(j?)?11 则其幅频特性A(?)?H(j?)?

21?j??1?(??)工作下限频率：ω=0 f=0Hz 工作上限频率：A(?)?H(j?)?11?(??)2?12

ω=1/τ=1/0.01=100 f=ω/2π=15.9Hz

13、解：求算术平均值及标准差：

151li??li?(9.8?10.0?10.1?9.9?10.2)?10.0(cm)

5i?15由于忽略粗大误差和系统误差，则直接求平均值的标准差：

5112?l?v?[(?0.2)2?0?0.12?(?0.1)2?0.22]?0.0707 ?in(n?1)i?15(5?1)结果表达：l?l?3?l?(10.0?0.2)cm P a?99.73 % 14、解：方案1： P?UI ?p??u??I??(3%?1.5%)??4.5%

方案2： P?I2R ?p?2?I??R??(2?1.5%?2%)??5%

U2方案3： P? ?P?2?U??R??(2?3%?2%)??8%

R 由上可得 方案1 相对误差最小，采用方案1较好。

9

传感器原理——习题2

1、A 2、A 3、B 4、D 5、应变片自补偿 电路补偿

6、消除或减少非线性误差， 共模干扰 提高灵敏度

7、迟滞或系统误差 由传感器材料的性质引起 8、2：1 2：1 4：1 9、解：由

?R?K? 得?R?K?R RF105N??10?3 又????42112ESE5?10m?2.0?10N/m???R?2?10?3?120??0.24?

10、

11、解：（1）R1、R 3沿轴向受拉（正应变）

R2、R 4沿径向受拉（负应变）

F104?0.064 （2）?1??3??2??47E?rE??1?10?2?10

?F104?2??4???2??0.3???0.019?rE??1?10?4?2?107

?R1?R3??k?1?2?0.064?0.128 R1R3?R2?R4??k?2??2?0.019??0.038 R2R4

10

传感器原理——习题3

1、B 2、同向或顺次串联 反向 零点残余电压 相敏检波电路

3、几何尺寸 电气参数 4、零点残余电压 灵敏度

5、相敏检波电路 差动整流电路等 6、us>>u2 us与u2同频同相/反相 7、激励线圈 金属导体 磁 8、低频激励 反射式 9、零点残余电压的产生原因：

1）基波分量---两次极绕组电气参数\\几何尺寸不对称 2）高次谐波----磁性材料的非线性

消除/补偿办法：

1）从设计和工艺上保证结构对称性 2）选用合适的测量线路 3）采用补偿线路

2.9?10?8??m??2?8.57?10mm 10、解：电涡流的贯穿深度h? ??76??4??10H/m?1?10Hz??0?rf（h?d=1.2mm） 贯穿深度远小于被测板厚度，因此应采用反射式测量法。

1、C 2、BD 3、运放 脉冲宽度调制 环行二极管充放电 电桥

4、解：（1）首先任意假定运算放大电路中的两电容分别为：C1、C2如图

则由反相比例运算得输出电压表达式：

C2(CF) C1(Cx) ui A u0 U0??z21/j?C2CUi??Ui??1Ui z11/j?C1C2由CF?

1.8lnR/r1.8lnR/r要使U0与位移x成正比，则C1为Cx C2为CF

?L CX??(L?x)U0??CXL?xUi??Ui CFL(2) 输出电容—位移灵敏度：KCX?dCX?1??????1.93（c/m） dx1.8lnR/r1.8ln(6/4.5)dU0Ui6???2.4(v/m) dxL25?10?6（3）输出电压—位移灵敏度：KU0?

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传感器原理——习题4

2、产生 不产生 3、串接C1=1/2C，U1=2U。并接C1=2C，Q1=2Q 4、正压电效应 逆压电效应 5、高输入阻抗前置放大器的作用：

将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；放大传感器输出的微弱电信号。 放大器类型及特点：

1） 电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压成正比；压电传感器与前置放

大器之间连接电缆不能随意更换，否则将引入测量误差。

2）带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。电荷放大器电路的电缆长度变化的影响不大，其输出电压Uo只取决于输入电荷与反馈电容Cf，与电缆电容Cc无关，且与q成正比（U0=-Q/Cf） 6、U0?QSq?0.5g100pc/g?0.5g???0.05V CfCf1000pFq 得q?u0Cf?5sin?t?2000pC?104sin?t(pC) Cf7、解：(1) 由u0?所以总电荷峰值为：Q=104 pC

q104sin?t(pC) (2) 由q?df得 f???50sin?t(N)

d200(pC/N)1、霍尔效应：通电导体/半导体，在垂直于电流和磁场方向上产生电动势的现象。 由UH＝KH I B 可知，影响因素：磁场与元件法线方向的角度、元件的几何形状、控制电极对霍尔电势的短路作用。

2、激励或输入电极 输出电极 UH =KHIB 3、C

传感器原理——习题5

1、C 2、A 3、B 4、B 5、C 6、C

7、内光电效应：光照下，物体的电导率发生变化或产生光生电动势的效应。 光电导效应：在光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻等；

光生伏特效应：在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象。如光电池、光敏晶体管等光敏器件在实际中有广泛的应用：如太阳能光电池、路灯自动控制；光敏三极管的印刷纸张自动控制电路等，涉及光敏器件的均可。 8、电流源 电压源

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9、外光电效应 光电管或光电倍增管 光生伏特效应 光电池 光电导 光敏电阻 10、全内反射 11、硫化铅 12、开关 硅 4、解： （1）查分度表得：

E分度热电偶的热电势：E(1000C,00C)=6.319mv K分度热电偶的热电势 E(1000C,00C)=4.096mv

（2）由已知E（t，300C）=17.680mV，t0=30℃，查附表E（300C，00C）=1.801mV

得E（t，0℃）=E（t，t0）+E（t0，0℃）

=17.680+1.801=19.481（mV）

反查附表，得 t=280℃

（3）若采用K热电偶，热端温度与（2）相同2800C，相应的热电势为：

E（280℃，30℃）=E（280℃，0℃）-E（30℃，0℃） 查表得

=11.381-1.203=10.178（mV）

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