傳感器 課后題及答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——傳感器課后題及答案第1章傳感器特性

1．什么是傳感器？（傳感器定義）

2．傳感器由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？3.傳感器特性在檢測(cè)系統(tǒng)中起到什么作用？4．解釋以下名詞術(shù)語(yǔ)：

1)敏感元件;2)傳感器;3)信號(hào)調(diào)理器;4)變送器。5．傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？動(dòng)態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？

6．某傳感器精度為2%FS，滿(mǎn)度值50mv，求出現(xiàn)的最大誤差。當(dāng)傳感器使用在滿(mǎn)刻度值1/2和1/8時(shí)計(jì)算可能產(chǎn)生的百分誤差，并說(shuō)出結(jié)論。

7．一只傳感器作二階振蕩系統(tǒng)處理，固有頻率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它測(cè)量頻率為400的正弦外力，幅植比ε=0.7時(shí)，

，

又為多少？

，相角

各為多少？

8．某二階傳感器固有頻率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度誤差小于3%，試求：決定此傳感器的工作頻率。

9.某位移傳感器，在輸入量變化5mm時(shí)，輸出電壓變化為300mV,求其靈敏度。10.某測(cè)量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系統(tǒng)的總的靈敏度。11．測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：a)試用最小二乘法擬合直線(xiàn)，求其線(xiàn)性度和靈敏度；b)用C語(yǔ)言編制程序在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

12．某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)T=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的1/3和1/2所需的時(shí)間。

13．某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mV;t→∞時(shí)，輸出為100mV;在t=5s時(shí)，輸出為50mV,試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。14．某一階壓力傳感器的時(shí)間常數(shù)為0.5s,若階躍壓力從25MPa,試求二倍時(shí)間常數(shù)的壓力和2s后的壓力。

15．某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,阻尼比為臨界值的50%,當(dāng)500Hz的簡(jiǎn)諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。16.已知某壓力傳感器的測(cè)定范圍為0～10000Pa，輸入特性表示為：y=10(x-0.00007x2+2000)請(qǐng)問(wèn)這種傳感器能使用嗎？

17.某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0～100ppm時(shí)的輸入特性表示為Rx=x+250(kΩ),用差動(dòng)法回復(fù)以下問(wèn)題（其中R1=10MΩ,E=2V）:⑴利用最簡(jiǎn)單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關(guān)系圖。

⑵利用電橋進(jìn)行電阻-電壓變換電路，繪出20。C時(shí)X，V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng)30。C時(shí)，Rx=x+500(kΩ)，在同一張圖上再加上X，V0的關(guān)系圖，然后進(jìn)行比較。

⑶采用兩個(gè)差動(dòng)法的傳感器電路繪出20。C，30。C時(shí)X，V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進(jìn)行比較。

18.設(shè)阻抗Rs為1kΩ俄信號(hào)源與100V的動(dòng)力線(xiàn)有50m的并行走線(xiàn)距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。

第3章電感式傳感器

1.表達(dá)變磁阻式傳感器的工作原理。

2.說(shuō)明差動(dòng)變壓器（螺線(xiàn)管式）傳感器的結(jié)構(gòu)形式與輸出特性。3.什么是零點(diǎn)剩余電壓，有哪些方法可以進(jìn)行剩余電壓補(bǔ)償？

4.用差動(dòng)變壓器進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)采用那種電路形式可以直接由輸出電壓區(qū)別位移的大小和方向？

5.什么是電渦流效應(yīng)？電渦流傳感器可以進(jìn)行哪些非電量參數(shù)測(cè)量？分別利用哪些物理量進(jìn)行檢測(cè)，由哪個(gè)電參量轉(zhuǎn)換進(jìn)行電量輸出的？6．差動(dòng)電感結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)，采用什么電路可有線(xiàn)形輸出？7．電感式傳感器有哪些種類(lèi)？它們的工作原理是什么？8．試分析差動(dòng)變壓器相敏檢測(cè)電路的工作原理。

9．分析電感傳感器出現(xiàn)非線(xiàn)性的原因，并說(shuō)明如何改善？

10．圖所示一簡(jiǎn)單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4π×10-7H﹒m-1,試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為2mm時(shí)的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.

11．簡(jiǎn)述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場(chǎng)合。電感：12．問(wèn)振幅是5V，頻率是1000Hz的正弦波交流的有效值為多少？周期為多少？13.在膜厚傳感器上，厚度l越大，線(xiàn)圈的自感系數(shù)是變大還是變??？第4章電容式傳感器1.電容傳感器有哪些類(lèi)型？

2.表達(dá)電容傳感器的工作原理，輸出特性。

3.為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動(dòng)形式，差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是什么？4.電容傳感器的測(cè)量電路有哪些？表達(dá)二極管雙T型交流電橋工作原理。5.說(shuō)明P100圖5-17差動(dòng)式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理。

6.P90圖5-6，已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為d=10mm;ε=50μF/m;兩極板幾何尺寸一樣為30mm*20mm*5mm（長(zhǎng)*寬*厚）;在外力作用下動(dòng)極板在原位置向外移動(dòng)10mm（寬）；試求ΔC=？。7．差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)的工作原理？

8．如圖：電容傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=R=40K，RL=20K，

E=10V，f=1MHz，C1=10pF，C1=1Pf。求UL的表達(dá)試，帶入?yún)?shù)求UL的值。

9．推導(dǎo)差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。

10．根據(jù)電容傳感器的工作原理說(shuō)明它的分類(lèi)，電容傳感器能夠測(cè)量哪些物理參量？

11．有一個(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)當(dāng)中止，試分析用應(yīng)變片式或電容式傳感器系統(tǒng)來(lái)解決該問(wèn)題的途徑和方法。12．總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場(chǎng)合以及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。

13．試推導(dǎo)圖F1-8所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電系數(shù)為ε0,ε2＞ε1，以及極板寬度為W。其他參數(shù)如圖F1-8所示。

14.在上題中，設(shè)δ=d=1mm，極板為正方形（邊長(zhǎng)50mm）。ε1=1,ε2=4試在x=0到50mm范圍內(nèi)，輸出磁位移傳感器的特性曲線(xiàn)，并給以適當(dāng)說(shuō)明。

15.簡(jiǎn)述電容式傳感器用差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點(diǎn)

第5章磁電式傳感器

1.為什么說(shuō)磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？2.變磁阻式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？可以檢測(cè)哪些非電量？

3.磁電式傳感器是速度傳感器，它如何通過(guò)測(cè)量電路獲得相對(duì)應(yīng)的位移和加速度信號(hào)？4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢(shì)的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢(shì)的因素有哪些？

5.集成霍爾器件有哪幾種類(lèi)型？試畫(huà)出其輸出特性曲線(xiàn)。

6.有一測(cè)量轉(zhuǎn)速裝置，調(diào)制盤(pán)上有100對(duì)永久磁極，N、S極交替放置，調(diào)制盤(pán)由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在磁極上方固定一個(gè)霍爾元件，每通過(guò)一對(duì)磁極霍爾元件產(chǎn)生一個(gè)方脈沖送到計(jì)數(shù)器。假定t=5min采樣時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器收到N=15萬(wàn)個(gè)脈沖，求轉(zhuǎn)速n=？轉(zhuǎn)/分。

7.磁敏元件有哪些？（磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管）什么是磁阻效應(yīng)？簡(jiǎn)述磁敏二極管、晶體管工作原理。

8.磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？與霍爾元件在本質(zhì)上的區(qū)別是什么？9.磁敏晶體管與普通晶體管的區(qū)別是什么？10．試證明霍爾式位移傳感器的輸出與位移成正比。

11．磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)？

12.霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？13.簡(jiǎn)述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場(chǎng)合。

14.發(fā)電機(jī)是利用導(dǎo)線(xiàn)在永久磁鐵的磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而發(fā)電的。無(wú)論負(fù)載怎樣消耗這個(gè)電能，永久磁鐵不會(huì)變?nèi)?，這是什么道理？第6章壓電式傳感器

1.什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類(lèi)？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？

2.石英晶體X、Y、Z軸的名稱(chēng)是什么？有哪些特征？

3.簡(jiǎn)述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點(diǎn)？4.說(shuō)明電壓放大器與電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)，各自要解決什么問(wèn)題？

5.用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)器振動(dòng)，已知，加速度計(jì)靈敏度為5pc/g;電荷放大器靈敏度為50mv/p，最大加速度時(shí)輸出幅值2v，試求機(jī)器振動(dòng)加速度。

6．超聲波傳感器利用壓電材料制成發(fā)射器和接收器，說(shuō)明它們各利用哪種壓電效應(yīng)？7．電荷放大器所要解決的核心問(wèn)題是什么？試推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。8．簡(jiǎn)述電壓試加速傳感器的工作原理？

9.為什么壓電傳感器尋常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量？

所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042,16．答：

dy/dx=1-0.00014x。微分值在x7143Pa時(shí)為負(fù)，故不能使用。17．答：

⑴20。C時(shí)，0～100ppm對(duì)應(yīng)得電阻變化為250～350kΩ。V0在48.78～67.63mV之間變化。⑵假使R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。C時(shí)，V0在0～18.85mV之間變化。30。C時(shí)V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之間變化。

⑶20。C時(shí)，V0為0～18.85mV，30。C時(shí)V0為0～17.79mV，假使零點(diǎn)不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對(duì)（2）得狀況來(lái)說(shuō)有很大的改善。18．答：

感應(yīng)電壓=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入，并保證單位一致，得：感應(yīng)電壓=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章應(yīng)變式傳感器概述習(xí)題答案9.答：

(1).全橋電路如下圖所示

(2).圓桶截面積

應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變；

應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變；

滿(mǎn)量程時(shí)：

（3）

10．答：

敏感元件與彈性元件溫度誤差不同產(chǎn)生虛假誤差，可采用自補(bǔ)償和線(xiàn)路補(bǔ)償。11．解：

12．解：

13．解：

①是ΔR/R=2（Δl/l）。由于電阻變化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（應(yīng)變）

=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(鎳)是（95～104）*10-8Ω·m，ρ（銅）是1.72*10-8Ω·m，所以R（鎳）/R（銅）=ρ（鎳）/ρ（銅）=（95～104）/1.72=55.2～60.5。

15．答：假定輸入輸出端沒(méi)有電流流過(guò)，流過(guò)阻抗Z4和Z1的電流為i4，流過(guò)阻抗Z3和Z2的電流為i3，由基爾霍夫電壓定律得以下關(guān)系式：（Z4+Z1）i4=(Z3+Z2)i3=Vi(1)i4Z4=i3Z3+Vi(2)

由（1）式得

（3）

（4）

將（3）和（4）代入（2）求得V0為：V0=i4Z4-i3Z3

=（

）Vi=

Vi

16．答：由等效力學(xué)模型得，當(dāng)有位移輸入u(t)時(shí)，盛物器的相對(duì)位移x的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)椋?/p>

（6）

因此，假使物體以振動(dòng)頻率f（角頻率ω=