电大传感器与检测技术期末复习题及详细答案参考.doc

基础知识自测题
第一章 传感器的一般特性
1.传感器是检测中首先感受 ，并将它转换成与有确定对应关系的 的器件。
2.传感器的基本特性通常用其特性和 特性来描述。当传感器变换的被测量处于动态时，测得的输出一输入关系称为 特性。
3.传感器变换的被测量的数值处在稳定状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的
特性，其主要技术指标有： 、 、 和 等。
4.传感器实际曲线与理论直线之间的称为传感器的非线性误差，其中的 与输出满度值之比称为传感器的 。
5.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下， 变化量与化量的比值。对 传感器来说，其灵敏度是常数。
6.传感器的动态特性是指传感器测量 时，其输出对输入的 特性。
7.传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成关系的其它量的元件称为 元件。
8.只感受由敏感元件输出的，并且与 成确定关系的另一种非电量，然后输出电量的元件，称为 元件。
第二章 电阻式传感器
1.电阻应变片是将被测试件上的 转换成 的传感元件。
2.电阻应变片由 、 、 和 等部分组成。
3.应变式传感器中的测量电路是将应变片 转换成 的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。
4.金属电阻应变片敏感栅的形式和材料很多，其中形式以 式用的最多，材料以 用的最广泛。
5.电阻应变片的工作原理就是依据应变效应建立 与变形之间的量值关系而工作的。
6.当应变片主轴线与试件轴线方向一致，且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的
与试件主应力的 之比。
7.电阻应变片中，电阻丝 的灵敏系数小于其 灵敏系数的现象，称为应变片的横向效应。
8.电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变片时，工作应变片粘贴在 表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的 上，则补偿应变片不 。
9.用弹性元件和 及一些附件可以组成应变式传感器.
10.应变式传感器按用途划分有：应变式 传感器、应变式 传感器、应变式 传感器等。
11.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以 ，同时还能起到 的作用。
12.电阻应变片的配用测量电路大都采用交流不平衡电桥，其目的是配接和克服 的影响。
13.应变片在未使用粘贴前，在室温下测得的静态电阻，叫应变片的。
14.影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是（ ）。
A.导电材料电阻率的变化 B.导电材料几何尺寸的变化
C.导电材料物理性质的变化 D.导电材料化学性质的变化
15.应变片的主要参数有（ ）。
A.初始电阻值 B.额定电压
C.允许工作电流 D.额定功率 E.几何尺寸
16.产生应变片温度误差的主要原因有（ ）。
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 D.电阻丝与试件材料不同
17.电阻应变片的线路温度补偿方法有（ ）。
A.差动电桥补偿法 B.补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法
C.补偿线圈补偿法 D.恒流源温度补偿电路法
18.电阻应变片的配用测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（）。
A.直流平衡电桥 B.直流不平衡电桥
C.交流平衡电桥 D.交流不平衡电桥
19.电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（）。
A.60Ω B.120Ω C.200Ω D.350Ω
20.当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K的定义是（ ）。
A.应变片电阻变化率与试件主应力之比
B.应变片电阻与试件主应力方向的应变之比
C.应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比
D.应变片电阻变化率与试件作用力之比
21.制作应变片敏感栅的材料中，用的最多的金属材料是（ ）。
A.铜 B.铂 C.康铜 D.镍铬合金
22.应变片的允许工作电流参数是指（ ）。
A.允许通过应变片而绝缘材料因受热而未损坏的最大电流
B.允许通过应变片而敏感栅受热未烧坏的最大电流
C.允许通过应变片而不影响其工作特性的最大电流
23.通常用应变式传感器测量（）。
A.温度 B.速度 C.加速度 D.压力
24.一个悬臂梁受力作用弯曲，现在用电阻应变片测量作用力F。当考虑采用电阻应变片温度线路补偿法时，请画图表示应变片粘贴位置和测量线路的接法。
第三章 电感式传感器
3一1 自感式
1.闭磁路变隙式电感传感器主要由 、 及铁芯组成。
2.闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙 发生相对变化，从而导致 的变化。
3.闭磁路变隙式单线圈电感传感器的测量范围与及 是相矛盾的。
4.画出单线圈螺线管式电感传感器的结构原理图，并标注各组成部分的名称。
5.单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、 和可沿线圈轴向组成。
6.单线圈螺线管式电感传感器对比闭磁路变隙式电感传感器的优点很多，缺点是 。它广泛用于测量。
7.单线圈螺线管式电感传感器对比闭磁路变隙式电感传感器，有 大、 好、结构简单和便于操作等优点。
8.差动螺线管式电感传感器主要由两个 的螺线管连接，初始状态处于对称位置组成。因而两个螺线管的初始 相等。
9.画出差动螺线管式电感传感器的结构原理图，并注明各组成部分的名称。
10.差动螺线管式电感传感器的配用测量电路有： 、 、 。
11.单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（ ）。
A.大量程角位移 B.小量程角位移
C.大量程直线位移 D.小量程直线位移
12.通常用电感式传感器测量（ ）。
A.电压 B.磁场强度 C.位移 D.压力
13.差动螺线管式电感传感器的配用测量电路有（ ）。
A.直流电桥 B.变压器式交流电桥
C.带相敏整流的交流电桥 D.运算放大器电路
3－2差动变压器式
1.把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用 形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
2.螺线管式差动变压器传感器主要由 、 和 组成。
3.螺线管式差动变压器传感器中，其线圈组合按绕组排列方式有一节式、二节式、…、五节式。通常多采用 式和 式。
4.螺线管式差动变压器传感器的导磁外壳的功能主要是提供 。
5.螺线管式差动变压器传感器的工作原理：以三节式螺线管差动变压器传感器为例。
它由线圈组合、活动衔铁和导磁外壳三部分组成。线圈组合包括一个 线圈、两个
的次级线圈。该传感器工作时，将两个次级线圈 串接作为输出。初级线圈W1上加 电压，两个次级线圈就会产生 的感应电势。当活动衔铁处于初始平衡位置时，由于理论上两个电势，差动变压器输出为 。当活动衔铁向某一个次级线圈方向移动时，则该次级线圈内磁通 ，使其感应电势 ，差动变压器有 。其数值反映了活动衔铁 。
6.变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与 ，的矛盾。这点限制了它的使用，仅适用于 的测量。
7.螺线管式差动变压器传感器在活动衔铁位于 位置时，输出电压应该为零。实际不为零，称它为 。
8.螺线管式三节差动变压器传感器工作时，其零点残余电压中的基波部分主要由 产生的。因此调节活动衔铁的位置 消除它。
9.减少螺线管式差动变压器传感器零点残余电压最有效的办法是尽可能保证传感器 、 和 的相互对称。
10.螺线管式差动变压器传感器中，零点残余电压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 附近的灵敏度降低、测量 大等。
11.画出螺线管三节式差动变压器传感器结构原理图，并标注各组成部分的名称。
12.差动变压器传感器的测量电路中，常用的相敏检波器有两种： 电路、 电路。
13.差动变压器传感器不仅可以直接用于测量 ，还可以用于测量与 有关的任何机械量。
14.螺线管三节式差动变压器主要由线圈组合、活动衔铁和导磁外壳组成。其零点残余电压产生的主要原因是（ ）。
A.活动衔铁的初始位置不合适 B.两次级线圈电气参数和几何尺寸不对称
C.磁性材料饱合
15.差动变压器传感器的结构形式很多，其中应用最多的是（ ）。
A.变间隙式 B.变面积式 C.螺线管式
16.为了使螺线管式差动变压器传感器具较好的线性度，通常是（ ）。
A.取测量范围为线圈骨架的1／10～1／4 B.取测量范围为线圈骨架的1／2～2／3
C.激磁电流频率采用中频 D.激磁电流频率采用高频
17.螺线管三节式差动变压器传感器的两个匝数相等的次级绕组，工作时是（ ）。
A.同名端并联 B.同名端接在一起串联
C.异名瑞并联 D.异名瑞接在一起串联
18.差动变压器式传感器的配用测量电路主要有（ ）。
A.差动相敏检波电路 B.差动整流电路
C.直流电桥 D.差动电桥
19.通常用差动变压器传感器测量（ ）。
A.位移 B.振动 C.加速度 D.厚度
20.画出差动变压器式传感器配用的差动整流（半波电压输出）测量电路图
3－3电涡流式
1.电涡流式传感器的整个测量系统由 和 两部分组成。利用两者之间的 来完成测量任务。
2.电涡流式传感器的基本结构是由 和框架组成。其中 是主体，因而它的性能、尺寸、形状对整个测量系统的性能 产生重要影响。
3.电涡流传感器的工作原理：传感器的激磁线圈通正弦 时，在其周围产生交变，使被测金属导体内产生 。它的存在消弱激磁线圈内 的变化。使线圈 发生变化（对比无被测金属时变 ）。该变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应的大小与被测金属导体的电阻率、磁导率及几何形状有关，又与线圈的几何尺寸、线圈中激磁电流的有关，还与线圈与被测金属导体间的等参数有关。如果保持上述中的其它参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器的就仅仅是这个参数的函数。通过测量线圈的变化量，即可实现对该参数的测量。
4.电涡流传感器工作时，被测物体的 和 越小.则传感器灵敏度越大。
5.利用电涡流式传感器测量位移时，只有在线圈与被测物的距离大大地小于线圈半径时，才能得到较好的 度和较高的 度。
6.电涡流传感器中激磁线圈的等效阻抗是很多参数的函数，如果 不变，只改变其中的一个参数，通过测量等效阻抗的 ，即可实现这个参数的测量。
7.利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较高的灵敏度，应该让 的距离大大地小于 。
8.电涡流传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属至少有一个线圈的距离。否则会使
降低和 范围缩小。
9.电涡流传感器的配用测量电路有： 电路 。电路、 电路。
10.对于高频反射式电涡流传感器来说，为了使其具有较高的 度，不产生电涡流透射损耗，要求被测物必须达到一定的 度。
11.电涡流传感器中，被测导体中电涡流强度和被测导体与激磁线圈之间的距离呈 性关系，且随距离的 ，电涡流将迅速减小。
12.若使电涡流传感器的灵敏度高，被测物体的电阻率ρ和相对磁导率μ应该是（ ）。
A.ρ大 B.ρ小 C.μr大 D.μr小
13.利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性和灵敏度，其激磁线圈（半径为r。）与被测物体间的距离x应该满足（ ）。
A. r。≈x B. r。＞＞x C. r。＜x D. r。＞x
14.电涡流式传感器激磁线圈的电源是（ ）。
A.直流 B.中频交流 C.高频交流 D.低频交流
第四章 电容式传感器
4-1电容式传感器的工作原理及结构型式
1.电容式传感器是将被测物理量的变化转换成 的器件。
2.变间隙式电容传感器由 和 的极板组成。当 板随着被测参数的变化相对＿ 移动时，引起 的变化。从而引起 发生变化。测量出，即可推算出 。
3.变间隙式电容传感器一般用来测量 的位移。
4.电容式传感器中，变面积式常用于较大的 测量。
5.电容式传感器中，变介电常数式多用于 的测量。
6.空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用 式电容传感器。
7.画出变介质常数式电容传感器工作结构示意图。该传感器能测量什么非电量？
8.部分固体介质的变间隙式电容传感器是在牺牲 前提下换取灵敏度的提高，实际中多采用此种结构。
9.当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（ ）。
A.灵敏度入增加 B.灵敏度入减小 C.非线性误差增加 D.非线性误差减小
10.用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（ ）。
A.变间隙式 B.变面积式 C.变介电常数式 D.空气介质变间隙式
11.变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d。之间是（）。
A.正比关系 B.反比关系 C.无关系
12.用电容式传感器测量位移时，应该选用（ ）。
A.变间隙式 B.变面积式 C.变介电常数式
4－2 电容式传感器的测量电路及应用
1.画出与差动式电容传感器配用的紧耦合电桥电路图。
2.画出与电容式传感器配用单臂接法的脉冲测量电路图。图中Cx、Ip指的是什么？
3.画出电容式传感器的差动电桥测量电路图，并说明C。、△C表示什么量值？
4.画出差动式电容加速度传感器结构原理图。并标往各组成部分的名称。
5.电容式传感器通常用来测量（ ）。
A.交流电流 B.电场强度 C.重量 D.位移
6.电容式传感器还可以测量（）。
A.压力 B.加速度 C.电场强度 D.交流电压
计算题
1. 某压力传感器的校准数据如下表如示。试用端基法求其基准直线，并确定该压力传感器的灵敏度和线性度。
压力(MPa)
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
输出电压（mV）
-2.7
0.6
4.0
7.4
10.9
14.4

2. 设一力传感器可作为二阶系统来处理，已知传感器的固有频率为w0=200Hz，阻尼比x=0.6，静态灵敏度为k=9.6，试求：
（1） 该传感器的动态输入输出方程；
（2） 该传感器的频率传递函数；
（3） 如果该传感器用于测量力F=sin(400t)，试求该传感器的稳态输出；
（4） 试分析当测量的外力为2000KHz时，此传感器的稳态输出。

3.设有两只力传感器，均可作为二阶系统来处理，自振频率分别为800Hz和1200Hz，阻尼比ξ均为0.4，今欲测量频率为400Hz正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算将产生多大的振幅相对误差和相位误差。

4. 电阻应变片的灵敏度定义为

其中ΔR为作用应变ε后应变片的电阻变化，R为应变片的电阻。如果一阻值为120Ω的应变片灵敏度为k=2.0，将该应变片用总阻值为12Ω的导线连接到一测量系统，求此时应变片的灵敏度。

5.一应变片的电阻R=100Ω，灵敏系数k=2.10，用作应变为1000με的传感元件
(1)求ΔR和ΔR/R；
(2)若惠斯登电桥初始时已平衡，电源电压U=4V，求在此应变下的输出电压UO；

6.如将两个100Ω电阻应变片平等地粘贴在钢制试件上，试件截面积为10-4m2，弹性模量E=100GN/m2，由100kN的拉力所引起的应变片电阻变化为1Ω。把它们接入交流电桥中，电桥电源电压为1V，求应变片灵敏系数和电桥输出电压。

7.有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板为圆形，半径为r=3mm，假设与被测工件的初始间隙为d0=0.5mm，试求：
1) 若极板与工件的间隙变化量为Dd=10mm，电容的相对变化量（即）为多少？
2) 若测量电路的灵敏度为Ku=100mV/pF，则在Dd=1mm时的输出电压为多少？
已知空气的介电常数为

8.在压力比指示系统中采用差动式变极距型电容传感器，已知原始极距为d1=d2=0.25mm，正方形极板的边长为a=20mm，采用电桥电路作为其转换电路(如右图所示)。电容传感器的两个电容分别接R=5KW的电阻后作为电桥的两个桥臂，并接有效值为U1=50V的电源电压，其频率为f=400Hz，电桥的另两臂为相同的固定电容C=0.002mF，试求
3) 电容传感器的电压灵敏度（单位为V/m）；
4) 当电容传感器的输出电压U0=1V时，电容传感器活动极板的位移（单位为mm）。

9.试推导差动电容式传感器接入变压器电桥（如右图所示），当变压器二次侧电压有效值均为U时，其空载输出电压Uo与电容Cx1，Cx2的关系式。若采用变极距型电容传感器，设初始极距均为d0，极距变化Dd后，空载输出电压Uo与Dd的关系式。

10.当差动式变极距电容传感器动极板相对于定极板位移了Dd=0.5mm时，若初始电容C1=C2=80pF，初始极距d=5mm，试计算其非线性误差，若将差动电容改为单只平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？

11. 表4.1中单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相互覆盖的宽度为4mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若极板相对移动2mm，求电容变化量？

12. 现有一只0～20mm的电容式位移传感器，其结构如下图所示。已知L=25mm，R1=6mm，R2=5.7mm，r=4.5mm，CBC构成固定电容CF，CDC随活动导杆的伸入而变化，拟采用理想运算放大器测量电路，试回答：

（1） 要求运算放大器测量电路的输出电压与输入位移x成正比，在测量电路中CF与Cx应如何连接？
（2） 活动导杆每伸入1mm所引起的电容变化量为多大
（3） 输入电压U=6V时，输出电压U0为多少
（4） 固定电容CF的作用何在
（5） 传感器与测量电路的连接线对传感器的输入有无影响

13.在右图中，电感L=200mH的纯电感线圈中通入一个不断变化的电流i。电流i为一正弦信号，其幅值为2，频率f=200Hz，当t=0时，相位为。试求：在线圈上产生的自感电压为多大？

14.一个铁氧体环形磁心，平均长度为10cm，截面积为2cm2，平均相对磁导率mr=2000，求：
（1）均匀绕线1000匝时的电感；
（2）匝数增加1 倍时的电感。
取真空磁导率为1×10-8H/cm。

15. 试推导右图所示差动型电感传感器电桥的输出特性UO=f(DL)，已知电源角频率为w，Z1、Z2为传感器两线圈的阻抗，零位时Z1=Z2=R+jwL。若以变气隙式传感器接入该电桥，求灵敏度表达式k=UO/Dd为多大（本题用有效值表示）。

16. 某压电晶体的电容为1000pF，电荷灵敏度为Kq=2C/cm，连接电缆电容为Ce=1000pF，示波器的输入阻抗为1MW，并联电容为50pF，求
（1） 压电晶体的电压灵敏度；
（2） 测量系统的高频响应；
（3） 如系统允许的测量幅值误差为1%，可测量的最低频率是多少？
（4） 如频率为10HZ，允许误差为1%，用并联连接方式，电容值为多大？

17. 石英晶体压电式传感器，面积为1cm2，厚度为1mm，固定在两金属板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。材料的弹性模量为5×1010Pa，电荷灵敏度为2pC/N，相对介电常数为5，材料相对两面间电阻是1014W。一个10pF的电容和一个100MW的电阻与极板并联。若所加力F=0.01sin(1000t)N，求：
(1)两极板间电压峰值；
(2)晶体厚度的最大变化。

18.分析压电式加速度传感器的频率响应特性。又若测量电路的C总=1000pF，R总=500MW，传感器固有频率f0=30KHZ，相对阻尼系数x=0.5，求幅值误差在2%以内的使用频率范围。

Visa-free policy brings Chengdu biz, tourism boost. Making national headlines several times, Chengdu's 72-hour visa-free policy has attracted wide attention from both Chinese and foreign experts and businessmen since it took effect on Sept 1 last year. The program permits citizens from 51 countries and regions including the United States, Australia, Canada and Japan who have valid visas and flight tickets to a third country to spend three days in the city. The capital of Sichuan province is the first city in the western region of China to offer foreign tourists a three-day visa and the fourth nationwide to adopt the policy following Shanghai, Beijing and Guangzhou. Li Zhiyong, deputy dean of the tourism institute at Sichuan University, said the move "contributes to a large increase in the number of overseas tourists and raises the city's level of internationalization". "The policy will also bring direct economic revenue," Li said. "Chengdu has many cultural legacies and is also a paradise for panda lovers with the world's largest breeding and research center. Three days are long enough for foreign visitors to visit those iconic tourist spots," he noted. The city is home to the remains of the Jin sha civilization that dates back more than 3,000 years as well as the Qing cheng Mountains and the Du jiang yan irrigation system. Qing cheng has long been recognized as the birthplace of Taoism, China's ancient indigenous religion, while Du jiang yan is considered to be the oldest functioning water-control project in the world. Chengdu ranked third in tourist facilities, management and services among 60 Chinese cities in a customer satisfaction survey released last year. But, Li added that efforts are still needed to develop more tourism products, improve English services and provide accurate translation of traffic signs and scenic billboards. Zhao Yun, chairwoman of British Chamber of Commerce Southwest China, told China Daily that his colleagues found the policy very convenient. "A British client once flew here and stayed for just one day to check her ordered goods," she said. Zhao was born in Shanxi province, but she has lived in Chengdu for more than 10 years. "My life was like a running race moving from place to place. I also lived in Beijing and Shanghai before," she said. "But Chengdu is a place that you never want to leave once settling down. It is now my second hometown," she said. If the environment is further improved, the city will attract more people to visit and live, with the 72-hour visa-free policy and compelling conditions in transportation, culture, climate and cuisine, he said. Foreigners also gave positive feedback on the policy. A spokesman from Dell Inc said the company has a global hub of operation in Chengdu, so the three-day visa "has an immediate and positive influence on the company's business development". Rudy Buttignol, president of the public broadcasting company in British Columbia, Canada, said his work requires frequent travel to Chengdu and the policy "makes the trips easier". Data from the city's public security bureau shows some 100 foreign visitors enjoyed the 72-hour policy by the end of March, most of them from the United States, the United Kingdom and Germany. Chengdu also reported robust growth in its overall tourist industry last year. Official statistics show that it received some 150 million tourists last year, an increase of 28 percent from 2012. Around 1.7 million came from abroad, an increase of 12 percent. Total revenue from tourism surpassed 133 billion yuan ($21.7billion). During his visit to Kazakhstan in September, Chinese President Xi Jinping proposed that China and Central Asia join hands to build a Silk Road economic belt to boost cooperation. The idea has been widely echoed in Central Asian countries, becoming an encouraging blueprint for Chinese areas along the Silk Road that has linked Asia and Europe for more than 2,000 years. In the next three weeks, China Daily reporters will travel through the belt in China and in Kazakhstan, Uzbekistan and Turkey. They will show the progress and expectations of the countries, businesses and peoples on the route. Shaanxi - the start of the ancient Silk Road - has positioned itself as the new starting point for the development of the Silk Road Economic Belt, which will strengthen China's cooperation with Central Asian countries, a senior official said.
Shaanxi Governor Lou Qinjian said the province is fresh, rich and unique, as it was when it anchored one end of the ancient Silk Road.
"It is the best option for accommodating industrial transfers from East China or the world at large," he said on Wednesday in Xi'an.
Lou held a joint interview with 27 media, including China Daily, the first in a series of interviews entitled Chinese Media Along the Silk Road. The interviews will be in Shaanxi and Gansu provinces and the Xinjiang Uygur autonomous region, as well as Kazakhstan, Uzbekistan and Turkey.
The media group held the first interview on Wednesday morning in Xi'an, the starting point of the ancient Silk Road, a trade channel established more than 2,000 years ago linking China, Central Asia and Europe.