传感器习题

习题与答案第0章第1章第2章第3章第4章第5章第6章第7章返回第8章第9章第10章第11章第12章第13章第14章第15章第0章0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？0.2解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器;3)信号调理器;4)变送器。下页上页图库返回第1章1.1某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV,求其灵敏度。1.2某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。下页上页返回x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0图库第1章1.4某温度传感器为时间常数T=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。1.5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。1.6某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s后的压力。下页上页返回图库第1章1.7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。1.8什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？1.9如何获得传感器的静特性？1.10传感器的静特性的用途是什么？下页上页返回图库第1章1.11试求下列一组数据的各种线性度：1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x;2)端点线性度；3)最小二乘线性度。下页上页返回x123456y2.204.005.987.910.1012.05图库第1章1.12试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（工作特性选端基直线，一组标定数据如下表示）下页上页返回行程输入压力×105Pa输出电压（Mv）(1)(2)(3)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.0图库第1章1.13建立以质量、弹簧、阻尼器组成的二阶系统的动力学方程，并以此说明谐振现象和基本特点。下页上页返回图库第2章2.1在用直流电桥测量电阻的时候，若标准电阻Rn=10.0004Ω的电桥已经平衡（则被测电阻Rx=10.0004Ω），但是由于检流计指针偏转在±0.3mm以内时，人眼就很难观测出来，因此Rn的值也可能不是10.0004Ω,而是Rn=10.0004Ω±ΔRn。若已知电桥的相对灵敏度Sr=1mm/0.01%，求对应检流计指针偏转±0.3mm时，ΔRn？下页上页返回图库第2章2.2如图F1-1所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去了平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片应变后的电阻值的变化量。试证明:Ucd=-(E/2)(ΔR/R)下页上页返回图库第2章2.3说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？2.4当电位器负载系数M＜0.1时，求RL与Rmax的关系。若负载误差δL＜0.1,且电阻相对变化γ=1/2时求RL与Rmax的关系。下页上页返回图库第2章2.5一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为2.0,波松比为0.3,材料弹性模量E=2.1×1011Pa。要求：1)绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；2)计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；3)当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。下页上页返回图库第2章2.6试设计一电位器的电阻RP特性。它能在带负载情况下给出y=x的线性关系。给定电位器的总电阻RP=100Ω。负载电阻RF分别为50Ω和500Ω。计算时取x的间距为0.1,x,y分别为相对输入和相对输出，如图F1-2所示。2.7试设计一分留电阻式非线性电位器的电路及其参数，要求特性如下图F1-3所示。2.8一带负载的线性电位器的总电阻为1000Ω。输出为空载。试用解析和数值方法（可把整个行程分成10段），求下面两种电路情况下的线性度，如图F1-4所示。下页上页返回图库第2章2.9应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？2.10今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图F1-5所示。该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数K=2.1;应变片空载电阻R0=120Ω。下页上页返回cmWcmlFWEtxlx625)(62lxPaEmmt21Ω107035图库第2章2.11图F1-6所示一受拉的10#优质碳素钢杆。试用允许通过的最大电流为30mA的康铜丝应变片组成一单臂受感电桥。试求出此电桥空载时的最大可能的输出电压（应变片的电阻为120Ω）。下页上页返回图库第3章3.1电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？3.2推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。3.3试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。3.4分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？下页上页返回图库第3章3.5图F1-7所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4π×10-7H﹒m-1,试计算气隙长度为零及为2mm时的电感量。图中所注尺寸单位均为mm.下页上页返回图库第3章3.6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：,试求该传感器的工作特性方程及符合度（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作直线拟合）。下页上页返回位移x(mm)0.30.51.01.52.03.04.05.06.0输出f(MHz)2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343图库第3章3.7简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。3.8简述压磁效应，并与应变效应进行比较。下页上页返回图库第4章4.1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。4.2根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？4.3有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变片式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。4.4总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。下页上页返回图库第4章4.5试推导图F1-8所示变电介质电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电系数为ε0,ε2＞ε1，以及极板宽度为W。其他参数如图F1-8所示。4.6在上题中，设δ=d=1mm，极板为正方形（边长50mm)。ε1=1,ε2=4试在x=0到50mm范围内，输出磁位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。4.7简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理及特点。下页上页返回图库第5章5.1磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？5.2霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？5.3简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。下页上页返回图库第6章6.1什么是压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？6.2为什么压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量？6.3试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。6.4设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么？为什么？6.5画出(111)晶面和110晶向。并计算(111)晶面内，110晶向的纵向压阻系数和横向压阻系数。下页上页返回图库第7章7.1什么是光电效应？7.2光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？7.3光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？7.4论述CCD的工作原理。下页上页返回图库第8章8.1热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？8.2什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。8.3试述热电偶测温的基本原理和基本定理。8.4试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。下页上页返回图库第8章8.5什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动平衡电桥，各有什么特点？8.6试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性，并说明其用途。8.7有一串联的热敏电阻测温电路，如图F1-9所示。试设计其最佳线性工作特性，并计算其线性度，最后，用坐标纸每5℃一点绘出电路图F1-9中u=f(t)的曲线。下页上页返回图库第8章8.8图F1-10所示一并联的热敏电阻测温电路。它具有一定的线性化功能，所用的热敏电阻Rt的特性，试求等效的总电阻Re与温度的关系式。今取并联电阻RP=Rt=40Ω。试求Re在2060工作范围内的独立线性度（可用数值方法作），最后对串联和并联线性化电路作一比较全面而实用的比较。下页上页返回图库第9章9.1什么是核辐射传感器？9.2简述核辐射传感器的功能及优缺点。9.3核辐射传感器能用于哪些非电量的测量？试举例说明之。9.4如何防护放射性辐射？下页上页返回图库第10章10.1什么是智能传感器？10.2SMART传感器应有哪些主要功能？有哪些优点？10.3智能传感器的实现途径有哪些？10.4智能传感器的数据处理包括哪些内容？10.5标度变换有哪些方法？10.6智能传感器是如何对温度进行补偿的？10.7如何设计智能传感器的硬件？下页上页返回图库第11章11.1传感器静态校准的条件是什么？11.2如何确定标定仪器设备的精度等级？11.3静态特性标定方法是什么？11.4什么是传感器的动态特性标定？11.5什么是绝对标定法？什么是比较标定法？下页上页返回图库第12章12.1什么是传感器的可靠性？12.2失效分析的方法有哪几种？12.3可靠性设计程序核原则是什么？12.4什么是传感器的失效？失效有哪几种？下页上页返回图库第13章13.1什么是测量原理？测量方法有哪几种？13.2什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？13.3给出一只0.1级150V电压表的检定结果，试编制修正值表并绘制其误差曲线，求出指示在105及135分度时，经过修正后的电压值。下页上页返回示值实际值示值实际值示值实际值3029.988079.96120119.924040.049090.06130130.085049.94100100.08140139.926059.98110109.88150149.987069.94图库第13章13.4检定一只精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA，试问这只表是否合格？13.5被测电压的实际值为10V，现有150V,0.