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1、传感器原理与工程应用习题一、 单项选择题1、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（ C ）A组合测量 B静态测量C等精度测量 D零位式测量1.1在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（ B ）。A. 直接测量 B. 间接测量C. 组合测量 D. 等精度测量2、1属于传感器动态特性指标的是（ B ）A重复性 B固有频率 C灵敏度 D漂移21不属于传感器静态特性指标的是（ B ） A重复性 B固有频率 C灵敏度 D漂移2.2 以下那一项不属于电路参量式传感器的基本形式的是( D )。A.电阻式 B.电
2、感式C.电容式D.电压式2.2传感器的主要功能是（ A ）。A. 检测和转换 B. 滤波和放大C. 调制和解调 D. 传输和显示3.电阻式传感器是将被测量的变化转换成( B )变化的传感器。A.电子B.电压 C.电感D.电阻3.1电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（D ）。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3.2电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是 （ B ）。A、 60 B、 120 C、 200 D、 3503.3电阻应变片式传感器一般不能用来测量下列那些量（D）、位移、压力、加速度、电流3.4直流电桥的平衡条件为（ B ）
3、A相邻桥臂阻值乘积相等 B相对桥臂阻值乘积相等C相对桥臂阻值比值相等 D相邻桥臂阻值之和相等3.5全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ C ）。A. 不变 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍3.6、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（B ）。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3.7、产生应变片温度误差的主要原因有（A、B ）。A电阻丝有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数C电阻丝承受应力方向不同 D电阻丝与试件材料不同3.8、直流电桥平衡的条件是（ A ）。A 相临两臂电阻的比值相等 B 相对两臂电阻的比值相等C相临两
4、臂电阻的比值不相等 D 所有电阻都相等4、变气隙式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量将（ A ）。A增大 B减小 C不变 D无法确定4.1、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( C )。 A直流电桥 B变压器式交流电桥C差动相敏检波电路 D运算放大电路差4.2、差动变压器属于( D )。A.电容式传感器B.压电式传感器C.电阻式传感器D.电感式传感器4.3、涡流式压力传感器利用涡流效应将压力的变化变换成线圈的( D )。A.电阻变化B.电容变化C.涡流变化D.阻抗变化4.4下列不是电感式传感器的是 D 。A 变磁阻式自感传感器 B 电涡流式传感器 C 变
5、压器式互感传感器 D 霍尔式传感器(磁电式传感器)4.5下列传感器中不能做成差动结构的是 A 。 A 电阻应变式 B 自感式 C 电容式 D 电涡流式4.6关于电涡流传感器说法不正确的是（ ）A、电涡流传感器是基于电磁感应原理工作的B、电涡流传感器是由涡流线圈和支架构成的C、电涡流传感器可以实现无接触测量D、电涡流传感器只测量静态量，不能测量动态量。5、电容式传感器是将被测量的变化转换成( )变化一种传感器A.电容量 B.电感量C.介电常数 D.距离5.1变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（）。A 正比关系B 反比关系C 无关系5.2、下列不属于电容式传感器测量电路的是（
6、 ）A调频测量电路 B运算放大器电路 C脉冲宽度调制电路 D相敏检波电路5.3、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（ ）。A. 保持不变 B.增大一倍C. 减小一倍 D.增大两倍5.4、当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（ ）A灵敏度K0增加 B灵敏度K0不变C非线性误差增加 D非线性误差减小5.5、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5.6、关于差动脉冲宽度调制电路的说法正确的是（ BD ）。A. 适用于变极板距离和变介质型差动电容传感器B. 适用于变极板距离差动电容传感器
7、且为线性特性C. 适用于变极板距离差动电容传感器且为非线性特性D. 适用于变面积型差动电容传感器且为线性特性5.7、下列不属于电容式传感器测量电路的是（ D ）A调频测量电路 B运算放大器电路C脉冲宽度调制电路 D相敏检波电路5.8电容式传感器采用“驱动电缆”技术是为了减少或消除（ ）的影响。A温度变化 B寄生电容 C边缘效应 D非线性6、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（ ）A霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C周围环境温度变化D激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配61、下面不属于不等位电势U0产生原因的是（ ）。A、霍尔电极安
8、装位置不对称或不在同一等电位面上； B、半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或几何尺寸不均匀； C、元件由金属或绝缘体构成；D、激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。6.2、关于霍尔传感器说法不正确的是（ ） A、霍尔片越厚，霍尔传感器输出灵敏度越大B、霍尔片越薄，霍尔传感器输出灵敏度越大C、霍尔传感器可以作测量元件D、霍尔传感器可以作开关元件7、压电晶片的连接方式中串联接法（ ）A、输出电压大，本身电容小，适宜用于以电压作输出信号B、输出电荷大，本身电容大， 时间常数大C、输出电压小，本身电容大，适宜用于以电压作输出信号D、输出电荷小，本身电容小， 时间常数大7.1两个型号相同的压电片串联
9、使用时，下列说法正确的是（ ）A、等效输出电荷增大一倍 B、等效输出电容增加一倍C、等效输出电压增加一倍 D、都不正确7.2关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ ）A与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变 B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍C与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍 D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变7.3 用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了 原理。A.磁阻效应 B. 正压电效应 C.逆压电效应7.4 下面材料中不是压电材料有（）。A石英晶体 B氧化锌C铌酸钾
10、晶体 D有机玻璃7.5、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（ ）A产生纵向压电效应 B. 产生横向压电效应C不产生压电效应 D. 产生逆向压电效应7.6、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（ ）成正比。A输入电荷 B.反馈电容C电缆电容 D.放大倍数7.7对石英晶体，下列说法正确的是（ ）。A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。7.8、石英晶体和压电陶
11、瓷的压电效应对比正确的是（ ）A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好7.9、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（ ） A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍7.10、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（ ）A. 串联时输出电压不
12、变，电荷量与单片时相同B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半7.11、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（ ）原理。A. 磁阻效应 B. 压阻效应C. 正压电效应 D. 逆压电效应7.12、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。A前者比后者灵敏度高 B后者比前者灵敏度高C前者比后者性能稳定性好 D前者机械强度比后者的好7.13、压电式传感器目前多用于测量（ ）。A静态的力或压力 B动态的力或压力C位移 D温度7.14、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（ ）。A产生纵向压电效应 B. 产生
13、横向压电效应C不产生压电效应 D. 产生逆向压电效应7.15、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（ ）成正比。A输入电荷 B.反馈电容C电缆电容 D.放大倍数7.16、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（ D ）A不产生压电效应 B. 产生逆向压电效应 C. 产生横向压电效应 D产生纵向压电效应 7.17、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ ）A与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变 B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍C与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍
14、 D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变9下列光电器件中，基于光电导效应工作的是（ ） A光电管 B光敏电阻 C光电倍增管 D光电池9.1、封装在光电隔离耦合器内部的是（ ）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两个发光二极管或两个光敏三极管D一个发光二极管和一个光敏三极管9.2、光电二极管工作是需（ ） A、加正向工作电压 B、加反向工作电压 C、不需加电压 D、正、反电压都可以9.3、有关光敏电阻的描述，正确的是（ ）A、暗电阻大 B、亮电阻大C、一样大 D、无法比较9.4、基于外光电效应的光电器件有（ ）A、光电倍增管 B、光电池 C、光
15、敏电阻 D、发光二极管9.5、利用内光电效应原理制成的光电元件是（ ）。A光电管 B光电倍增管C光电池 D光敏电阻9.6、下列器件中是基于外光电效应制成的是 。A 光敏电阻 B 光电池 C 光电倍增管 D 光敏晶体管9.7光敏电阻的特性是（ D ） A有光照时亮电阻很大 B无光照时暗电阻很小 C无光照时暗电流很大 D受一定波长范围的光照时亮电流很大 9.8、基于光生伏特效应工作的光电器件是（ C ）A光电管 B.光敏电阻C光电池 D.光电倍增管10不能实现非接触式测量的传感器是 A 。A 压电式 B 电涡流式 C 光电式 D 光纤式二、 填空题1、运算是计算传感器 线性度 的公式。2、要使直流
16、电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的 乘积 相等。3、量程是指传感器在_测量范围_内的上限值与下限值之差。4、相对误差是指测量的_绝对误差_与被测量量真值的比值，通常用百分数表示。5、传感器静态特性指标主要有 灵敏度 、 线性度 、迟滞性 、 重复性 、漂移 等。6、半导体应变片在应力作用下电阻率发生变化，这种现象称为_压阻_效应。7、电阻应变片一般由_敏感栅_、 基片 、覆盖层、引线 四个部分组成，其中_敏感栅_ 是核心部件。8、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称_应变_效应；半导体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称_压阻_效应。9、电阻应变式传感器的核心元
17、件是 电阻应变片 ，其工作原理是基于 电阻应变效应 。10、半导体应变片工作原理是基于 压阻效应 效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数 大 。11、应变式传感器产生温度误差的原因为 电阻温度系数的影响 和 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 。通常采用的温度补偿方法有 线路补偿法 、 应变片自补偿法 等。12、 电感式传感器是利用_电磁感应_原理，将被测量的变化转化成_电感_变化的一种机电转换装置。13、自感式传感器主要有变间隙式、变截面式和螺管式三种类型。14、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上由于两线圈的结构及参数不相等，差动变压器输出电压不为零，
18、此电压称为_零点残余电压_。15、在电感式传感器中，线圈之间的没有耦合的是 自感 式传感器，被测对象也是磁路一部分的是 电涡流 传感器。16、电感式传感器是建立在 电磁感应 基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感 或互感 的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。17、电感式传感器根据工作原理的不同可分为 自感式 、 互感式 和 电涡流式 等种类。18、差动变压器结构形式有 变隙式 、 变面积式 和 螺线管式 等，但它们的工作原理基本一样，都是基于 电感量 的变化来进行测量，实际应用最多的是 螺线管式 差动变压器。19、变气隙式自感传感器，当街铁移
19、动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量 增加 （增加，减少）。20、电容式传感器按结构特点可分为变极距型、变介电常数型和变面积型等三种。21、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为 电容 的变化来实现对物理量的测量。 22、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为电容式传感器、电容式传感器 和 电容式传感器。23、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成反比 关系。24、忽略边缘效应，变面积型电容式传感器输入量与输出量的关系为 线性 （线性、非线性），变介质型电容式传感器输入量与输出量的关系为 线性 （线性、非线性），变极距型电容式传感器输入量与输出量的关系为 非线性 （线性、
20、非线性）。25、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高了 1 倍，而非线性误差转化为 平方反比 关系而得以大大降低。26、将电能转变为机械能的压电效应称为逆压电效应 。27、压电式传感器是一种典型的 有源型 传感器（或发电型传感器），其以某些电介质的压线效应为基础，来实现非电量电测的目的。28、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为 正压电 效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称 逆压电 效应。29、为了分析方便，在晶体学中把石英晶体用三根互相垂直的轴x、y、z来描述，分
21、别称为 电 轴、 机械 轴和光 轴。30、石英晶体沿Z轴（光轴） 方向施加作用力不会产生压电效应，没有点电荷产生。31、石英晶体的X轴称为 电轴_，垂直于X轴的平面上 纵向压电效应 最强；Y轴称为机械轴 ，沿Y轴的 横向压电效应 最明显；Z轴称为光轴或中性轴，Z轴方向上无压电效应。32、正压电效应将 机械能 转变为 电能 ，逆压电效应将 电能 转化为 机械能（或机械运动） 。33压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容 并联，也可等效为一个电压源与电容 相串联的电压源。34、压电式传感器使用 电压 放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。35、压电元件测量电路采用前置放大器的目的是：
22、 一是把它的高输出阻抗变换成低输出阻抗、 二是放大传感器输出的微弱信号 。目前经常应用的前置放大器有 电压放大和 电荷放大两种。36、目前压电式传感器的常用的材料有 压电晶体 、 压电陶瓷 和高分子电致伸缩材料等三类，其中 压电晶体 具有良好的温度稳定性，常用于高精度的测量。压电材料的 逆压电 效应还可以用来产生超声波。37、霍尔元件有两对电极，一对用来施加_激励电压或电流 ，称为_电极，另一对用来输出_输出引线_，称为_电极。38、霍尔效应指：金属或半导体置于磁场中，当有电流流过时，在_垂直于电流和磁场方向上会产生电动势。39光电效应分为 外光电效应 、光生伏特效应 和 内光电效应三大类。光
23、电效应分为 内光电效应 和 外光电效应 两大类，其中，光敏电阻的原理是基于 内光电效应效应的。三、名词解释：1、传感器：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。2、 重复性：用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95%概率水平两个独立测试结果的最大差值3、 线性度：测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正常值比例关系（线性关系）的一种度量。2、正压电效应答：压电效应：某些电介质物体在沿一定方向受到压力或拉力作用时发生变形，并且在其表面上会产生电荷，若将外力去掉，它
24、们又重新回到不带电的状态。具有压电效应材料有石英晶体、人工制造的压电陶瓷、锆钛酸铅等。逆压电效应：是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象四、简答题1、解释什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两大部分？这两大部分各自起什么作用？答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。2、 什么是传感器的静态特性，描述静态特性的技术指标有哪些？3、 答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时
25、的输出输入关系。与时间无关。4、 主要性能指标有：线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和量程等。3金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。4、 简要说明电容式传感器的工作原理。答：电容式传感能将被测量转换为传感器电容变化。传感器有动静两个板板，板板间的电容为： ，式中：0 真空介电常数 r 介质的相对介电常数 两极板间的距离有关 A 极板的有效面积当动板板运动或极板间的介质变化就会引起传感器电容值的变化，从而构成变极距式、变面积式和变介质型的电容式传感器。
26、5、 什么是电涡流效应？答:根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电涡流，这种现象成为电涡流。6、 石英晶体x、y、z轴的名称及其特点是什么？ X轴叫做电轴，y轴叫做机械轴，轴叫做光轴。通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴y方向上的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。沿z轴方向的力作用时不产生压电效应。7、 画出压电元件的两种等效电路8、 画出压电式传感器中采用电荷放大器的电路图，并分析证明输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。9试说明压电式传感器中，压
27、电片并联和串联后对测量的影响。答：压电元件能够方便地组合应用，起到提高电压输出灵敏度的作用，这是压电式传感器的一个特点（2分）。组合的基本方式有串联和并联。并联的特点是：输出电压相等，电容相加，总电荷量相加，因此输出的电荷量增加，适用于电荷输出场合（3分，图1分）。串联的特点是总电荷量不变，电压相加，电容减小，因此，电灵敏度提高，适用于电压输出场合（3分，图1分）。10. 什么是霍尔效应？答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。11光电效应有
28、哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。12、 什么是内光电效应？列举几种基于内光电效应工作的光电器件（不少于三个）。 答：在光线作用下，物体的导电性能（电阻率）发生变化或产生光生电动势的现象称为内光电效应。（包括光电导效应和光生伏特效应）13、什么是外光电效应？什么是内光电效应？在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的
29、现象叫做内光电效应。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。五、分析计算题1，有一个温度传感器，其微分方程为：，其中y-输出电压(mV)，x-输入温度()，求该传感器的时间常数和静态灵敏度K。（10%）解：即时间常数，静态灵敏度2、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8个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量为2.11011Pa，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
30、桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。（20%）解：（1）如图所示R1R5R2R6R3R7R4R8+R1R3R5R7R2R4R6R8U0Ui-+-（2）圆筒截面积：应变片1、2、3、4感受轴向应变：应变片5、6、7、8感受周向应变：满量程时：（3）全受拉力时：3、图中，设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V， R1=R2=R3=R4=100。（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为R1=1.0时，试求电桥的输出电压Uo。（2）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo。（3）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为R1=R2=1.0，但极性相反，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo。（20%）解：（1）（2）（3）当R1受拉应变，R2受压应变时：当R1受压应变，R2受拉应变时：4、分析如图所示自感传感器当动铁心左右移动时自感L变化情况（已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为，线圈匝数W不变）。（10%）解：动铁心不移动时，b为铁心厚度。则总的自感（1）动铁心左移时，则，所以（2）同理，当动铁心右移时，由上可知，无论动铁心怎么左右移动，自感L是不变的。5、用光电器件设计路灯自动开关电路。