检测与转换技术习题

第1章 绪论、检测与转换技术的理论基础

一、单项选择题

1．一块量程为800℃，2.5级测温仪表，现要测量500℃的温度,其相对误差为 【 B 】 A．20℃ B．4％ C．1.6％ D．3.2％

2．某温度仪的相对误差是1%，测量800℃炉温时，绝对误差是 【 D 】 A．0.08℃ B．8％ C． 0.8℃ D． 8℃

3．漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随（ ）变化 【 D 】 A．温度 B．电压 C．电流 D．时间

4．下列四个选项中，关于相对误差特征正确的是 【 D 】

A．大小与所取单位有关 B．量纲与被测量有关

C．不能反映误差的大小和方向 D．能反映测量工作的精细程度

5．下面哪一种情况可能会产生随机误差 【 D 】 A．测量人员的粗心大意 B．检测装置的指示刻度不准 C．许多因素的微小变化之和 D．传感器的不稳定

6．某量程为1000Kg的秤，相对误差是1%，则测量10Kg重物的绝对误差是 【 C 】 A 1Kg B 10％ C 0.1Kg D 10Kg

7. 属于传感器动态特性指标的是 【 D 】

A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率

8. 下列技术指标中，描述传感器静态特性的是 【 C 】

A． 阶跃特性 B. 频率特性

C. 线性度 D. 时间常数

9．精确度是反映检测系统误差和( )误差的综合评定指标。 【 D 】 A．静态 B．动态 C．附加 D．随机

10. 在选择压力表量程时，必须考虑到留有充分的余量。一般在被测压力较稳定的情况下，最大压力值不应超过压力仪表满量程的 【 C 】

A．1/3 B．2/3 C．3/4 D．满量程

11．下面不是系统误差产生的主要原因的是 【 B 】 A．检测装置指示刻度不准 B．测量人员粗心大意 C．测量原理方法不当 D．测试环境的变化 二、多项选择题

1．下列哪几项属于随机误差的特性 【ABCE 】

A．有界性 B．单峰性 C．对称性 D．替代性 E．抵偿性 三、填空题 1．运算?L?四、简答题

答： 迟滞误差，静态误差，

是由于传感器本身材料的缺陷造成。

2．答：应选量程为15V，±2.5级。

?Lmaxymax?ymin?100%是计算传感器 的公式。

3．试给出传感器静态特性中迟滞、重复性的定义，并作图表示迟滞的概念。

答：1、传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。

2、重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。

第2章 参数检测

一、单项选择题

1．输出为电动势的传感器是 【 D 】 A．电阻应变式传感器 B．自感式传感器 C． 电容式传感器 D． 热电偶传感器

2．热力学温度T与华氏温度t的关系是 【 D 】

A．T=t-273 B．T=t C．T=1.8t+32 D．T=t+273

3．下列不是减小和消除系统误差的方法的是 【 D 】

A．将被测量对象位置相互交换 B．将测量仪器送检

C．在测量系统中采取补偿措施 D．采取求算术平均值的方法

4．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是 【 D 】 A．抑制共模噪声 B．抑制差模噪声 C．克服串扰 D．消除电火花干扰

5．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是 【 C 】A．压力 B．力矩 C．温度 D．厚度

6. 测量过程中，仪表读数不需要经过任何运算，就能表示测量结果的测量方法，称为

【 B 】

A．间接测量 B．直接测量 C．组合测量 D．偏差测量

二、多项选择题

1．非接触式传感器主要( CD )。 A．应变式传感器 B．热敏电阻 C．光电传感器 D．红外传感器 E．铂热电阻

2. 半导体式传感器是（ ）。 【ACD 】 A．霍尔元件 B．差动变压器 C．气敏传感器 D．压阻传感器 E．光纤传感器

3. 进行振动（或加速度）测量的传感器有 【AC 】 A．磁电传感器 B．热电偶 C．压电传感器 D．红外传感器 E．超声波传感器

4．根据检测敏感元件与被测介质的接触关系，检测方法可分为 【 AB 】 A．接触式 B．非接触式 C．直接法 D．间接法 E．联立法

5．下列哪几种传感器属于数字传感器 【CE 】 A．电阻应变式 B．电感传感器 C．光栅传感器 D．热电偶 E．感应同步机

6.常用于测量大位移的传感器有 【AE 】 A．感应同步器 B．应变电阻式 C．霍尔式 D．涡流式 E．光栅式传感器

7．接触式传感器主要有 【ABE】 A．热电阻 B．热敏电阻 C．光电传感器 D．红外传感器 E．热电偶

三、填空题

1．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω 放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V

测温系统的总灵敏度K= 0.18 cm/℃ 。

? 第3章 检测信号的处 ? 一、单项选择题

1．在信号的变换中，我们有时为了处理信号的方便，常常把模拟信号转换成数字信号送入微处理器进行处理，下面哪一个是采用这种技术？ 【 A 】 A．A/D变换电路 B．F/V变换电路 C． D/A变换电路 D． V/I转换电路

2．一阶低通滤波器与一阶高通滤波器串联构成二阶带通滤波器，设一阶低通滤波器的截止频率为fH，一阶高通滤波器的截止频率为fL，那么二阶带通滤波器的通频带为 【 D 】 A．fH B．fL C． fL- fH D．fH - fL

3．下列计算方法哪个不是非线性校正常用的方法 【 D 】 A．编写程序进行计算 B．查表法 C．插值法 D．平均值滤波

4．一个11位的A/D转换器，设其满量程电压为10V，则其分辨率为 【 A 】

A．5 mV B．2.5 mV C．2 mV D．10 mV

2KP(S2??0)H(S)?22为 【 D 】5．公式 S???0S??0A．二阶有源低通滤波器的传递函数 B．二阶有源高通滤波器的传递函数 C．二阶有源带通滤波器的传递函数 D．二阶有源带阻滤波器的传递函数 6．周期信号的幅值谱表示的是直流分量与各次谐波的 【 A 】 A．幅值与频率的对应关系 B．初相位与频率的对应关系 C．幅值与初相位的对应关系 D．幅值和初相位与频率的对应关系

7．如果要求一个D/A转换器能分辨5mV的电压，设其满量程电压为10V，其输入端数字量要（ ）数字位。 【 B 】 A．10 B．11 C．12 D．8

8. 无源RC低通滤波器从( )两端引出输出电压。 【 B 】

A．电阻 B．电容 C．运算放大器 D．电感

KPS29．公式H(S)?2为 【 B 】 2S???0S??0A．二阶有源低通滤波器的传递函数 B．二阶有源高通滤波器的传递函数 C．二阶有源带通滤波器的传递函数 D．二阶有源带阻滤波器的传递函数 10．一个8bit逐次逼近A/D转换器，其满量程电压为5V, 若模拟输入电压ui?2V,其数字输出量的数值为 【 B 】 A．01100101 B．01100110 C．01000110 D．01010101

11．信号细分电路是采用电路的手段对（ ）的测量信号进行插值提高仪器分辨力的方法。 【 A 】

A．周期 B．非周期 C．正弦 D．脉冲

12．若周期信号x(t)的周期为T，则其基波角频率为 【 A 】 A．

?2? B． TTC．

?1 D． 2TT13．下面哪种电路主要是为了远距离传输 【 D 】 A．电压—频率变换 B．电流—电压变换 C．数模变换 D．电压—电流变换

二、多项选择题

1．隔离放大器基本构成包括 【 BCD 】 A．滤波器 B．输入放大器 C．隔离器 D．输出放大器 E．非线性校正电路

2．目前LC无源滤波器应用不多的原因是 【 CDE 】 A．信号能量损耗大 B．噪声大 C．电感元件体积大 D．不便于集成 E．低频与超低频范围内选频特性差

3．三运式放差动放大器是常用的测量放大器，其主要优点有 【 ACDE 】 A．高输入阻抗 B．能进行非线性校正 C．共模抑制比高 D．零点漂移小 E．增益可调

4．下面哪种信号适合远距离传输 【 BCE 】 A．电压 B．电流 C．频率 D．微小信号 E．数字信号

5．下列哪种技术属于采用隔离技术抑制干扰的手段( ABE )。 A．隔离干扰源 B．把数字与模拟电路分开 C．滤波技术 D．屏蔽技术 E．采用隔离放大器

6．在测量系统中，信号调理电路包括 【 ABDE 】 A．放大电路 B．滤波电路 C．D/A转换电路 D．线性化电路 E．信号变换电路

三、填空题

1．接地有信号地、电源地和 保护 地三种。

2．隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有 公共地 。

3．如果要求一个D/A转换器能分辨5mV的电压，设其满量程电压为10V，其输入数字量应为 11 位。

4．如果将低通滤波器（截止频率 带通 滤波器。

5. 在测试系统中，抑制串模干扰的方法是滤波，一般串模干扰比实际信号的频率高，可采用 低通 滤波器将其滤掉。

四、简答题

1．试画出低通、高通、带通、带阻的幅频特性，并标出半功率点。 A(?) KpO ?c fh）与高通滤波器（截止频率fL）相串联，得到

A(?) Kp ?O ?c 高通

? 低通

A(?) A(?) Kp O Kp ? c1 带通 ?c2 ? O ?c1 ?c2 带阻 ?

2．简述A/D转换电路中分辨率和精度的区别。

答：A/D转换电路分辨率是指：将连续的模拟信号转换为离散的数字信号时对应一定的幅度电压范围，若超过这个幅度范围，输出的数字信号就会发生变化，这样能分别的电压范围叫做分辨率。

而精度是指：理想的ADC是指不含量化误差以外的误差，如元件的误差和噪声等产生各种误差。精度是表示所含误差的比例，常用量程的百分比或PP/n表示。

3．由RC组成无源低通滤波器，已知R=500(Ω)，C=10(μF)，截止频率f0为多少？，并画出该滤波器的幅频示意图。

答：(1)f0=1/2πRC=31.8Hz

(2)幅频示意图：

五、计算题

1．图示电路，N1、N2、N3工作在理想状态，写出输出电压uo与输入电压ui1、ui2之间的关系式，并说明该电路的特点。

A(?) KpO

?c ?

解：K1=(uo2–uo1 )/（ui2–ui1）=21

ui1 + ∞ + - N1 uo1 20kΩ 100kIR 10kΩ 100kΩ - ∞ + uo

+ N3 100kΩ ui2 + N+ 2 - ∞ 100kΩ uo2 20kΩ

uo = 100K/20K(uo2–uo1) =5(uo2–uo1 )=105（ ui2–ui1）

电路特点：输入阻抗高、共模抑制比高、（零点漂移小），增益可调。

六、设计题

1．设计一个一阶低通滤波电路。

（1）画出RC滤波器的电路图。

（2）画出一阶低通滤波器的幅频特性曲线。 （3）若要求截止频率为1KHz，给出RC参数的值。 （1）画出RC滤波器的电路图。

（2）画出一阶低通滤波器的幅频特性曲线。 （3）若要求截止频率为1KHz，给出RC参数的值。 H1(s)??c?c?

s??cs?1/R3C1R3??15.9k?

2πCfc电容值选择为C?0.01?F，电阻值可按下式计算：

2．如果要将4～20mA的输入直流电流转换为0～10V的输出直流电压，试设计其转换电路。解：该转换电路如图所示。

根据图电路，有

RRuo?(1?3)iR1?3UbR2R2R2 Ub i R1 - R4 ui R3 ∞ + + N uo

取R1=250Ω，当i=4mA时，ui=1V，

当i=20mA时，ui=5V。

因此要求

R3Ub?1,R2(1?R3)?5?11R2图 有 R3/ R2=3/2，Ub=5/3(V)，取R2=10k，R3=15k，

R4= R2// R3=6k。

第4章 传感器的特性

一、单项选择题

1. 传感器能感知的输入变化量越小， 表示传感器的 【 D 】

A．线性度越好 B．迟滞越小 C．重复性越好 D．分辨力越高

2．传感器的主要功能是 【 B 】

A． 传输信息 B． 感受被测量 C． 分析处理信号 D．执行要求的动作

3．传感器在正、反行程中输出输入曲线不重合称为 【 B 】

A．非线性 B．迟滞 C．重复性 D．灵敏度误差

4．选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是 【 D 】

A．阻抗匹配 B．增大输出量 C．减小输出量 D．接近不失真条件

5. 一阶系统的动态表征参数是 【 D 】 A．线性度 B．灵敏度 C．固有频率 D．时间常数

6. 结构型传感器是依靠传感器______的变化实现信号变换的。 【 C 】 A．材料物理特性 B．体积大小 C．结构参数 D．电阻值

7. 传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是 【 D 】

A. 显示电路 B. 转换元件

C. 放大电路 D. 敏感元件

8．描述检测系统动态性能指标的是 【 B 】 A．使用寿命 B．反应时间 C．零点漂移 D．分辨率

二、多项选择题

1．二阶系统的动态表征参数是 【 ABE 】

A．固有频率 B．阻尼比 C．线性度 D．时间常数 E．超调量

三、填空题

2．传感器的线性度计算公式是δL=__?Lmax?100%___ ___。

ymax?ymin3．当环境湿度改变时，必须对电容式传感器重新进行静态__标定______。 4．对传感器进行动态 标定 的主要目的是检测传感器的动态性能指标。

四、简答题

1．什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？

答：传感器的特性主要是指其输出与输入的关系。传感器的输入量可分为静态量和动态量，静态量是指常量或变化缓慢的量，动态量是指周期变化、瞬态变化或随机变化的量。输入量为静态量时，其输出输入关系称为静态特性，输入量为动态量时，则称为动态特性。静态特性和动态特性是传感器的两种基本特性，可表征其性能的优劣。 可以从时域和频域来研究动态特性。

第5章 电阻式传感器

一、单项选择题

1．在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，下列哪种接法可以得到最大灵敏度输出 【 C 】 A．单臂电桥； B．差动电桥； C．全桥方式； D．相对臂电桥

2．应变式传感器是一种（ ）的测量装置。 【 C 】 A．只能测量应变 B．只能测量电阻的相对变化 C．可以测量能转化为应变的被测量 D．可以测量所有的被测量

3．下列关于电位器式传感器的说法哪个是正确的 【 C 】 A．精度高 B．动态性能好 C． 适用于测量变化比较缓慢的物理量 D． 分辨率高

4．电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为（ ）的输出。 【 C 】 A．电阻 B．电容 C．电压 D．电荷 5．直流电桥的平衡条件可以概括为 【 A 】

A．对臂阻抗之积相等 B．对臂阻抗之比相等 C．相邻臂阻抗之积相等 D．相邻臂阻抗之和相等

6．应变式传感器的弹性元件有柱式、悬臂梁时、环式和框式等数种，下列哪种是柱式的应

力与应变的计算关系 【 D 】

??6FlA． ? ? ? ? 2 B． bh2EbhEF 6Fl? ? ??2S ? E hbE0C． D．

E1.91FR

7．按（ ）材料不同，电阻应变片可分为金属和半导体应变片两大类。 【 A 】 A．敏感栅 B．引线 C．基片 D．覆盖层

8．应变片的初始电阻值R0有60Ω、120Ω、200Ω和350Ω等类型，其中最常用的是 【 B 】 A．60Ω B．120Ω C．200Ω D．350Ω

9．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小 A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片

B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

10．差动电桥由环境温度变化引起的误差为 1?R1 ? R A．U0=4RU B．U0=2 R U

?R C．U0=RU D．0

二、多项选择题

1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（ ABD ）。

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．热敏电阻进行电路补偿 E．延长导线补偿法

2．通常用应变式传感器测量（ BCD ）。

A．温度 B．速度 C．加速度 D．压力 E．湿度

3. 应变片的选择包括（ ABCD ）等。 A．类型的选择 B．灵敏系数的选择 C．阻值的选择 D．尺寸的选择 E．温度补偿电路的选择

4．下列关于应变式传感器的说法哪个是正确的 A．应变式传感器将应变转换为电阻的变化 B．可以测位移

【 C 】 【 D 】

【 】 ABD 】 【C．只能进行动态测试 D．采用等臂电桥进行测试 E．可进行非接触测量

三、填空题

1． 在电子称中常常用电阻__应变______式力传感器。

2．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的 电阻率 发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。

3．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4， 若Z1、Z3为对臂，Z2、Z4对臂，则电桥平衡条件为 Z1 Z3=Z2Z4 。

四、简答题

1．简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。

答：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；

(2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用；

单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。

五、计算题

1．图为一直流应变电桥，E=6V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：

①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。 ②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。 ③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。

④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。 答： ①UO?1?R1E?0.015V 4R1②UO?0 ③UO?1?R1E?0.03V 2R1④UO?E?R1R1?0.06V

2．以阻值R=120Ω，灵敏系数K=2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为1με和1000με时，分别求出单臂、

双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。 解：依题意

单臂时 U0?K?U，所以 4K?U4?2?10?6应变为1时 U0???2?10?6/V，

44K?U4?2?10?3 应变为1000时应为U0???2?10?3/V；

44 差动：

U0?K?U，所以 2K?U4?2?10?6??4?10?6/V， 应变为1时U0?22K?U4?2?10?3??4?10?3/V 应变为1000时应为U0?22 灵敏度：

Ku?Uo?εKUi/4,?单臂?KUi/2,?差动?

可见，差动工作时，传感器及其测量的灵敏度加倍。

第6章 压电式传感器

一、单项选择题

1. 影响压电式加速度传感器低频响应能力的是 【 D 】 A．电缆的安装与固定方式 B．电缆的长度

C．前置放大器的输出阻抗 D．前置放大器的输入阻抗

2．当两个压电片串联使用时，电荷q和电压u的变化情况是 【 A 】 A．电荷q不变，电压u均增加一倍 B．电荷q不变，电压u均减小一倍 C．电荷q增加一倍，电压u不变 D．电荷q增加一倍，电压u不变 3．在压电材料的主要特性参数中，（ ）是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。 【 A 】

A．压电常数 B．介电常数 C．居里点 D．弹性常数 4．在下列传感器中，将被测物理量直接转化为电荷量的是 【 A 】 A．压电式传感器 B．电容式传感器 C．自感式传感器 D．电阻式传感器

5．在压电材料的主要特性参数中，（ ）是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。 【 A 】

A．压电常数 B．介电常数 C．居里点 D．弹性常数 6．压电式加速度传感器是（ ）信号的传感器。 【 D 】 A．适于测量任意 B．适于测量直流 C．适于测量缓变 D．适于测量动态

二、多项选择题 三、填空题

1．压电传感器的前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种。其中输出电压与电缆电容无关的是 电荷放大器 放大器。

2．压电常数dij中的下标i表示晶体的 极化 方向，j表示晶体 受力 的方向

四、简答题

1．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。

答：电压放大器的输出与电缆长度有关，使用时不能随意更换，否则将引入测量误差。电荷放大器的输出电压只取决于输入电荷q和反馈电容Cf，且与q成正比，与电缆电容Cc无关，因此可以采用长电缆进行远距离测量，并且电缆电容变化也不影响灵敏度，这是电荷放大器的最大特点。

压电式传感器配用电荷放大器时，低频响应比配用电压放大器要好得多。但与电压放大器相比，它的价格较高，电路也较复杂，调整也较困难，这是电荷放大器的不足之处。

2．压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，当采用多片压电晶片并联方式时，

适合于测量何种信号?

答：并联接法输出的电荷大，本身的电容也大，故时间常数大，宜用于测慢变信号，并且适用于以电荷为输出量的场合。

五、计算题

1．压电式加速度传感器与电荷放大器联接，电荷放大器又与函数记录仪联接。已知：传感器的电荷灵敏度kq=100（pC/g），反馈电容Cf =0.01（μF），被测加速度a=0.5g.求： （1）电荷放大器的输出电压是多少？电荷放大器的灵敏度是多少？ （2）若函数记录仪的灵敏度kg=2mm/mV，求测量系统总灵敏度k0.

解：（1）当被测加速度a=0.5g时，所产生的电荷

Q=100 pC/g ×0.5g =50pC

输出电压为 Ua =Q/Cf=50×10?12 /(0.01×10?6)=5(mV) 电荷放大器灵敏度：K=U/Q=0.1mV/pC

（2）输出位移为 s=2 mm/mV ×5mV=10mm 系统总灵敏度k0=10mm/0.5g=20mm/g

六、设计题

1．试用两根高分子压电电缆设计一种测量汽车车速的测量方案，并说明其工作原理。

答：传感器采用压电传感器，电压放大器。

将两根高分子压电电缆相距若干米s，平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，由示波器可测出前后车轮经过A、B两根压电电缆时的时间t.

则由 v=s/t， 可求出车速。

第7章 电感式传感器

一、单项选择题

1．对于下面哪种传感器我们在应用时要考虑引线电阻和联接导线的电阻? 【 B 】 A．霍尔传感器； B．热电阻传感器； C．涡流传感器； D．热电偶温度传感器。

2．下列关于相敏检波电路说法不正确的 【 D 】 A．能反映衔铁位移的大小 B．能辨别衔铁移动的方向 C．能消除零点残余电压 D．能对测量信号进行调制

3. 反射式电涡流传感器激磁线圈的电源是 【 C 】 A 直流 B 工频交流 C 高频交流 D 低频交流

4．下列哪种传感器会产生零点残余电压 【 A 】 A．差动变压器 B．热电阻 C．霍尔式传感器 D．涡流传感器

5．改变电感传感器的引线电缆后 【 C 】 A．不必对整个仪器重新标定 B．必须对整个仪器重新调零 C．必须对整个仪器重新标定 D．不必对整个仪器重新调零

6．对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无金属导体靠近时，其输出电压 【 A 】

A．最大 B．最小 C．随机变化 D．中间点

7. 涡流式传感器是以______感应理论为基础的。 【 C 】 A．光电 B．热电 C．电磁 D．压电

8. 感应同步器的作用是测量 【 C 】 A．电压 B．电流 C．位移 D．相位差 二、多项选择题

1. 差动变压器由_______构成。 【BCD 】

A．铁心 B．绝缘框架 C．衔铁 D．线圈 E．电子线路

2．在实际测量中，差动变压器式传感器常配用的测量电路主要有 【AB 】 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 E．变压器电桥

三、填空题

1． 差动变压器 式传感器采用差动整流电路后，次级电压的相位和零点残余电压都不必考虑；

2．利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是___金属__________。 3.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，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为_零点残余电压_______电压。 4．相敏检波电路利用参考信号 鉴别被测信号的极性 。

5. 涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将__增大______。

四、简答题

1. 什么是差动变压器的零点残余电压？消除方法有那些？

答：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，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为差动变压器的零点残余电压。

减小零位残余电压的措施是：①衔铁、骨架等零件应保证足够的加工精度，两线圈绕制要一致，必要时可选配线圈。②减小电源中谐波成分，减小电感传感器的激磁电流，使之工作在磁化曲线的线性段；③注意利用外壳进行电磁屏蔽；④采用补偿电路。 2．试比较差动自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。

答：自感式传感器是基于自感原理的传感器，差动变压器式传感器是一种基于互感原理的传感器。

绝大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来改善性能，由两单一式结构对称组合，构成差动式自感传感器。采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的稳定性。差动变压器是一个其原边有一个绕组,副边有两个按差动方式联接的绕组的变磁阻式传感器，初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作。

3．感应同步器的基本原理是什么？

答：感应同步器基于变压器原理，其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。它由滑尺和定尺组成，滑尺上有正弦绕组和余弦绕组。当滑尺绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。通过测量该感应电压的相位或幅值可测量滑尺移动的位移。

五、计算题

1．差动式变气隙长度型自感传感器衔铁位移???0.075mm时，若初始容量L1 = L2 =150mH，初始距离δ=0.75mm，试计算其非线性误差。若改为单极式，初始值不变，其非线性误差有多大？

解：差动：r?（??/?）?（0.075/0.75）2=1% 单极：r???/??10%

六、分析题

21．三段式螺管差动变压器电感液位传感器测量系统的结构和电气线路图如图所示。请分析

说明其测液位的工作原理和及其测量过程。

三段式螺管差动变压器电感液位传感器测量系统（两次级线圈结构相同)

答：解：差动变压器的两个次级线圈反相串接。

其差动变压器式传感器的工作原理正是建立在互感变化的基础上。

当某一设定液位使铁心处于中心位置时，差动变压器输出信号Es=0；当液位上升或下降时， Es≠0。通过相应的测量电路便能确定液位的高低。

七、设计题

1．欲非接触测量一旋转轴的转速，试选择一传感器进行实时检测，画出其结构示意图并说明其工作原理和工作过程。 答案：略。

第8章 电容式传感器

一、单项选择题

1．电容式传感器在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质的主要目的是 【 C 】 A．提高灵敏度 B．减小非线性 C．防止击穿 D．增加加工精度

2. 电容式湿度传感器只能测量（ ）湿度。 【 A 】

A．相对 B．绝对 C．任意 D．水分

3．在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中 【 B 】

A．电容和电感均为变量 B．电容是变量，电感保持不变 C．电感是变量，电容保持不变 D．电容和电感均保持不变

4．差动电容传感器采用差动脉冲调宽电路时，其输出电压正比于 【 B 】

A．

C1 ? C2

?C ? C ? ?C ? C ?

B． 1 2 1 2

C．

? C C ? C ?C 1 2 ? ? 1 2 ?

D．

?C / C ? ?C / C

1 1 2 2

5. 电容式压力传感器是 【 A 】 A．变极距型的 B．变面积型的 C．变介电常数型的 D．以上三种类型都有

6．为了提高______，减小非线性，变间隙式电容传感器一般采用差动结构。 【 B 】A．重复性 B．灵敏度 C．准确度 D．稳定性

7. 测量范围大的电容式位移传感器的类型为 【 D 】

A．变极板面积型 B．变极距型 C．变介质型 D．容栅型

二、多项选择题

1.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（ BD ）。

A．灵敏度增加 B．灵敏度减小 C．非统性误差增加 D．非线性误差减小 E．初始电容量增加

2. 在实际测量中，差动变压器式传感器常配用的测量电路主要有 【 AB 】 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 E．变压器电桥

三、填空题

1．电容传感器在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用 差动 结构。 2．能感受湿度的电容传感器属于__变介电式______电容式传感器。

3． 变介质 式电容传感器常用于液位测量和温湿度测量。 4. 电容式压力传感器是变 变极距 型的。

四、简答题

1．如何改善单极式极距型电容传感器的非线性？

答：①为了保证一定线性度，应限制动极板的相对位移量；

②为了改善非线性，可采用差动结构。

五、计算题

1．一台变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距d0=1mm.，极板间介质为空气，其介电常数ε0=8.85×10-12F/m。试求： （1）初始电容C0；

（2）当传感器工作时，间隙减小?d=±10μm，则其电容量变化?C；

（3）如果测量电路的灵敏Ku=100mV/pF，则在?d=±10μm时的输出电压U0。 解：由题意可求

28.85?10?12???（4?10?3）??0.445pF （1）初始电容：C0?d01?10?3?s(2)

?C?d0?C0d0当?d??10?m时，有?d010?10－6?0.445?10－12?C?C0＝＝4.45?10－15F－3d01?10

(3) 当Δd=±10μm时，由 Ku=100mV/pF=U0/ΔC，则 U0=KuΔC=100mV/pF×(±0.00445pF)=±0.445(mV)

第9章 磁电式传感器

一、单项选择题

1．对于下面哪种传感器我们在应用时要考虑引线电阻和联接导线的电阻? 【 B 】 A．霍尔传感器； B．热电阻传感器； C．涡流传感器； D．热电偶温度传感器。

2．把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称 【 A 】 A．霍尔效应 B．压电效应 C．热电效应 D．光电效应

3．已知变磁通式转速传感器测量齿盘的齿数Z=20，若测得感应电动势的频率为300Hz， 则被测轴的转速是 【 C 】 A． 300转/分 B． 600转/分 C． 900转/分 D．6000转/分

4．减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是 【 C 】

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 D．温度补偿

5．下列四种传感器中，属于四端元件的是 【 A 】

A．霍尔元件 B．压电晶体 C．应变片 D．热敏电阻

6．霍尔元件及霍尔传感器可用于测量 【 D 】 A．温度 B．电阻 C．湿度 D．转速

7．霍尔式位移传感器属于 【 C 】 A．电阻式传感器 B．电感式传感器 C．磁电式传感器 D．压电式传感器

二、填空题

1．霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成 反比 。

2．把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称 霍尔 效应，这个电动势称为 霍尔 电势。

三、简答题

1．试述霍尔元件的不等位电势及其补偿方法。

答：（1）产生不等位电势原因：工艺上难以保证两个霍尔电极在同一等位面上，当有I时，即使B=0，AB之间仍存有电位差。

（2）补偿方法：采用电桥原理，根据A、B电位高低，在阻值较大的桥臂上并联电阻。

IAB

四、计算题

1．（8分）已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求： （1）被测轴的转速是每分钟多少转？

（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？

n?解：（1）

60f60?72??120(转/分）Z36

11（2）频率计的计数装置读数误差为±1个数字，对应的角位移为±Z转=±36转故

1其最大转速误差为±36（转/分）

五、设计题

1．欲非接触测量一旋转轴的转速，试选择一传感器进行实时检测，画出其结构示意图并说明其工作原理和工作过程。 答案：略

2．试用霍尔元件设计一个位移传感器。

(1)用简图说明该传感器的结构，并简要说明其作用原理； (2)写出霍尔电势与位移的关系式。

U/mVH4020120xSNNS?2?1x/mm?20z?40答：（1） 霍尔位移传感器如图所示： y （a）结构简图 （b）输出输入特性 两块相同的永久磁铁，同极性相对放置，霍尔元件置于两块磁铁中间。根据电磁学理论可知，两块磁铁正中间磁感应强度B?0，在此位置霍尔电势UH?0，可作为坐标原点。霍尔元件沿x轴方向移动时，UH?0，其值取决于所处位置B的大小。UH与位移x的关系曲线如图（b）所示。两块磁铁距离越近，磁场梯度越大，霍尔元件的灵敏度越高。 （2）霍尔电势与位移的关系式：UH=KHIB 设磁场梯度KB=△B/△x，即△B = KB△x △UH=KHI KB△x =KH KB I△x

第10章 光电式传感器

一、单项选择题

1.当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为【 B 】

A．温度特性 B．光照特性 C．光谱特性 D．伏安特性

2．光栅传感器中，光电接收元件的输出信号是 【 A 】 A．近似正弦波 B．脉冲 C．连续信号 D．离散信号

3．封装在光电隔离耦合器内部的是 【 D 】

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 4．当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为 【B 】

A．温度特性 B．光照特性 C．光谱特性 D．伏安特性

5．当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加，这种现象叫 【B 】

A．光电效应 B．光电导现象 C．热电效应 D．光生伏特现象

6．栅线密度为50线/mm的光栅，其栅线间距为 【 C 】

A. 50mm B. 0.05 mm C. 0.02mm D．2mm

7．单色光的波长越短，它的 【A 】 A 频率越高，其光子能量越大 B 频率越低，其光子能量越大

C 频率越高，其光子能量越小 D 频率越低，其光子能量越小

8．光敏电阻适于作为 【 A 】 A 光的测量元件 B 光电导开关元件 C 加热元件 D 发光元件

9．光电倍增管的工作原理是以光电发射和_______为基础的。 【C 】 A．二次折射 B．二次接收 C．二次发射 D．二次反射

10．按光纤的作用，光纤传感器可分为_______和传光型两种。 【C 】 A．非功能型 B．强光型 C．功能型 D．遮光型

11．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于 【 A 】

A．光电式传感器 B．电容式传感器 C．压电式传感器 D．磁电式传感器误

12．莫尔条纹光栅传感器的输出是 【 A 】

A．数字式 B. 调幅式 C. 调频式 D. 正弦波

二、多项选择题

1．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于 【BD 】 A．外光电效应 B．内光电效应 C．光生伏特效应 D．光导效应 E．热电效应

2．利用光生伏特效应制成的光敏元件主要有 【CDE 】 A．光电倍增管 B．光敏电阻 C．光电池 D．光电二极管 E．光电三极管

三、填空题

1．红外传感器是能把 红外辐射 转换成电量变化的装置。

2．用光电数字转速表测量电机转速，若电机转轴上白色反光条为N，转速表读数为f，则电机转速是 60f/N r/min。。

3． 光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。如果两个光栅距相等，即W=0.02mm，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=__ 11.43㎜___________莫尔条纹的放大倍数K=__573.2___________。

4．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用 细分 技术。 5．光线照射到物体上所产生的光电子通常可以分为外光电效应、 光电导效应 和光生伏特效应三大类。

四、简答题

1．莫尔条纹的特点是什么？ 答：莫尔条纹的特点是：

1）莫尔条纹的移动量、移动方向与光尺的位移量、位移方向具有对应关系。

2）w?d/?，莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用。当?很小时，w对d有几百倍的放大作用（d为光栅距）。

3）莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用。

2．光电效应有几种？光敏二极管属于哪一种？简述其工作原理。

答： 光电效应可分为外光电效应，光电导效应和光生伏特效应上三种。

光敏二极管属于光生伏特效应，指在光的照射下，内部会激发电子，材料中的电子并不逸出物体表面，仍留在物体内部，并产生光生电动势。

五、分析题

1．图示为利用光电器件构成的光电转速传感器的工作原理图。试分析其工作原理。若调制

盘上有30个小孔，记录时间为t秒，记录总脉冲数为N，写出转速的表达式。

光源

答：光电转速传感器的工作原理是：光电式转速传感器工作在脉冲状态下，将轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲频率就可测得转速的数值。频率可用一般的频率计测量。光电器件多采用光电池、光敏二极管很光敏三极管。、

若频率计在t 秒内计数值N，可得到转速n为： n =60N /30t （转/分）=2N /t为调制盘上孔数 、

2．试分析图示的溶液浓度检测系统检测原理及工作过程。

调制盘 光学 元件

放大整

数字 频率电动调制

被测 溶液 63V 光 R 220V 被测 溶液 63V 光 VT E

U0

答：图中变压器的两个二次绕组及两个光敏电阻作为检测电桥的四个桥臂。用相同强度的光通过被测溶液和标准溶液，分别照射在两个光敏电阻上。若液体与标准溶液相同，则两只光敏电阻呈现相同的阻值，电桥平衡，光电传感器无信号输出。如果被测溶液浓度变化，透过溶液的两束光强度不同，两只光敏电阻呈现不同的阻值，使电桥不平衡，光电传感器有信号，该信号经晶体管放大，送给指示仪表显示。

六、设计题

1．欲非接触测量一旋转轴的转速，试选择一传感器进行实时检测，画出其结构示意图并说明其工作原理和工作过程。

答：电路如图：

光电转速传感器的工作原理是：光电式转速传感器工作在脉冲状态下，将轴的转速变换成相应频率的脉冲，然后测出脉冲频率就可测得转速的数值。频率可用一般的频率计测量。光电器件多采用光电池、光敏二极管很光敏三极管。、

若频率计在t 秒内计数值N，可得到转速n为：

n =60N /30t

（转/分）=2N /t为调制盘上孔数 、

第11章 热电式传感器

调制盘

光源 光学 元件

放大整

数字 频率调制

电动一、单项选择题

1．分度号为Cu100的工业铜热电阻是指在 时电阻值为100Ω 【 A 】 A．0oC B．20oC C．25oC D．100 oC

2．对于下面哪种传感器我们在应用时要考虑引线电阻和联接导线的电阻? 【 B 】 A．霍尔传感器； B．热电阻传感器； C．涡流传感器； D．热电偶温度传感器。

3. 半导体热电阻式传感器简称 【D 】

A．热敏晶体管 B．热电偶传感器 C．热电阻 D．热敏电阻

4．在实验室中测量金属的熔点时，冷端温度补偿采用 【C 】 A．计算修正法 B．仪表机械零点调整法 C．冰浴法 D．补偿导线

5．热电偶可以测量 【 C 】 A 压力 B 电压 C 温度 D 热电势

6．下列温度测量中哪一种热惯性小，适合温度快速测量 【A 】 A．热电偶温度测量 B．温度计温度测量 C．铜热电阻温度测量 D．铂热电阻温度测量

7．热电偶的热电效应主要是把温度变化转化为什么参数变化？ 【 B 】 A．电阻变化 B．电势变化 C．电容变化 D．电感变化

8. 热电偶传感器通常采用电桥不平衡原理进行补偿，其作用为 【C 】 A．扩大量程 B．提高灵敏度 C．确保测量精度 D．提高测量速度

9．不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称 【C 】 A．霍尔效应 B．压电效应 C．热电效应 D．光电效应

10． 热力学温度T与摄氏温度t的关系是 【D 】

A． T=t-273 B． T=t

C． T=1.8t+32 D． T=t+273

11. 用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的 【B 】

A．接线方便 B. 减小引线电阻变化产生的测量误差

C．减小桥路中其它电阻对热电阻的影响 D．减小桥路中电源对热电阻的影响

二、填空题

1．物体的__电阻率______随温度的变化而变化的现象称为热电阻效应。

2．分度号为Cu100的工业铜热电阻，其百度电阻比W（100）=1.42是指在 100 oC oC时电阻与 0 oC oC时电阻比；当此热电阻置于50℃热水中时，其电阻值R50= 121Ω Ω。 3．在热电偶中，当引入第三个导体时，只要保持其两端的温度相同，则对总热电动势无影响。这一结论被称为热电偶的__中间导体___________定律。

4. 热电偶所产生的热电势是由两种导体的__接触电势__和单一导体的__温差电势_组成。

5．热敏电阻常数B大于零的是 正 温度系数的热敏电阻。

6. 不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称___热电________效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E =___0_____。

四、简答题

1．Pt100和Cu50各代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。

答：分别代表铂电阻热电式传感器（100Ω），铜电阻热电式传感器(50Ω).

热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时，环境温度变化时其连接导线电阻也变化所造成的测量误差。

五、计算题

1．某温度传感器的测量范围为-50～250C，其允许的最大误差为±3C。问此传感器的精度等级为多少？当测量到50C和200C时，其最大误差分别是多少？选择仪表的量程时应满足什么原则？ 解：1）

0 ?50 ? 2500 C ? ( C ) ? 3000 C ? Am

?x ? 30 C m

o

o

o

o

?x 30 C m ? ? m ? ? ? 100% ? 100% ? 1%

Am 3000 C 精度等级k ? 1

0

0

2）当测量到50C和200C时，其最大误差仍为3度，因此所测温度值越接近测量范围的上限，则相对误差越小。（3分）

3）所以，测量值应选择：

Ax?2Am3。

2．（8分）已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为13.967mV，材料B与铂配对的热电势是8.345mV，求出在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势。 解：（8分）由标准电极定律

E AB(T,T0 )=EA铂(T,T0 )?EB铂 (T,T0 )

=13.967?8.345=5.622(mV)

3．（10分）利用PtRh—Pt热电偶（S型）测温时，设测量得到T0=30℃，EAB(T,T0)=7.322mV,求T=?

解：EAB(T,0)?EAB(T,T0)?EAB(T0,0)?7.495mV

查表:T=814℃

五、分析题

1.试分析图示的热电偶冷端温度补偿原理并分析指出热电偶的极性。

答：1）分析电桥：在某一温度时，电

桥

处

于

平

衡

状

态

R1?R2?R3?RCU，此时

Uab?0，电桥对仪表的读数无影

响。当温度高于此温度时Rcu增加，

电桥平衡被打破，a点的电位高于b点的电位，产生一不平衡电压Uab，它与热端电势相叠加，一起送入测量仪表。适当选择桥臂电阻和电流的数值，可使电桥产生的不平衡电压

Uab正好补偿由于冷端温度变化引起的热电动势变化值，满足公式：

EAB(t1,t0)?EAB(t1,tn)?EAB(tn,t0)仪表即可指示出正确的温度。

2）分析热电偶：电桥作为补偿电桥工作，由中间温度定律，Uab应该补偿冷端温度不为0时的Eab（t0,0），此时热电偶的输出电压为Eab(t,t0)，加载在毫伏表上的电压值应该反映Eab(t,0)，因此，热电偶的电压和Uab的方向一致，左负右正。

2．试分析图示的电动机过热保护电路原理并指出热敏电阻的特性。

~220V

C R 11R2 VD2 K Rt1 t Rt2 t Rt3 t C2 VD1 VT R3 RP 答：工作原理：将负温度系数热敏电阻贴在三相电机绕组的附近，每相各放一只，串联于电路中。当电机正常运转时，绕组温度较低，热敏电阻值较高，三极管不通，继电器K不动作。当电机过载或断路时，绕组温度剧增，热敏电阻值急剧降低，小到一定至，三极管完全导通，继电器K吸合，电动机被切断，起到保护电机的作用。 采用负温度系数热敏电阻

第12章 新型传感器

一、单项选择题

1．在检测技术中，主要采用的是压电型换能器，接收超声波信号利用压电材料的 【D 】

A．多普勒效应 B．多普勒频移 C．逆压电效应 D．正压电效应

2．电磁炉主要应用了下列哪种技术 【 B 】

A．微波 B．电涡流 C．热电式 D．红外

3．将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的 【 C 】

A．应变效应 B．电涡流效应 C．正压电效应 D．逆压电效应

二、多项选择题

1. 超声波的波型有 【ABC 】 A．纵波 B．横波 C．表面波 D．反射波 E．折射波

三、填空题

1．脉冲回波法测厚，已知超声波在工件中的声速5000m/s，测得时间间隔为18μs，工件厚度为0.045 m 。

2．超声波物位测量是利用超声波在两种介质分界面上的 反射 特性实现的。

四、简答题

1．如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。

答：如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收．

如换能器至液面的垂直距离为h，从发到接收经过的时间为t，超声波在气体中的传播速度为c，则h=ct/2 ，若换能器至容器底部垂直距离为L，则液位为（L-h）。

第13章 现代检测系统

一、单项选择题

1. 对数据采集装置的采样速度起最主要作用的是 【 D 】 A．多路模拟开关 B．测量放大器 C．采样保持器 D．A/D转换器转换时间

二、填空题

1．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的 地 。 2．电磁屏蔽是用一定厚度的 导体 做成外壳，抑制外电磁场的干扰。 3. 从结构上讲，智能传感器是由经典传感器和 微处理器 特性实现的两个中心部分构成。

4．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向 智能化 方向发展。

三、简答题

1．图示为分时共享ADC型数据采集系统，简述此电路的特点，并说明适用于何种数据采集系统。 A1 多 A2 路 模 采样 …拟 保持 A/D I/O 开 电路 An 关

答：（1）分时共享ADC型数据采集系统节省硬件资源，但实时性差。（2）适用于慢性检测采集系统。

C P U