第1章 传感器的基本知识

一、简述题

1-1何谓结构型传感器？何谓物性型传感器？试述两者的应用特点。

1-2一个实用的传感器由哪几部分构成？各部分的功用是什么？用框图标示出你所理解的传感器系统。

1-3衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说明它们的含义。

1-4什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？

1-5怎么评价传感器的综合静态性能和动态性能？

二、计算题

1-6有一只压力传感器的校准数据如下表所列。根据这些数据求最小二乘法线性化的拟合直线方程，并求其线性度。

精度等级 项目 次数 行程 0 正行程 1 校 准 2 数 据 3 反行程 0.0040 0.2030 0.8005 反行程 正行程 0.0035 0.0035 0.2030 0.2020 0.8005 0.7995 0.9990 反行程 正行程 0.0030 0.0025 0.2020 0.2020 0.8005 0.7995 0.9995 0.0020 0.5 0.2015 2.0 0.7995 1.0000 2.5 1-7液体温度传感器是一阶传感器，现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程为 4dy/dx+2y = 2×103x。式中y为汞柱高(m)，x为被测温度(℃)。试求：

(1) 水银温度计的传递函数； (2) 温度计的时间常数及静态灵敏度；

(3) 若被测物体的温度是频率为0.5 Hz的正弦信号，求此时传感器的输出信号振幅误差和相角误差。

1-8今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理，其中一只固有频率为25 kHz，另一只为35 kHz，阻尼比均为0.3。若欲测量频率为10kHz的正弦振动加速度，应选用哪一只传感器？试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。 第3章 电感式传感器

3-1简述变气隙式自感传感器的工作原理和输出特性，传感器的灵敏度与哪些因素有关？如何提高其灵敏度？

3-2电源频率波动对自感式传感器的灵敏度有何影响？如何确定传感器的最佳电源频率？

3-3差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数？各自的含义是什么？

3-4试分析差动变压器式电感传感器的相敏整流测量电路的工作过程。带相敏整流的电桥电路具有哪些优点？

3-5差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？

3-6图3.38所示为差动变压器式接近开关原理图，结构中使用Ｈ型铁芯，分析它的工作原理，并设计后续信号处理电路，使被测金属部件与探头距离达设定距离时，继电器吸合。

3-7某差动变压器式传感器的技术参数如下，试说明它们的含义。 线性度：0.4% 分辨力：

零点残余电压：0.5% 热漂移：＜0.1%/℃ 输出阻抗：2.5 响应时间：1 ms

3-8电涡流传感器常用的测量电路有几种？分析它们的工作原理和特点。

3-9如何利用电涡流传感器测量金属板厚度？

第5章 压电式传感器

一、选择题

5-1压电式加速度传感器是( )传感器。 A．结构型 B．适于测量直流信号的

C．适于测量缓变信号的 D．适于测量动态信号的

5-2沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，( )。 A．晶体不产生压电效应 B．在晶体的电轴x方向产生电荷

C．在晶体的机械轴y方向产生电荷 D．在晶体的光轴z方向产生电荷

5-3在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为( )。 A．正压电效应 B．逆压电效应 C．横向压电效应 D．纵向压电效应

5-4天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数( )，压电陶瓷的稳定性( )。 A．高，差 B．高，好 C．低，差 D．低，好

5-5沿电轴y方向施加作用力产生电荷的压电效应称为( )。 A．横向压电效应 B．纵向压电效应 C．正压电效应 D．逆压电效应

5-6为提高压电传感器的输出灵敏度，将两片压电片并联在一起，此时总电荷量等于( )倍单片电荷量，总电容量等于( )倍单片电容量。 A．1，2 B．2，2 C．1，1/2 D．2，1

二、简答题

5-7什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？

5-8压电式传感器为何不能测量静态信号？

5-9压电式传感器连接前置放大器的作用是什么？电压式与电荷式放大器有何区别？

5-10影响压电加速度传感器灵敏度的因素有哪些？如何改善？

三、计算题

5-11某石英压电元件x轴向切片d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数er=4.5，截面积S =8 cm2，厚度h=0.6 cm，受到的纵向压力Fx=10N。试求两极片间输出电压。

5-12某压电式传感器将两片完全相同的石英晶片的不同极性端粘接在一起，每片的尺寸为(3×2×0.3) cm3，当0.5 MPa的压力沿x轴垂直作用时，求传感器输出的电荷量和总电容。

5-13某压电式加速度计的阻尼比ξ=0.5，固有频率fn=50 kHz，其输出幅值误差规定在2%以内。试确定其最高响应频率。

5-14某压电式加速度计的灵敏度为4 pC/g(g为重力加速度)，连接电荷放大器，其灵敏度为125 mV/pC，系统的满量程输出电压为±5 V。试求可测试的加速度量程。

5-15对于如图5.36所示前置电荷放大器电路，设Ca=19000 pF，Ra无穷大，CF=100 pF，当A=104时，规定输出信号的衰减不大于2%，若考虑Cc的影响，对于电缆电容为50 pF/m的电缆，其最大允许长度是多少？ 第6章 磁电式传感器 一、简答题

6-1试述磁电感应式传感器的工作原理及基本结构。

6-2简述恒磁通式和变磁通式磁电传感器的工作原理。

6-3为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？

6-4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量？

6-5为什么霍尔元件用半导体薄片制成？

6-6简述霍尔效应以及霍尔式传感器可能的应用场合。

6-7霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？

6-8动态磁头式和静态磁头式磁栅传感器有哪些不同点？

6-9请说明鉴相型磁栅信号处理方式的基本原理。

二、计算题

6-10已知恒磁通磁电式速度传感器的固有频率为10 Hz，质量块重2.08 N，气隙磁感应强度为1 T，单匝线圈长度为4 mm，线圈总匝数为1500匝，试求弹簧刚度k值和电压灵敏度Ku(mV(m/s))。

6-11某霍尔元件l×b×d=10 mm×3.5 mm×1 mm，沿l方向通以电流I=1.0 mA，在垂直于lb面方向上加有均匀磁场B=0.3 T，传感器的灵敏度系数KH=22 V/(A?T)，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。

6-12有一霍尔元件，其灵敏度KH=1.2 mV/(mA?kGs)，把它放在一个梯度为5 kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是20 mA，设霍尔元件在平衡点附近作±0.1 mm的摆动，问输出电压范围是多少？

6-13有一测量转速装置，调制盘上有100对永久磁极，N、S极交替放置，调制盘由转轴带动旋转，在磁极上方固定一个霍尔元件，每通过一对磁极霍尔元件产生一个方脉冲送到计数器。假定t=5 min采样时间内，计数器收到N=15(万)个脉冲，求转速n(r/min)。 第7章 热电式传感器 一、填空题

7-1热电偶测温必须具备的条件是___________________，___________________。

7-2热电阻是将___________________转变为___________________的传感器。

7-3热敏电阻是将___________________转变为___________________的传感器。

二、简答题

7-4常用的热电阻有哪几种?适用范围如何？

7-5热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？

7-6用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题?

7-7什么是中间导体定律和中间温度定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？

7-8什么是均匀导体定律?它有什么实际意义？