传感器与检测技术 康维新课后答案.docx

1、传感器与检测技术 康维新课后答案目录第一章 检测技术理论基础第一节 检测技术概论第二节 检测系统的测量误差第三节 检测系统的测量方法第四节 检测系统的基本特性第五节 理想的检测系统思考题与练习题第二章 电阻式传感器第一节 电位器式传感器的工作原理及结构第二节 电阻应变式传感器的工作原理及结构第三节 电阻应变式传感器的测量电路及补偿第四节 电阻应变式传感器的应用思考题与练习题第三章 电容式传感器第一节 电容式传感器工作原理及结构形式第二节 电容式传感器性能及改善措施第三节 电容式传感器的测量电路第四节 电容式传感器的应用思考题与练习题第四章 电感式传感器第一节 自感式传感器第二节 互感式传感器第

2、三节 涡流式传感器思考题与练习题第五章 压电式传感器第一节 压电式传感器的工作原理第二节 常用压电材料第三节 压电元件的常用结构形式第四节 压电式传感器的等效电路第五节 压电式传感器的测量电路第六节 压电式传感器的应用思考题与练习题第六章 光电传感器第一节 光电效应及光电元件第二节 光的产生和常见光源第三节 光电传感器的类型及其应用第四节 CCD图像传感器概述第五节 电荷耦合器件第六节 CCD的主要特性第七节 CCD应用举例思考题与练习题第七章 热电式传感器第一节 概述第二节 热电偶第三节 热电阻传感器第四节 半导体温度传感器思考题与练习题第八章 气敏传感器第一节 概述第二节 半导体气敏传感器

3、第三节 气敏传感器的应用思考题与练习题第九章 湿敏传感器第一节 概述第二节 湿敏传感器的主要参数第三节 湿敏元件第四节 湿敏传感器的应用思考题与练习题第一十章 磁场传感器第一节 霍尔传感器第二节 磁敏电阻第三节 磁敏二极管和磁敏三极管思考题与练习题第一十一章 数字式传感器第一节 光栅传感器第二节 旋转角编码器第三节 感应同步器第四节 磁栅思考题与练习题第一十二章 新型传感器第一节 光纤传感器第二节 集成传感器第三节 微波传感器第四节 视觉传感器第五节 无线传感器思考题与练习题第一十三章 传感器的标定第一节 静态标定第二节 动态标定思考题与练习题第一十四章 检测信号的加工调理第一节 检测信号的放

4、大第二节 滤波第三节 非线性校正第四节 信号变换思考题与练习题第一十五章 自动化仪表第一节 概述第二节 自动化仪表的设计思想和研制方法第三节 自动化仪表的监控程序设计第四节 自动化仪表中的干扰抑制技术思考题与练习题第一十六章 虚拟仪器第一节 概述第二节 虚拟仪器硬件构成第三节 虚拟仪器软件的开发平台及应用第四节 虚拟仪器的开发应用思考题与练习题参考文献第二章思考题与练习题1.电阻应变片是将被测试件上的 应变 转换成 电阻阻值变化输出 的传感元件。2.电阻应变片由 敏感栅 、基片、覆盖层和引线等部分组成。3.应变式传感器中的测量电路是将应变片 电阻相对变化量 转换成 电压 的变化，以便显示或记录

5、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 箔 式最多，材料以 康铜 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 电阻值 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 阻值变化 与试件主应力的 应变 之比。7.电阻应变片中，电阻丝 弯曲 的灵敏系数小于其 拉伸 的灵敏系数的现象，称为应变片的横向灵敏系数。8.电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法时，工作应变片粘贴在 试件 表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的 试件 上，则补偿应变片不影响桥式电路的输出。9.用弹性元件和 应变片

6、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 位移 传感器、应变式 加速度 传感器、应变式 压力 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 增大灵敏度 ，同时还能起到 减小非线性误差 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 阻抗 和克服 分布电容 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 初始阻值。14.影响金属导电材料应变灵敏系数k的主要因素是（AB）。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（

7、AE）。A初试电阻值 B额定电压 C允许工作电流D额定功率 E几何尺寸16.产生应变温度误差的主要原因有（A）。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）。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（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19.电阻应变片的初试电阻数值有多种，其中用的最多的是（D）。A 60 B 120 C 200 D 35020.当应变片的主

8、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（C）。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，用得最多的金属材料是（C）。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（C）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（D）。A 温度 B 速度 C 加速度

9、D 压力第三章思考题与练习题1. 电容式传感器是将被测物理量的变化转换成 电容 变化的器件。2. 变间隙式电容传感器的工作原理：变间隙式电容传感器由 固定 和 可变 的极板组成。当 可变 板随着被测参数的变化相对 固定板 移动时，引起 间距 的变化。从而引起 电容 发生变化。测量出 电容 ，即可推算出 位移 。3. 变间隙式电容传感器一般用来测量 微小 的位移。4. 电容式传感器中，变面积式常用于测量较大的 位移 。5. 电容式传感器中，变介电常数式多用于测量 液位 。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 差动 式电容传感器。8.部分固体介质

10、的变间隙式电容传感器是在牺牲 线性度 前提下换取灵敏度的提高。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（ B ）A 灵敏度增加 B.灵敏度减小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体时，应该选用（ C ） 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（ B ） 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（ B ） A. 变间隙式 B 变面积式 C 变介电常数式17.电容式传感器通常用来测量（ D ） A交流电流 B

11、电场强度 C重量 D位移14.电容式传感器还可以测量（ A B ） A压力 B加速度 C电场强度 D交流电压第四章思考题与练习题一、自感式传感器1闭磁路变隙式电感传感器主要由 线圈、 衔铁 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 磁阻 发生相对变化，从而导致电感线圈 电感量 的变化。 3闭磁路变隙式单线圈电感传感器的测量范围与 灵敏度 及 线性度 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、 铁磁性外壳和可沿线圈轴向 移动的活性铁芯 组成。 6单线圈螺线管式

12、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 灵敏度低（存在零点残余电压） 。它广泛用于测量 微小位移的场合（大量程线性位移） 。 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 测量范围 大、 线性度 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 完全相同（次级线圈）的螺线管连接，铁芯 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，并注明各组成林的名称。 10差动螺线管式电感传感器的配用测量电路有： 交流 电桥 电桥、 电桥。 11单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（ C ）。 A大量程角位移 B

13、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（ CD ）。 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（ C ）。 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运算放大器电路二、差动变压器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 变压器 的基本原理制成的，其次级绕组都用 差动 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 初线线圈 、 两个次级线圈 和 铁芯 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 二节 式和

14、三节 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 静态屏蔽 。 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 同名端反相 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 激励 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 0 。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 增大 ，使其感应电势 增加 ，差动变压器有 输出电压 。其数值反映了活动衔铁 位移 。 6变隙式差动变

15、压器传感器的主要问题是灵敏度与 线性度 ，的矛盾。这点限制了它的使用，仅适用于 微小位移 的测量。 7螺线管式差动变压器传感器在活动衔铁位于 初始平衡 位置时，输出电压应该为零。实际不为零，称它为 零点残余电压 。 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 传感器的两次级绕组、电气参数和几何尺寸不对称 产生的。因此调节活动衔铁的位置不能完全 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 、 两次级绕组 和 几何尺寸 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针之一。它的存在会造成传感

16、器在 零点 附近的灵敏度降低、测量 误差 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与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的相敏检波器有两种： 差动相敏检波 电路、 差动整流电路 。 13差动变压器传感器不仅可以直接用于 位移 测量，还可以用于测量与 位移 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（ B ）。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（ C ）。 A变间隙式 B变面积

17、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（ BD ）。 A取测量范围为线圈骨架的1/101/4 B取测量范围为线圈骨架的1/22/3 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（ D ）。 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（ 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 19通常用差动变压器传感器测量（ A ）。 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

18、流（半波电压输出）测量电路图三、电涡流式传感器 1电涡流式传感器的整个测量系统由 传感器线圈 和 导体系统 两部分组成。利用两者之间的 磁场耦合程度 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 交变电流 时，在其周围产生交变 磁场 ，使被测金属导体内产生 感应电涡流 。它的存在消弱激磁线 圈 内 磁场 的变化。使线圈 电感量、阻抗、品质因数 发生变化（对比无被测金属时变 小 ）。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

19、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 频率 有关，还与线圈与被测金属导体间的 距离 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 线圈的阻抗 就仅仅是这个参数的 单值 函数。通过测量线圈 阻抗 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 电阻率 和 相对导磁率 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 线性 度和较高的 灵敏 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 其它参数 不变，只改变其中的一个参数，通

20、过测量等效阻抗的 变化率 ，即可实现这个参数的测量。 7利用电涡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，应该让线圈到金属导体表面 的距离大大地小于 线圈半径 。 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 灵敏度 降低和 线性误差 范围缩小。 9电涡流传感器的配用测量电路有： Q值测量 电路 、 电桥 电路、 谐振 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 灵敏 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 非线性 关系，且随距离的

21、，电涡流将迅速减小。 12若使电涡流传感器的灵敏度高，被测物体的电阻率和相对磁导率应该是（ A、C ）。 A大 B小 Cr大 Dr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（ B ）。 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（ C ）。 A直流 B工频交流 C高频交流 D低频交流 15用电涡流传感器进行测量时，不属于被测物体的金属物与激磁线圈（半径为ra）之间的距离S应该满足（ D ）。 As r。 BS2r。 CS2r。 DS2r。第五章思考题与练习题1. 压电式传感器的工

22、作原理是基于某些电介质材料的 压电效应 。2. 用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的 电荷量 与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片的 几何尺寸 和面积无关。3. 压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微电畴组成的。电畴具有自己的 极化 方向。经过 极化处理 过的压电陶瓷才具有压电效应。4. 沿着压电陶瓷极化方向加力时，其 剩余极化强度 发生变化，引起垂直于极化方向的平面上 电荷 的变化而产生压电效应。5. 压电陶瓷的 压电系数 比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其 温度稳定性 是其他压电材料无法比的。6. 简述压电陶瓷的工作原理： 极化处理过的压电陶瓷具有良好的 压电效应 特

23、性。当他受到沿 极化方向 的力作用时，因陶瓷 变形 使电畴的界限发生变化，电畴 界限发生移动 使其 剩余极化强度 随之变化，因而在垂直于 作用力 的平面上出现 电荷 的变化。这种变化量与压电陶瓷的 压电系数 和 作用力 的大小成正比。测量这个 电荷变化量 ，即可知 作用力 的大小。8.压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量 静止 的被测量。特别是不能测量 静态力 。10.压电式传感器目前多用于测量（ B ）。 A. 静态的力或压力 B. 动态的力或压力 C. 速度 D. 加速度11.压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（ C ）。 A. 晶体厚度成反比 B. 晶体面积成正比 C. 作

24、用在晶体上的压力成正比 D. 剩余极化强度成正比12.压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（ D ）。 A. 前者比后者灵敏度高得多 B. 后者比前者灵敏度高得多 C. 前者比后者性能稳定性高得多 D. 后者比前者性能稳定性高得多第六章思考题与练习题一、光电导器件1光敏电阻的工作原理： 光敏电阻上可以加 直流 电压，也可以加 交流 电压。加上电压后，无光照射光敏电阻时，由于光敏电阻的 阻值较高 ，电路中只有 很小 的电流，称 暗 电流；当有光照射光敏电阻时，因其 阻值较小 ，电路中电流也就 增加 ，称 亮 电流。据 光电流 的大小，即可推算出人射光 光强 的大小。2光敏二极管的结构与普通

25、 二极管 类似。它是在 反向 电压下工作的。 3光敏二极管的工作原理：光敏二极管的材料和结构与 普通二极管 相似。工作时加 反向 电压。无光照射光敏二极管时，电路中仅有很小的 反向饱和 电流，相当于二极管截止；当有光照射光敏二极管时，光子激发出 电子空穴 对，其中少数 截流子的 漂移 运动使 电流大大地增加，形成 光 电流，相当于光敏二极管导通。 光 电流随着 光强 的增加而线性地增加。 4光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用 光敏二极管 替代的结果。通常 基极 不引出，只有两个电极。 5光敏三极管在电路中的接法也是集电结反偏、发射结正偏。无光照射时的暗电流相当于普通三极管的 电流。 6光敏

26、三极管的工作原理： 光敏三极管在电路中的接法与普通 三极管 相同。这时，其基极 开路 、集电结 反偏 、发射结 正偏 。无光照射时，集电极与发射极之间有 穿透 电流，此即光敏三极管的 暗 电流，此时相当于管不通；当有光照射光敏三极管的 集电 结附近的 基区 时，集电结的 反向饱和 电流大大地增加，此即光敏三极管集电结的 光 电流，该电流经发射结放大成为光敏三极管的 光电流 ，此时光敏三极管导通。 7在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（ B ）。 A外光电效应 B内光电效应 C光电发射 D光导效应 8光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定电压下（ C ）。 A暗电阻大 B亮电阻大 C暗电阻

27、与亮电阻差值大 D暗电阻与亮电阻差值小 9光敏电阻适于作为（ B ）。 A光的测量组件 B光电导开关组件 C加热组件 D发光组件 10光敏二极管工作时，其上（ A ）。 A加正向电压 B加反向电压 C不需加电压 D加正向、反向电压都可以 11光敏三极管的结构，可以看成普通三极管的（ C ）用光敏二极管替代的结果。 A集电极 B发射极 C集电结 D发射结 12光敏三极管工作时，（ A ）。 A基极开路、集电结反偏、发射结正偏 B基极井路、集电结正偏、发射结反偏 C基极接电信号、集电结反偏、发射结正偏 D基极接电信号、集电给正偏、发射结反偏 13用光敏二极管或光敏三极管测量某光源的光通量时，是根据

28、它们的（ D ）实现的。 A光谱特性 B伏安特性 C频率特性 D光电特性三、光电池 1硒光电池的 光谱峰值 与人类相近，它的 入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。 2硅光电池的结构是在N型硅片上渗入P型杂质，形成一个 大面积PN结 而成。 3硅光电池的光电特性中，光照度与其 短路电流 呈线性关系。第七章思考题与练习题一、热电偶1.热电偶中的热电势的大小仅仅与 材料 的性质、及_温度_有关,而与热电极尺寸、形状及其温度分布无关。2.一般来说，纯金属热电偶容易复制，但 稳定性 差；非金属热电极复制性和稳定性都差，所以 合金 热电极用的最多。3.按照热电偶本身的结构划分，有 普通型 热电

29、偶、铠装型热电偶、 薄膜型 热电偶。4.简述热电偶的工作原理：将热电偶至于被测点。热电偶的两个接点，一个称为 工作点 ，另一个称为 参考点 。当他们的 温度 不同时，热电偶回路产生热电动势。热电偶回路中热电动势EAB(T、T0)的大小与两电极材料和 温度 有关。当热电偶的 材料 确定后，EAB(T、T0)就仅仅与 温度 有关。当 冷端 为某个稳态时，EAB(T、T0)的大小就简单的与热电偶_热端_温度T成单值函数关系。通过测量 热电势 值，就可以知道被测点的_温度_。5.国家已定型批量生产了标准化热电偶。它具有良好的 互换性 ，有统一的 分度 ，并有与之配套的记录和显示仪表，给生产和使用带来方

30、便。7.热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由 补偿电桥 提供一个 动态 随冷端温度_变化_的附加电动势，使热电偶回路的 补偿热电势 随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。8.一个热电偶产生的热电动势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已经打开的冷端两点的温度与未打开时候相同，则回路中热电动势( D )A.增加 B.减小 C.不能确定 D.不变9.热电偶中热电动势由( BC )组成。A.感应电势 B.温差电势 C.接触电势 D.切割电势10.热电偶中产生热电动势的条件分别为( BC )A.两热电极材料相同 B.两热电极材料不同 C.两热电极的两端点温度不同 D.两热电极的两端点温度相同11.实用热电偶的热极材料中，用的较多的是