传感器与检测技术 康维新课后答案.docx

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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

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（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．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω

20.当应变片的主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．电场强度C．重量D．位移

14.电容式传感器还可以测量（AB）

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．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1/10～1/4B．取测量范围为线圈骨架的1/2～2/3

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，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ρ和相对磁导率μ应该是（A、C）。

A．ρ大B．ρ小C．μr大D．μr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。

≈xB．r。

＞＞xC．r。

＜xD．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）。

A．s＞r。

B．S＞2r。

C．S≈2r。

D．S＜2r。

第五章思考题与练习题

1.压电式传感器的工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