傳感器課后題及答案

1、第1章 傳感器特性1 什么是傳感器？（傳感器定義）2 傳感器由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？3傳感器特性在檢測系統(tǒng)中起到什么作用？4 解釋下列名詞術(shù)語：1）敏感元件；2）傳感器;3）信號(hào)調(diào)理器;4）變送器。5 傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？動(dòng)態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？6某傳感器精度為2%FS,滿度值50mv ,求出現(xiàn)的最大誤差。當(dāng)傳感器使用在 滿刻度值1/2和1/8時(shí)計(jì)算可能產(chǎn)生的百分誤差，并說出結(jié)論。7只傳感器作二階振蕩系統(tǒng)處理，固有頻率f0=800Hz，阻尼比& =0.14 ,用它測量頻率為400的正弦外力，幅植比'

2、9;,相角各為多少？6 =0.7時(shí)，- 7 .又為多少？8某二階傳感器固有頻率f0=10KHz,阻尼比& =0.1若幅度誤差小于3%試求：決定此傳感器的工作頻率。9. 某位移傳感器，在輸入量變化5 mm寸，輸出電壓變化為300 mV求其靈敏度。10. 某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為：S1=0.2mV/C、S2=2.0V/mV S3=5.0mm/V 求系統(tǒng)的總的靈敏度。11 測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：a）試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；b）用C語言編制程序在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。X0.92.53.34.55.76.7y1J1.62.63.24.05

3、.012某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)T=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后， 試求傳感器指示出溫差的1/3和1/2所需的時(shí)間。13. 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mV;tx 時(shí)，輸出為100mV在t=5s時(shí)，輸出為50mV試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。14. 某一階壓力傳感器的時(shí)間常數(shù)為 0.5s,若階躍壓力從25MPa試求二倍時(shí)間常 數(shù)的壓力和2s后的壓力。15. 某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,阻尼比為臨界值的50%, 當(dāng)500Hz的簡諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。16. 已知某壓力傳感器的測定范圍為 010000Pa輸入特性表示為

4、：y=10(x-0.00007x2+2000)請(qǐng)問這種傳感器能使用嗎？17. 某CO2氣體傳感器在20。C,濃度范圍為0100ppm時(shí)的輸入特性表示為 Rx=x+250(kQ),用差動(dòng)法回答以下問題(其中 R仁10血,E=2V):利用最簡單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關(guān)系圖。利用電橋進(jìn)行電阻-電壓變換電路，繪出20。C時(shí)X，V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng) 30。C時(shí)，Rx=x+500(kQ)，在同一張圖上再加上 X，V0的關(guān)系圖，然后進(jìn)行比 較。采用兩個(gè)差動(dòng)法的傳感器電路繪出20。C, 30。C時(shí)X，V0的關(guān)系，然后與(2)中的圖形進(jìn)行比較。18. 設(shè)阻抗Rs為1 k Q俄信號(hào)源與100V的動(dòng)

5、力線有50m的并行走線距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。第3章電感式傳感器1. 敘述變磁阻式傳感器的工作原理。2. 說明差動(dòng)變壓器(螺線管式)傳感器的結(jié)構(gòu)形式與輸岀特性3. 什么是零點(diǎn)殘余電壓，有哪些方法可以進(jìn)行殘余電壓補(bǔ)償?4. 用差動(dòng)變壓器進(jìn)行位移測量時(shí)采用那種電路形式可以直接由輸岀電壓區(qū)別位移的大小和方向？5. 什么是電渦流效應(yīng)？電渦流傳感器可以進(jìn)行哪些非電量參數(shù)測量？分別利用哪些物理量進(jìn)行檢測，由哪個(gè)電參量轉(zhuǎn)換進(jìn)行電量輸岀的?6差動(dòng)電感結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)，采用什么電路可有線形輸岀？7 電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理是什么？8試分析差動(dòng)變壓器相敏檢測電路

6、的工作原理。9分析電感傳感器岀現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？10圖所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)2mm磁導(dǎo)率為104,空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為 1,真空的磁導(dǎo)率為 4n x 10-7H m-1,試計(jì)算氣隙長度為零及為 時(shí)的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.11 簡述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場合。電感：12. 問振幅是5V，頻率是1000Hz的正弦波交流的有效值為多少？周期為多少？13. 在膜厚傳感器上，厚度I越大，線圈的自感系數(shù)是變大還是變小？第4章電容式傳感器1. 電容傳感器有哪些類型？2. 敘述電容傳感器的工作原理，輸岀特

7、性。3. 為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動(dòng)形式，差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是什么？4. 電容傳感器的測量電路有哪些？敘述二極管雙T型交流電橋工作原理。5. 說明P100圖5-17差動(dòng)式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理。6. P90圖5-6，已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為d=10mm；£ =50卩F/m;兩極板幾何尺寸一樣為30mm*20mm*5mm長*寬*厚）；在外力作用下動(dòng)極板在原位置向外移動(dòng)10mm（寬）；試求 C=?。7. 差動(dòng)式電容測厚傳感器系統(tǒng)的工作原理?8如圖：電容傳感器的雙 T電橋測量電路，已知R1=R2=R=40K. , RL=20K.,E=10V, f=1MH

8、z, C1=10pF,- C1=1 Pf。求UL的表達(dá)試，帶入?yún)?shù)求 UL的值。9推導(dǎo)差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。10根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？11 有一個(gè)直徑為2m高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%寸就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變片式或電容式傳感器系統(tǒng)來解決該問題的途徑和方法。12總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場合以及使用中應(yīng)注意的問題。13試推導(dǎo)圖F1-8所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電系數(shù)為£ 0, £ 2>£ 1，以及極板寬度為

9、W其他參數(shù)如圖F1-8所示。14. 在上題中，設(shè)S =d=1mm極板為正方形(邊長 50mm。& 1 =1, £ 2=4試在x=0到50mm范圍內(nèi)，輸出 磁位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說明。15. 簡述電容式傳感器用差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點(diǎn)第5章磁電式傳感器1. 為什么說磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？2. 變磁阻式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？可以檢測哪些非電量？3. 磁電式傳感器是速度傳感器，它如何通過測量電路獲得相對(duì)應(yīng)的位移和加速度信號(hào)?4. 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢的因素有哪些?5. 集成霍爾器件有哪幾種類型？試畫出其輸

10、出特性曲線。6. 有一測量轉(zhuǎn)速裝置，調(diào)制盤上有100對(duì)永久磁極，N S極交替放置，調(diào)制盤由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在磁極上方固定一個(gè)霍爾元件， 每通過一對(duì)磁極霍爾元件產(chǎn)生一個(gè)方脈沖送到計(jì)數(shù)器。 假定 t=5min 采樣時(shí)間內(nèi)， 計(jì) 數(shù)器收到N=15萬個(gè)脈沖，求轉(zhuǎn)速n=?轉(zhuǎn)/分。7. 磁敏元件有哪些？（磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管）什么是磁阻效應(yīng)？簡述磁敏二極管、晶體管 工作原理。8. 磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同?與霍爾元件在本質(zhì)上的區(qū)別是什么?9. 磁敏晶體管與普通晶體管的區(qū)別是什么?10試證明霍爾式位移傳感器的輸出與位移成正比。11 磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同?磁電式傳感器主要用于測

11、量哪些物理參數(shù)?12. 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)?霍爾元件的不等位電勢的概念是什么?溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N?13. 簡述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場合。14. 發(fā)電機(jī)是利用導(dǎo)線在永久磁鐵的磁場中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而發(fā)電的。 無論負(fù)載怎樣消耗這個(gè)電能， 永久磁鐵不 會(huì)變?nèi)?，這是什么道理?第6章 壓電式傳感器1. 什么是正壓電效應(yīng)?什么是逆壓電效應(yīng)?壓電效應(yīng)有哪些種類?壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么? 能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力?2. 石英晶體 X、Y、Z 軸的名稱是什么?有哪些特征?3. 簡述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點(diǎn)?4. 說明電壓放大器與電荷放大器的優(yōu)缺

12、點(diǎn)，各自要解決什么問題?5. 用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量機(jī)器振動(dòng)，已知，加速度計(jì)靈敏度為5pc/g; 電荷放大器靈敏度為50mv/p，最大加速度時(shí)輸出幅值 2v，試求機(jī)器振動(dòng)加速度。6超聲波傳感器利用壓電材料制成發(fā)射器和接收器，說明它們各利用哪種壓電效應(yīng)?7電荷放大器所要解決的核心問題是什么?試推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。8簡述電壓試加速傳感器的工作原理?9. 為什么壓電傳感器通常都用來測量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量?10. 設(shè)計(jì)壓電式傳感器檢測電路的基本考慮點(diǎn)是什么？為什么?11. 畫出（111）晶面和110晶向。并計(jì)算（111）晶面內(nèi)，110晶向的縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)。 第7章光電式傳感器1.

13、什么是外光電效應(yīng)？內(nèi)光電效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？光電導(dǎo)效應(yīng)？2. 光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能？3. 試述光敏電阻、光敏晶體管、光電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理。4. 當(dāng)光源波長為0.8 0.9卩m時(shí)宜采用哪種材料的光敏元件進(jìn)行測量？5. 敘述電荷耦合器件（CCD的結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)電荷與轉(zhuǎn)移電荷的工作過程。6. 光電傳感器應(yīng)用電路分析P144圖8 29 ; P145圖831。7. 光纖傳感器在位移測量中有哪些特點(diǎn)？反射光的光強(qiáng)弱對(duì)測量有哪些影響？8. 求光纖n1=1.46 , n2=1.45的NA值；外部n0=1時(shí)，求最大入射角 9 =?。9. 功能型光纖傳感器與非功能型光纖傳

14、感器有什么區(qū)別？各有哪些功能？10使用光電耦合器組成下面的邏輯運(yùn)算電路：A=B+C A=B C11. 求光纖n1=1.46n2=1.45的值。如光纖外部介質(zhì)的n0=1，求最大入射角討=?12. 光纖損耗是如何產(chǎn)生的？它對(duì)光纖傳感器有哪些影響？13. 光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч?？光?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點(diǎn)？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？14. 作為光波5卩m紅外線的傳感器材料有哪些？15作光電管的CdS材料和InSb晶體的性質(zhì)差異是什么？16. 在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，指岀輸岀電壓的時(shí)間波形。17在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，由受光器的受光次數(shù)，可計(jì)算通過輸送帶上物體的個(gè)數(shù)，那么，用輸 送帶搬運(yùn)兩種

15、高度的物體時(shí)，畫岀能分別計(jì)算兩種高度的物體個(gè)數(shù)的系統(tǒng)組成圖。18由光電二極管二維陣列組成面型傳感器進(jìn)行圖像檢測，對(duì)圖像的分辨率由光電二極管的個(gè)數(shù)決定，試 說明理由。第8章溫度傳感器1 熱電偶冷端溫度對(duì)熱電偶的熱電勢有什么影響？為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？半導(dǎo)體熱敏電阻的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？在電路中是怎樣克服的？2. PN結(jié)為什么可以用來作為溫敏元件？3集成溫度傳感器的測溫原理，有何特點(diǎn)？4如果需要測量1000C和20C溫度時(shí)，分別宜采用哪種類型的溫度傳感器？5采用一只溫度傳感器能否實(shí)現(xiàn)絕對(duì)溫度、攝氏溫度、華氏溫度的測量？怎樣做？6熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用在什么不同場合？7.什

16、么叫熱電動(dòng)勢、接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。8試述熱電偶測溫的基本原理和基本定理。9試比較電阻溫度計(jì)與熱電偶溫度計(jì)的異同點(diǎn)。10試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性并說明其用途。11 有一串聯(lián)的熱敏電阻測溫電路，如圖所示。試設(shè)計(jì)其最佳線性工作特性，并計(jì)算其線性度，最后，用 坐標(biāo)紙每5 C一點(diǎn)繪出電路圖中 u=f(t)的曲線。12。鉑線電阻在20。C時(shí)為10Q。求50。C時(shí)的電阻。13下圖1所示的鉑測溫電阻元件，當(dāng)溫度由0。C上升到100。C時(shí)，電阻變化率 R/R0為多少？下圖2所示的熱敏電阻（R0=28kQ ），

17、其 R/R0為多少？14。 上圖1所示的鉑測溫電阻元件，在0200。C范圍內(nèi)的電阻溫度系數(shù)為多少？15. 要測1000。C左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500。C左右的高溫呢?16. 使用k型熱電偶，基準(zhǔn)接點(diǎn)為 0。C、測量接點(diǎn)為30。C和900。C時(shí)，溫差電動(dòng)勢分別為 1.203mV和 37.326mV。當(dāng)基準(zhǔn)接點(diǎn)為30。C,測溫接點(diǎn)為900。C時(shí)的溫差電動(dòng)勢為多少？17. 0。C時(shí)鉑金熱電阻的阻值為 100 Q。按下圖所示進(jìn)行溫度測量。R仁100Q ,R2=200 Q ,R3=300 Q時(shí)橋路達(dá)到平衡。此時(shí)溫度為多少？假設(shè)鉑金電阻的溫度系數(shù)為0.003851。C-1，電阻與溫度成

18、線性關(guān)系，另外導(dǎo)線的電阻可忽略不計(jì)。18. 0。C時(shí)的電阻為100Q的鉑金熱電阻。300。C時(shí)的阻值按下面兩種方法計(jì)算，其結(jié)果之差換算成溫度 差是多少？電阻用溫度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2 ）式中B=0, A=0.003851。C-1。（此時(shí)100。C時(shí)的電阻值為138.51 Q ）電阻值與溫度為二次函數(shù)關(guān)系。用一次方程近似時(shí)，溫度誤差為多少？19某熱敏電阻0。C時(shí)電阻為30kQ ,若用來測量100。C物體的溫度，其電阻為多少？設(shè)熱敏電阻的系數(shù)B 為 3450K。20.和人體體溫（36。C）相同的黑體，其熱輻射的分光輻射輝度為最大時(shí)波長為多少？第1章傳感器特性習(xí)題答案：5.答

19、：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時(shí)，傳感器的輸入輸岀特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。傳感器的靜特性由靜特性曲線反映岀來，靜特性曲線 由實(shí)際測繪中獲得。人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇合適的傳感器。9解：10. 解：*航“甩"辯：（I立皿力°址'° 広利枕廣（711. 解：- ，帶入數(shù)據(jù)一；+二曲簞（七茫":時(shí)* t幹"貉2 t）S擬合直線靈敏度0.68,線性度土 7%。*：.：.：，：.*，: 口 :慫=f 壯-錄 U.78,戀如0, T64黑巧。1¥A孑，血§聽4

20、02百,、聽13.解:此題與爐溫實(shí)驗(yàn)的測試曲線類似拠）疔E電改侃1*新創(chuàng)514. 解:貳與結(jié)唸巧00嚴(yán)） e 0.2尹0：型工昴：嚴(yán)冊(cè):黑15. 解:所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042,1嚴(yán)踽備呂洗蹄蹄備*眈希郵也餉斷翻蹄B怦嚴(yán)丫 k Y色f F黨爲(wèi)£ 啊取0弘 V 皺璐5G00所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042,16. 答:dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa時(shí)為正，x>7143Pa時(shí)為負(fù)，故不能使用。17答: 20。C時(shí)，0100ppm對(duì)應(yīng)得電阻變化為 250350 k Q。V0在48.7867.63mV之間變化。 如果 R2

21、=10 MQ , R3=250 k Q , 20。C 時(shí)，V0在 018.85mV之間變化。30。C 時(shí) V0 在 46.46mV (0ppm)- 64.43mV (100ppm)之間變化。 20。C時(shí)，V0為018.85mV, 30 °C時(shí)V0為017.79mV，如果零點(diǎn)不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%但相對(duì)(2)得情況來說有很大的改善。18.答: 感應(yīng)電壓=2n fCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1k Q , VN=100代入，并保證單位一致，得:感應(yīng)電壓=2n *60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V第3章 應(yīng)變式傳感器概述習(xí)題答案9. 答

22、: (1).全橋電路如下圖所示(2).圓桶截面積jl=r(Jia-r3) = 59.7x10應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變;應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變;滿量程時(shí):=禺二隔=限二 kR = K R10x1(?A人二帆二囲二 A傀二-處R 二-0.3x0,191 = -0.0573(3)T/VA7 = -(1+a)-1 n再= x2.0xfl + 03l=1.037x102 ' 丿 59?x10x21x10H10. 答: 敏感元件與彈性元件溫度誤差不同產(chǎn)生虛假誤差，可采用自補(bǔ)償和線路補(bǔ)償。11. 解：WEfA去二圧應(yīng)=2Y.2Q 片二珀二心+肚二1452Q& = &

23、 二 &-AR = 94.8Q12. 解:A = ASf = 1166.70.3E/=3&«i4xl20Qx2 = 7.2713. 解:是 R/R=2 ( 1/1）。因?yàn)殡娮枳兓适?R/R=0.001，所以 1/1（應(yīng)變）=0.0005=5*10-4。 因厶 1/1=300*10-6 ，所以， R/R=2*300*10-6=6*10-414答:R=p （I/S）中，p （鎳）是（95104） *10-8 Q m P （銅）是 1.72*10-8 Q m 所以 R （鎳）/R （銅）=p （鎳）/ p （銅）=（95 104） /1.72=55.2 60.515答：假

24、定輸入輸出端沒有電流流過，流過阻抗Z4和Z1的電流為i4 ,流過阻抗Z3和Z2的電流為i3 ,由基爾霍夫電壓定律得以下關(guān)系式：(Z4+Z1)i4= ( Z3+Z2)i3=Vi(1)i4Z4= i3 Z3+Vi(2)曰由(1)式得r +(3)T厶-（4）將(3)和(4)代入(2)求得V0為:V0 = i4Z4 -i3 Z3二-二-）Vi=+瓦)必+厶)丿Vi16.答：由等效力學(xué)模型得，當(dāng)有位移輸入 u(t)時(shí)，盛物器的相對(duì)位移 x的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?因此，如果物體以振動(dòng)頻率 f (角頻率3 =2n f )、振幅U0作正弦振動(dòng)u(t)=U0sin 31則上述微分方程為：址'寸心丨；'二&

25、#39;'ll 二,；上 '二；(7)其中p - klmrY-cl2mk因此，(7)的特解，求得如下：x (t) =XOsin( 31+ <j)(8)XO, ©用入=3 /p表示，則有Xe = 護(hù) =UqJ111 ' !："(9)(10)如果入1,則由（9）得即 p2X0=3 2U0, 3 =2n f(12)17. 答：方框圖如下：輪入輸也fC街+ r呦cmemG4JkG5i=j >:第3章 電感式傳感器答案 7答: 種類：自感式、渦流式、差動(dòng)式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器 原理：自感、互感、渦流、壓磁。8答：相敏檢測電路原理是通過鑒別相

26、位來辨另M立移的方向，即差分變壓器輸岀的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸 岀既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號(hào)。經(jīng)過相敏檢波電路，正位移輸岀正電壓，負(fù)位移輸岀負(fù) 電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向。9答： 原因是改變了空氣隙長度 改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，最好使用差動(dòng)式傳感器，其靈敏 度增加非線性減少。10. 解:空氣氣隙為零時(shí):空氣氣隙為2mm寸:11答：應(yīng)用場合有低頻透射渦流測厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)軌跡軌跡儀。12. 答：有效值（p.73 ） =' 3.54V。周期（p.71 ） =1/1000=10-3s=1ms13答

27、：變大。第5章電容式傳感器答案9答：差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，而且非線性也大為減小。10.答:原理：£為兩個(gè)C的方法由物理學(xué)知，兩個(gè)平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為C=£ S/D式中極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個(gè)極板對(duì)有效面積，D為兩個(gè)極板間的距離。由此式知，改變電容 有三：其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變各極板間的距離；而得到的電參數(shù)的輸岀為電容值的增量這就組成了電容式傳感器。類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。電容傳感器的應(yīng)用：可用來測量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅

28、。尤其適合測溫、高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等 機(jī)械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、 測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。11答: 可選用差分式電容壓力傳感器，通過測量筒內(nèi)水的重力，來控制注水?dāng)?shù)量?；蛘哌x用應(yīng)變片式液徑傳感器。12. 答: 優(yōu)點(diǎn)：a溫度穩(wěn)定性好b結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)c動(dòng)響應(yīng)好 缺點(diǎn)：a可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)b輸岀阻抗高、負(fù)載能力差c寄生電容影響大 輸岀特性非線性：電容傳感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動(dòng)、 轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。使用

29、時(shí)要注意保護(hù)絕緣材料的的絕緣性能；消除和減小邊緣效應(yīng)；消除和減小寄生電容的影響；防止和減 小外界的干擾。13. 解:卜島樓瓦d15答:工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即Cx1 = Cx2 = CO,且A點(diǎn)為高電平，即Ua=U;而B點(diǎn)為低電平,即Ub=O差分脈沖調(diào)寬型電路的特點(diǎn)就在于它的線性變換特性。第5章磁電式傳感器答案11. 答：a. 磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。b. 磁電式傳感器具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。而電感式傳感器存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)信 號(hào)檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動(dòng)態(tài)測量

30、。c. 磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速。12 答：a. 霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。b. 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時(shí)，兩輸出電極之間的空載電 勢，可用輸出的電壓表示。c. 溫度補(bǔ)償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補(bǔ)償法13. 答：一塊長為 l 、寬為 d 的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流 I 流過時(shí)， 在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N型 半導(dǎo)體材料，且比較薄?；魻柺絺鞲衅鬓D(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響

31、大，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng) 態(tài)范圍（輸出電勢變化） 大、無觸點(diǎn)， 使用壽 命長、可靠性高、易微型化和集成電路化， 因此在測量技術(shù)、 自動(dòng)控制、電磁測量、計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。14答：發(fā)電機(jī)供應(yīng)給負(fù)載的電能是，為轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)發(fā)電機(jī)所供應(yīng)得機(jī)械能（火力或水力）變換而來的能量。磁鐵持 有的能量未被消耗，所以磁鐵不會(huì)變?nèi)?。? 章 壓電式傳感器答案1. 答：某 些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)， 由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反 的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外

32、力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)晶體施加一定變電場，晶體 本身將產(chǎn)生機(jī)械 變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機(jī)高分子聚合材料結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)：在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個(gè)壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié) 構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提 高靈敏度。使用時(shí)，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時(shí)可消除 兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差， 保證輸出信號(hào)與輸入作用力間的線性關(guān)系 ,

33、因此需要測量電 路具有無限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測量，只能在其上加交變 力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測量。2. 答：石 英晶體整個(gè)晶體是中性的， 受外力作用而變形時(shí)， 沒有體積變形壓電效應(yīng)， 但它具有良好的厚度變形和 長度變形壓電效應(yīng)。 壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。原始的壓電 陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度 下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。所謂極化，就是以強(qiáng)電場使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電 場除去后基本保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時(shí)， 其剩余極化強(qiáng)度將隨之發(fā)生變化， 從而使一定表面分別產(chǎn)生正負(fù)電荷。 在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。 鐵電體的參數(shù)也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化老化， 鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。9. 答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會(huì)泄露，無法進(jìn)行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動(dòng)態(tài) 或瞬態(tài)參量。10. 答：基本考慮點(diǎn)是如何更好的改變傳感器的頻率特性，以使傳感器能用于更廣泛的領(lǐng)域。第7 章 光電式傳感器答案4. 答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生 相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動(dòng)勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。5. 答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上生長