思考题

思考题

第一章

1.1 什么是被测量值的绝对误差、相对误差和引用误差？

1.2 用测量范围为-50～150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、相对误差和引用误差。

1.3 什么是随机误差？随机误差具有哪些特征？随机误差产生的原因是什么？

1.4 对某一电压进行多次精密测量，测量结果如表1.2，试写出测量结果的表达式。

表1.2

测量次序 读数/mV 9 85.35 10 85.21 11 85.16 12 85.32 13 84.86 14 85.21 15 84.97 16 85.19 1.5 有三台测温仪表，量程均为0℃～600℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选用哪台仪表合理？

1.6 有两台测温仪表，测量范围为-300℃～+300℃和0～700℃，已知两台仪表的绝对误差最大值都为?Tmax?6℃，试问哪台仪表的精度高？

1.7有一测压仪表，测量范围为0～800Pa，准确度为0.5级。现用它测量400Pa的压强，求由仪表引起的绝对误差和相对误差分别是多少？

1.8有台测压仪表，测量范围为0～105Pa，压力P与仪表输出电压U0的关系为：

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U0?a?bp?cp2，式中：a=1mV，b=5 mV/10Pa，c=-0.3 mV/(10Pa)。求： （1）该仪表的灵敏度表达式； （2）画出灵敏度曲线； （3）该仪表的线性度；

（4）画出输入-输出特性曲线示意图。

第二章

2.1 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？ 2.2 什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种? 2.3 什么是传感器的差动测量方法？有何主要特点？ 2.4 传感器的测量信号有哪些种类？

2.5 一台精度为0.5级、量程范围为600oC~1200oC的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4oC，问此表是否合格？

2.6 检定一台１.５级刻度为０～100Pa压力传感器，先发现50Pa处误差最大为1.4Pa，问这台压力传感器是否合格？

2.7 进行某次位移测量时，所采用的电容式位移传感器的灵敏度为2?10?12F/mm，将它

测量次序 1 2 3 4 5 6 7 8 读数/mV 85.65 85.24 85.36 85.30 85.30 85.71 84.70 84.94 与增益（灵敏度）为5?109V/F的放大器相连，而放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的灵敏度。又当位移为3mm时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？

2.8 用压电加速度传感器配电荷放大器测量加速度，已知传感器的灵敏度为50PC/(m/s2)，电荷放大器的灵敏度为150?V/PC。当被测加速度为30m/s2时，试计算此时输出电压是多少？

第三章

3.1 有一电阻应变片，其R?120?，灵敏度K?2，设工作时的应变为1000??，问?R是多少？若将此应变片接成图3.72所示的电路，试求：

（1）无应变时电流表的示值是多少？ （2）有应变时电流表的示值是多少？ （3）电流表示值的相对变化量是多少？

（4）试分析这个变化量能否从电流表中读出？

3.2 试分析电容式物位传感器的灵敏度？为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题？

3.3 变间隙电容传感器的测量电路为放大器电路，如图3.73所示。传感器的起始电容量Cx0=20pF，定动极板距离图3.72 d0=1.5mm，C0=10pF，运算放大器为理想放大器（即K→∞，Zi→∞），Rf极大，输入电压ui?5sin?tV。求当电容传感器动极板上输入一位移量?x?0.15mm使d0减小时，电路输出电压uo为多少？

3.4 自感型电感传感器的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？ 3.5 压电式传感器的测量电路为什么常用电荷放大器？

图3.73

3.6 什么是霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测量哪些物理量？试举例说明。

3.7 试用霍尔元件设计一测量转速的装置，并说明其原理。

3.8 为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不适合于静态测量？ 3.9 热电偶冷端补偿有哪些方法？其补偿原理分别是什么？

3.10 电位器式传感器绕组的电阻为8k?，电刷最大行程为5mm。若允许的最大功耗为40mW，传感器所用的激励电压为允许的最大激励电压。试求当输入位移量为1mm时，该传感器输出的电压是多少？

3.11 一电容式传感器的两个极板均为边长为10cm的正方形，间距为1mm，两极板间气隙恰好放置一边长为10cm，厚度为1mm，相对介电常数为4的正方形介质。该介质可在气隙中自由滑动。若用该电容式传感器测量位移，试计算当介质极板向某一方向移出极板相互覆盖部分的距离分别为1cm、2cm、3cm时，该传感器的输出电容值分别是多少？

3.12 用镍铬-镍硅热电偶测某炉温，已知参考端的温度为30℃，用高精度毫伏表测得这时热电偶的输出电压为32.255mV，试计算被测温度是多少℃？

3.13 如图3.74所示，A、B为铂铑10-铂型热电偶，A?、B?为补偿导线，Cu为铜导线。已知接线盒1的温度T1=50℃，恒温箱的温度为T2=0℃，接线盒2的温度T3=20℃。试求下列条件下被测温度值分别是多少？

（1）U3?14.168mV时；

（2）若A?、B?换为铜导线，U3?13.234mV时。

图3.74

第四章

4.1 莫尔条纹是怎样产生的？它具有哪些特性？

4.2 在精密车床上使用刻线为5400线/周圆光栅进行长度检测时，其检测精度为0.01mm，问该车床丝杆的螺距是多少？

4.3 试述光栅传感器的细分原理。

4.4 磁栅传感器的输出信号有哪几种？相对应的磁栅传感器的信号处理方式有哪些？ 4.5 感应同步器传感器有哪几种？各有什么特点？ 4.6 码盘式编码器主要有哪几种？各有什么特点？

4.7 某光栅传感器，刻线数为100线/mm，没细分时测得莫尔条纹数为800，试计算光栅位移是多少毫 米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为800，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？

4.8 刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10s内输出204800个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？

第五章

5.1 什么是仿生传感器？仿生传感器主要有哪些？

5.2 光纤传感器测量压力和位移的工作原理是什么？他们有哪些区别？ 5.3 光纤传感器涡轮流量计与传统的涡轮流量计相比较有什么特点？ 5.4 试设计一种智能位移传感器。 5.5 试述新型传感器的发展前景。

5.6 机器人用位置传感器由哪些部分组成？各部分有什么作用？ 5.7 电容式微型传感器有什么优点？

5.8 热敏电阻式微型传感器主要用来测量什么类型的信号？

5.9 集成温度传感器是将什么功能集成在同一块极小的芯片上制成的？

第六章

6.1 图6.22为一直流应变电桥，图中E?4V，R1?R2?R3?R4?120?，试求：

（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为?R1?1.2?时，电桥的输出电压

Uo是多少？

（2）R1和R2都是金属应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，?R1??R2?1.2?，其余为外接电阻，电桥的输出电压Uo是多少？

（3）题（2）中，如果R1和R2感受应变的极性相反，且?R1??R2?1.2?，电桥的输出电压Uo是多少？

6.2 如图6.23所示的差动电感式传感器的桥式测量电路，L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感，其初始值均为L0。R1、R2为标准电阻，u为电源电压。试写出输出电压uo与传感器电感变化量?L间的关系式。

图6.22 题6.1图 图6.23 题6.2图

6.3 在检测系统中为什么要用隔离放大器？试说明隔离放大器的工作原理。 6.4 为什么要对一些传感器的输出信号进行转换？转换的目的是什么？ 6.5 试设计一种电容式测力传感器，要求其输出范围为0～10V左右。

6.6 有一45#钢空心圆柱，外径D1=4cm，内径D2=3.6cm，钢管表面沿轴向贴有两个应变片R1、R2，沿圆周贴有两应变片R3、R4，其型号为PZ-120型（其电阻值为120?），请将4片应变片接成全桥差动电路，画出电路图。若供桥电压为10V，泊松比? =0.3，拉力为1000kN时，电桥的输出电压是多少？（45#钢的弹性模量E?2.0?1011N/m2）

6.7 一应变片的电阻Ｒ＝120Ω，k=2.05，用作应变为800μm/m的传感元件。求： （１）ΔＲ／Ｒ；（2）当电源电压U=3V时，惠斯通电桥的输出电压Uo。

6.8 已知某铂电阻温度计，0oC时电阻为100Ω，100oC时电阻为139Ω。当它与热介质接触时，电阻增至281Ω，试求该介质温度。

第七章

7.1 形成噪声干扰必须具备哪三个因素？ 7.2 噪声干扰有哪些模式？ 7.3 论述检测系统的干扰来源。

7.4 接地方式有哪几种？各适用于什么情况？ 7.5 屏蔽有哪几种类型？

7.6 软件干扰抑制方法有哪些？

7.7 什么是滤波？滤波器有什么作用？ 7.8 简述数字滤波方法中的中位值法原理。

第八章

8.1 图8.45所示为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120?。当试件受力F时，应变片承受平均应变? = 800?m/m，求：

（1）应变片电阻变化量?R1和电阻相对变化量。

（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。 （3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。 R1 F

图8.45

8.2 一简单拉伸试件上贴有两片电阻应变片，一片沿轴向，一片与之垂直，分别接入电桥相邻两臂。已知试件弹性模量E?2.0?1011Pa，泊松比??0.3，应变片灵敏度系数K=2，供桥电压U?5V，若测得电桥输出电压Uo?8.26V，求试件上的轴向应力是多少？

8.3 哪些类型的传感器适合于100mm以上的大量程位移测量？哪些类型的传感器适合高精度微小位移的测量？

8.4 当热电偶的参考温度不为0℃时，应怎样测量温度？举例说明。 8.5 试利用弹簧管作为压力敏感元件，设计一种霍尔式压力变送器。 8.6 流量主要有哪些测量方法？

8.7 有一测量吊车起吊物重量的拉力传感器，如图8.46所示，电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。已知等截面轴的截面积为0.00196m2，弹性模量E?2.0?1011N/m2，泊松比??0.3；应变片R1=R2 =R3=R4=120?，灵敏度为2.0。四片应变片组成全桥电路，桥路电压为2V，桥路输出电压Uo?2.6mV。试求： （1）等截面轴的纵向应变及横向应变是多少？ （2）起吊重物的重量是多少？

图8.46

8.8 测振传感器的激振方式有哪些？

第九章

9.1 计算机数据采集系统主要有哪些功能部分组成？各部分的作用分别是什么？ 9.2 什么是虚拟仪器？虚拟仪器是怎样组成的？

9.3 试设计一个多点测量压力和流量的自动检测系统。

9.4 数据采集系统的基本结构有哪些？

9.5 什么是前向输入通道和后向输入通道？各有什么作用？ 9.6 数据采集系统的数据采集速率取决于什么？ 9.7 PC总县测控紫铜的重要优点有哪些？ 9.8 什么是STD总线？它有什么特点？

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