传感技术习题.docx

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传感技术习题

《传感技术》习题与参考题

一名词解释

1、传感器：

（A1）一种能感受规定的被测量并按一定规律转换成有用（与之有对应的关系的且易于处理和控制）输出信号的器件或装置。

2、传感器的组成：

（A2）敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。

有时还需要加上辅助电源。

3、敏感元件（预变换器）：

（A3）直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的易于变换为电量的其它量的元件。

4、转换元件：

（A4）将敏感元件输出量转换成电量的元件。

5、测量电路（信号调节与转换电路）：

（A5）将传感元件输出的电量转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。

6、结构型传感器：

（A6）利用机械结构或尺寸的变化，将被测量转化为电量而构成的，其结构的几何尺寸在被测量的作用下发生变化，并可获得比例与被测非电量的电信号

7、物性型传感器：

（A7）物性型传感器是利用材料的某些客观属性受被测量的影响而变化，从而实现非电量到电量的转化。

8、复合型传感器：

（A8）将中间转换环节与物性型敏感元件复合而成的传感器。

9、有源传感器（能量转换型）：

（A9）将非电能量转换为电能量。

10、无源传感器（能量控制型）：

（A10）由外部供给它能量，又由被测非电量来控制或调节传感器输出的能量。

11、基本特性：

（A11）输出输入关系特性。

12、线性度：

（A12）是输出量与输入量之间的实际关系曲线（校准曲线）偏离理论直线的程度。

13、灵敏度：

（A13）是传感器在稳态下输出增量∆y与输入增量∆x的比值。

常用Sn表示

14、重复性：

（A14）表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时，所得特性曲线不一致的程度。

15、迟滞（回差滞环）现象：

（A15）迟滞特性能表明正向（输入量增加）行程和反向（输入量减小）行程之间，输出--输入特性曲线不重合的程度。

16、最小检测量（阀值）：

（A16）指传感器能确切反应被测量的最低极限量。

一般是指输入量缓慢地从零开始增加，当达到某一最小值时才有输出，这个最小值即为阀值。

17、分辨率：

（A17）表示传感器能够检测被测量的最小量值的性能指标

18、稳定性：

（A18）室温条件下，经过相当长的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。

19、漂移：

（A19）外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。

20、时间漂移：

（A20）指输入量一定时，输出量随时间的变化而缓慢变化的现象；

21、温度漂移：

（A21）指环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。

22、精确度（精度）：

（A22）测量结果与真值之间的一致程度，是测量误差的一种表示形式。

从误差角度来看，精度由两项指标组成，即精密度和正确度，精密度反应的是随机误差影响的大小；而正确度反应的是系统误差影响的大小。

23、动态特性：

（A23）传感器对于动态输入信号的响应特性,它反映出传感器测量动态信号的能力。

24、最大超调量σp：

（A24）响应曲线偏离阶跃曲线（稳态）的最大值。

25、延滞时间td：

（A25）td是阶跃响应达到稳态值50%所需的时间。

26、上升时间tr：

（A26）无振荡传感器响应曲线从稳态值10%~90%所需的时间。

有振荡传感器从零上升到第一次达到稳态值所需的时间。

27、峰值时间tp：

（A27）响应曲线达到第一峰值所需时间。

28、响应时间ts：

（A28）响应曲线衰减到稳态误差不超过±5%或±2%时所需时间。

29、动态误差产生原因：

（A29）当K=1时，应存在A=B，但由于激励信号的变化，以及传感器测量电路、机械惯性、延时等原因的影响，A≠B。

存在动态幅值误差r

30、通频带:

（A30）对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时对应的频率范围。

越大越好。

31、工作频带:

（A31）幅值误差为（-5%）——（+5%）对应的频率范围。

32、相位误差：

（A32）输出与输入的相位差。

一般不能超过100

33、电位器式传感器阶梯特性：

（A33）输出量随输入量的变化呈阶跃性变化的特性。

34、横向效应：

（A34）敏感栅的灵敏系数k小于其线材的灵敏系数k0,这一现象称为横向效应。

35、电涡流：

（A35）金属导体置于交变的磁场中或在磁场中运动时，导体内就会产生感应电流，这种电流象水中的漩涡一样在导体内闭合，故称之为电涡流或涡流

36、顺（正）压电效应：

（A36）某些物质（电介质），在某一方向上受到力的作用而产生变形时，内部产生极化现象，在其两个表面（电极面）产生符号相反的电荷；当力撤销时，又恢复原状态。

这种现象称为顺（正）压电效应。

37、逆（反）压电效应：

（A37）某些物质的极化方向上施加电场时，他会产生机械变形，当电场撤销时，变形消失。

这种现象称为逆（反）压电效应（电致伸缩效应）。

38、热电效应：

（A38）将两种不同材料的导体A、B连接成一个闭合回路（如图），若两接点处的温度不同（T≠To），则在导体间产生热电势[用EAB（T,To），表示]，从而在导体中产生电流，这一现象称为热电效应。

39、外光电效应：

（A39）在光的照射下，物体内的电子逸出其表面的现象称为外光电效应。

40、内光电效应（光电导效应）：

（A40）受光照射的物体（半导体材料）的电导率（电阻率）发生变化的现象称为光电导效应。

41、光生伏特效应：

（A41）受光照射的物体（二极管或三极管），其内产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。

42、光敏电阻的暗电阻及暗电流：

（A42）室温下，无光照射时的电阻值为暗电阻；此时通过的电流为暗电流；

43、光敏电阻的亮电阻及亮电流：

（A43）在光照射下的电阻值为亮电阻；此时通过的电流为亮电流；

44、光敏电阻的光电流：

（A44）亮电流与暗电流之差为光电流。

45、光敏电阻的伏安特性：

（A45）在一定的照度下流过光敏电阻的电流与其两端电压之间的关系。

46、光敏电阻的光谱特性：

（A46）光敏电阻相对灵敏度与照射光波长之间的关系。

47、光热效应：

（A47）红外光能辐射热量，物体接收红外辐射后其温度产生变化的现象，称为光热效应

48、光电池的光照特性：

（A48）光电流与照度之间的关系

49、莫尔条纹：

（A49）把两块栅距相等的光栅（光栅1、光栅2）面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角θ，这样就可以看到在近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹。

50、霍尔效应：

（A50）载流体薄片置于磁场（B）中，当有电流（I）流过时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势（UH）,这一现象称为霍尔效应。

二填空

1、传感器是一种将非电量按一定规律转换成与之有对应的关系的且易于处理和控制的另一种量的（器件或装置）。

（A1）

2、传感器一般由（敏感元件）、（转换元件）、（测量电路）三部分组成。

有时还需要加上辅助电源。

（A2）

3、敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量有（确定关系）的易于变换为电量的其它量的元件。

（A3）

4、转换元件是将敏感元件输出量转换成（电量）的元件。

（A4）

5、测量电路是将传感元件输出的电量转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的（电路）。

（A5）

6、结构型传感器是利用（机械结构或尺寸）的变化，将被测量转化为电量而构成的，（A6）

7、物性型传感器是利用材料的（某些客观属性）受被测量的影响而变化，从而实现非电量到电量的转化。

（A7）

8、传感器按工作机理分为（物理量传感器）、（生物量传感器）、（化学量传感器）（B8）

9、传感器按能量关系分为（有源传感器）、（无源传感器）（B9）

10、无源传感器是指由（外部）供给它能量，又由被测非电量来控制或调节传感器输出的能量。

（A10）

11、传感器按输出信号形式分为（模拟式）和（数字式）（B11）

12、线性度是指输出量与输入量之间的实际关系曲线（校准曲线）偏离（理论直线）的程度。

（A12）

13、灵敏度是指传感器在（稳态下）输出增量∆y与输入增量∆x的比值。

（A13）

14、重复性表示传感器在输入量按（同一方向）作全量程多次测量时，所得特性曲线不一致的程度。

（A14）

15、迟滞特性能表明正向行程和反向行程期间,输出--输入特性曲线（不复合）的程度。

（A15）

16、阀值是指传感器能确切反应被测量的（最低极限值）。

一般是指输入量缓慢地从（零）开始增加，当达到某一最小值时才有输出，这个最小值即为阀值。

（A16）

17、分辨率是指在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量∆xmin。

一般是指输入量缓慢地从（非零）任一值开始增加，当增量达到某一最小值时才有输出，这个最小值即为分辨率。

（A17）

18、静态模型为（Y=a0+a1x+a2x2+···+anxn）（B18）

19、漂移是指在外界的干扰下，（输出量）发生与输入量无关的、不需要的变化。

（A19）

20、时间漂移指（输入量）一定时，输出量随时间的变化而缓慢变化的现象；（A20）

21、非线性误差可表示为：

E=±∆max∕YFS×100%（1-10）

式中YFS为（输出满量程）.（B21）

22、精确度表示测量结果与真值之间的（一致程度），是测量误差的一种表示形式。

（A22）

23、减小非线性误差的方法有（差动法）、（编辑非线性校准数据表）、（非线性刻度）、（合理选择工作区）及（合理选择输出量）（B23）

24、最大超调量就是响应曲线偏离阶跃曲线的（最大值）。

（A24）

25、延滞时间是阶跃响应达到稳态值（50%）所需的时间。

（A25）

26、上升时间是指无振荡传感器响应曲线从稳态值（10%~90%）所需的时间。

有振荡传感器从零上升到第一次达到（稳态值）所需的时间。

（A26）

27、峰值时间是指响应曲线达到（第一峰值）所需时间。

（A27）

28、响应时间是指响应曲线衰减到稳态值之差不超过（±5%或±2%）时所需时间。

（A28）

29、静态标准条件是指没有加速度、振动、冲击；环境温度为（20±5℃）；相对湿度不大于（80%）；大气压力为（760±60mmHg）的情况。

（B29）

30、从误差角度来看，精度由两项指标组成，即精密度和正确度，（精密度）反应的是随机误差影响的大小；而（正确度）反应的是系统误差影响的大小（B30）

31、应变片基底的作用是保证应变的（准确传递）。

（B31）

32、应变片的电阻—应变特性是通过实验获得的，一般这种实验都是在规定的统一条件下进行的，其实验条件主要有:

将应变片粘贴在（μ=0.285）的构件上，且施加一维应力。

由实验发现，其特性在一定的范围内具有很好的线性。

（B32）

33、应变片应变极限是指应变片的（非线性误差）最大允许值对应的输入应变称为应变极限。

（B33）

34、应变片绝缘电阻是指引线与（试件）之间的电阻。

（B34）

35、应变片温度误差产生原因有：

敏感栅（电阻）随温度的变化而变化、试件材料与应变丝的线胀系数（不一致0，使敏感栅产生附加变形（应变），从而引起输出值的变化。

（B35）

36、减小或消除电桥非线性误差的方法有（有源电桥线性化法）、（反馈激励电压修正法）及（用模拟乘法器进行线性化处理）。

（B36）

37、压阻式传感器温度误差产生原因有（半导体电阻与温度有关）以及（压阻系数与温度有关）。

（B37）

38、电容式传感器按工作原理可分为：

（变间隙式）、（变面积式）、（变介电常数式）。

（B38）

39、变间隙式电容式传感器既能提高灵敏度又能提高抗击穿电压的方法是（在极板间放置云母片）。

（B39）

40、减小变间隙式电容式传感器非线性误差的方法是（差动法）。

（B40）

变间隙式电容传感器非线性误差为

41、变极板面积式电容传感器非线性误差为（0）。

（B41）

42、变介电常数式电容传感器非线性误差为（0）。

（B42）

43、电感式传感器按原理分为（自感式）、（互感式）和（电涡流式）；（B43）

44、电感式传感器按结构分为（气隙型）和（螺管型）。

（B44）

45、理论上，差动式气隙型电感式传感器非线性误差为（0）。

（B45）

46、螺管型互感式传感器测量电路的基本功能是（X方向判别）及（X数值大小测量）。

（B46）

47、压电陶瓷经过（极化处理）才具有压电效应。

（B47）

48、采用电压放大器时，压电式传感器与前置放大器之间连接电缆（不能）随意更换，否则将引入测量误差。

（B48）

49、前置放大器的作用为：

一是（是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗）；二是（是放大传感器输出的微弱信号）。

（B49）

50、采用电荷放大器时，压电式传感器与前置放大器之间连接电缆可以随意更换，其引入的测量误差（不变）。

（B50）

51、将两种不同材料的导体A、B连接成一个闭合回路（如图），若两接点处的温度不同，则在导体间产生热电势[用EAB（T,To），表示]，从而在导体中产生电流，这一现象称为（热电效应）。

两种导体A、B的这种组合称为（热电偶）。

A、B称为（热电极）。

（A38）

52、热电效应产生的原因有（接触电势）和（温差电势，热电势）。

（B52）

53、热电偶必须由两种（相同）的均质材料构成。

（B53）

54、热电偶按结构分为（普通热电偶）、（铠装式热电偶）和（薄膜热电偶）。

（B54）

55、热电耦和热电阻的材料都是（金属导体）材料，而热敏电阻的材料是（半导体）材料。

（B55）

56、集成温度传感器线性度（大于）温敏二极管线性度（大于）热敏电阻线性度。

（B56）

57、光电管工作原理是基于（外光电效应）。

（A39）

58、光导管工作原理是基于（光电导效应）。

（A40）

59、光电池工作原理是基于（光生伏特效应）。

（A41）

60、光敏二极管在电路中一般是处于（反向截止）工作状态。

（B60）

61、根据光纤在传感器中的作用分为：

（功能型（全光纤型））、（非功能型（传光型））和（拾光型）。

（B61）

62、莫尔条纹测位移具有（位移的放大作用）、（辨向功能）和（误差的平均效应）。

（B62）

63、（磁栅式传感器）主要由磁栅、磁头及磁信号录制电路组成。

（B63）

64、动态磁头（不能）测量静态量。

（B64）

65、静态磁头（能）测量静态量。

（B65）

三判断对错（加黑为错）

1、传感器是一种将非电量（或被测量）按一定规律转换成与之有对应的关系的另一种量的装置。

（A1）

2、敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量有关系的易于变换为电量的其它量的元件。

（A3）

3、转换元件是将敏感元件输出量转换成电量的元件。

（A4）

4、测量电路是将传感元件输出的电量转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。

（A5）

5、工作频带是指幅值误差为（-5%）—（+5%）对应的频率范围。

越大越好。

（A31）

6、传感器按工作机理分为结构型传感器、物性型传感器（B8）

7、传感器按能量关系分为能量转换型和能量控制型（B9）

8、有源传感器是指由外部供给它能量，又由被测非电量来控制或调节传感器输出的能量。

（A10）

9、线性度是指输出量与输入量之间的校准曲线偏离理论直线的程度。

（A12）

10、灵敏度是指传感器在稳态下输出增量∆y与输入增量∆x的比值。

（A13）

11、重复性表示传感器在全量程多次测量时，所得特性曲线不一致的程度。

（A14）

12、迟滞特性能表明正向（输入量增加）行程和反向（输入量减小）行程期间,输出--输入特性曲线不重合的程度。

（A15）

13、最小检测量（阀值）是指传感器能确切反应被测量的最低极限量。

一般是指输入量缓慢地增加，当达到某一最小值时才有输出，这个最小值即为阀值。

（A16）

14、分辨率是指在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量∆xmin。

一般是指输入量缓慢地非零开始增加，当增量达到某一最小值时才有输出，这个最小值即为分辨率。

（A17）

15、温度漂移指环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。

（A21）

16、漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。

（A19）

17、时间漂移指输入量一定时，输出量随时间的变化而缓慢变化的现象；（A20）

18、精确度（精度）表示测量结果与真值之间的一致程度，是测量误差的一种表示形式。

（A22）

19、最大超调量就是响应曲线偏离阶跃曲线的最大值。

（A24）

20、延滞时间是阶跃响应达到稳态值95%所需的时间。

（A25）

21、上升时间是指无振荡传感器响应曲线从稳态值10%~90%所需的时间。

有振荡传感器上升到第一次达到稳态值所需的时间。

（A26）

22、峰值时间是指响应曲线达到峰值所需时间。

（A27）

23、响应时间是指响应曲线衰减到稳态值之差不超过±5%或±2%时所需时间。

（A28）

24、通频带是指对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时对应的频率范围。

越小越好。

（A30）

25、工作频带是指幅值误差为（-5%）—（+5%）对应的频率范围。

越大越好。

（A31）

26、静态标准条件是指没有加速度、振动、冲击；环境温度为20oC；相对湿度不大于85%；大气压力为760±60mmHg高的情况。

（B29）

27、从误差角度来看，精度由两项指标组成，即精密度和正确度，正确度反应的是随机误差影响的大小；而精密度反应的是系统误差影响的大小（B30）

28、应变片基底的主要作用是保护应变的。

（B31）

29、应变片的电阻—应变特性是通过实验获得的，一般这种实验都是在规定的统一条件下进行的，其实验条件主要有:

将应变片粘贴在=0.285的构件上，且施加一维应力。

由实验发现，其特性在一定的范围内具有很好的线性。

（B32）

30、应变片应变极限是指应变片能承受的最大应变。

（B33）

31、应变片绝缘电阻是指引线与基底之间的电阻。

（B34）

32、应变片温度误差产生原因只是敏感栅电阻随温度的变化而变化。

（B35）

33、减小或消除电桥非线性误差的方法只有提高桥臂比和采用差动电桥两种方法。

（B36）

34、横向效应是指敏感栅的灵敏系数k大于其线材的灵敏系数k0,这一现象称为横向效应。

（A34）

35、压阻式传感器温度误差产生原因有半导体电阻与温度有关以及压阻系数与温度有关。

（B37）

36、变间隙式电容式传感器既能提高灵敏度又能提高抗击穿电压的方法是减小量程。

（B39）

37、减小变间隙式电容式传感器非线性误差的方法是差动法。

（B40）

38、理论上，变极板面积式电容传感器为非线性的。

（B41）

39、理论上，变介电常数式电容传感器为线性的。

（B42）

40、电感式传感器按原理分为自感式、互感式。

（B43）

41、理论上，差动式气隙型电感式传感器为非线性的。

（B45）

42、螺管型互感式传感器测量电路的基本功能是数值大小的反映。

（B46）

43、压电陶瓷不经过极化也具有压电效应。

（B47）

44、采用电压放大器时，压电式传感器与前置放大器之间连接电缆能随意更换，而不会引入测量误差。

（B48）

45、前置放大器的作用为：

一是把它的低输出阻抗变换为高输出阻抗；二是放大传感器输出的微弱信号。

（B49）

46、采用电荷放大器时，压电式传感器与前置放大器之间连接电缆可以随意更换，其引入的测量误差非常小。

（B50）

47、热电效应产生的原因只是存在接触电势。

（B52）

48、热电偶必须由两种均质的材料构成。

（B53）

49、将导体A、B连接成一个闭合回路（如图），若两接点处的温度不同（T≠To），则在导体间产生热电势[用EAB（T,To），表示]，从而在导体中产生电流，这一现象称为热电效应。

（A38）

50、热电耦、热电阻和热敏电阻的材料都是金属导体，。

（B55）

51、集成温度传感器非线性误差（小于）温敏二极管非线性误差（又小于）热敏电阻非线性误差。

（B56）

52、光电管工作原理是基于（内光电效应）。

（A39）

53、光导管工作原理是基于（外光电效应）。

（A40）

54、光电池工作原理是基于（光生伏特电效应）。

（A41）

55、光敏二极管在电路中一般是处于正向工作状态。

（B60）

56、光电池在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。

（A48）

57、红外光能辐射热量，物体接收红外辐射后其温度不产生变化的现象，称为光热效应。

（A47）

58、光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。

（A46）

59、外光电效应是指在光的照射下，物体内的电子逸出其表面的现象称为外光电效应。

（A39）

60、内光电效应（光电导效应）是指受光照射的物体（半导体材料）的电导率（电阻率）发生变化的现象称为内光电效应。

（A40）

61、光生伏特效应是指在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。

（A41）

62、光敏电阻在不受光照射时的阻值称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

（A42）

63、光敏电阻在受光照射时的电阻称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

（A43）

64、亮电流与暗电流之差称为光电流。

（A44）

65、在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

（A45）

66、静态磁头不能够测量静态量。

（B65）

67、动态磁头能测量静态量。

（B64）

68、光纤在光纤传感器中的作用只是传光。

（B61）

69、半导体薄片置于磁场（B）中，当有电流（I）流过时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势（UH）,这一现象称为霍尔效应。

（A50）

四简答题

1、试证明电阻应变片的灵敏系数K总是小于敏感栅电阻丝灵敏系数K0。

（A34）

答：

2、试述差动法减小变间隙式电容式传感器非线性误差的原理。

（B40）

答：

3、画出电容式传感器的等效电路图，并标明各元件的名称。

（D3）

答：

4、定性说明气隙型自感式传感器工作原理。

（D4）

答：

Rm=Rf+Rc+Ro

Rm=l1/μ1s1+l2/μ2s2+2l0/μ0s0

式中：

Rm为磁路总磁阻；

Rf、Rc、Ro分别为铁芯、衔铁、气隙的磁阻；

l1、l2、l0分别为铁芯、衔铁、气隙的长度；

μ1、μ2、μ0分别为铁芯、衔铁、气隙的磁导率；

s1、s2、s0分别为铁芯、衔铁、气隙的有效截面积；

由于μ1、μ2远大于μ0,所以Rf（Rc）远小于Ro，

Rm≈Ro=2l0/μ0s0

L=N2/Rm=N2μ0s0/2l0

令：

A=s0;d=2l0

则：

L=N2μ0A/d

由此可知，当N、μ0一定时，L与A、d有关

5、画出气隙型自感式传感器的等效电路图，并标明各元件的名称。

（D5）

答：

6、画出螺管型互感式传感器的等效电路图。

（D6）

7、写出螺管型互感式传感器非线性误差的计算公式，并讨论减小非线性误差的方法。

（D7）

答：

减小非线性误差的方法

（1）增大：

X0、d、b

（2）减小：

X

8、写出螺管型互感式传感器灵敏度K的计算公式，并讨论f对K的影响。

（D8）

答：

9、画图说明螺管型互感式传感器差动整流测量电路工作原理。

（D9）

10、定性说明测量线圈与导体间的距离的电涡流式传感器工作原理。

（D10）

答：

Z=F（ρ,μ,r,f,x）ρ,μ—被测金属体的电阻率、磁导率。

r—线圈与被测金属体的尺寸因子。

f—İ1的频率x—线圈与导体间距离

11、画图说明当在机械轴方向作用拉力时，石英晶体产生压电效应的机理。

（D11）

答