传感器原理与工程应用考试题库.docx

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传感器原理与工程应用考试题库

传感器原理与工程应用习题

一、单项选择题

1、在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为（）

A．组合测量　B．静态测量

C．等精度测量D．零位式测量

1.1在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（）。

A.直接测量B.间接测量

C.组合测量D.等精度测量

2、1属于传感器动态特性指标的是（）

A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移

2．1不属于传感器静态特性指标的是（）

A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移

2.2以下那一项不属于电路参量式传感器的基本形式的是（）。

　　A.电阻式　　　 　B.电感式

　　C.电容式　　　　　D.电压式

2.2传感器的主要功能是（A）。

A.检测和转换B.滤波和放大

C.调制和解调D.传输和显示

3.电阻式传感器是将被测量的变化转换成（）变化的传感器。

　　A.电子　　　　B.电压　   　C.电感　　　　D.电阻

3.1电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（  ）。

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

3.2电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（ ）。

 A、60Ω     B、120Ω    C、200Ω     D、350Ω

3.3电阻应变片式传感器一般不能用来测量下列那些量（　　）

Ａ、位移　　　　Ｂ、压力　　　Ｃ、加速度　　　Ｄ、电流

3.4直流电桥的平衡条件为（）

A．相邻桥臂阻值乘积相等B．相对桥臂阻值乘积相等

C．相对桥臂阻值比值相等D．相邻桥臂阻值之和相等

3.5全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（）。

A.不变B.2倍C.4倍D.6倍

3.6、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（  ）。

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

3.7、产生应变片温度误差的主要原因有（  ）。

A．电阻丝有温度系数B．试件与电阻丝的线膨胀系数

C．电阻丝承受应力方向不同D．电阻丝与试件材料不同

3.8、直流电桥平衡的条件是（）。

A相临两臂电阻的比值相等B相对两臂电阻的比值相等

C相临两臂电阻的比值不相等D所有电阻都相等

4、变气隙式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量将（）。

A．增大B．减小C．不变D．无法确定

4.1、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（）。

A．直流电桥B．变压器式交流电桥

C．差动相敏检波电路D．运算放大电路差

4.2、差动变压器属于（）。

　　A.电容式传感器　　　B.压电式传感器

　　C.电阻式传感器　　　D.电感式传感器

4.3、涡流式压力传感器利用涡流效应将压力的变化变换成线圈的（）。

　　A.电阻变化　　　　B.电容变化

　　C.涡流变化　　　　D.阻抗变化

4.4下列不是电感式传感器的是。

A变磁阻式自感传感器B电涡流式传感器

C变压器式互感传感器D霍尔式传感器（磁电式传感器）

4.5下列传感器中不能做成差动结构的是。

A电阻应变式B自感式C电容式D电涡流式

4.6关于电涡流传感器说法不正确的是（）

A、电涡流传感器是基于电磁感应原理工作的

B、电涡流传感器是由涡流线圈和支架构成的

C、电涡流传感器可以实现无接触测量

D、电涡流传感器只测量静态量，不能测量动态量。

5、电容式传感器是将被测量的变化转换成（）变化一种传感器

　　A.电容量　　　　　   B.电感量

　　C.介电常数 　　　　　D.距离

5.1变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（　　　）。

　A正比关系　　　　B反比关系　　　　　C无关系

5.2、下列不属于电容式传感器测量电路的是（）

A．调频测量电路B．运算放大器电路

C．脉冲宽度调制电路D．相敏检波电路

5.3、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（）。

A.保持不变B.增大一倍

C.减小一倍D.增大两倍

5.4、当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（）

A．灵敏度K0增加B．灵敏度K0不变

C．非线性误差增加D．非线性误差减小

5.5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（  ）。

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

5.6、关于差动脉冲宽度调制电路的说法正确的是（BD）。

A.适用于变极板距离和变介质型差动电容传感器

B.适用于变极板距离差动电容传感器且为线性特性

C.适用于变极板距离差动电容传感器且为非线性特性

D.适用于变面积型差动电容传感器且为线性特性

5.7、下列不属于电容式传感器测量电路的是（D）

A．调频测量电路B．运算放大器电路

C．脉冲宽度调制电路D．相敏检波电路

5.8电容式传感器采用“驱动电缆”技术是为了减少或消除（）的影响。

A．温度变化B．寄生电容C．边缘效应D．非线性

6、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（）

A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上

B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀

C．周围环境温度变化

D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配

6．1、下面不属于不等位电势U0产生原因的是（）。

A、霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；

B、半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或几何尺寸不均匀；

C、元件由金属或绝缘体构成；

D、激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。

6.2、关于霍尔传感器说法不正确的是（）

A、霍尔片越厚，霍尔传感器输出灵敏度越大

B、霍尔片越薄，霍尔传感器输出灵敏度越大

C、霍尔传感器可以作测量元件

D、霍尔传感器可以作开关元件

7、压电晶片的连接方式中串联接法（）

A、输出电压大，本身电容小，适宜用于以电压作输出信号

B、输出电荷大，本身电容大，时间常数大

C、输出电压小，本身电容大，适宜用于以电压作输出信号

D、输出电荷小，本身电容小，时间常数大

7.1两个型号相同的压电片串联使用时，下列说法正确的是（）

A、等效输出电荷增大一倍B、等效输出电容增加一倍

C、等效输出电压增加一倍D、都不正确

7.2关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（）

A．与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变

B.与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍

C．与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍

D.与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变

7.3用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了原理。

A.磁阻效应B.正压电效应C.逆压电效应

7.4下面材料中不是压电材料有（）。

A．石英晶体B．氧化锌

C．铌酸钾晶体D．有机玻璃

7.5、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）

A．产生纵向压电效应B.产生横向压电效应

C．不产生压电效应D.产生逆向压电效应

7.6、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（）成正比。

A．输入电荷B.反馈电容

C．电缆电容D.放大倍数

7.7对石英晶体，下列说法正确的是（）。

A.沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。

B.沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。

C.沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。

D.沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。

7.8、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（）

A.压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好

B.压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好

C.石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好

D.石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好

7.9、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（）

A.并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半

B.并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍

C.并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍

D.并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍

7.10、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（）

A.串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同

B.串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同

C.串联时电荷量增大一倍，电容量不变

D.串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半

7.11、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）原理。

A.磁阻效应B.压阻效应

C.正压电效应D.逆压电效应

7.12、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（　　　）。

A．前者比后者灵敏度高B．后者比前者灵敏度高

C．前者比后者性能稳定性好D．前者机械强度比后者的好

7.13、压电式传感器目前多用于测量（   ）。

A．静态的力或压力       B．动态的力或压力

C．位移                D．温度

7.14、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）。

A．产生纵向压电效应B.产生横向压电效应

C．不产生压电效应D.产生逆向压电效应

7.15、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输出电压与（）成正比。

A．输入电荷B.反馈电容

C．电缆电容D.放大倍数

7.16、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（D）

A．不产生压电效应B.产生逆向压电效应

C.产生横向压电效应D．产生纵向压电效应

7.17、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（）

A．与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变

B.与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍

C．与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍

D.与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变

9．下列光电器件中，基于光电导效应工作的是（）

A．光电管B．光敏电阻

C．光电倍增管D．光电池

9.1、封装在光电隔离耦合器内部的是（）

A．一个发光二极管和一个发光三极管

B．一个光敏二极管和一个光敏三极管

C．两个发光二极管或两个光敏三极管

D．一个发光二极管和一个光敏三极管

9.2、光电二极管工作是需（）

A、加正向工作电压B、加反向工作电压

C、不需加电压D、正、反电压都可以

9.3、有关光敏电阻的描述，正确的是（）

A、暗电阻大B、亮电阻大

C、一样大D、无法比较

9.4、基于外光电效应的光电器件有（）

A、光电倍增管B、光电池C、光敏电阻D、发光二极管

9.5、利用内光电效应原理制成的光电元件是（）。

A．光电管B．光电倍增管

C．光电池D．光敏电阻

9.6、下列器件中是基于外光电效应制成的是。

A光敏电阻B光电池C光电倍增管D光敏晶体管

9.7光敏电阻的特性是（D）

A．有光照时亮电阻很大B．无光照时暗电阻很小

C．无光照时暗电流很大D．受一定波长范围的光照时亮电流很大

9.8、基于光生伏特效应工作的光电器件是（C）

A．光电管B.光敏电阻

C．光电池D.光电倍增管

10．不能实现非接触式测量的传感器是A。

A压电式B电涡流式C光电式D光纤式

二、 填空题

1、运算

是计算传感器线性度的公式。

2、要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的乘积相等。

3、量程是指传感器在__测量范围__内的上限值与下限值之差。

4、相对误差是指测量的__绝对误差__与被测量量真值的比值，通常用百分数表示。

5、传感器静态特性指标主要有灵敏度、线性度、迟滞性、重复性、漂移等。

6、半导体应变片在应力作用下电阻率发生变化，这种现象称为__压阻___效应。

7、电阻应变片一般由__敏感栅__、基片、覆盖层、引线四个部分组成，其中__敏感栅____是核心部件。

8、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称___应变_____效应；半导体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称_______压阻_____效应。

9、电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。

10、半导体应变片工作原理是基于压阻效应效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大。

11、应变式传感器产生温度误差的原因为电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。

通常采用的温度补偿方法有线路补偿法、应变片自补偿法等。

12、电感式传感器是利用_电磁感应__原理，将被测量的变化转化成__电感_____变化的一种机电转换装置。

13、自感式传感器主要有变间隙式、变截面式和螺管式三种类型。

14、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上由于两线圈的结构及参数不相等，差动变压器输出电压不为零，此电压称为_零点残余电压______。

15、在电感式传感器中，线圈之间的没有耦合的是自感式传感器，被测对象也是磁路一部分的是电涡流传感器。

16、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感或互感的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。

17、电感式传感器根据工作原理的不同可分为自感式、互感式和电涡流式等种类。

18、差动变压器结构形式有变隙式、变面积式和螺线管式等，但它们的工作原

理基本一样，都是基于电感量的变化来进行测量，实际应用最多的是螺线管式差动变压器。

19、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量增加（①增加，②减少）。

20、电容式传感器按结构特点可分为变极距型、　变介电常数　型和变面积型等三种。

21、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。

22、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为电容式传感器、电容式传感器和电容式传感器。

23、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成反比关系。

24、忽略边缘效应，变面积型电容式传感器输入量与输出量的关系为线性（线性、非线性），变介质型电容式传感器输入量与输出量的关系为线性（线性、非线性），变极距型电容式传感器输入量与输出量的关系为非线性（线性、非线性）。

25、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高了1倍，而非线性误差转化为平方反比关系而得以大大降低。

26、将电能转变为机械能的压电效应称为逆压电效应。

27、压电式传感器是一种典型的有源型传感器（或发电型传感器），其以某些电介质的压线效应为基础，来实现非电量电测的目的。

28、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。

29、为了分析方便，在晶体学中把石英晶体用三根互相垂直的轴x、y、z来描述，分别称为电轴、机械轴和光轴。

30、石英晶体沿Z轴（光轴）方向施加作用力不会产生压电效应，没有点电荷产生。

31、石英晶体的X轴称为电轴_，垂直于X轴的平面上纵向压电效应最强；Y轴称为机械轴，沿Y轴的横向压电效应最明显；Z轴称为光轴或中性轴，Z轴方向上无压电效应。

32、正压电效应将机械能转变为电能，逆压电效应将电能转化为机械能（或机械运动）。

33．压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个电压源与电容相串联的电压源。

34、压电式传感器使用电压放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。

35、压电元件测量电路采用前置放大器的目的是：

一是把它的高输出阻抗变换成低输出阻抗、二是放大传感器输出的微弱信号。

目前经常应用的前置放大器有电压放大和电荷放大两种。

36、目前压电式传感器的常用的材料有压电晶体、压电陶瓷和高分子电致伸缩材料等三类，其中压电晶体具有良好的温度稳定性，常用于高精度的测量。

压电材料的逆压电效应还可以用来产生超声波。

37、霍尔元件有两对电极，一对用来施加_激励电压或电流，称为_______________电极，另一对用来输出_输出引线_，称为________________电极。

38、霍尔效应指：

金属或半导体置于磁场中，当有电流流过时，在_垂直于电流和磁场方向上会产生电动势。

39．光电效应分为外光电效应、光生伏特效应和内光电效应三大类。

光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类，其中，光敏电阻的原理是基于内光电效应效应的。

三、名词解释：

1、传感器：

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

2、重复性：

用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95%概率水平两个独立测试结果的最大差值

3、线性度：

测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正常值比例关系（线性关系）的一种度量。

2、正压电效应

答：

压电效应：

某些电介质物体在沿一定方向受到压力或拉力作用时发生变形，并且在其表面上会产生电荷，若将外力去掉，它们又重新回到不带电的状态。

具有压电效应材料有石英晶体、人工制造的压电陶瓷、锆钛酸铅等。

逆压电效应：

是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象

四、简答题

1、解释什么是传感器？

传感器的基本组成包括哪两大部分？

这两大部分各自起什么作用？

答：

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

2、什么是传感器的静态特性，描述静态特性的技术指标有哪些？

3、答：

传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。

与时间无关。

4、主要性能指标有：

线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和量程等。

3．金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?

答：

金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。

4、简要说明电容式传感器的工作原理。

答：

电容式传感能将被测量转换为传感器电容变化。

传感器有动静两个板板，板板间的电容为：

，式中：

ε0真空介电常数εr介质的相对介电常数

δ两极板间的距离有关A极板的有效面积

当动板板运动或极板间的介质变化就会引起传感器电容值的变化，从而构成变极距式、变面积式和变介质型的电容式传感器。

5、什么是电涡流效应？

答:

根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电涡流，这种现象成为电涡流。

6、石英晶体x、y、z轴的名称及其特点是什么？

X轴叫做电轴，y轴叫做机械轴，轴叫做光轴。

通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴y方向上的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。

沿z轴方向的力作用时不产生压电效应。

7、画出压电元件的两种等效电路

8、画出压电式传感器中采用电荷放大器的电路图，并分析证明输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。

9．试说明压电式传感器中，压电片并联和串联后对测量的影响。

答：

压电元件能够方便地组合应用，起到提高电压输出灵敏度的作用，这是压电式传感器的一个特点（2分）。

组合的基本方式有串联和并联。

并联的特点是：

输出电压相等，电容相加，总电荷量相加，因此输出的电荷量增加，适用于电荷输出场合（3分，图1分）。

串联的特点是总电荷量不变，电压相加，电容减小，因此，电灵敏度提高，适用于电压输出场合（3分，图1分）。

10.什么是霍尔效应？

答：

在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。

产生的电势差称为霍尔电压。

11．光电效应有哪几种?

与之对应的光电元件各有哪些?

答：

光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

12、什么是内光电效应？

列举几种基于内光电效应工作的光电器件（不少于三个）。

答：

在光线作用下，物体的导电性能（电阻率）发生变化或产生光生电动势的现象称为内光电效应。

（包括光电导效应和光生伏特效应）

13、什么是外光电效应？

什么是内光电效应？

在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。

当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应。

根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。

五、分析计算题

1，有一个温度传感器，其微分方程为：

，其中y----输出电压（mV），x----输入温度（℃），求该传感器的时间常数和静态灵敏度K。

（10%）

解：

即时间常数

，静态灵敏度

2、一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm，在其表面粘贴8个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量为2.1×1011Pa，要求：

（1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；

（2）计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；

（3）当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。

（20%）

解：

（1）如图所示

（2）圆筒截面积：

应变片1、2、3、4感受轴向应变：

应变片5、6、7、8感受周向应变：

满量程时：

（3）全受拉力时：

3、图中，设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V，R1=R2=R3=R4=100Ω。

（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为△R1=1.0Ω时，试求电桥的输出电压Uo。

（2）R1