传感器本试题整理附参考答案.docx

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传感器本试题整理附参考答案

上海开放大学《传感器与测试基础》复习

1.课程教材：

《自动检测技术及应用》梁森（第2版），机械工业出版社

2.网上课堂：

视频资料，课程ppt资料，李斌教授主讲

3.主持教师联系方式：

25653399（周二、五）；

4.期末考试比例（大约）：

单项选择20分；填空20分；多项选择12分；简答题26分；分析设计题22分。

5.复习样题

一、填空题

1.传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。

静态特性指标的有、、、等。

（灵敏度、分辨力、线性度、迟滞误差、稳定性）

2.对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为模拟式测量和数字式测量。

3.对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以分为在线测量和离线式测量。

4.对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以分为偏位式测量、微差式测量和零位式测量。

5.某0.1级电流表满度值

，测量

的绝对误差为±0.1mA。

6、服从正态分布的随机误差具有如下性质集中性、对称性、有界性。

7.硅光电池的光电特性中，当负载短路时，光电流在很大范围内与照度与呈线性关系。

8.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。

9、霍尔传感器的霍尔电势UH为KHIB若改变I或B就能得到变化的霍尔电势。

10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量微小的位移。

11.压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量频率太低的被测量，特别是不能测量静态值。

12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性好灵感度提高一倍、测量精度高。

13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：

冷端恒温法（冰浴法）、计算修正法、电桥补偿法和仪表机械零点调整法。

14．空气介质变间隙式电容传感器中，提高其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。

15.从原理来分，电容式传感器结构类型有：

变面积式、变极距式、变介电常数式。

16.变极距式电容传感器的电容变化与极板间距之间的关系是成非线性关系，为了减小这种关系带来的测量误差，常采用差动结构来解决。

17.电涡流式传感器分反射式和透射式两种，透射式是采用低频（选“高频”或“低频”）的激励方式。

18.电涡流式传感器与激励源频率的关系是：

频率越高，电涡流的渗透深度越浅，趋肤效应越严重。

19.变气隙自感传感器为了消除非线性误差，可采用差动结构。

20.在测量次数足够多的情况下，如某个数据的剩余误差的绝对值明显大于真值，可认为该测量值为粗大误差，该坏值应予剔除。

21.各类传感器的测量放大器的作用是放大微弱电信号。

此外，还要求能对干扰信号有很强的抑制能力。

22.电感式传感器结构类型有：

电涡流式变压器、自感式变压器和互感式变压器。

23.通常压电陶瓷材料的压电常数比石英的压电常数（选“大”或“小”）。

24.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。

它是典型的自发电式传感器。

25.热电偶的热电势由温差电势和接触电势两部分电势组成，实际应用其冷端温度应保持在零度，否则要进行等端温度补偿。

二、单选题

1.随机误差小表示测量结果的。

（A）

A.准确度高B.精密度高C.精度高D.绝对误差小

2.精密度高表明测量结果的。

（C）

A.系统误差小B.系统误差大C.随机误差小D.随机误差大

3.差动电感传感器中的相敏电路的作用是（D）

A、放大信号B、检测出衔铁移动距离

C、提高灵敏度D、检测出衔铁移动方向

4.（C）指传感器在稳定状态下输出变化值与输入变化值的比。

A.分辨力B.分辨率C.灵敏度D.线性度

5.（A）指传感器能检出被测信号的最小变化量。

A.分辨力B.分辨率C.灵敏度D.线性度

6.热敏电阻是将被测量转换为（D）

A.电压变化B.电流变化C.电荷变化D.电阻变化

7.应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择  C  测量转换电路。

A.单臂电桥    B.半桥    C.差动全桥 

8.湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了  B  。

A.提高灵敏度  B.防止产生极化、电解作用C.减小交流电桥平衡难度

9.当天气变化时，有时会发现在地下设施（例如地下室）中工作的仪器内部印制板漏电增大，机箱上有小水珠出现及电路板有结露等，影响了仪器的正常工作。

该水珠的来源是  C  。

A.从天花板上滴下来的

B.由于空气的绝对湿度达到饱和点而凝结成水滴

C.空气的绝对湿度基本不变，但气温下降，室内的空气相对湿度接近饱和，当接触到温度比大气更低的仪器外壳时，空气的相对湿度达到饱和状态，而凝结成水滴

10.在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用  D  传感器来检测。

A.应变片    B.热敏电阻    C.气敏电阻  D.湿敏电阻

11.希望线性范围为±1mm，应选择绕组骨架长度为___B___左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。

A.2mm    B.20mm    C.400mm    D.1mm

12.反射式电涡流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.以上都不对

13.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了__C____。

A.提高灵敏度      

B.将输出的交流信号转换成直流信号

C.使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度

14.希望线性范围为±1mm，应选择绕组骨架长度为___B___左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。

A.2mm    B.20mm    C.400mm    D.1mm

15.在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入相等厚度的___C___，可测得最大的电容量。

A.塑料薄膜    B.干的纸    C.湿的纸    D.玻璃薄片

16.电容传感器中两极板间的电容量与下列哪项无关D。

A.极板间相对覆盖的面积B.极板间的距离

C.电容极板间介质的介电常数D.极板的厚度

17.收音机调台是通过调节下列哪种电容值来改变谐振频率的B。

A.变极距式    B.变面积式    C.变介电常数式

18.压电式传感器目前主要用于测量B。

A.静态的力或压力B.动态的力或压力C.速度

19.压电式传感器的工作原理是基于D。

A.应变效应B.电磁效应C.光电效应D.压电效应

20.石英晶体在振荡电路中工作时，A，从而产生稳定的振荡输出频率。

A.压电效应与逆压电效应交替作用

B.只有压电效应作用

C.只有逆压电效应作用

21.人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子__D___。

A.从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵

B.在原来的平衡位置前后振动而产生横波

C.在原来的平衡位置上下振动而产生横波

D.在原来的平衡位置前后振动而产生纵波

22.不可用于非接触式测量的传感器有（B）

A.电容式B.热电阻C.霍尔式D.光电式

23.霍尔效应中，霍尔电势与（A）

A.霍尔常数成正比B.霍尔常数成反比C.霍尔元件的厚度成正比

24.公式EH=KHIBcosθ中的角θ是指___C___。

A.磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角

B.磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角

C.磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角

D.霍尔元件内部a、b端连线与c、d端连线的夹角

25.__C___的数值越大，热电偶的输出热电动势就越大。

A.热端直径B.热端和冷端的温度

C.热端和冷端的温差    D.热电极的电导率

26.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是___C___。

A.补偿热电偶冷端热电势的损失      B.起冷端温度补偿作用

C.将热电偶冷端延长到远离高温区的地方   D.提高灵敏度

27.热电偶中产生热电势的条件是B。

A.两热电极材料相同B.两热电极材料不同

C.两热电极的两端尺寸相同D.两热电极的两端尺寸不同

28.用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是B。

A.接线方便

B.减小引线电阻变化产生的测量误差

C.减小桥路中其它电阻对热电阻的影响

D.减小桥路中电源对热电阻的影响

29.温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流___A___。

A．上升  B．下降  C．不变

30.在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫D。

A.声光效应B.压电效应C.磁电效应D.外光电效应

31.把光电池当作传感器时，应把它看作B。

A.电压源B.电流源C.电阻器

32.光敏电阻的性能好，灵敏度高，是指给定工作电压下A。

A.暗电阻与亮电阻差值大B.亮电阻大

C.暗电阻与亮电阻差值小D.暗电阻大

33.光敏电阻的制作依据是（C）

A、外光电效应B、光电倍增效应

C、内光电效应D、光生伏特效应

34.在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（C）

A、外光电效应B、光电发射

C、内光电效应D、光生伏特效应

35.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、非线性误差不变D、非线性误差减小

36.应变式传感器是将被测量转换为（A）

A.应变变化B.压力变化C.压强变化D.应力变化

37.实际构建测量电路时，压电式传感器不适用于测量（C）

A、振动B、动态的力或压力C、静态的力或压力D、加速度

三、多项选择题（10）

1.服从正态分布的随机误差具有的性质有（ABC）

A.集中性B.有界性C.对称性D.多峰性

2.当变间距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（AC）

A、初始电容减小B、非线性误差减小C、非线性误差变大D、灵敏度增大

3.压电式传感器实际应用适用于测量（BC）

A、静态压力B、振动C、动态力D、静态力

4．可用于非接触式测量的传感器有（BCD）

A.热电偶B.压电式C.霍尔式D.光电式

5．通常在使用应变片作为传感元件时采用差动式结构的目的有（ABC）

A.提高灵敏度B.减小非线性误差

C.减小温度误差D.减小横向效应

6.超声波与可闻声波相比较，具有ABCD等特点。

A. 频率更高  B.指向性好   C.能量集中度高   D.聚焦容易

7.霍尔元件是N型半导体制成的扁平长方体，扁平边缘的两对侧面分别引出AC电极。

A.激励电极B.保护电极C.霍尔电极D.差动电极

8.压电材料主要有ABD几种类型。

A．石英晶体B.压电陶瓷C．陶土D.高分子压电材料

9.电涡流式传感器是利用电涡流效应来检测导电物体的各种物理参数，当被测物放在交变磁场当中，会产生趋肤效应。

表面电流穿透深度与ACD有关。

A.激励源频率  B. 空气间隙 C.被测件电导率  D.被测件磁导率

10.无损探伤的方法很多，可依据具体对象进行选择。

以下检测方式中，能进行无损探伤的包括ABCD。

A.电涡流法B.磁粉检测法C.超声波检测D.荧光染色渗透法

11.电子秤中所使用的应变片应选择  B  应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择 D   ；一次性、几百个应力试验测点应选择 A  应变片。

A.金属丝式 B.金属箔式 C.电阻应变仪 D.固态压阻式压力传感器

12.在变极距式电容传感器中，为了提高灵敏度，应使当d0B，当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围D。

A.大些B.小些C.变大D.变小

13.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的___C___；蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的___D___。

A.应变效应   B.电涡流效应   C.压电效应   D.逆压电效应

14.对港口吊车吊臂深部的缺陷定期探伤，宜采用__B____探伤；对涂覆防锈漆的输油管外表面缺陷探伤，宜采用___A___探伤。

A.电涡流  B.超声波  C.测量电阻值  D.X光

10.大面积钢板探伤时，耦合剂应选___A___为宜；机床床身探伤时，耦合剂应选___B___为宜；给人体做B超时，耦合剂应选___C___。

A.自来水   B.机油   C.液体石蜡   D.化学浆糊

11.霍尔元件是N型半导体制成的扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。

一对叫激励电极用于引入A；另一对叫霍尔电极，用于引出D。

A.激励电流B.激励电压C.霍尔电流D.霍尔电势

12.光敏二极管在测光电路中应处于___B___偏置状态，而光电池通常处于___C___偏置状态。

A．正向  B．反向  C．零

13.属于外光电效应的器件有。

（BC）

A．光敏二极管  B．光电管  C．光电倍增管D.光敏电阻

14.属于内光电效应的器件有。

（AD）

A．光敏二极管 B．光电管 C．光电倍增管D.光敏电阻

四、简答题

1.霍尔效应

2.压电效应

3.涡流效应

4.热电效应

两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则贿赂中就有电流产生，即回路中存在电动势，成为热电势，这种现象称为热电效应。

5.压阻效应

沿着一块半导体某一轴向施加一定的应力时，除了产生一定的应变外，材料的电阻率也要发生变化，这种现象称为半导体的压阻效应。

6.应变效应

导体或半导体材料在外界里的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。

7.什么是传感器？

画出其组成框图并介绍各个环节的功能。

8.如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。

9.如图所示是型压力传感器的结构原理图。

弹簧管1的自由端与差动式电感传感器的衔铁2相连，衔铁2位于传感器两差动线圈5和6的中间位置。

试介绍其工作原理。

10.画出霍尔钳形电流表的工作原理图，并简述其工作原理。

（1）霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做的集束器，霍尔器件放在空隙中间，由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场。

（2）

11.简述电容式传感器的工作原理。

根据其原理，电容式传感器可分为哪几种类型？

12.热电偶为什么要进行冷端温度补偿？

冷端温度补偿方法有哪些？

热电偶传感器的输出电势大小与冷端和工作端的温差有关，一般要保持冷端温度不变。

实际应用中，冷端温度会随着环境温度变化而变化，这将给测量带来误差，因此需要冷端温度补偿。

常用的方法有：

冷端恒温法、计算修正法、仪表机械零点调整法冷和电桥补偿法

五、分析设计题

分析：

1.下图是汽车进气管道中使用的热丝式气体流速（流量）仪的电桥结构示意图。

在通有干净且干燥气体，截面积为A的管道中部，安装有一根加热到200℃左右的细铂丝R1。

另一根相同长度的细铂丝R2安装在与管道相通、但不受气体流速影响的小室中，请分析其工作原理。

若气体带有水汽，结果会如何？

（10分）

参考答案：

1）当气体流速v=0时，R1的温度与R2的温度相等，电桥处于平衡状态。

当气体介质自身的温度发生波动时，R1与R2同时感受到此波动，电桥仍处于平衡状态，所以设置R2是为了起到温度补偿作用。

2）当气体介质流动时，将带走R1的热量，使R1温度变低，电桥不平衡，毫伏表的示值与气体流速的大小成一定的函数关系。

图中的RP1称为调零电位器，RP2称为限幅电位器。

欲使毫伏表的读数增大，应将RP2向左调。

3）如果被测气体含有水汽，则测量得到的流量值将偏小，这是因为气化带走热量。

2.如图，生产布料的车间用图示装置来检测和控制布料卷取过程中的松紧和张力的程度，请分析其检测控制工作原理。

参考答案：

①当卷取辊转动太快时，布料的张力将增大，导致张力辊向上位移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。

N21与N1之间的互感量M1增加，N22与N1的互感量M2减小。

因此，U21增大，U22减小，经相敏检波之后的U0为负值，去控制伺服电机，使它的转速变慢，从而使张力恒定。

②当卷取辊转动太慢时，布料的张力将减少，导致张力辊向下位移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。

N22与N1之间的互感量M1增加，N21与N1的互感量M2减小。

因此，U22增大，U21减小，经相敏检波之后的U0为正值，去控制伺服电机，使它的转速变快，从而使张力恒定。

3.振动式粘度计的原理示意图如图所示。

导磁的悬臂梁6与铁心3组成激振器。

压电片4粘贴于悬臂梁上，振动板7固定在悬臂梁的下端，并插入到被测粘度的粘性液体中。

①分析该粘度计的工作原理;

②外界温度变化测量结果将如何变化？

参考答案：

1）当励磁线圈接到10Hz左右的交流激励源Ui上时，电磁铁心产生20Hz（两倍的激励频率）的交变电压，并对悬臂梁产生交变吸力。

由于它的上端被固定，所以它将带动振动板7在粘性液体里来回振动。

2）液体的粘性越高，对振动板的阻力就越大，振动板的振幅就越小，所以它的加速度就越小。

因此质量块5对压电片4所施加的惯性力就越小，压电片的输出电荷量Q或电压U0就越小，压电片的输出反映了液体的粘度。

3）该粘度计的缺点是与温度有关。

温度升高，大多数液体的粘度变小，所以将带来测量误差。

2.

设计：

1.设计测量导线中通过的电流量大小，写出采用的传感器，并简述其测量原理。

参考：

霍尔电流计

2.请设计一个测转速方案，传感器任意。

描述采用的传感器测转速原理和方法，并绘制简易示意图对照说明。

测速设计方案，参考

透射式光电转速计

反射式光电转速计

霍尔转速计

电涡流