传感器练习题1汇编.docx
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传感器练习题1汇编
《传感器与检测技术》习题
一、选择
#变面积式自感传感器，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（①增大，②减小，③不变）。
#在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
#变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
#工业检测仪表精度等级常以D作为判断仪表精度等级的尺度。
A.引用误差B.允许误差C.相对误差D.最大引用误差
#检测系统的测量不确定度愈小，表明测量C
A.结果与真值愈接近
B.精度愈高
C.测量结果的离散程度越小
#光学高温计测得的亮度温度总比物体的实际温度A
A.低B.高C.相等D.不定
#码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。
码盘按结构可以分为接触式、__a______和___c_____三种。
a.光电式 b.磁电式 c.电磁式 d.感应同步器
#改变电感传感器的引线电缆后，____c____。
a.不必对整个仪器重新标定
b.必须对整个仪器重新调零
c.必须对整个仪器重新标定
d.不必对整个仪器重新调零
#变片的选择包括类型的选择、材料的选用、___c_____、___d_____等。
a.测量范围的选择 b.电源的选择 c.阻值的选择 d.尺寸的选择
e.精度的选择 f.结构的选择
#变片绝缘电阻是指已粘贴的___b_____应变片的之间的电阻值。
a.覆盖片与被测试件 b.引线与被测试件 c.基片与被测试件 d.敏感栅与被测试件
#光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为___d_____。
a.磁电效应 b.声光效应 c.光生伏特效应 d.光电导效应
#如图所示的结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的。
线圈套在铁芯上的，在铁芯与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为
。
传感器的运动部分与衔铁相连。
当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙发生变化。
这种结构可作为传感器用于____c____。
a.静态测量 b.动态测量
c.静态测量和动态测量
d.既不能用于静态测量，也不能用于动态测量
#阻应变片的线路温度补偿方法有（A.B.D）。
A．差动电桥补偿法
B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法
C．补偿线圈补偿法
D．恒流源温度补偿电路法
#电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。
A．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω
#通常用应变式传感器测量（BCD）。
A．温度B．速度C．加速度D．压力
#．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,D）。
A．灵敏度增加B．灵敏度减小
C．非统性误差增加D．非线性误差减小
#．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。
A．外光电效应B．内光电效应
C．光电发射D．光导效应
#．电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为（C）的输出。
A.电阻B.电容C.电压D.电荷
#．压电式加速度传感器是（D）信号的传感器。
A.适于测量任意B.适于测量直流C.适于测量缓变D.适于测量动态
#．对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无金属导体靠近时，其输出电压（A）。
A.最大B.最小C.随机变化D.中间点
#．传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D）。
A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高
#．电磁流量计消除正交干扰的方法常用（A）和放大电路反馈补偿两种方式。
A．引线自动补偿B．电桥电路C．感应电压D．电磁感应
#．属于传感器动态特性指标的是（D）。
A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率
#．固体半导体摄像元件CCD是一种（C）。
A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路
C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路
#．测量微位移工作台的位移量，可选用（A）。
A．光栅传感器B．电感传感器C．电容传感器D．应变传感器
#．对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为（A）。
A．光电传感器B．霍尔传感器C．电容传感器D．电感传感器
#．家用空调中的测温元件最好选用（B）
A．热电阻B．热敏电阻C．热电偶D．光敏电阻
#．（A）是指仪表实测输入输出特性曲线对理想直线性输入输出特性曲线的近似程度。
A．线性度B．变差C．重复性D．再现性
#．反映测量结果中系统误差影响程度的是（B）。
A．精密度B．准确度C．精确度D．精度数
#．光电器件的光谱特性是描述（C）之间的关系。
A．光电流与电压B．光电流与光照C．灵敏度与入射波长D．灵敏度与调制频率
#．压电式传感器可用于（A）的动态测量。
A．压力B．温度C．应力D．位移
#．（B）传感器属于能量转换型传感器。
A．应变式B．压电式C．电容式D．电感式
三填空题
1、根据被测参量与时间的关系，测量误差可分为静态误差和动态误差两大类。
2、常见的被测参量可分为热工量、电工量、机械量、物性和成分量
3、工业检测仪表（系统）常以最大引用误差作为判断其精度等级的尺度。
（
4、压力传感器常见的型式有应变式、压阻式、压电式、电容式等。
5、1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS一90。
ITS一90基本内容为：
（1）重申国际实用温标单位仍为K；
（2）把水的三相点时温度值定义为0.01℃（摄氏度），同时相应把绝对零度修订为-273.15℃。
6、流量仪表的主要技术参数有流量范围、量程和量程比、允许误差和精度等级和压力损失。
、光学量、状态量。
7、在分析随机误差时，标准差σ表征测量数据离散程度，σ值愈小，则概率密度曲线愈陡峭。
8、表征一阶检测系统动态特性的主要参数有时间常数、响应时间。
9、按照参照点不同，工程上压力有多种不同的表示方法，其中绝对压力与当地大气压之差称为表压力。
10、弹丸速度测量的准确性，将直接影响武器的设计、研制生产和正确使用。
弹丸飞行速度测量目前常采用时间位移计算测速法和多普勒雷达测速法。
11、在热电阻温度测量系统中，热电阻的外引线有两线制、三线制、四线制。
12、超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式、固介式。
13．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。
14．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，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
15．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。
当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。
16．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。
17．影响金属导电材料应变灵敏系数K。
的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。
18．如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为___动态__测试。
19．测量误差按表示方法分类分为__绝对误差___和____相对误差______。
20．在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥差动电路接法可以得到大灵敏度输出。
21．热电偶电动势由___接触____电势和____温差___电势两部分组成。
22．电涡流传感器可分为__高频反射式、低频透射式_两大类。
23．由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势，这一定律被称为热电偶的_匀质导体__定律。
24．衡量传感器的静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、重复性和迟滞等。
25．纯金属是制造热电阻的主要材料，常用热电阻有__铂热电阻__和__铜热电阻_。
26．光敏电阻的光电流与光强之间关系，称为光敏电阻的__光照特性_。
27．光栅传感器由光源、透镜、光栅和__光电元件_组成。
28、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
29、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。
30、偏差式测量是指在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的方法；零位测量是指在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的方法；微差式测量是综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点而提出的方法。
四、简答题：
1、自动检测系统通常由哪几个部分组成？
其中对传感器的一般要求是什么？
答：
自动检测系统通常由以下几个部分组成：
传感器、信号调理、数据采集、信号处理、信号显示、信号输出、输入设备、稳压电源。
传感器作为检测系统的信号源，其性能的好坏将直接影响检测系统的精度和其他指标，是检测系统中十分重要的环节，其中对传感器的一般要求为：
（1）、精确性
（2）、稳定性（3）、灵敏度（4）、其他
2、随机误差、系统误差、粗大误差产生的原因是什么？
对测量结果的影响有什么不同？
答：
误差种类
产生原因
对测量结果影响
随机误差
主要由于检测仪器或测量过程中某些未知或无法控制的随机因素综合作用的结果。
随机误差的变化通常难以预测，因此无法通过实验方法确定、修正和消除，但可通过多次测量比较发现随机误差服从的统计规律。
这样，就可以用数理统计方法，对其分布范围做出估计，得到随机误差影响的不确定度。
系统误差
测量所用的工具（仪器、量具等）本身性能不完善或安装、布置、调整不当而产生的误差；因测量方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当造成的读数误差等。
系统误差产生的原因和变化规律一般可通过实验和分析查出，因此，测量结果中系统误差可被设法确定并校正消除。
粗大误差
粗大误差一般由外界重大干扰或仪器不正确的操作等引起。
正常的测量数据应是剔除了粗大误差的数据，所以通常测量结果中不包含由粗大误差引起的测量误差。
3、用K型热电偶测某高炉温度时，测得参比端温度t1=33℃;E（33,0）=1.32585mv测得测量端和参比端的热电动势E（t,33℃）=11.304mV，试求实际炉温？
（精确到0.1℃）
温度
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
0
0.3969
0.7981
1.2033
1.6118
2.0231
2.4365
2.8512
3.2666
3.6819
4.0962
100
4.0962
4.5091
4.9199
5.3284
5.7345
6.1383
6.5402
6.9406
7.34
7.7391
8.1385
200
8.1385
8.5386
8.9399
9.3427
9.7472
10.1534
10.5613
10.9709
11.3821
11.7947
12.2086
300
12.2086
12.6236
13.0396
13.4566
13.8745
14.2931
14.7126
15.1327
15.5536
15.975
16.3971
答：
由K型分度表查得E（33,0）=1.32585mv,则：
E（t,0）=E（t,t1）+E（t1，0）=11.304+1.32585=12.62985mv
再查K型分度表，有12.62985mv查得实际温度为310.2℃
4简述热电偶的工作原理。
答：
热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。
所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。
两点间的温差越大，产生的电动势就越大。
引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。
5以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。
答：
石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。
晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
这种现象称为正压电效应。
反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。
石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
6简述电阻应变片式传感器的工作原理
答：
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
7什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？
答：
传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。
静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。
在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。
8绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。
答：
框图如下：
整理
9、如图所示，Rt是Pt100铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用。
答：
该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。
图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。
热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rt的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rt分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0C）时的电阻值。
三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。
10．静特性：
指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系，即当输入量是常量或变化极慢时，输出与输入的关系。
11.简述电容式传感器的工作原理。
d两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为
式中:
——极板间介质的介电常数，
——极板的遮盖面积；
——极板间的距离。
当被测量的变化使式中的任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。
12、简述测量不确定度和测量准确度两者的异同点。
答：
测量不确定度与测量准确度都是描述测量结果可靠性的参数。
其区别在于：
测量准确度因涉及一般无法获知的“真值”而只能是一个无法真正定量表示的定性概念；测量不确定度的评定和计算只涉及已知量，因此，测量不确定度是一个可以定量表示的确定数值。
在实际工程测量中，测量准确度只能对测量结果和测量设备的可靠性作相对的定性描述，而作定量描述必须用测量不确定度。
13、我国国家标准规定的工业用标准热电偶有几种？
其中测温上限最高的热电偶其分度号是什么？
它额定测温上限温度值是多少？
热电偶具有哪些特点，使它成为是工业和武备试验中温度测量应用最多的器件？
答：
我国工业用标准热电偶有8种，其中分度号为S、R、B的三种热电偶均由铂、铂铑合金制成，属贵金属热电偶；分度号为K、N、T、E、J五种热电偶，由镍、铬、硅、铜、锰、镁、钴等金属的合金制成，属贱金属热电偶。
测温上限最高的是分度号为B的热电偶，其额定上限为1800度。
热电偶测温的特点：
测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单、动态响应较好、输出直接为电信号，可以远传、便于集中检测和自动控制。
这些特点使其成为在工业和武备实验中温度测量应用最多的器件。
14述测压仪表的选择原则。
若被测压力变化范围为0.5～1.5MPa，要求测量误差不大于压力示值的±5％，可供选用的压力表量程规格为0～1.5、0.5～1.5、0～1.6、0.4～1.9、0.5～2.0MPa，精度等级有0.5、1.0、1.5和2.5三种。
请问选择什么量程和什么精度的仪表合适？
并说明理由。
答：
选择原则：
测压仪表选择应本着经济合理的原则综合考虑仪表类型、测量范围和精度等方面。
量程选择应根据被测压力的大小及其在测量过程中变化的情况来选取，在测量稳定压力、脉动压力和高压时，最大工作压力应分别不超过仪表测量上限值的2/4、1/2和3/5；被测压力的最小值应不低于测量仪表的上限值的1/3，以保证仪表的线性和测量结果的准确性。
允许的最大测量误差为：
故：
（1）0～1.5MPa、0.5～1.5MPa的压力表由于没有裕量，不符合要求
（2）0～1.6MPa：
可选用0.5、1.0、1.5级精度
（3）0.4～1.9MPa，可选用0.5、1.0级精度
可选用0.5、1.0、1.5级精度
（4）0.5～2.0MPa，低压部分没有裕量，不符合要求
通过上述比较，从选用性价比最高的原则出发：
选择0.4～1.9MPa，1.5级精度的压力仪表最为经济合理。
15为什么1/2桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差动电桥电路的输出电压为
评分标准：
说明出划线部分的重点意思得1.5分，回答完整2分
写出平衡条件：
1分
设平衡时R1=R2=R3=R4=R，
又ΔR1=ΔR2=ΔR则
得证结论：
2分
可知半桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度也比单一应变片工作时提高了一倍。
16压阻效应：
.固体受到力的作用后，其电阻率（或电阻）就要发生变化，这种现象称为压阻效应。
评分标准：
说明2分
表达式3分
17导体定律．
由导体A、B组成的热电偶，当插入第三种导体时，只要该导体两端的温度相同，插入导体C后对回路总的热电势无影响。
评分标准：
说明3分
表达式2分
18．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。
传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。
19．粘贴到试件上的电阻应变片，环境温度变化会引起电阻的相对变化，产生虚假应变，这种现象称为温度效应，简述产生这种现象的原因。
①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；
②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长（或压缩），引起电阻的相对变化。
20叙述热电偶中间导体定律，简述此定律在实际应用中的作用
答：
在热电偶回路中接入第三种导体后，只要第三种导体两端的温度相同，就不会影响热电偶回路的总热电势。
这就是热电偶的中间导体定律。
根据中间导体定律，可以在回路中引入各种仪表和连接导线，而不会对热电势有影响，同时也允许采用任意的焊接方法来焊制热电偶。
还可以采用开路热电偶测量液态金属和固体金属表面的温度。
21.压电效应
答；某些电介质物体在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形，并且在其表面上会产生电荷，若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。
22某1.0级电流表，满度值xm=100uA，求测量值分别为x1=100uA，x2=80uA，x3=20uA时的绝对误差和示值相对误差。
解：
∵精度等级S=1.0
即引用误差为：
γ＝±1.0％
∴可求得最大绝对误差：
Δm=γxm=100uA×（±1.0％）=±1.0uA
依据误差的整量化原则：
认为仪器在同一量程各示值处的绝对误差是常数，且等于Δm。
注意：
1.通常，测量仪器在同一量程不同示值处的绝对误差实际上未必处处相等，但对使用者来讲，在没有修正值可以利用的情况下，只能按最坏情况处理，于是就有了误差的整量化处理原则。
2.因此，为减小测量中的示值误差，在进行量程选择时应尽可能使示值接近满度值，一般示值不小于满度值的2/3。
故：
三个测量值处的绝对误差分别为：
Δx1=Δx2=Δx3=Δm=±1.0uA三个测量值处的示值（标称）相对误差分别为：
五、原理分析题
由热电偶工作原理可知，热电偶输出热电势和工作端与冷端的温差有关，在实际的测量过程中，要对热电偶冷端温度进行处理，经常使用能自动补偿冷端温度波动的补偿电桥，如图所示，试分析此电路的工作原理.
答：
补偿电桥法是一种利用电桥输出电压抵消热电偶冷端温度变化的温度补偿方法，图中补偿电桥与热电偶冷端处在相同的温度环境下，其中
、
、
用电阻温度系数极小的锰铜丝绕制，且阻值相等，即
；
用铜导线绕制，作补偿电阻。
使用时，用延伸导线将热电偶冷端延伸至补偿电桥处，使补偿电桥与热电偶冷端感受同一温度
。
选择
，使电桥处于平衡状态，电桥输出
为零；当冷端温度升高时，补偿电阻
阻值增加，电桥失去平衡，输出电压
增大，而热电偶的输出
则因冷端温度升高而减小，若能保证电桥输出的增加等于热电偶输出的减小，则线路总输出就不随着冷端温度的变化而变化，达到冷端温度补偿的目的。
当使补偿电桥满足以下条件：
只要
不变，尽管
波动，驱动电压
不会改变。
这种补偿电桥通常称为冷端温度补偿器。
目前国内有标准的冷端温度补偿器供应
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