传感器题库.docx

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传感器题库

一

简答：

简述传感器的组成及各部分作用？

答：

传感器一般由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成如图1-5所示

图1-5传感器结构图

敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量。

而转换元件是能将感觉到的被测非电量参数转换为电量的器件

基本电路的作用是转换、放大、显示等。

传感器的定义？

答：

传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。

填空：

传感器是控制系统中的第一个环节，它感受物理量的变化，以完成对被测信号的拾取和检测。

传感器是能够把非电量转化成电量的器件和装置。

传感器的作用就是测量，而精确的测量是实现精确控制的关键。

传感器按工作原理可分为电阻应变式、电感式、电容式传感器等。

传感器按检测的物理量可分为加速度、速度、位移传感器等。

传感器按能量传递方式可分为有源传感器和无源传感器。

有源传感器又称为发电型传感器。

无源传感器又称为参量型传感器。

传感器一般由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成

选择：

下列参数中属于传感器静态特性指标的是：

（ABC）

A线性度B灵敏度C迟滞D超调量

下列参数中属于传感器动态特性指标的是：

（D）

A线性度B灵敏度C迟滞D超调量

传感器的输出量通常为（ B）

A  非电量信号  B 电量信号  C  位移信号  D  光信号

判断：

漂移是传感器的动态特性指标之一。

（×）

对于线性传感器，灵敏度就是直线的斜率。

（√）

传感器的作用是用来实现由非电量到电量的转换。

（√）

二

填空：

有源传感器所配备的测量电路通常是信号放大器。

无源传感器所配备的测量电路通常是电桥电路或谐振电路。

电阻应变片有敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成，其中核心部分是敏感栅。

电感式传感器可分为自感式和互感式电感传感器。

差动式电感传感器的灵敏度为非差动式电感传感器的两倍。

电感式传感器是利用线圈的自感、互感或阻抗的变化来实现非电量检测的一种装置。

电容式传感器可分为三种：

变极距式、变面积式和变介电常数式。

空气介质变隙式电容传感器中，提高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。

选择：

下面属于测量力的弹性敏感元件是（BCD）

A薄壁圆筒弹性敏感元件B等截面柱式弹性敏感元件

C圆环式弹性敏感元件D悬臂梁式弹性敏感元件

下面属于测量压力的弹性敏感元件是（ACD）

A弹簧管弹性敏感元件B圆环式弹性敏感元件

C波纹管弹性敏感元件D薄壁圆筒弹性敏感元件

差动变压器传感器的配用测量电路主要有（AB）。

A差动相敏检波电路B差动整流电路

C直流电桥D差动电桥

差动变压器式位移传感器中线圈之间的互感M（B）

A.始终保持不变B.随被测位移的变化而变化

C.不随被测位移的变化而变化D.随线圈电流的变化而变化

通常采用的压力敏感元件有（D）

A.柱形弹性元件B.环形弹性元件

C.梁形弹性元件D.波登管

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（B）。

A正比关系B反比关系C无关系D、平方关系

简答：

利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理。

（用已学知识说明电子秤的工作原理）

答：

将应变片用粘接剂牢固的粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻的变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定的测量线路将这种电阻的变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，就能知道被测试件应变量的大小。

判断：

差动变压器式传感器属于自感式电感传感器。

（×）

差动式电感传感器的线性度得到了改善。

（√）

分析：

请详细说明变气隙式电感传感器的工作原理。

答：

变气隙式电感传感器结构原理如图2-14所示。

根据电磁学知识，线圈电感为

（2-12）

N线圈的匝数，

为磁路的总磁阻。

图2-14气隙式传感器

由于变气隙式电感传感器的气隙通常较小，可以认为气隙间磁场是均匀的，磁路是封闭的，因此可忽略磁路损失。

总磁阻为

（2-13）

、

、

分别为铁心、衔铁及气隙的磁阻。

由于铁心、衔铁的磁阻远远小于气隙的磁阻，因此

（2-14）

（2-15）

式中

为气隙的长度；

为空气的磁导率；气隙的截面积。

所以，电感线圈的电感量为

（2-16）

由式2-16可知，电感线圈结构确定后，电感与气隙长度成反比。

这样，只要被测量能引起气隙的变化，都可用电感传感器进行测量。

计算：

已知某变面积型电容传感器的两极板间距离为20mm，

=50uf/mm,两极板几何尺寸一样为：

35mmX25mmX5mm。

在外力作用下，其中动极板在原位置上向外移动了15mm。

试求其△C=？

答：

（2分）

（2分）

（2分）

（4分）

已知某角位移型电容传感器的两极板间的距离为5mm，

=60uf/mm,两极板的面积一样，半径R=15mm。

其中一个动极板的轴，由被测物体带动而旋转一个角度为30度。

试求其电容的变化量。

图2-39第10题图

答：

（2分）

（2分）

（2分）

（4分）

三

名词解释：

压电效应

某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。

这种现象称作压电效应。

霍尔效应

将金属或半导体薄片垂直放置于磁场中，并通以控制电流I，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势

，这种现象称为霍尔效应。

填空：

压电效应的逆效应是电致伸缩效应。

一般采用霍尔系数或灵敏度比较大的N型半导体材料做霍尔元件。

磁电式传感器的工作原理是电磁感应原理。

磁电式传感器适用于振动、转速、扭矩等的测量。

当压电式加速度计固定在试件上而承受振动时，质量块产生一可变力作用在压电晶片上，由于压电效应，在压电晶片两表面上就有电荷产生。

选择：

常用的压电材料有哪些（ABCD）

A石英晶体B压电陶瓷C有机压电薄膜D压电半导体

不能实现非接触式测量的传感器是（ A ）

A  压电式传感器   B电涡流式传感器    C  光电式传感器   D超声波传感器

磁电式传感器是把被测物理量转换为（D）的一种传感器。

A.磁阻变化量B.电荷量

C.电感变化量D.感应电动势

设计：

根据你已学过的知识设计一个超声波探伤使用装置（画出原理框图），并简要说明它探伤的工作过程？

答：

超声波测试时探头放于被测的工件上，并在工件上来回移动。

探头发出的超声波以一定的速度向工件内部传播，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件的底部才发生反射，在显示屏上只出现始脉冲T和底脉冲B，如图所示。

（3分）

图a无缺陷时的脉冲波形（1分）图b有缺陷时的脉冲波形（1分）

如工件中有缺陷，一部分声波在缺陷处产生反射，另一部分继续传播直到工件的底部才发生反射。

在显示屏上除出现始脉冲T和底脉冲B外，还出现缺陷脉冲F，如图b所示。

（2分）显示屏上的水平线为时间基线，其长度与工件的厚度成正比。

通过缺陷脉冲在显示屏上的位置可确定缺陷在工件中的位置。

同时，缺陷脉冲的幅度越高，缺陷面积越大。

（3分）

简答：

压电式传感器的工作原理是什么？

答：

压电效应，某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。

这种现象称作压电效应。

说明为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？

答：

因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。

判断：

金属导体具有霍尔效应，所以可以做成霍尔元件。

（×）

改变压电材料的变形方向，可以改变其产生电荷的极性。

（√）

压电式传感器可以实现非接触测量。

（×）

四

简答：

压阻式压力传感器的工作原理是什么？

答：

压阻效应。

半导体受力时，其电阻率会随应力的变化而变化，这种现象称作压阻效应。

五

判断：

热电阻都是正温度系数的，热敏电阻都是负温度系数的。

（×）

热电偶的冷端温度应固定在0℃。

（√）

热电阻和热敏电阻都需要采用三线制接法。

（×）

热电偶三大基本定律为：

中间导体定律、中间温度定律和中间电极定律。

（×）

简答：

电阻式温度传感器的工作原理是什么？

有几种类型？

答：

电阻式温度传感器是利用导体及半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性实现测温的。

一般把金属导体的测温元件称为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。

热电偶温度传感器的工作原理是什么？

热电势的组成有几种？

答：

热电效应。

两种不同材料的导体A和B组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应。

热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。

什么是金属导体的电阻－应变效应和热电阻效应？

答：

金属电阻的应变电阻效应——当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化。

热电阻效应——金属导体的电阻随温度的变化而变化。

填空：

电阻式温度传感器分为热电阻和热敏电阻，其中热电阻的测温电路经常采用三线制接法。

热敏电阻用于温度补偿时常采用负温度系数的热敏电阻。

热电偶三大基本定律为：

中间导体定律、中间温度定律和参考电极定律。

热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。

采用热电阻作为测量温度的元件是将温度的测量转换为电阻的测量。

按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。

名词解释：

热电效应

答：

两种不同材料的导体A和B组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应。

选择：

热敏电阻可用于（ABCD）

A测温B温度补偿C温度控制D过热保护

热电偶的冷端温度应该是（A）

A0℃B室温C100℃D任意温度

热电偶可以测量（C）。

A压力B电压C温度D热电势

计算：

如图2所示，用K型（镍铬-镍硅）热电偶测量炼钢炉熔融金属某一点温度，A′、B′为补偿导线，Cu为铜导线。

已知t1=40℃,t2=0℃,t3=20℃。

（1）当仪表指示为39.314mV时，计算被测点温度t。

（3分）

（2）如果将A′、B′换成铜导线，此时仪表指示为37.702mV，再求被测点温度t。

（6分）

（3）将热电偶直接插到熔融金属同一高度来测量此点的温度，是利用了热电偶的什么定律？

如果被测液体不是金属，还能用此方法测量吗？

为什么？

（6分）

附录：

镍铬-镍硅热电偶（K型）分度表

图2

答：

（1）E（t3,0℃）=39.314mv（2分）

查表得：

t3=950℃（1分）

（2）E（t3,t1）=E（t3,40℃）=37.702mv（1分）

E（t1,0℃）=E（40℃,0℃）=1.612mv（1分）

E（t3,0℃）=E（t3,t1）+E（t1,0℃）（2分）

=37.702+1.612

=39.314mv（1分）

查表得：

t3=950℃（1分）

（3）利用的是中间导体定律（3分）

如果被测液体不是金属，则形不成闭合回路，利用中间导体定律。

（3分）

六：

判断：

电涡流效应只能在金属材料中产生。

（√）

填空：

位移测量是线位移和角位移的总称。

名词解释：

电涡流效应

答：

根据法拉第电磁感应定律，将一块金属置于交变磁场中，或使金属块在磁场中作切割磁力线的运动，那么在金属体内将产生旋涡状的感应电流，这种电流叫做电涡流。

该效应称为电涡流效应。

七：

判断：

电容式液位传感器只能测量非金属液体。

（×）

名词解释：

磁致伸缩效应

答：

铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。

设计：

试画出一用于油箱油位测量的电容式油位测量示意图，说明其原理。

答：

由于油为非导电性液体，故采用下图

（2分）

假设邮箱中油的介电常数为

，则两圆柱间的电容量就会发生变化。

假如液体的高度为l，此时两电极间的电容量为

邮箱中没有油时的电容量为

（4分）

电容量的变化量为

从上图的算式可知，当

、

、R、r不变时电容增量ΔC与电极浸没的长度l成正比关系，因此测出电容量的变化数值，便可知液位的高度。

（2分）

1.分析：

试分析图12所示压力传感器是如何测量液位的高度的？

答：

其基准面上的压力由下式确定，即

（7-1）

式中，P是测量基准面的压力；ρ是液体的质量密度；g是重力加速度；h是液面距测量基准面的高度；h1是所控最高液面与最小液面之间的高度；h2是最小液面距测量基准面的高度。

由于需要测定的是高度h1，因此调整压力传感器的零点，把压力传感器的零点提高ρgh2，就可以得到压力与液面高度成比例的输出。

八：

判断：

光在光纤中是以直线传播的。

（×）

光敏二极管是光电导效应器件。

（×）

简答：

光电效应有哪几种？

分别对应什么光电元件？

答：

光电效应分为

何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？

答：

在光线照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射效应；

在光线作用下，电子吸收光子能量后而引起物质电导率发生变化的现象称为光电导效应；

在光线照射下，半导体材料吸收光能后，引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应。

填空：

光电效应有三种类型，即外光电效应、光电导效应和光生伏特效应。

CCD是电荷耦合器件的简称，按加工工艺可分为TTL工艺和CMOS工艺。

光在光纤中的传输是基于光的全反射。

分析：

请说明反射式光纤位移传感器的工作原理。

答：

其原理如图8-27所示：

光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。

光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。

当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。

随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。

图8-27反射式位移传感器原理

选择：

光敏电阻适于作为（B）。

A光的测量元件B光电导开关元件C加热元件D发光元件

九：

选择：

常用的接近开关有：

（ABCD）

A电涡流式接近开关B电容式接近开关C霍尔式接近开关D光电式接近开关

电容式接近开关可检测（AB）物体的接近。

A金属导体B非金属物体C磁体D带电物体

判断：

想检测金属导体的接近，只能使用电涡流式接近开关。

（×）