传感器问题及答案.docx

1、传感器问题及答案第一章1、电子信息专业的主要技术方向是什么？2、人们是如何感知世界的？ （靠五感）3、五官中，哪些在人们的生产生活中用到的最多？ （耳 目 口 手）4、我们周围都有哪些物理量呢？ 楼的高度 人的体重等5、什么是传感器？传感器的组成及分类是怎样的？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。 传感器由敏感元件，转换元件和转换电路组成。 传感器主要有四种分类：根据传感器工作原理分类，根据传感器能量转换情况分类，根据传感器转换原理分类和按照传感器的使用分类。6、什么是测量？ 测量是以确定量值为目的的一系列操作。 所以测量也就是将被测量与同种性质的标准

2、量进行比较, 确定被测量对标准量的倍数。7、什么是等精度测量？什么是不等精度测量？用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量, 称为等精度测量。 用不同精度的仪表或不同的测量方法, 或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。8、开环、闭环测量系统有什么区别？开环测量系统开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行；闭环测量系统-闭环测量系统有两个通道, 一为正向通道, 二为反馈通道9、测量误差的表示方法有几种？绝对误差 相对误差 引用误差 基本误差 附加误差10、测量数据中误差出现的规律有哪几种？各有什么特点？系统误差、随机误差和粗大误差对同一被测量进行多次重复测

3、量时, 如果误差按照一定的规律出现, 则把这种误差称为系统误差。对同一被测量进行多次重复测量时, 绝对值和符号不可预知地随机变化, 但就误差的总体而言, 具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。明显偏离测量结果的误差称为粗大误差, 又称疏忽误差。11、什么是“权”？在不等精度测量时, 对同一被测量进行m组测量, 得到m组测量列（进行多次测量的一组数据称为一测量列）的测量结果及其误差, 它们不能同等看待。 精度高的测量列具有较高的可靠性, 将这种可靠性的大小称为“权”。12、传感器输入-输出静态特性的衡量指标都有哪些？ 线性度 灵敏度 灵敏度阈和分辨力 迟滞 重复性第二章1、水的三态点（三相点）

4、的温度是如何表示的？水的三相点，即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度，为273.16K。2、摄氏温度和华氏温度的关系表达式？C=(5/9)*(F-32)=(5/4)R C：摄氏温度 F：华氏温度 R：列氏温度3、接触式测温和非接触式测温各有什么特点？接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相接触, 当被测温度与感温元件达到热平衡时, 温度敏感元件与被测温度对象的温度相等.非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。4、双金属片用于控制温度的工作原理是什么样的？由膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起而制成，一端固定，另一端为自由端。当温度变化时，由于两种材料的膨胀系

5、数不同而使双金属片的曲率发生变化，自由端产生位移，经传动放大机构带动指针指示温度值。5、铂热电阻测温的特性是什么？精度高，稳定性好，性能可靠，耐氧化性能很强6、半导体热敏电阻分哪几类？各有什么特点？可分为负温度系数NTC型热敏电阻，正温度系数PTC型热敏电阻和临界温度CTR型热敏电阻三种。 7、热敏电阻用于控制三极管的通断电路如何设计？在NPN型三极管基极和发射级之间接入热敏电阻，通过控制基极电压来控制三极管的断通8、什么是热电效应？两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效

6、应。9、什么是帕尔贴效应？什么是汤姆逊效应？1834年法国科学家珀尔贴发现了热电致冷和致热现象即温差电效应。由N、P型材料组成一对热电偶， 当热电偶通入直流电流后，因直流电通入的方向不同， 将在电偶结点处产生吸热和放热现象，称这种现象为珀尔帖效应。 对单一金属导体，如果两端的温度不同，则两端的自由电子就具有不同的动能。温度高则动能大，动能大的自由电子就会向温度低的一段扩散，这种现象称为汤姆逊效应。10、热电动势由哪几部分构成？接触电势和温差电势11、热电偶回路总的热电动势的表达式的公式推导。12、中间导体定律的内容、证明及应用各是什么？ 定义：在热电偶回路中，接入第三种导体C，只要这三种导体两

7、端温度相同，则热电偶所产生的热电势保持不变。 13、E、K、S、B型热电偶各有什么样的特点？E：该热电偶电动势最大，灵敏度最高，可用于湿度较大的环境里，具有稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜等优点。但不能在高温下用于硫、还原性气氛中。 K：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性均好，抗氧化性强，价格便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。但不能在高温下直接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。 S：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染敏感，贵金属材料昂贵 B

8、准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长等，适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸汽中。但热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，贵金属材料昂贵。14、补偿导线的作用？将热电偶延伸到温度恒定的场所15、掌握热电偶测温差电路、串联电路及并联电路的应用。16、掌握维恩定律及斯特藩玻尔兹曼定律的应用计算。第三章1、什么是金属应变效应？什么是半导体压阻效应？1）当金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻值将发生相应的变化，这种现象称为金属应变效应。2）对半导体施加应力时，其电阻率发生变化，这种半导体电阻率随应力变化的关系成为半导体压阻

9、效应。2、推导金属应变片灵敏度表达式。3、应变片的温度误差是什么样的？如何补偿？ 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有: 1) 电阻温度系数的影响2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。4、设计实现用四个应变片构成全桥电路测量悬臂梁所受应力。标明应变片在悬臂梁上的安装位置。画出全桥测量电路图。输出电压与应变片阻值变化的关系式？5、什么是正压电效应？什么是逆压电效应？某些电介质物体在某方向受压力或拉力作用产生形变时，表

10、面会产生电荷。外力撤消后，又回到不带电状态。这种现象称为（正）压电效应。在片状电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，使压电片在电极方向上有伸缩现象。压电材料的这种现象称为电致伸缩现象，因为这种效应与压电效应相反，也叫做逆压电效应。6、以石英晶体为例，阐述压电效应的微观机制。石英晶体的上述特性与其内部分子结构有关。图6 - 3是一个单元组体中构成石英晶体的硅离子和氧离子, 在垂直于z轴的xy平面上的投影, 等效为一个正六边形排列。图中“”代表Si4+离子, “”代表氧离子O2-。 当石英晶体未受外力作用时, 正、负离子正好分布在正六边形的顶角上, 形成三个互成120夹

11、角的电偶极矩P1、 P2、P3。 如图 6 - 3（a）所示。 因为P=qL, q为电荷量, L为正负电荷之间距离。 此时正负电荷重心重合, 电偶极矩的矢量和等于零, 即P1+P2+P3 = 0, 所以晶体表面不产生电荷, 即呈中性。 当石英晶体受到沿x轴方向的压力作用时, 晶体沿x方向将产生压缩变形, 正负离子的相对位置也随之变动。如图 6 - 3（b）所示, 此时正负电荷重心不再重合, 电偶极矩在x方向上的分量由于P1的减小和P2、P3的增加而不等于零, 即（P1+P2+P3）x 0 。 在x轴的正方向出现正电荷, 电偶极矩在y方向上的分量仍为零, 不出现电荷。 当晶体受到沿y轴方向的压力

12、作用时, 晶体的变形如图6 - 3（c）所示, 与图6 - 3（b）情况相似, P1增大, P2、P3 减小。 在x轴上出现电荷, 它的极性为x轴正向为负电荷。 在y轴方向上不出现电荷。 如果沿z轴方向施加作用力, 因为晶体在x方向和y方向所产生的形变完全相同, 所以正负电荷重心保持重合, 电偶极矩矢量和等于零。这表明沿z轴方向施加作用力, 晶体不会产生压电效应。 当作用力fx、fy的方向相反时, 电荷的极性也随之改变。7、说明压电陶瓷的正压电效应的工作机理。 在陶瓷上施加外电场时, 电畴的极化方向发生转动, 趋向于按外电场方向的排列, 从而使材料得到极化。外电场愈强, 就有更多的电畴更完全地

13、转向外电场方向。 让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度, 即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时, 外电场去掉后, 电畴的极化方向基本不变, 即剩余极化强度很大, 这时的材料才具有压电特性。极化处理后陶瓷材料内部仍存在有很强的剩余极化, 当陶瓷材料受到外力作用时, 电畴的界限发生移动, 电畴发生偏转, 从而引起剩余极化强度的变化, 因而在垂直于极化方向的平面上将出现极化电荷的变化。这种因受力而产生的由机械效应转变为电效应, 将机械能转变为电能的现象, 就是压电陶瓷的正压电效应。 8、压电传感器测量电路中的前置放大器的作用及形式各是什么？其作用为: 一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻

14、抗; 二是放大传感器输出的微弱信号。有两种形式: 电压放大器和电荷放大器。9、压电传感器能不能对静态力信号进行测量？为什么？不能。因为静态力信号是恒定的力，恒定的力没有后续的能量补充。10、压电传感器能不能对缓慢变化的力信号进行测量？如何实现？不能。可以利用并联接法进行测量。（并联：输出电荷大，时间常数大，宜用于测量缓慢变化的力信号，并且适用于以电荷作为输出量的场合）11、两片压电元件连接在一起，有哪两种连接方式？其特点各是什么？12、以改变极板间距为例，推导电容传感器灵敏度的公式表达式。13、掌握电容测量电路中的桥式电路及脉冲调宽电路的分析方法。桥式电路：空载电压：脉冲宽度调制电路：图中C1

15、、C2为差动式电容传感器, 电阻R1=R2, A1、A2为比较器。当双稳态触发器处于某一状态, Q=1, =0, A点高电位通过R1对C1充电, 时间常数为1 = R1 C1, 直至F点电位高于参比电位Ur, 比较器A1输出正跳变信号。与此同时, 因 = 0, 电容器C2上已充电流通过VD2迅速放电至零电平。A1正跳变信号激励触发器翻转, 使Q = 0, = 1, 于是A点为低电位, C1通过VD1迅速放电, 而B点高电位通过R2对C2充电, 时间常数为2=R2C2, 直至G点电位高于参比电位Ur。 比较器A2输出正跳变信号, 使触发器发生翻转, 重复前述过程。 电路各点波形如图 5 - 13 所示当差动电容器的C1 = C2时, 其平均电压值为零。当差动电容C1 C2, 且C1 C2时, 则1 = R1 C12 = R2 C2 。由于充放电时间常数变化, 使电路中各点电压波形产生相应改变。 如图 5 - 13（b）所示, 此时uA、uB脉冲宽度不再相等, 一个周期（T1+T2）时间内其平均电压值不为零。此uAB电压经低通滤波器滤波后, 可获得输出 式中: U1触发器输出高电平;T1、T2C1、C2充放电至Ur所需时间。 由电路知识可知:T1 =R1C1ln （5 - 35） T2 = （