传感器技术期末考试试题库.docx

1、传感器技术期末考试试题库、填空题(每题3 分)输出量和1、传感器静态性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时Ymax *100%Yf?s输入量之间的关系称为传感器的静态特性。2、静态特性指标其中的线性度的定义是指3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指Y KX 。4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是 _传感器的精度等级是允许的最 大绝对误差相对于其测量范围的百分数 _ ,即A = A/Y fs* 100%。5、最小检测量和分辨力的表达式是CNK6我们把H max 100% 或maxYf?s2Y f ?s100%叫传感器的迟滞7、传感器是重复性的物理含意是2 3Yf?s100%。8、传感器是

2、零点漂移是指零漂=10 100%Yf?s 。9、传感器是温度漂移是指 maxY F?S T100%。10、 传感器对随时间变化的输入量的响应特性 叫传感器动态性。11、 动态特性中对一阶传感器主要技术指标有 时间常数_。12、 动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率、阻尼比。13、 动态特性中对二阶传感器主要技术指标有 固有频率、阻尼比。14、 传感器确定拟合直线有切线法、端基法和最小二乘法 3种方 法。15、 传感器确定拟合直线切线法是将 过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法 。16、 传感器确定拟合直线端基法是将 把传感器校准数据的零点输出的平均值a0和滿量程输出的平均值

3、be连成直线aobo作为传感器特性的拟合直 线 。17、 传感器确定拟合直线最小二乘法是最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法 。25、传感器的传递函数的定义是 H(S)=Y(S)/X(S)_29、 幅频特性是指 传递函数的幅值随被测频率的变化规律 。30、 相频特性是指 。31、 传感器中超调量是指_超过稳态值的最大值 A （过冲）与稳态值之比的 百分数。32、 我们制作传感器时总是期望其输出特性接近 零 阶传感器。33、 零阶传感器的幅频特性是 直线 。34、 当待测频率 传感器的固有频率时，传感器测得的动态参数与静态参数一致。35、 当待测频率 远大于 传感器的固有

4、频率时，传感器没有响应。36、 当待测频率 等于 传感器的固有频率时,传感器测得的动态参数会严重失真。37、 传感器是能感受被测量并按照 一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。38、 传感器通常由直接响应于被测量的 敏感元件 、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。44、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为 常数 。45、 金属材料的应变效应 是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形， 导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。46、 半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发 生明显变化_，这种现象称为压阻效应。47、 金属丝应变片和半导

5、体应变片比较其相同点是 _它们都是在外界力作用下产 生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。48、 金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是 金属材料的应变效应以 机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变 效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。49、 金属应变片的灵敏度系数 是指 金属应变片单位应变引起的应变片电阻 的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。50、 金属箔应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同点是金属应变片 的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同， 金属丝应变片由于由金属丝弯折 而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属箔式应变

6、片的灵敏度。54、 采用应变片进行测量时要进行温度补偿的原因是（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等 都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的 线膨胀系数 不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变。55、 对电阻应变式传感器常用温补方法有 单丝自补偿双丝组合式自补偿 和电路补偿法三种。56、 对电阻应变式传感器常用温补方法有单丝自补偿， 双丝组合式自补偿 和 电路补偿法三种。62、直流电桥根据桥臂电阻的不同可以分成 等臂电桥一、第一对称电桥和第 二等臂电桥。65、 直流电桥的等臂电桥输出电压为 在RA R的情况下，桥路输出电压

7、与应变成线性关系 。66、 直流电桥的第一对称电桥输出电压为 在RA R的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系 。67、 直流电桥的第二对称电桥输出电压为 输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂 电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。 。U g ER 468、仅单臂工作的直流第一对称电桥的电桥灵敏度为 Ug 1 ER k 2_V69、 仅单臂工作的直流第二对称电桥的k电桥灵敏度为 。70、 某位移传感器，当输入量变化 5mm时，输出电压变化300mY，其灵敏度为 60mV/mm 。71、 单位应变引起的 电阻的相对变化 称为电阻丝的灵敏系数。72、 金属丝在外力作用

8、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_。73、 固体受到作币后电阻率要发生变化，这种现象称 压阻 效应。74、 应变式传感器是利用电阻应变片将 应变 转换为电阻变化的传感75、 应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为 电阻 变化的传感器。76、 应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器， 传感器由 在弹性元件上粘贴 电阻敏感 元件构成，弹性元件用来感知应变,电阻 敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。80、 要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来， 需采用特别设计的测量 电路，通常采用 电桥电路。81、 对第二对称电桥为了减小或消除非线性误差的方

9、法可以采用 增大桥臂比 的方法。82、 为了消除温度误差可以采用 半差动电桥 和全差动电桥。83、 为了消除温度误差可以采用半差动电桥和用 全差动 电桥。84、 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。85、 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。86、 移动电容式传感器 动极板，导致两极板有效覆盖面积 A发生变化的同时，将导致电容量变化，传感器电容改变量 AC与动极板水平位移成 线性 关系。89、 变极距型电容传感器做成差动结构后， 灵敏度提高原来的2倍。而非线性误 差转化为 平方反比 关系而得以大大降低。90、 电

10、容式传感器信号转换电路 中， 运放 电路适用于单个电容量变化的 测量，二极管环形检波电路和宽度脉冲调制电路用于差动电容量变化的测量。94、电容式传感器的优点 主要有测量范围大、 灵敏度高 、动态响应时间短、机械损失小、结构简单，适应性强。98、电容式传感器的优点主要有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械 损失小、结构简单、适应性强 。99、电容式传感器主要缺点有寄生电容影响较大、当电容式传感器用于变 间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。111、 电感式传感器是建立在 电磁感应 基础上的一种传感器。112、 电感式传感器可以把输入的物理量转换为 线圈的自感系数 或线圈的互 感系数的变化，

11、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。114、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种 ： 差动整流电路和相敏检波电路。116、变磁阻式传感器由 线圈、铁芯和衔铁3部分组成。119、变磁阻式传感器测量电路包括 交流电桥 、变压器式交流电桥和谐振式测量电路。122、差动电感式传感器 结构形式主要有 变气隙式、螺线管式两种。126、差动变压器结构形式不同，但工作原理基本一样，都是基于线圈互感系数 的变化来进行测量的，实际应用最多的是 螺线管式 差动变压器。128、电涡流传感器的测量电路主要有 调频式 和调幅式两种。130、电涡流传感器可用于 位移测量、振幅测量、转

12、速测量和无损探伤。134、电涡流传感器从测量原理来分，可以分为高频扫射式和 低频透射式 两 大类。136、电感式传感器可以分为 自感式、互感式、涡流式三大类。139、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 与电容相串联的电压源。143、 压电式传感器是一种典型的 有源 传感器（或发电型传感器），其以某些 电介质的压电效应为基础，来实现非电量检测的目的。144、 压电式传感器使用 电荷 大器时，输出电压几乎不受连接电缆长度的影 响。145、 压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有 电荷放大 器和电压放大器两种形式。149、压电式传感器的前置放大器两大作用

13、是进行 阻抗变换和放大信号。151、压电式电压放大器特点是把 压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。153、电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻 的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比， 且其灵敏度不 受电缆变化的影响。160、热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的 接触电势 构成，另一 部分是单一导体的温差电势。162、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是 中间温度 定 律。164、常用的热电式传感元件有热电偶和 热敏电阻 。166、 在各种热电式传感器中，最为普遍是以将温度转换为电势或

14、 电阻变化 。167、 热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度 转换为电阻变化的测温元件。169、热电阻最常用的材料是 铂 和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。172、热电阻引线方式有三种，其中 三线制 适用于工业测量，一般精度要求 场合；二线制适用于引线不长，精度要求较低的场合；四线制适用于实验室测 量，精度要求高的场合。175、霍尔效应是指 在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积， 从而使这两个端面出现电势差的现象。石6、制作霍尔

15、元件应采用的材料是 半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。180、应该根据元件的输入电阻、 _输出电阻_、灵敏度等合理地选择霍尔元件的 尺寸。186、 CCD勺突出特点是以电荷作为信号。187、 光纤工作的基础是 光的全反射_。188、 按照工作原理的不同，可将 光电式传感器分为 光电效应 传感器、红外 热释电传感器、固体图像传感器和光纤传感器。192、按照测量光路组成，光电式传感器可以分为 透射 式、反射式、辐射式和开关式光电传感器。196、光电传感器的理论基础是 光电效应 。198、通常把光线照射到物体表面后产生的 光电效应分为3大类。

16、第一类是利 用在光线作用下光电子逸出物体表面的 外光电 效应，这类元件有光电管、光电倍增；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应， 这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动 势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。三、简答题（每题10分）302、 什么是传感器动态特性和静态特性？简述在什么条件下只研究静态特性就 能够满足通常的需要。302答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励 （输入）的响应（输出）特性，即 其输出对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的静态特性是指它在稳态（静态或准静态）信号作用下的输入-输出关系。 静态特性所描述的传感

17、器的输入、输出关系式中不含有时间变量。当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。303、 简述在什么条件下需要研究传感器的动态特性 ？实现不失真测量的条件是 什么？303答：当输入量随时间变化时一般要研究传感器的动态特性。实现不失真测量的条件是幅频特性：A（ 3） = |H（j CD ） | =A（常数）相频特性：（3 ）二3t线性）A305、试简要说明使电阻应变式传感器产生 温度误差的原因，并说明有哪几 种补偿方法。305答：温度误差产生原因包括两方面：温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的 线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。温度补偿方

18、法基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。306、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场 合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善 ？306、答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交 流的场合。 半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度 提高4倍，且二者均无非线性误差。310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。310答：当初始状态时，液面高度 h=0,则C 011，当液面高度为h时,则M idr r r2讹（鬥-事】） 2tt（ t R +】R 心、R山in in in *r r rC = C-C

19、、2打（的-mJ hi !由此可见，电容变化量与液面高度h成正比，只要将电容的变化量测出发出 来，就可间接获得被测液面高度311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型 ？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为 3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移 量。变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比， 适合测量线位移和角位移。变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变 介质的介电常数实现对被

20、测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映 出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。317、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器 的异同。317、答：不同点：1 ）自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；2）差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管 型。：x319、试分析图所示差动整流电路的整流 原理，若将其作为螺线管式差动变压器的 测量电路，如何根据输出电压来判断衔铁 的位置？319答：该差动整流电路是把差动变压器 的两个二次输出电压分别整流，然后再将 整流后的电压的差值作为输出，具体

21、整流319图 差动整流电路原理图原理如下：A、 当Ui上正下负时，上线圈a正b负，下线圈c正d负。上线圈：电流从a 12 4 3 b,流过电容Ci的电流是由2到4,电容Ci上 的电压为V24；下线圈：电流从c 568 7 d,流过电容C2的电流是由6到8,电容C2 上的电压为U68。B、 当Ui上负下正时，上线圈a负b正，下线圈d正c负。上线圈：电流从b 324 1a流过电容Ci的电流是由2到4,电容Ci上 的电压为V24；下线圈：电流从d7685c,流过电容C2的电流是由6到8,电容C2 上的电压为U68。由此可知，不论两个二次绕组的输出电压极性如何，流经电容 Ci的电流方向总是从2 4,流

22、经电容C2的电流方向总是从6到8,故整流电路的输出电压为：Uo U 26 U 24 U 86 U 24 U 681 当衔铁位于中间位置时，U24 = U68,所以，U0 =02 当衔铁位于中间位置以上时，U24 U68，所以，U0 03 当衔铁位于中间位置以下时，U24V U68，所以，U0V 0 如此，输出电压的极性反映了衔铁的位置，实现了整流的目的32I、试说明图示的电感式传感器差动整流电路的工作原理32I答：图示的全波相敏整流电路，是根据半导体二级管单向导通原理进行解调 的。如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在 f点为+ , e点为一,则电流路径是fgdche。反之，如f点为-,

23、e点为+，则电流路径是ehdcgf。 可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻 R的电流总是从d到Co同理可分析另一个次级线圈的输出情况U SC = eab + ecd。输出的电压波形见图 （b），其值为第321题图fnJJL吒匕*(h324、压电元件在使用时常采用n片串联或并联的结构形式。试述在不同联接下输出电压、 电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合 ？324答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了 n倍，电容量也增加了 n倍，输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场 合。串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的 1/n，输出

24、电压增大了 n倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。325、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点 。325答:传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成 正比，但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出的电荷成正比， 电缆电容的影响小。330、 试说明压电传感器电荷放大器中所说的 密勒效应”是什么意思？330答： 密勒效应”是说，将压电传感器电荷放大器中反馈电容与反馈电阻Cf、Rf等效到Ao的输入端时，电容Cf将增大（1 + Ao）倍。电导1/Rf也增大了（1 + Ao）倍。331、 简述热电偶的

25、几个重要定律，331答：1、中间导体定律；2、标准电极定 律；3、连接导体定律与中间温度定律332、 热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？332答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数， 而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的， 为了使热电势能反映所测 量的真实温度，所以要进行冷端补偿。（2） A:补偿导线法B :冷端温度计算校正法C:冰浴法D :补偿电桥法。333、 试说明如图所示的热电偶三线制测温时，是如何消除连接导线电阻r带来 的测温误差的。333答：当电桥平衡时，可写出下列关系式，即”)& = (& 4 r 1R由此可以得出设

26、计电桥时如满足R1=R2则图中右边含有r的项完全消去，这种情况下连线阻 r 对桥路平衡毫无影响，即可以消除热电阻测量过程中 r的影响。但必须注意，只 有在对称电桥（R仁R2的电桥），且只有在平衡状态下才如此。338、采用热电阻测量温度 时，常用的引线方式主要有哪几种 ？式述这几种引线 方式各自的特点及适用场合。338答：热电阻常用的引线方式主要有：两线制、三线制和四线制。两线制的特点是结构简单、费用低，但是引线电阻及其变化会带来附加误差。 主要适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。三线制的特点是可较好地减小引线电阻的影响，主要适用于大多数工业测量 场合。四线制的特点是精度高，能完全消除引线电

27、阻对测量的影响， 主要适用于实 验室等高精度测量场合。342、霍尔电动势与哪些因素有关？如何提高霍尔传感器的灵敏度？342答：霍尔电动势与霍尔电场Eh、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半 导体的厚度d、电子平均运动速度u、磁场感应强度B、电流I有关。霍尔传感器的灵敏度Kh = k H Rh1ned为了提高霍尔传感器的灵敏度,霍尔元件常制成薄片形。又因为霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比， 所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。355、光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？355答：光在同一种介质中是直线传播的， 当光线以不同的角度入射到光纤端面时，在端面发生折射进

28、入光纤后，又入射到折射率较大的光密介质 (纤芯)与折射率较小的光疏介质(包层)的交界面，光线在该处有一部分投射到光疏介质，一 部分反射回光密介质。对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同， 且纤芯的折射率大于包层的折射率。对入射角的要求是入射角小于临界角。四、计算题361、一台精度等级为0.5级、量程范围6001200C的温度传感器，它最大允许 绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是 4C,问此表是否合格？361解：根据精度定义表达式 A= A/ Yf.sx 100%，并由题意已知：A=0.5%， Yf.s= (1200 600)C，得最大允许绝对误差 A=A.Yf.s=0.5%X( 12006

29、00) =3C此温度传感器最大允许绝对误差为 3C。检验某点的最大绝对误差为 4C,大于 3 C,故此传感器不合格。362、 已知电感压力传感器最县检测量为 0.5mmH2O,测量范围0250 mmH2O, 输出电压为0500mV,噪声系数C=2;另一个电容压力传感器最小检测量为 0.5 mmH2O，测量范围为0100 mmH2O，输出电压为0300 mV，噪声系数 C=2。 问：哪个传感器噪声电平大？大多少？362解：根据传感器灵敏度计算式 K= Y/ X，得电感压力传感器 K仁(500- 0) / (250-0) =2Mv/mmH2O电容药理传感器 K2= (300- 0) / (100-

30、0) =3Mv/mmH 2O由最小检测量计算式 M=CN/K，得噪声电平N=KM/C，分别计算结果如下：电感压力传感N1 KM - 05 0.5mv1 C 2电容压力传感器汕 KM 05 0.5mvC 2答：电感压力传感器噪声电平大， N N2 N1 0.25mv。363、 某玻璃水银温度计微分方程式为 4仝+20。=2% 10-3 Qi ，式中为水银柱dt高度(m) Q为被测温度(C)。试确定该温度计的时间常数和静态灵敏度系数。dY363解：该温度计为一阶传感器，其微分方程基本形式为 印一aY bbX，此dt式与已知微分方程比较可知时间常数与静态灵敏度系数，即：=a14 2sa2K如a2 10 103moC364、某压电式加速器计动态特性可用下述微分方程描述;3.0i3dq2.25 1010q11.0 1010a，式中q为输出电荷量(PC); a为输入加速度(m/s2 ).试确定该加速度计的静态灵敏度系数 K值；测量系统的固有振荡频率CD0及阻尼比数364解：该加速度计为二阶传感器，其微分方程基本形式为:2ydY 、，,、,a2上2a-i a0Y b0Xdt此式与已知微分方程式比较可得: 静态灵敏度系数 K=-b=11.0X 1010 /2.25