《传感器原理与应用》综合练习问题详解期末考试.docx

1、传感器原理与应用综合练习问题详解期末考试传感器原理与应用综合练习一、填空题1热电偶中热电势的大小仅与 金属 的性质、 接触点温度 有关，而与热电极尺寸、形状与温度分布无关。2按热电偶本身结构划分，有 普通 热电偶、铠装热电偶、 微型 热电偶。3热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由 不平衡 电桥提供一个 电位差 随冷端温度 变化 的附加电势，使热电偶回路的输出 不随 冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。4硒光电池的 光谱峰值 与人类相近，它的 入射光 波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。5硅光电池的光电特性中，光照度与其 短路电流 呈线性关系。6压电式传感器的工作原理是基于

2、某些 介质 材料的压电效应。7压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己 极化 方向。经过 极化 过的压电陶瓷才具有压电效应。8压电陶瓷的 压电常数 比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。9压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量 频率小 的被测量。特别不能测量 静态量 。10霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受 洛伦茨力 作用发生 位移 的结果。11霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，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 激励电流 ；另一对叫 霍尔 电极，用于引出 霍尔电势 。12减小霍尔元件温度误差的措施

3、有：1 利用输入回路的串联电阻 减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。2激励电极 采用恒流源 ，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。13霍尔式传感器根本上包括两局部：一局部是弹性元件，将感受的非电量转换成 磁物理量的变化 ；另一局部是霍尔元件和 测量电路 。14磁电式传感器是利用 霍尔效应 原理将 磁参量 转换成感应电动势信号输出。15变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿槽作为磁路的一局部。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。16热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的 热 敏感元件。17热敏电阻与金属热电阻的差异在于，它是利用半导体的电阻随温度变化 阻值变化 的特点

4、制成的一种热敏元件。18热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的。它是热敏电阻测温的根底。19热敏电阻的根本类型有： 负温度系数 缓变型、 正温度系数 剧变型、 临界温度 型。20正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于温度围的温度控制，而在某一温度围的温度控制中却是十分优良的。21正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适用于温度监测和温度控制。22金属电阻受应力后，电阻的变化主要是由 形状 的变化引起的；而半导体电阻受应力后，电阻的变化主要是由发生变化引起的。23对于简单的拉伸和压缩来说，当半导体电阻上的作用应力与电流方向一致时，其电阻率的与成正比。24当半导体材料在某一方向承

5、受应力时，它的 电阻率 发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态 半导体应变片 。25固体受到压力后，其电阻率发生一定变化，所有固体材料都有这个特点，其中以 金属 材料最为显著。26为了增大灵敏度，压敏电阻常常扩散安装在薄的 基片 上。压力的作用先引起 电阻相对变化 ，随之使压敏电阻承受应力。27扩散压阻器件是在硅膜片适当位置上扩散出相等的压敏电阻，然后将它们接成而成。28扩散硅压阻器件中，有一种圆形与其支撑的合为一体，称为圆形硅杯膜片结构。29湿敏电阻主要由 基体 、电极和绝缘基片组成。30碳湿敏电阻是在绝缘基片上制备两个电极，然后在电极之间喷涂一层含有的有机胶状纤维

6、素而成。31湿敏电阻的工作原理是 利用湿敏材料 在吸收了环境中的水分后，引起两电极间的变化而工作的。32磁敏二极管工作时加 正向偏置 电压。由于它的磁灵敏度很高，特别适用于测量 裂纹 。33由磁敏二极管的工作原理知道，用 外加正偏压 控制其集电极电流的变化方向增加或减小；用 磁场变化 控制其集电极电流的变化量。34磁敏二极管和三极管具有比霍尔元件高数百甚至数千的 磁场灵敏度 ，因而适用于 弱磁场 的测量。35气敏元件接触气体时，由于其外表 的氧化和复原反响 ，致使其电阻率发生明显变化。36气敏电阻的材料不是通常的硅或锗材料，而是 氧化锡 。37气敏元件工作时，需要 工作温度 比环境温度高得多，

7、为此气敏元件结构上有 加热器 。38电阻应变片的工作原理就是依据应变效应，建立导体电阻值与变形之间的量值关系而工作的。39当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的 电阻相对变化 与试件主应力的 半导体应变片应变值 之比40螺线管式差动变压器传感器中， 电压 是评定差动变压器性能的主要指标之一，它的存在会造成传感器在零位附近降低和测量误差增大。41差动螺线管式电感传感器主要由两个 差动连接 的螺线管和初始状态处于对称位置的 螺丝管 组成。因而两个螺线管的初始电感相等。42电涡流传感器的配用电路有 调频式 电路、 调幅式 电路任写两个。43电涡流式传感器工作时，要

8、求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈的距离，否如此会使降低和非线性误差加大。44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。45电位器的种类繁多，按工作特性可分为性和性两种。46差动变压器传感器不仅可以直接用于测量，还可以用于测量与有关的任何机械量。47测量仪表的准确度是 精细度 和准确度两者的总和。准确度简称 精度 。48螺线管式差动变压器传感器主要由线圈组合、 铁芯 和 衔铁 组成。49传感器变换的被测量的数值处在下，传感器的关系称为传感器的静特性，其主要技术指标有： 线性度 、灵敏度、迟滞和重复性等。50当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片

9、灵敏系数K是应变片的与试件主应力的之比51闭磁路变隙式单线圈电感传感器的与灵敏度与线性度是相矛盾的。52电涡流式传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈的距离，否如此会使降低和非线性误差加大。53电容式传感器中，变介电常数式多用于 液面高度 的测量。54电位器的种类繁多，按工作特性可分为性和性两种。55差动螺线管式电感传感器主要由两个的螺线管和初始状态处于对称位置的 组成。因而两个螺线管的初始电感相等。56电涡流传感器的主体是。因而它的性能对整个测量系统的性能产生重要影响。57电容式传感器中，变面积式常用于较大的 位移 的测量。58光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用 光敏

10、二极管 替代的结果。通常基极不引出，只有两个电极。59光电管由一个光电阴极和一个阳极封装在真空的玻璃壳组成，其技术性能主要取决于。60振弦式传感器是经被拉紧的钢弦作为传感元件，其 周期 与弦的紧力的平方根成正比。61振筒式传感器用薄壁圆筒将被测气体或密度的变化转换成频率的变化。62所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的。63振弦式传感器的原理结构中，振弦的一端用夹紧块固定在上，另一端用夹紧块固定在 弹性感压膜片 上。64对某种物体产生有一个的限制，称为红限。65光敏二极管的结构与普通二极管相似，其管芯是一个具有 光敏特征 的PN结。它是在 反向 电压下工作的。66振筒式传感器中，激励器与

11、拾振器通过，加上放大器和反响网络组成一个振荡系统，所以振筒是由材料制成的。67电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除非线性误差，同时还能起到提高电压灵敏度的作用。68螺线管式差动变压器传感器中，按线圈绕组排列方式的不同，分为一节式、。通常采用。69电涡流传感器的整个测量系统由线圈和导体两局部组成。利用两者的耦合来完成测量任务。70测量是借助专用的技术和设备，通过实验和计算，取得被测对象的某个量的大小和符号。71常用的非线性电位器结构以式和式居多。72传感器一般由敏感元件和转换元件两个根本局部组成。73工业上和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是铂电阻和铜电阻。74分辨率

12、是显示仪表能够检测到被测量的本领。一般模拟式仪表的分辨率规定为分格数值的一半；数字式仪表的分辨率规定为的数字。75螺线管式差动变压器传感器的导磁外壳的功用主要是提供。76电阻应变片的初始电阻R0是指应变片未粘贴时，在室温下测得的电阻。77电涡流传感器工作时，被测物体电阻率和相对导磁率r越，如此传感器的灵敏度越。78铜热电阻在一些测量精度要求 不太高 ，且温度较低的场合，用来测量-50150围的温度。二、选择题1一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，假设保证已打开的冷端两点的温度与未打开时一样，如此回路中热电势 C 。A增加 B减小C增加或减小不能确

13、定 D不变2实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是 A 。A纯金属 B非金属 C半导体 D合金3工程工业中，热电偶冷端处理方法有 AD 。A热电势修正法 B温度修正法C0C恒温法 D冷端延长法4热电偶可以测量 C 。A压力 B电压 C温度 D热电势5压电式传感器目前多用于测量 BD 。A静态的力或压力 B动态的力或压力C速度 D加速度6压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比拟是 AD 。A前者比后者灵敏度高得多B后者比前者灵敏度高得多C前者比后者性能稳定性高得多D后者比前者性能稳定性高得多7霍尔效应中，霍尔电势与 AC 。A激磁电流成正比 B激磁电流成反比C磁感应强度成正比 D磁感应强度成反比

14、8热敏电阻测温的根底是根据它们的 B A伏安特性 B热电特性C标称电阻值 D测量功率9负温度系数缓变型热敏电阻有较好的感温特性，适用于一定围的检测；正温度剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适于温度监测和温度控制。10对于固态压敏电阻的简单拉伸和压缩来说，当作用应力与电流方向一致时，它的电阻率相对变化率与 。A半导体材料的弹性模量成正比B半导体材料的弹性模量成反比C作用应力成正比D作用应力成反比11利用扩散硅压阻器件可以制成小型的 B 传感器。A温度 B压力 C加速度 D流量12通常用应变片式传感器测量 C 。A温度 B密度C加速度 D电阻13差动变压器式传感器的结构形式很多，其中应用最多的是

15、B 。A变间隙式B变面积式C螺线管式14通常用振弦式传感器测量 。A温度 B扭矩C电流频率 D大位移15差动变压器传感器配用的测量电路主要电路有 。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16假设使电涡流传感器的灵敏度高，被测物体的电阻率和相对磁导率r应该是 。A大 B小Cr大 Dr小17当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的物理量是 。A红限 B量子效率C逸出功 D普朗克常数18光敏三极管工作时 A 。A基极开路、集电结反偏、发射结正偏B基极开路、集电结正偏、发射结反偏C基极接电信号、集电结正偏、发射结反偏19在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于 。A外光电效

16、应 B光电效应D光电发射20振弦式传感器中，把被测量转换成频率的关键部件是 。A激励器 B拾振器C永久磁铁 D振弦21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 。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22单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量 。A大量程角位移B小量程角位移C大量程直线位移D小量程直线位移23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24利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和灵敏度，其激磁线圈半径为ra与被测物体间的距离x应该满足 。A

17、rax BraxCrax25通常用电容式传感器测量 A 。A电容量 B加速度C电场强度 D交流电压26应变片的主要参数有 A初始电阻值 B额定电压C允许工作电压 D额定功率27为了使螺线管差动变压器传感器具有较好的线性度，通常是 A A取测量围为线圈骨架的1/101/4B取测量围为线圈骨架的1/22/3C激磁电流频率采用中频D激磁电流频率采用高频三、问答题1. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用

18、与地位特别重要。2解释如下名词术语：1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。答：敏感元件：指传感器中直接感受被测量的局部。传感器：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,通常由敏感元件和转换元件组成。信号调理器：对于输入和输出信号进展转换的装置。变送器：能输出标准信号的传感器3传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得

19、。人们根据传感器的静特性来选择适宜的传感器。4电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？答：种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。原理：自感、互感、涡流、压磁。5试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来区分位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小明确位移的大小，电压的正负明确位移的方向。6分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？答：原因是改变了空气隙长度改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线

20、性也将增加，最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线性减少。7简述电涡流效应与构成电涡流传感器的可能的应用场合。答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。8根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=S/D 式中为两个极板间介质的介电常数，S为两个极板对有效面积，D为两个极板间的距离。由此式知，改变电容C的方法有三：其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变各极板间的距离；而得到的电参数的输出为电容值的增量这就组成了电容式传感器。类型：变极

21、距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。电容传感器的应用：可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精细轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。9有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变片式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。答：可选用差分式电容压力传感器，通过测量筒水的重力，来控制注水数量。或者选用应变片式液径传感器。10总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以与使用中应注意的

22、问题。答：优点：a温度稳定性好；b结构简单、适应性强；c动响应好。缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应；b输出阻抗高、负载能力差；c寄生电容影响大。输出特性非线性：电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量与成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。11.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于部电

23、极化现象同时在两个外表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。压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料结构和应用特点：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，

24、以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。12.石英晶体X、Y、Z轴的名称是什么？有哪些特征？答：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。压电陶瓷是一种多晶铁电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，

25、就是以强电场使“电畴规如此排列，而电畴在极化电场除去后根本保持不变，留下了很强的剩余极化。当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化强度将随之发生变化，从而使一定外表分别产生正负电荷。在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也会随时间发生变化老化，铁电体老化将使压电效应减弱。13磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？答：a.磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。b.磁电式传感器具有频响宽、动态围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不

26、宜做快速动态测量。c. 磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。14. 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？答：a.霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。b.霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。c.温度补偿方法：分流电阻法：适用于恒流源供应控制电流的情况。电桥补偿法15. 简述霍尔效应与构成以与霍尔传感器可能的应用场合。答：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度为磁场磁场方向垂直于薄片中，当有电流I流过时，在垂直于电流和

27、磁场的方向上将产生电动势Uh。这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用N型半导体材料，且比拟薄。霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、巩固、频率响应宽、动态围输出电势变化大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以与现代军事技术等领域中得到广泛应用。 16.发电机是利用导线在永久磁铁的磁场中作旋转运动而发电的。无论负载怎样消耗这个电能，永久磁铁不会变弱，这是什么道理？答：发电机供应给负载的电能是，为转动这个发电机所供应得机械能火力或水力变换而来的能量。磁铁持有的能量未被消耗，所以磁铁不会变弱。17.表示电荷耦合器件CC

28、D的结构和存储电荷与转移电荷的工作过程。答：CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2，再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规如此排列的MOS电容数组再加上两端的输入与输出二极管就构成了CCD芯片,CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的上下反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。18. 光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？答：吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能

29、量损耗。散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以与在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一局部光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散射性损耗。辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲b微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。19. 光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？答：光导纤维工作的根底是光的全反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全反射，并在光纤部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。优点：a具

30、有优良的传旋光性能，传导损耗小；b频带宽，可进展超高速测量，灵敏度和线性度好；c能在恶劣的环境下工作，能进展远距离信号的传送功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进展测量和数据传输。20.在用光开关检测物体的系统中，由受光器的受光次数，可计算通过输送带上物体的个数，那么，用输送带搬运两种高度的物体时，画出能分别计算两种高度的物体个数的系统组成图。答：在运输带两边分别设置发光器A和B，受光器A和B。高度低的物体通过时，如如下图a，受光器A受光但B不受光表1中分别用符号和表示。假设是上下物体，如此A和B都不受光表1中分别用和表示。因此可得b图的体统组成图。受光时符号输出是0VL水平，不受光符号时输出是6VH水平。因此，表1变成表2 。结果，分别数一数输出a,b为L，H时低的物体