传感器习题及答案

传感器习题及答案PAGE1选择题1．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2.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零3．应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

4．应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

5．在光的作用下，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6.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7.

4

不属于测试系统的静特性。（1）灵敏度

（2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数8.

电阻应变片的输入为

1

。（1）力

（2）应变

（3）速度

（4）加速度9.

结构型传感器是依靠

3

的变化实现信号变换的。（1）本身物理性质

（2）体积大小

（3）结构参数

（4）电阻值10.

不能用涡流式传感器进行测量的是

4

。（1）位移

（2）材质鉴别

（3）探伤

（4）非金属材料11.

变极距电容传感器的输出与输入，成

1

关系。（1）非线性

（2）线性

（3）反比

（4）平方12.

半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是

3

。（1）长度

（2）截面积

（3）电阻率

（4）高通13.压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的

3

产生变化。（1）固有频率

（2）阻尼比

（3）灵敏度

（4）压电常数14.在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是

4

传感器。（1）电容式

（2）压电式

（3）电阻式

（4）电涡流式15.光电倍增管是利用

3效应制成的器件。（1）内光电

（2）外光电

（3）光生伏特

（4）阻挡层16.光敏元件中

3

是直接输出电压的。（1）光敏电阻

（2）光电阻

（3）光敏晶体管

（4）光导纤维17．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18．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（A）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器19．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（a）A．变极板面积型B．变极距型C．变介质型D．容栅型20．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（C）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片21.下图所示器件为霍尔传感器（何种类型传感器）填空题：1、属于能量控制型的传感器有

电阻，电容，电感（涡流）

等，属于能量转换型的传感器有

压电，磁电

等（每个至少举例两个）。2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用

金属的机械变形

引起的电阻变化，后者利用

半导体材料的电阻率

变化引起的电阻变化。3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用

差动

工作方式。4、电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：

电压

放大器和

电荷

放大器，后接

放大器时，可不受连接电缆长度的限制。5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的

涡电流

效应。6、磁电式速度计的灵敏度单位是

mv/(m/s)

。7、压电式传感器是利用某些物质的

压电效应

而工作的。（1）传感器静态特性指标主要有等.而其动态特性指标主要有时域分析和频域分析两部分.(2)传感器的精度A含义是在规定范围内，其允许的最大误差值相对测量范围的百分数根据精度等级概念,若测得某传感器A=0.48%,则该传感器应定为0.5级精度.(3)传感器线度A含义是在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程（F.S）输出值的百分比拟合刻度直线方法有切线法、端基法、最小二乘法三种。(4)某电容式位移传感器,当被测位移变化量△X=50,相应输出电容变化量△C=25PF,其平均灵敏度为0.5PF/um用切线法求得线性度为1%.若现采用差动式电容结构,其灵敏度应为1PF/um用切线法求得线性度应为2%(5)传感器的最小检测量是指传感器能确切反应被测量的最低限量而言,最小检测量愈小则表示传感器检测微量能力愈高.10-2(1)金属应变片工作原理是应变效应半导体应变片工作原理是压阻效应二者应变灵敏度系数主要区别是..(2)为提高应变片动态测量精度,当被测应变片波长一定时同岁有基长一定时,现有基长分别为10mm和20mm两种应变片,则应选用基长为15mm的应变片,方可减小动态误差,(3)应变式传感器产生温度误差的原因为电阻丝有一定的温度系数和电阻丝材料与测试材料膨胀系数不同通常采用的温度补偿方法有单丝自补偿，双丝自补偿，电路补偿等.(4)应变片灵敏度系数K的测试条件是受一维应力作用、应变片轴向与主应力方向一致、试件材料的泊松比为0.285的钢材。测得的K值大小比应变丝的应变灵敏度系数ks小其原因是横向效应和胶层效应传递变形失真(5)为减小温度误差,压阻器件一般采用【恒流】源供电.而器件本身受温度影响要产生【零点温度漂移】漂移和【灵敏度温度漂移】漂移.因此要采用温度补偿措施,方法有【零点温度补偿法，灵敏度温度补偿法】等.10-3(1)电容式传感器分布电容的存在对测量的危害性是:【降低测量灵敏度、引起非线性输出】.通常采用消除和减小颁布电容的方法有【增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆】等.(2)平等板式电容传感器,变面积型可用于检测【增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆】,变间距型可用于检测【微小位移】而变介质型可用于检测【厚度】等参数.(3)当差动式电容测量电路输出电压为U=E的形式时(E为电源电压,C1和C2为差动电容),则其具有的特点是具有温度补偿功能、灵敏度高、非线性误差小。(4)运算法测量电容传感器电路具有的特点是:【减小环境温度对测量的影响】。(5)电容式差压变送器的敏感电容结构是【张紧式】,其主要特点是【精度高、稳定性高】。。10-4(1)差动电感及差动变压器的位移—电压特性均为关于原点对称线性输出-特性,因而测位移存在移动方向判断问题,解决此问题的方法是采用相敏检波电路.2)提高差动变压器输出信号电压的措施有:【增大匝数比、增加初级线圈电压、增加激磁电压的频率】等。(3)差动变压器零点残余电压产生的原因是:【基波分量、高次谐波、电磁干扰】等,消除和减小的方法有:【保证结构对称性、、选选用合适的测量电容、采用补偿电路】等.(4)电涡流检测线圈结构特点是采用线圈,当被测材料靠近它时,利用线圈变化进行测量.(5)电涡流传感器应用方式可分为两大类:即按【测量电路】不同可分为【变频反射式和低频透射式】，它主要用于检测【位移、振幅、厚度】等参数.10-5(1)压电元件的原理是【压电】效应,它的主要特点是-【灵敏度高、工作可靠、质量轻】.目前常使用的压电材料有【石英晶体、压电陶瓷、锆钛酸铅】等.(2)压电式传感器对测量信号无响应,其被测信号频带上限取决于,频带下限取决于.(3)压电元件测量电路采用前置放大器的目的是:【把电压是传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出、放大压电式传感器输出的弱信号】.目前经常应用的前置放大器有【电压放大器、电荷放大器】两种.(4)若单片压电片等效电容为C,输出电荷为q,输出电压为U.则将相同两片串接后其总参数C′为c/2,q′为q,U′为2U;若改为两片并接后,其总参数C′为2C,q′为2q,U′为U.(5)石英压电元件的纵向压电效应是X方向的作用力,在垂直于x轴的电极面上产生电荷;而横向压电效应是y方向的作用力在垂直于x轴的电极面上产生电荷.10-6(1)编码器按组成原理可分为-【电触式、电容式、感应式、光电式】等。编码器按用途不同可分【码盘码尺】，分别用于检测【角度长度】参数。（2）光栅传感器是根据【莫尔条纹】原理制成的。是由-【照明系统、光栅副、光电接收元件】组成的，主要用于-【速度、震动、质量】-检测等参数。（3）莫尔条纹的宽度BH由-【光栅常数和光栅夹角@】决定。一般调节莫尔条纹宽度主要采用的方法是【调节光栅夹角】。（4）振弦式传感器采用系统，其输出为-【频率】-信号。主要用于检测-【力、温度、距离】-等参数。（5）振弦传感器的固有频率f0与弦线的【张力、有效长度】-等参数有关。为改善其输出f-T特性的非线性，可采用等方法。10-7（1）热电偶的工作原理是-【热电】-效应，热电势包括-【两种导体的接触电势-和-单一导体的温差电势】两种，能产生热电势的必要条件是-【组成热电极的必须是不同材料、两个接触点必须处于不同的温度场中】。（2）热电偶补偿导线的作用是【是热电偶的冷端温度保持恒定】，对选择补偿导线的要求是【0~100`C范围内和所连接的热电偶有相同的热点性、价格便宜】。（3）热电阻测温的原理是【热点效应】，一般目前常用的热电阻有【铂、铜、半导体】等。（4）热敏电阻按温度系数分为【正温度系数】、【负温度系数】、【中间温度系数】三种，热敏电阻本身温度取决于【环境通电发热】、【通电发热】两个因素。（5）热敏电阻用于测温元件时，其工作电流要求为【很小】，应该工作在伏——安曲线的＿＿区域，原因是＿＿＿＿。10-8（1）霍尔元件由于采用了【半导体材料】，元件才有实用价值，它是一个【四】端元件，一般可用于检测【磁场；电流或电压；功率】等参数。（2）霍尔元件的不等位误差是指【不等位电势】而言。其产生的原因为＿＿、＿＿等，减小不等位电势的方法有【机械修磨、化学腐蚀】等。（3）光电效应分为三类即：【外光电效应】，相应的器件有【光电管】；【光电导效应】，相应的器件有【光敏电阻】；【光生伏特】效应，相应的器件有【光电池、光敏晶体管】。（4）光电池的原理是利用【光生伏特效应】。从光照特性可以看出其开路电压与照度为【非线性】关系，而短路电流与照度成【线性】效应，所以光电池作为检测元件时应取【短路电流】的输出形式。（三）判断对错题（用√或×表示）1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。（

√）2、涡流式传感器属于能量控制型传感器（×

）3、压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（×

）4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（×

）5．压电式传感器可以用来测量静态力及动态力。（×

）6．出现正压电效应，则一定存在逆压电效应。（√）7.改变压电传感器的引线电缆后，必须对等效电容CC重新计算。（）8.压电片的连接方式有两种，分别是串联形式和并联形式。（√）9．金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结果影响最大的是机械滞后。（√）简答和计算题1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？答：传感器：是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输另一种物理量的装置，由敏感元件，转换元件，和测量电路。敏感元件是将检测被测量的变化，转换元件是将非电量直接转换为电量的器件，测量电路是将输出的电量变成便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路。其中核心元件是转换元件。2．什么是静特性？包括哪些参数？答：传感器的输入信号不随时间变化或者变化非常缓慢时，输出量和输入量之间的函数关系称为静态特性。包括线性度，灵敏度，精确度，最小检测量和分辨力，迟滞，重复性，零漂，温漂。3．超声波的波型有几种？是根据什么来分类的？答：超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。4.简述电容式传感器的工作原理。答：两平行极板组成的电容器，其电容量为c=sє/d。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。电容式传感器检测被测量的变化，并将其转化为电容量的变化，通过测量电路又转化为电压量或是电流量的变化，从而测量出被测量的大小。什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？答：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。压阻效应：对半导体施加一定的应力时，其电阻率产生变化的现象；横向效应：应变片由于纵向应变和横向应变的影响，电阻值减小。试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。答：相同点：在一定条件下能改变自身的物理性质，并且将其转变成电阻的变化。不同点：材料不同，灵敏度不同。半导体基于压阻效应，也就是受到压力时其电阻值会发生变化，但半导体应变片的灵敏系数比金属应变片要大很多，用于大信号输出的场合，但是机械强度低，受温度影响大。金属应变片机械轻度高，灵敏度低，成本也低。应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？答：温度误差：1，对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。

补偿方法：1，电桥补偿法。

2，单丝自补偿法。3.双丝组合式补偿法。单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。答：为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。比单臂工作时灵敏度提高一倍，同时具有温度补偿的作用。9.涡流式传感器的主要优点是什么?电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？答：优点：能对位移，厚度，表面温度，速度，应力，材料损伤等进行非接触式连续测量，具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用广泛。10.寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。金属壳体，专用屏蔽线简述电容式传感器的优缺点。电容式传感器测量电路的作用是什么？答：优点：温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可以实现非接触测量具有平均效应。缺点：输出阻抗大，负载能力差，寄生电容较大。12.简述正、逆压电效应。能否用压电传感器测量静态压力？为什么？串联连接和并联连接的特点各是什么？答：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，当外力去掉时，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，变形随之消失，称为逆压电效应。并联形式，其输出电容C΄为单片电容C的两倍，但输出电压U’等于单片电压U，极板上电荷量q’为单片电荷量q的两倍，串联形式，输出的总电荷q’等于单片电荷q，而输出电压U΄为单片电压U的二倍，总电容C΄为单片电容C的一半。13.说明霍尔效应的原理？霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。答：一个金属（导体）薄片或半导体薄片，当在它的两端通过控制电流I并且同时在薄片的垂直方向上加上磁感应强度为B的磁场时，在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势UH，这种现象叫做霍尔效应。灵敏度和厚度有关，厚度越小，灵敏度越高，但是考虑到厚度对其他因素的影响，厚度不是越小越好。能来测量位移、转速等。液位控制系统原理，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。14.磁敏式传感器与电感式传感器有何不同？答：磁敏式传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成。而电感式传感器是一种机电转换装置，利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。15.什么是热电势、接触电势和温差电势？答：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种电动势叫做热电动势，是由接触电势和温差电势组成。接触电势：在不同金属的接触面形成的电位差，温差电势在单一导体因为两端的温度不同而产生的电动势。16.说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温。其冷端温度为30℃，动圈显示仪表(机械零位在0℃)指示值为400℃，则认为热端实际温度为430℃，对不对?答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合；二是补偿导线法。将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。修正公式为：；四是电桥补偿法。不对。17.Pt100和Cu50分别代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。答：Pt100表示0℃时电阻为100欧姆，Cu50表示0℃时电阻为50欧姆。18.试比较热电阻与热敏电阻的异同。答：均能制成温度传感器，热电阻材料是金属，热敏电阻材料是半导体，热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，其热电特性是线性的；半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多，适于在-100℃～300℃之间测温，其热电特性是非线性的。19.什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。20.分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。光电管、光电倍增管外光电器件光敏二极管、光敏三极管、光电池光生伏特效应光敏电阻光电导效应

31.现有等强度梁有效长QUOTE=150mm,固定处宽b=18mm，厚h=5mm，弹性模量E=2*QUOTEN/QUOTE，贴上4片等阻值，K=2的电阻应变片，并接入等臂差动电桥，构成称重传感器。求：（1）悬臂梁上如何布片？又如何接桥？（2）若输入电压是3v，有输出电压是2mv时称重量是多少？32.图示为某一传感器的工作原理图，这是什么传感器？利用了什么原理？33.电容式传感器测量误差产生的主要原因及相应的解决办法。11．检定一台1.5级刻度0-100Pa压力传感器，现发现50Pa处误差最大为1.4Pa，问这台压力传感器是否合格？。12．采用四片相同的金属丝应变片(K=2),将其粘在实心圆柱测力弹性元件上。如图所示,力F=1000kg。圆柱端面半径r=1cm，杨氏模量E=2×107N/cm2,泊松比µ=0.3.求：（1）画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应测量电桥原理图（2）各应变片的应变ε=？电阻相对变化量ΔR/R=？（3）若供电