传感器技术及应用复习题.doc

复习思考题一、基本概念题（填空题16分、改错题16分，选择题20分，合计52分）1. 测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态测试。如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。（一般概念问题）2. 由传感器、调理电路、测试仪表构成的测试系统，其总灵敏度如何计算？（一般概念问题）3. 检测技术研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信息处理的理论与技术。4. 传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。英文名？Transducer/Sensor5. 按构成原理，传感器分结构型和物性型两类。6. 电阻应变片、热敏电阻、压电晶片等属物性型传感器。7. 电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。8. 采用差动结构的传感器能改善传感器哪些特性？可以提高灵敏度，降低温度和零位引起的误差9. 改善传感器性能的技术措施？差动技术（或差分结构），平均技术：减少误差，提高灵敏度；补偿与修正技术；干扰抑制；稳定性处理10. 传感器的输入输出特性指标可分为静态和动态指标两大类。静态指标有哪些？哪些是传感器的动态指标？线性度、灵敏度、重复性、迟滞、零点漂移和温度漂移。动态：时间常数，固有频率，阻尼比。11. 标定传感器静态特性时，拟合直线的获取方法？12. 传感器的线性度定义？指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线（定度曲线）偏离拟合直线的程度。又称为非线性误差。13. 传感器的灵敏度的定义？传感器的灵敏度是指稳态时，输出增量y与输入增量x的比值14. 回程误差的定义？迟滞特性能表明传感器在正向（输入量增大）行程和反向（输入量减小）行程期间，输出输入特性曲线不重合程度15. 重复性与迟滞是两和不同的特性。重复性好不一定迟滞误差小。16. 传感器动态特性描述的数学方法？17. 对于一阶传感器系统，当其时间常数（或）越小，其频率响应特性越好。18. 二阶传感器阶跃瞬态响应特性指标？超调量p 延滞时间td 上升时间tr 峰值时间tP 响应时间tS19. 引用误差是仪表中通用的误差表示方法。如何表示？用绝对误差与仪器的满度值XFS的百分比来表示的相对误差20. 国家电工仪表精确度等级与引用误差的关系。精度等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.021. 传感器标定？利用标准设备产生已知的非电量（标准量），或用基准量来确定传感器电输出量与非电输入量之间关系的过程，称为传感器标定。22. 传感器标定的目的。利用标准设备产生已知的非电量（标准量），或用基准量来确定传感器电输出量与非电输入量之间关系的过程23. 激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输出。24. 金属电阻应变式的敏感丝结构形式。25. 金属电阻应变片的规格如何表示？应变片的规格以面积和阻值表示26. 金属电阻应变片的主要参数？27. 将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数如何变化？灵敏系数降低28. 用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素？29. 产生应变片温度误差原因？敏感材料电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料线膨胀系数的影响30. 应变片的温度误差补偿方法？桥路补偿和应变片自补偿两大类31. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，各种电桥接法的输出计算及灵敏度比较。32. 在应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择哪种测量电路。33. 压阻式传感器是利用半导体材料的压阻效应制成的传感器，其灵敏度较大。34. 电感式传感器是利用线圈自感量L或互感系数M的变化随被测量变化实现测量的。35. 根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。36. 欲用电感传感器测量极微小的位移，则应选择哪种电感传感器？37. 在差动式自感传感器和差动变压器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象，零残影响传感器的哪些特性？灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大38. 差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级线圈要求反向串接。39. 电涡流传感器结构、应用。形成涡流的条件？有交变磁场和导电体位于交变磁场中40. 根据其工作原理，电涡流传感器不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以及水的液位的检测。可用于检测振动、转速、金属零件计数等。41. 影响电涡流传感器的线圈阻抗的变化的参数？导体的电阻率、磁导率、几何形状及线圈的几何参数r ，激励电流频率f，以及线圈到被测导体间的距离x有关。42. 涡流传感器从原理上分析是一种互感传感器。43. 感应同步器是应用电磁感应原理来测量直线位移或角位移的一种传感器。44. 电容传感器的三种基本类型？变极距型（变间隙型），变面积型，变介电常数型45. 电容式液位计的检测原理，电容测厚仪原理。46. 电容传感器的转换电路？普通交流电桥、变压器电桥、调频电路，二极管双T形电路、运算放大器电路、差动脉冲调宽电路。47. 磁电感应式传感器是一种能量转换型传感器，适合于动态速度的测量。48. 如果在磁电感应式振动速度传感器的测量电路中接入一次积分电路，可测量振动的振幅。49. 霍尔元件的灵敏度与霍尔元件材料及几何尺寸的关系。50. 霍尔元件的零位误差？不等位电势、寄生直流电势和感应零电势等，其中不等位电势是最主要的零位误差。51. 霍尔元件采用恒流源激励的目的？线性度高，精度高，受温度影响小52. 压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。53. 压电传感器中压电晶片的两种等效电路。54. 压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用？放大压电元件的微弱电信号和阻抗变换55. 压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输出基本不受连接电缆长度的影响。56. 目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。57. 对压电式加速度传感器，要注意频率使用要求。适合于动态测量。58. 热电式传感器中，热电阻能将温度变化转换电阻变化，热电偶将温度转换为电势输出。（P169）59. 热电偶热电动势是如何形成的？将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个结点温度不同时，在回路中就会产生热电动势，形成电流，此现象称为热电效应。60. 根据热电偶的基本定律，热电偶在以下情况下其输出必为零：组成热电偶的两导体材料相同、两结点温度相同。61. 已知材料A与C、材料B与C配对的热电动势，求A与B配对后的热电动势。62. 热电偶的结构？了解其应用环境？63. 当热电偶冷端温度为0时，才能从热电偶分度表直接查某温度下的某热电势输出。64. 热电偶传感器温度补偿措施。65. 热敏电阻其温度与阻值之间的关系？阻值与温度变化呈非线性关系，不具有互换性。66. 热敏电阻的热电特性指什么?67. 热敏电阻其温度与阻值之间一般呈非线性关系，且互换性差。68. 热电偶、金属热电阻能测量400以上的温度；热敏电阻测温较低。69. 半导体气敏传感器，可用于检测气体的什么参数？类别，浓度，成分70. 对气敏传感器性能的要求？具有小的交叉灵敏度；具有较高的灵敏度和较宽动态响应范围；性能稳定，传感器特性不随环境温度湿度的变化而发生变化；重复性好，易于维护71. 半导体气敏传感器的主要参数？ 固有电阻，工作电阻，灵敏度，选择性，响应时间，恢复时间72. 气敏传感器的选择性？表示气体传感器对被测气体的识别(选择) 以及对干扰气体的抑制能力73. 电阻型半导体气敏传感器，其结构皆附有加热丝，且易受环境温度、湿度影响。74. 湿敏传感器的主要特性参数？湿度量程；感湿特性；灵敏度；湿度温度系数；响应时间；湿滞回线和湿滞回差75. 感湿特性表示湿度传感器的感湿特征量（如：电阻）随被测相对湿度变化的规律。76. 磁阻元件磁阻效应的大小与哪些因素有关？磁阻效应的大小除了与材料有关外，还与磁敏电阻的几何形状有关77. 磁敏二极管根据测得的电流大小可以判断被测磁场的强度和方向。78. 标准变送器的输出？（一般概念问题）79. 抗干扰是测试系统必须采用的技术。常用抗干扰技术包括：隔离技术、滤波技术、屏蔽技术和接地技术。（一般概念问题）80. 智能传感器的定义和一般功能。（一般概念问题）将传感器与微型计算机集成在一块芯片上，并有“感知”和“认知”被测量的功能，把传感技术和信息处理技术进行完美结合的装置。主要功能：自校零，自标定，自校正；自动补偿；自动采集数据，对数据进行预处理；自动检验，自动量程，自寻故障；具有数据存储，记忆与信息处理功能；双向通信，标准化数字输出或者符号输出功能；具有判断，决策处理功能二、简答题（4小题，合计20分）1. 传感器组成框图？各环节的作用？2. 改善和提高传感器的技术性能主要技术措施？差动技术（或差分结构）；平均技术：减少误差，提高灵敏度；补偿与修正技术；干扰抑制；稳定性处理3. 传感器的静态特性以及描述静态特性的主要技术指标？传感器在稳态信号作用下，其输出-输入的关系称为静态特性。衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、重复性、迟滞、零点漂移和温度漂移等技术指标。4. 传感器的动态特性以及描述动态特性主要技术指标？5. 传感器的标定？利用标准设备产生已知的非电量（标准量），或用基准量来确定传感器电输出量与非电输入量之间关系的过程，称为传感器标定6. 金属电阻应变片半导应变片的工作原理区别？各自优缺点？同属电阻式传感器：将被测量变化转换成电阻的变化。结构基本相似：由敏感栅、基片、覆盖层和引线组成。不同：金属电阻应变片基于应变效应；半导体应变片基于压阻效应。与金属电阻应变片相比，半导体应变片具有体积小、横向效应小、灵敏度高等特点。电阻应变特性不同：金属电阻应变片具有线性电阻应变特性；半导体应变片在应变大时具有非线性的电阻应变特性。电阻温度特性不同：半导体应变片受温度影响较大。灵敏度系数温度特性不同：半导体应变片灵敏度受温度影响很大。 7. 应变片测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？应变片的温度误差补偿方法通常有桥路补偿和应变片自补偿两大类8. 电容式传感器的工作原理和型式？应用？如果保持上式中两个参数不变，而使另外一个参数改变，则电容量就将发生变化。变极距型（变间隙型）；变面积型；变介电常数型9. 霍尔元件的零位误差及产生原因？10. 压电传感器的原理、特点及应用。压电式传感器的工作原理是以某些晶体材料的压电效应为基础，在外力作用下，在晶体材料的表面上能产生电荷，从而实现非电量转换和测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，测量加速度和动态力或压力11. 压电晶片并接和串联接法的输出电荷、电压、电容关系？适用场合？并联接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。串联接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压作为输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合12. 压阻效应和压电效应的区别？应用？13. 标准电极定律的应用价值？14. 热电偶冷端补偿的必要性？常用冷端补偿有几种方法？冷端温度是随环境温度变化的，很难保持温度恒定。因此，就要采取一些措施来抵消由于冷端温度变化对输出热电动势的影响。冰点槽法，计算修正法，补正系数法，零点迁移法，冷端补偿器法，软件处理法15. 热电偶、热电阻以及热敏电阻比较？（从检测温度、精度、响应速度、应用等比较）三、计算与分析题 (3小题，共28分)1、 根据传感器的输入输出一系列数据，计算线性度、灵敏度？（P32，习题4之类）2、 电阻应变式传感器（柱式或梁式），如何粘贴应变片？如何接桥？受力后如何计算电阻变化量？输出电压计算？（P5455，习题15、16、17之类）3、 电容的特性分析与计算。（P101，习题9、11之类）4、 霍尔元件的等效电路？霍尔元件的输入、输出等效电路及计算？（P114，P118习题11、12）5、 热电偶的计算？（P185186，习题3、6之类）6、 设计一个自动化检测方案，进行机电产品相关参数的测试。例1 一台精度为0.5级、量程范围6001200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，问此表是否合格？解：根据精度定义表达式%，并由题意已知0.5，（1200-600），得最多允许误差 0.5（1200-600）此温度传感器最大允许误差位。检验某点的最大绝对误差为，大于，故此传感器不合格。例2 变间距形平板电容传感器，当时，若要求测量线性度为0.1%。求：允许间距测量最大变化是多少？解：当变间距平板型电容传感器的1时，其线性度表达式为由题意故得，即测量允许变化量。例3 单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相互覆盖的宽度为6mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度?若极板相对移动2mm，求其电容变化量？（已知：真空中的介电常数为0=8.851012F/m）解：单组式变面积型平板线位移电容传感器，其电容量的计算式为：，本题中b=6mm，=0.5mm，故静态灵敏度为：1.061010 ( F/m ) 极板相对移动2mm，其电容变化量： （F）例4 压电式压力传感器灵敏度S1= 9 pC / Pa，将它和一台灵敏度为S2=0.005V/ pC的电荷放大器连接，其后再接入灵敏度为S3=25mm / V的光线示波器，试绘出这个测试系统的框图，并计算其总灵敏度？解：测试系统框图如下：根据灵敏度的定义，总灵敏度为： 例5 一应变片的电阻R0=120，K=2.05，用作应变为800m/m的传感元件。(1) 求R与R/R；(2)若电源电压Ui