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传感器与测试技术复习题纲1 选择题（本大题共 小题，每小题1分，共 分）在每小题列出的四个备选项中选出符合题目要求的答案，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.描述金属电阻应变片的工作原理的是： A. dR/R=KX B.dR/R=LEXC.dR/R=dL/L-dS/S D.dR/R=dL/L+dS/S2. 若变间隙式电容传感器输出电容的相对变化与输入位移d之间的关系，是非线性的，当d/d01 时，电容式传感器的灵敏为 A. B. C. D.3. 差动变压器的输出电压信号是： A. 调幅波 B.载波C.调频波 D.脉幅调制波4. 压电式传感器属于 A A. 有源传感器 B.无缘传感器C.电压型传感器 D.电流型传感器5. 在四倍细分光栅位移传感器的辨别方向电路中可采用的信号相位差为： A.00 B.900C.1800 D.36006. 电容式液位计属于 A. 容栅型电容式传感器 B.变介质型电容式传感器C.变极距型电容式传感器 D.变极板面程型电容式传感器7. 把两个同型号热电偶异性电极参数参考端连接（反相串接）并将各热电偶的测量结处于不同位置，可测量 A. 两点之间的温度差 B.两点间的最低温度C.两点的平均值 D.两点间的最高温度8. 涡流式压力传感器属于 A.电阻式传感器 B.电容式传感器C.电感式传感器 C.压电式传感器9. 热电偶式温度传感器的T0端称为参考端，又称 A. 冷端 B.热端C.工作端 D.高温端10.四倍细分式光栅位移传感器检测系统，当用4个光电元件接受莫尔条纹的移动信号时，分辨率为0.004mm/脉冲，则光栅的栅距为 A.0.001mm B.0.004mmC.0.016mm D.0.064mm11. 调频电路中应有 A. 功率放大器 B.鉴频电路C.信号发生器 D.信号处理器13. 频率为31011HZ的红外线辐射的波长为 A.10-6m B.10-4mC.10-3m D.10-2m14. 下列线位移传感器中测量范围大的类型是： A.自感式 B.差动变压器传感器C.电涡流式 D.变极距型电容式15.电阻应变片的线路温度补偿方法有（ ）。A差动电桥补偿法 B补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C补偿线圈补偿法 D恒流源温度补偿电路法16.电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（ ）。A60 B120 C200 D35017.通常用应变式传感器测量（ ）。A温度 B速度 C加速度 D压力18.当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（ ）。A灵敏度增加 B灵敏度减小C非统性误差增加 D非线性误差减小19下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（ ） A压力 B力矩 C温度 D厚度 20属于传感器动态特性指标的是（ ） A重复性 B线性度 C灵敏度 D固有频率 22测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ ） A变极板面积型 B变极距型 C变介质型 D容栅型 23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（ ） 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 24影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（ ） A电缆的安装与固定方式 B电缆的长度 C前置放大器的输出阻抗 D前置放大器的输入阻抗 25将电阻R 和电容 C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的 RC吸收电路，其作用是（ ） A抑制共模噪声 B抑制差模噪声 C克服串扰 D消除电火花干扰 26电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是 （ ）。A. 60 B. 120 C. 200 D. 35027电涡流式传感器激磁线圈的电源是（ ）。A. 直流 B. 工频交流 C.高频交流 D.低频交流28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（ ）。A. 正比关系 B. 反比关系 C. 无关系29单色光的波长越短，它的（ ）。 A. 频率越高，其光子能量越大 B. 频率越低，其光子能量越大C. 频率越高，其光子能量越小 D. 频率越低，其光子能量越小30热电偶可以测量（ ）。 A. 压力 B. 电压 C. 温度 D. 热电势31光敏电阻适于作为（ ）。 A. 光的测量元件 B. 光电导开关元件 C. 加热元件 D. 发光元件32目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（ ）。A. -200850 B. -50850 C. -200150 D. -20065033差动变压器传感器的配用测量电路主要有 （ ）。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2、 填空题。(本大题共 小题，有 空，每空 分，共 分)请在每小题的空格中填上正确答案，错填，不填均无分。1、 电量包括_、_、_，以及_、_、_、_、_、_、_等。2、 非电量是除电量以外的量，可分为 、 、_和 以及_四大类。3、 在电子称中常使用电阻_式力传感器。4、 直流电桥平衡时，电桥相对两臂电阻值的_相等。5、 传感器一般由敏感元件，转换元件和_三部分组成。6、 压阻式传感器对称为_传感器。7、 压阻式加速度传感器，可通过选用较大的质量m和压电常数d来提高灵敏度，质量的增大则固有频率_。8、 热电偶热电势的大小与两种导体材料的测量端和参与端的 有关。9、 为了提高电容式传感器的线性度及灵敏度，常采用_的结构。10、 电容式传感器，分为变间隙式、变面积式和变_式。11、 变磁阻式传感器的电感值L与气隙厚度、空气隙的截面积和_等参数有关。12、 为了改善变磁阻式传感器特性的非线性，除了采用差动式结构之外，还必须限制衔铁的_。13、 差动变压器的结构形式有变气隙式、变面积式和_等。14、 电涡流传感器可分为高频反射式和 两类。15、 电涡流传感器主要用于位移_、转速、距离等参数的测量。16、 压电式传感器并联的压电片越多_越高。17、 压电式传感器串联的压电片越多_越大。18、 物体向周围发射红外线辐射能时，同时也吸收周围物体发射的红外线辐射能，即_19、 物体温度越高，向外辐射的能量越多，在单位时间内其单位面积辐射的总能量W=_。20、 常用的位移测量传感器有电阻式、电感式、电容式、_，磁栅，光栅等。21、 振动量的测量方法一般有机械法、电测法和_3种。22、 振动的激励方式通常可以分为稳态正弦激振、瞬态激振和_3种。23、 常用的测温传感器有热电偶、热电阻、_等。24、 热电偶测温一般由热电偶、补偿导线、_组成。25、 压力传感器按其工作原理可分成：应变式、电容式、电感式、压电式、_压力传感器。26. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（增加减小不变）27.变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（增大，减小，不变）。28.在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（正比，反比，不成比例），与副方线圈的匝数成（正比，反比，不成比例），与回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。29.传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的 和产生可用信号输出的 以及相应的 组成。30.热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。31用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的 与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片 和面积无关。32把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用 形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。33闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙 发生相对变化，从而导致圈 的变化。34电阻应变片是将被测试件上的 转换成 的传感元件。35影响金属导电材料应变灵敏系数K。的主要因素是 。36传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 与输入 的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是 .37利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让 的距离大大小于 38空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用 式电容传感器39按热电偶本身结构划分，有 热电偶、铠装热电偶、 热电偶。40.当半导体材料在某一方向承受应力时，它的 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 。三、问答题。（本大题共 小题，每小题 分，共 分）1、 简述电阻应变片的主要参数。（P513）2、 试说明直流电桥、当RL（负载电阻）时，输出电压V0的表达式及应变片接入单臂、双臂、全桥的表达式。（P108111）3、 简述电容式传感器的调频电路。（P141）4、 简述涡流式电感式传感器的调频电路。（P164）5、 简述影响电容式传感器精度的因素。（P145）6、 简述红外辐射的基本定律。（P186）7、 简述红外传感器的性能参数。（P188）8、 简述热电偶测温定律2、中间定律。（P288）9、 简述热电偶测温定律3、中间温度定律。（P288）简述电阻丝式应变片及半导体应变片的优缺点。（P103104）简答题1. 简述热电偶的工作原理。答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。2. 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，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，如对石英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。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。3, 简述电阻应变片式传感器的工作原理答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。4、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性5、简述霍尔电动势产生的原理。答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。6、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。）答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数（）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。7、试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各3种）答：非接触式测量：a) 热电式传感器：测量温度b) 光纤传感器：测量光信号c) 核辐射传感器：测量核辐射粒子接触式测量：a) 电位器式压力传感器：测量压力b) 应变片式电阻传感器：测量电阻值c) 应变式扭矩传感器：测量扭矩8、用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为600，而冷端温度t0为65，则实际温度为665，对不对？为什么？应如何计算？答：对。查表知镍铬-镍硅热电偶K=1，T=Tz+KTn=600+165=6651、 自动控制系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽有何关系？如果选用传感器的动态特性达不到要求怎么办？2、 制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为2 ：1？答：制作霍尔元件应采用半导体材料。如果磁场与薄片法线有a夹角，那么UH=kHIBcosa,霍尔元件越薄（即d越小），kH就越大，所以一般霍尔元件都很薄。又因为实际测量中UH=(kHIB/d)f(l/b) 当l/b=2时，f(l/b)=0.93为最大值，这时UH也可取到最大值，所以长宽比l/b一般为2：19、系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。答：不正确。传感器的响应带宽会限制系统的系统响应带宽。4、 计算题（本大题共 小题，共 分）1、图示为一种测温范围为00C1000C的测温电路，其中Rt=10(1+0.02t）K,为感温热电阻;R0 、Rs均为常值电阻，n为正整数，E为工作电压，M和N为两点的点位差，为输出电压。问：（1） 、如果t=00C 时输出电压为零，Rs应取多少？（2） 、 给出该测温电路的输出特性方程。解：VMN=（-）E t=0时 VMN=0 则：（-）=0 Rt=10K = Rs= K VMN=（-）E =（-）E2、 某热敏电阻在100C和500C时，电阻值分别为100K和5K，试求其热敏电阻常数B。 B=3为了防止电容传感器击穿，在两极之间加入厚度的两片云母片，如图所示，其相对介电常数为r，空气介电常数为0（空气介电常数近似于真空介电常数），求传感器总电容。（设图形极板直径为D，两云母片之间距离为0）。C= 4、 设图示电感位移传感器的铁芯相对磁导率为，空气的相对磁导率为1，已知真空中的磁导率u0=410-7H/m，试对下术情况计算该传感器的输出电感： (1)、气隙为0 （2） 气隙为2mm。解：（1）、气隙为0时 L=0.5174H=517.4mH (2)、气隙为2mm时 L=5.65mH5、 用一电阻应变片测量一结构上某点的压力。应变片阻值R=120，灵敏系数K=2，接入电桥的一臂，其余桥臂为标准电阻R0=120，若电桥由10V直流电源供电，测得输出电压为5mV。求该点沿应变片敏感方向的应变和应力。构件材料的弹性模量为E=21010pa U0=Ui K =1 =E=12=2Pa6、 莫尔条纹的放大作用：设=0.10，573rad，W=0.01mm。求莫尔条纹之间的距离BH。 解：BH=5.73mm7、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算。（1.） 已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50，试计算出Rt的值和Ra的值。（2. ）电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。四、分析、计算题：1、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，R=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(R/R)。（10分）证明： 略去的二次项,即可得2、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为，线圈匝数W不变）。（10分）解：， 又3、 1）试证明热电偶的中间导体定律。2）将一只灵敏度为0.08mv/ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?3） 热敏电阻的电阻-温度特性有什么不同? 答：1）证明： 2) 4、1）有一数字温度计，测量范围为 50 150,精度0.5级, 求当示值分别为-20,100时的绝对误差和示值相对误差。2）欲测量250 V电压，要求测量示值相对误差不大于 0.5%, 问选用量程为250 V电压表,其精度为那一级? 若选用量程为300 V和500 V的电压表,其精度又分别为那一级?