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sfy传感器习题与思考题146题 传感器习题与思考题146题第1章传感器概述1下列传感器属于物性型有源传感器的是（D）A金属电阻应变片B压电式传感器C热敏电阻D半导体气敏传感器2.什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？答传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器由敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源四部分组成。 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；转换电路转换成电量输出。 3.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？什么是传感器的静态特性，描述传感器静态特性的技术指标有哪些？各种参数代表什么意义？什么是传感器的动态待性？动态参数有那些？应如何选择？答传感器的性能参数反映了传感器的输入与输出关系。 传感器的静态特性指被测量处于稳定状态下的输入输出关系。 传感器静态特性的技术指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移。 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。 灵敏度S是指传感器的输出量增量y与引起输出量增量y的输入量增量x的比值。 传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 一阶传感器的动态参数是传感器的时间常数。 当1时，A（）1，（）0，表明传感器输出与输入为线性关系，输出比较真实的反映了输入的变化规律。 二阶传感器的动态参数有传感器的固有频率、传感器的阻尼比。 传感器固有频率n输入信号频率，x Crax512.如图所示的结构由线圈、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发生变化。 这种结构可作为传传感器的运动部分时，衔铁将会运动而产生位移，使空气隙感器用于_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 13、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） 14、为什么变隙式电感式传感器用于测量微小位移？?L答L1k0?0?0变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾，所以变隙式电感式传感器用于测量微小位移时是比较精确的。 15、介绍下图所示传感器的工作原理。 答为差动式变隙式电感式传感器6p?L?U?LU o?2L? 16、涡流式传感器的主要优点是什么？答电涡流传感器测量范围宽、反应速度快、可实现非接触测量，常用于在线检测。 17、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？答电涡流式传感器的主要用途之一是可用来测量金属件的静态或动态位移，最大量程达数百毫米。 凡是可转换为位移量的参数，都可用电涡流式传感器测量，如机器转轴的轴向窜动、金属材料的热膨胀系数、钢水液位、纱线张力、流体压力等。 非接触式硬度连续测量，在线非接触转速测量等。 18、如图所示为BYM型自感式压力传感器， （1）请说出其工作原理。 （2）图中弹簧管将什么量转换成什么量？1弹簧管； 2、4铁心；3衔铁； 5、7线圈；6调节螺钉图BYM型自感式压力传感器答 （1）F=0衔铁在中心位置，L1=L2，i1=i2,总电流i=0,输出电压u0=0,F0，衔铁下移，L1i2,总电流i不为0，输出电压u0不为0，反映了F的变化。 （2）力变为衔铁的移动，从而使两个差动电感电感量发生变化。 第4章电容式传感器 1、电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。 在实际使用时，电容式传感器常以改变改变平行板间距d来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高。 2、变间隙式电容传感器d0小传感器灵敏度高。 但d0过小，容易引起电容器击穿或短路。 3、一般变极距型电容式传感器的起始电容在2030pF之间，极板间距离在25200m7的范围内，最大位移应小于间距的1/10，故在微位移测量中应用最广。 4、变面积型电容式传感器其量程不受线性范围的限制，适合于测量较大的直线位移和角位移 5、运算放大器电路解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。 6、电容传感器做成差动式之后，灵敏度提高一倍，而且非线性误差大大降低了。 7、为减少电容式传感器在使用中存在的_边缘效应_，可以在结构上加保护电极，但要求保护电极和被保护电极要为_同心、电气上绝缘且间隙越小越好，同时始终保持等电位，以保证中间工作区得到均匀的场强分布，从而克服边缘效应的影响。 8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（变面积型变极距型变介电常数型）外是线性的。 9通常用电容式传感器测量（B）。 A电容量B加速度C电场强度D交流电压10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11传感器是一种采集信息的重要器件，如图3所示，是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么(C)A若电容减小，则力F增大B若电容增大则力F减小C若电容变大，则力F增大D以上说法都不对 12、简述电容式传感器的工作原理及分类。 F固定电膜片电图?r A电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。 在实际答C?00使用时，电容式传感器常以改变改变平行板间距d来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高。 13、书1/67答0=8.85*10-12F/m=8.85*10-2pF/cm=8.85*10-3pF/mm d0C0?0?r Ad0?C?d?C0d08s=3.14*16=50.2400mm2c=8.85*10(-3)*50.24/0.3=1.4821pF dc=1.4821*10-3/0.3=0.0049pF dc*100*5=2.4702格 14、下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益A=，输入阻抗Z=；试推导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。 答0?U?1j?C x0?U i?1j?CC?U?U0C xi?运算放大器的输出电压与极板间距离d线性关系。 运算放大器电路解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。 第5章压电式传感器1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，经过极化处理的压电陶瓷才具有压电效应。 压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多，所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。 2、压电元件可以等效成电荷源和电容并联的形式，若用来测量体重一般_不可以_（可以或不可以）。 3、两个型号相同的压电片串联使用时，下列说法正确的是（B）A、等效输出电荷增大一倍B、等效输出电压增大一倍C、等效输出电荷、电压都增大D、等效输出电荷、电压都不变 4、压电传感器可以测量（B）A、静态量B、动态量C、两者都可以测量D、两者都不能测量5在检测技术中，主要采用的是压电型换能器，发射超声波利用压电材料的C，而接9收信号则用D。 A.多普勒效应B.多普勒频移C.逆压电效应D.正压电效应6简述正、逆压电效应。 答某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。 当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）7压电材料的主要特性参数有哪些？答 （1）压电常数 （2）弹性常数 （3）介电常数(4）机械耦合系数 （5）电阻压电材料的绝缘电阻 （6）居里点8简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 答理想情况下，电压放大器前置放大器输入电压与频率无关。 这表明压电传感器有很好的高频响应，电压放大器的应用具有一定的应用限制，压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。 电缆长，电缆电容Cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。 电荷放大器的输出电压与电缆电容Cc无关，且与Q成正比，这是电荷放大器的最大特点。 但电荷放大器的价格比电压放大器高，电路较复杂，调整也较困难。 9能否用压电传感器测量静态压力(如重力)？为什么？答当作用于压电元件的力为静态力（=0）时，则前置放大器的输入电压等于零，因为电荷会通过放大器输入电阻和传感器本身漏电阻漏掉，所以压电传感器不能用于静态力测量。 第6章磁敏式传感器 1、图中是霍尔元件的基本测量电路。 图中各编号名称和是霍尔电极；和是激励电极。 图中电路中的被测量是磁感应强度。 2、霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度KH与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。 为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。 3、霍尔片越厚其霍尔灵敏度系数越小，霍尔灵敏度系数的含义是指_表示在单位磁感应强度与单位控制电流时的霍尔电势的大小。 104、金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在平行于于电流和磁场的方向的两个面将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 5、霍尔元件能转换哪两个物理量（B）A把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C把力这个力学量转换成电压这个电学量D把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量 6、简述霍尔电流表的工作原理。 答霍尔钳形电流表的探头是用环形铁芯做集束器，霍尔器件放在空隙中间，由安培定律可知，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，用霍尔元件来测量这一磁场，其输出的霍尔电势正比于该磁场，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。 7、请画出两种霍尔元件的驱动电路，简述其优缺点。 答对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合；恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。 两种驱动方式各有优缺点，应根据工作要求确定驱动方式。 8、什么是霍尔元件的不等位电势？如何补偿？答当激励电流及磁场为0时，测得的空载霍尔电势称不等位电势。 不等位电势可用不等位U H恒流驱动恒压驱动U H+5V+5V+-+-电阻表示。 由于不等位电阻的存在，说明四个极分布电阻值不相等，可将其视为电桥的四个桥臂，则电桥不平衡。 为使其达到平衡，可在阻值较大的桥臂上并联电阻，或在两个桥臂上同时并联电阻。 调节电阻当B=0时Uout=0。 9、什么是霍尔效应？产生机理？霍尔电势的大小和那些因素有关？11答霍尔效应置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。 霍尔效应产生的原因是每个电子受洛仑磁力发生偏转从而产生霍尔电势。 霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。 10、书2/94答U H=K HIB=22*1*10-3*0.3=6.6Mv K H=-1/ne,n=-1/KHe=1/(6.6*1.6*10-19)=9.4697e+ 01711、磁电式传感器与电感式传感器有何不同？答电感式传感器无永久磁铁，有外加电源，由外部电流产生磁通，是无源传感器。 磁电式传感器有永久磁铁，无处加电源，由永久磁铁的磁场产生磁通，是有源传感器。 12、什么是磁阻效应？磁阻和磁感应强度的关系如何？磁阻增大的微观机制如何？答当一载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化，这种现象被称为磁阻效应。 当温度恒定时，在磁场内，磁阻和磁感应强度B的平方成正比。 从微观上讲，材料的电阻率增加是因为电流的流动路径因磁场的作用而加长所至。 13、磁敏电阻的灵敏度通常是如何规定的？答磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度的影响较大。 磁阻元件的灵敏度特性用在一定磁场强度下的电阻变化率来表示，即磁场电阻变化率特性曲线的斜率。 运算时常用RB/R0求得，R0表示无磁场情况下磁阻元件的电阻值，RB为施加0.3T磁感应强度时磁阻元件的电阻值。 第7章热电式传感器 1、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。 2、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Pt100和Pt50。 在-259.34-630.74范围以铂热电阻作为基准器。 3、铜热电阻在一些测量精度要求不高，且温度较低的场合，用来测量-50-150范围的温度。 4、按热电偶本身结构划分，有普通型热电偶，铠装热电偶、薄膜热电偶热电偶。 5、热敏电阻的阻值与温度之间的关系称热敏电阻的热电特性。 它是热敏电阻测温的基础。 6、热电偶产生的热电势一般由接触电势和温差电势两部分构成。 在总热电势中，温差电势12比接触电势小很多，通常可忽略不计。 热电势存在必须具备两个条件一是两种不同的金属材料组成热电偶；二是它的两端存在温差。 热电势的大小，与导体A和B的材料有关，与冷热端的温度有关，与导体的粗细长短及两导体接触面积无关。 7、热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T，To）=N k(T?T0)lnA?TT0(?A?B)d T。 在热电偶温度补偿中补偿导线法e NB（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 8、热电式传感器中，能将温度变化转换为_电阻_变化的一类称为热电阻，而能将温度变化转换为电势的称为_热电偶_，其中_热电偶_式传感器在应用时需要做温度补偿(冷端补偿)。 9、 （1）图中的电桥是热电偶的冷端补偿电路。 （2）图中R t是电阻温度系数较大的铜线电阻。 R 1、R 3、R4是电阻温度系数较小的锰铜线电阻。 （3）图中电路的作用是当参孝端温度变化时，引起热电势变化，由电桥不平衡电压提供补偿，从而保证热电偶回路的输出不变。 热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且参考端应在同一温度下。 如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度。 在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联。 利用热电偶并联可以测量平均温度。 10、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（B）。 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13D减小桥路中电源对热电阻的影响 11、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（B、C）。 A30?B50?C100?D40? 12、我国定型生产的C U热电阻的分度号有（B）A、C U 50、C U120B、C U 50、C U100C、C U 10、C U100D、C U 10、C U 5013、铜热电阻的测温范围一般为（A）A、-150+150B、-100+150C、-50+150D、-50+50、14有一热敏电阻的电阻值随温度变化的R-t图像如图2所示，现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电子温度计，为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值现想使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜（设在温度范围内，欧姆表的倍率不变）（B）At1t2段Bt2t3段Ct3t4段t2t 315、将负温度系数的热敏电阻、数字电流表、电源按图连接成电路将烧图2杯装入23的水，并用铁架台固定在加热器上闭合开关S，当热敏电阻未放入热水中时，电流表示数为I1；将热敏电阻放入温水中，电流表示数为I2；将热敏电阻放入热水中，电流表示数为I3则I 1、I 2、I3的大小关系为I1I2I3 16、用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。 在某时刻，从电位差计测得热电势为-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为15，试求该时刻温箱的温度是多少度？（20分）测量端温度-20-100-0.77-0.391-0.81-0.432热-0.84-0.473电-0.88-0.514动-0.92-0.555势-0.96-0.596(mv)-0.99-0.627-1.03-0.668-1.07-0.709-1.10-0.74A RT图4Dt1t4段t1t4tS R14-0+0+10+20答-15-0.000.000.400.80-0.040.040.440.84-0.080.080.480.88-0.120.120.520.92-0.160.160.560.96-0.200.200.601.00-0.230.240.641.04-0.270.280.681.08-0.310.320.721.12-0.350.360.761. 1617、什么是热电势、接触电势和温差电势？答两种不同的金属A和B构成闭合回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加热，使其温度为T，而另一点置于室温T0中，则在回路中会产生热电势，用E AB（T，T0）来表示，这一现象称为热电效应。 接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处扩散形成的电动势。 温差电势（又称汤姆森电势）是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。 同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成温差电势。 18、说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律及实际意义。 答热电偶测温的原理是把温度转换为热电势大小。 中间导体定律在热电偶测温回路内，接入第三种导体，只要其两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。 中间导体定律表明利用热电偶进行测温，在回路中引入连接导线和仪表后不会影响回路中的热电势。 参考电极定律当结点温度为T，T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电动势等于AC热(T,T)?电偶和CB热电偶的热电动势的代数和E AB0)?E AC(T,T0E CB(T,T0)参考电极定律的实用价值在于它可大大简化热电偶的选配工作。 中间温度定律在热电偶回路中，两接点温度为T，T0时的热电势，等于该热电偶在接点T、Ta和Ta、T0时的热电势之和E(T,T)=(T,T)+E(T,T)根据这一定律，只要EAB0AB aAB a0给出自由端0时的热电势和温度关系，就可求出冷端为任意温度T0的热电偶电动势。 它是制定热电偶分度表的理论基础。 19、已知在其特定条件下材料A与铂配对的热电势，材料B与铂配对的热电势，试求出此条件下材料A与材料B配对后的热电势。 答由E(T,T)?(T,T)?E(T,T)=13.976-8.345=5.622Mv.EAB0AC0CB 01520、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。 答三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。 四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。 21、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60mv,求热电偶热端的温度为多少?答60/0.08+50=800 22、试比较热电阻与热敏电阻的异同。 答热电阻由金属材料制成，目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。 具有正温度系数。 热敏电阻由半导体制成，电阻随温度变化的典型特性分为三种类型即负电阻温度系数热敏电阻（NTC），正电阻温度系数热敏电阻（PTC）和在在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（CTR）。 23、如图是一种应用热敏电阻组成的电机过热保护线路。 （1）简述A、B、C、D各部件的作用， （2）简述电路的工作原理。 答 （1）A变压B整流C滤波D稳压 （2）t 第8章光电式传感器 1、光电传感器的理论基础是光电效应。 通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。 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、光电倍增管；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16类元件有光电池、光电仪表。 2、光电倍憎管的结构由光阴极、次阴极、阳极和玻璃罩四部分组成， 3、光敏电阻上可以加直流电压，也可以加交流电压。 加上电压后，无光照射时，由于光敏电阻的阻值大，电路中只有很小的电流，称为暗电流；当有适当波长范围内的光照射时，因其阻值急剧减小，电路中电流也就很大，称为亮电流。 根据亮电流的大小，即可推算出入射光的照度的大小。 4、硅光电池的结构是在N型硅片上渗入P型杂质形成一个大面积PN结而成。 5、光纤的核心是由折射率较大的纤芯和折射率较小的包层构成的双层同心圆柱结构。 6、当光敏元件加一定电压时，光电流I与光敏元件上光照度E之间的关系，称为B。 A.温度特性B.光照特性C.光谱特性D.伏安特性 7、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 8、光敏电阻一般适合作为（B）元件A、光的测量元件B、光控开关C、加热元件D、发光元件 9、光电二极管工作是需（B）A、加正向工作电压B、加反向工作电压C、不需加电压D、正、反电压都可以 10、基于外光电效应的光电器件有（A）A、光电倍增管B、光电池C、光敏电阻D、发光二极管 11、光敏三极管与光敏二极管相比具有（B）A、相同的光电流输出灵敏度B、光敏三极管有更高的光电流输出灵敏度C、光敏二极管有更高的电流输出灵敏度D、不能比较 12、一般在家用数码摄象机中用于成像的器件是（B）A、光敏电阻B、CCD电荷偶合器件B、C、光电偶合器件D、光电三极管 13、有关光敏电阻的描述，正确的是（A）A、暗电阻大B、亮电阻大C、暗电流大D、亮电流小 1714、如图所示，R 1、R 2、R3是固定电阻，R4是光敏电阻，当开头S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射R4时（B）AR4的阻值变小，a点电势高于b点电势BR4的阻值变小，a点电势低于b点电势CR4的阻值变大，a点电势高于b点电势DR4的阻值变大，a点电势低于b点电势 15、下列元件利用了光传感器的是（A）A火灾报警器B电饭锅C测温仪D加速度计 16、如图所示是一路灯自动控制装置，交流电源电压220V，路灯L在晚上自动点亮，白天则自动熄灭a、b、c分别为晶闸管的三个极，它们分别是a叫阳极；b叫阴极；c叫门极白天光照较强，光敏电阻R G阻值小（填大或小），b、c两端电压低（填高或低） 17、某同学设计了一路灯控制电路如图7所示，光照射光敏电阻R G时，其阻值变小设白天时继电器两端电压为U1，夜晚为U2，它们的大小关系是U1U2现要使路灯比平时早一些亮起来，应如何调节R1？滑动端向上滑，使R1阻值变小 18、什么是外光电效应？什么是内光电效应？分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。 R1R3R1abR4R2S图V DRR G图L ac bV SR G非门继电器图7答在光线的作用下，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，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应。 根