传感器与检测技术复习题

复习问题传感器与检测技术一、填空：1.测量系统的静态特性指标主要包括线性、迟滞、重复性、分辨率、稳定性、温度稳定性和各种抗干扰稳定性。3.光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应。目前使用的光电效应大致有三种：第一种是材料中的电子在光的作用下溢出表面的现象，即外部光电效应。光电管和光电倍增管传感器属于这种类型；第二种是利用材料的电阻率在光的作用下发生变化的现象，即内部光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三种是利用光的作用下的挡光现象，即_光伏效应，光电二极管和光电晶体管_ _ _ _ _ _传感器属于这一类。4.热电偶产生的热电势由两个导体的接触电势和一个导体的热电势组成，其表达式为Eab(T，To)=。在热电偶温度补偿中，补偿线法(即冷端延长线法)是将延长线连接在连接线和热电偶之间。其作用是将热电偶的参考端移到远离热源且环境温度相对稳定的地方，以减少冷端温度变化的影响。5.压磁传感器的工作原理是在外部机械力的作用下，一些铁磁物质在其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这就是所谓的正压电效应。相反，一些铁磁物质在外部磁场的作用下会产生机械变形，这就是所谓的负压电效应。6.热电偶产生的热电势由两个导体的接触电势和一个导体的温差电势组成。在热电偶温度补偿中，补偿线法(即冷端延长线法)是将延长线连接在连接线和热电偶之间。其作用是将热电偶的参考端移到远离热源且环境温度相对稳定的地方，以减少冷端温度变化的影响。9.霍尔元件灵敏度的物理含义是单位磁感应强度下单位控制电流的霍尔电动势的大小。15.测量过程中存在测量误差，按其性质可分为三类：绝对误差、相对误差和参考误差。其中，绝对误差可以通过多次平均测量结果来减少其对测量结果的影响。16、电子显示仪表分为模拟、数字和屏幕显示三大类。17.电阻应变传感器根据制造材料可分为金属材料半导体材料。当它们受到外力作用时，它们的电阻发生变化，其中电阻变化主要由电阻应变效应形成；电阻变化主要由压阻效应引起。18.氧化锆氧分析仪是根据浓差电池原理设计的。氧浓度池由两个“半池”组成：一个“半池”是已知氧分压的铂参比电极，另一个“半池”是未知氧含量的测量电极。19.磁电传感器利用导体和磁场之间的相对运动在导体两端产生感应电势。霍尔传感器输出电势，因为霍尔元件在磁场中具有电磁效应(霍尔效应)。二、单项选择题(在四个备选答案的每一项中，选择一个正确答案，并将正确答案编号在括号内)。1.该传感器可用于-50至150之间的医用温度测量。A.b型金属辐射热电偶C.半导体三极管d色度计2.在信号传输过程中，干扰的原因是(c)A.信号变化很慢C.干扰耦合通道d .信号为交流信号3.环境温度变化引起的差分电桥误差为(d)A.B.C.D.04.非线性是指校准曲线(B)的程度。A.接近真值b .偏离拟合直线C.正向和反向冲程不一致。重复性5.A1.非线性是指校准曲线(B)的程度。A.接近真值b .偏离拟合直线C.正向和反向冲程不一致。重复性2.半导体热敏电阻的电阻率(A)随温度而增加。A.快速下降b .上升C.保持不变d .返回零4.该半导体应变仪具有(c)的优点。A.高可靠性b .良好的温度稳定性C.高灵敏度d .复杂接口电路三、简短回答问题：1.简述霍尔电动势的原理。答：将长度为L、宽度为D的半导体晶片置于具有磁感应强度的磁场中(磁场方向垂直于晶片)。当电流I流动时，将在垂直于电流和磁场的方向上产生电动势Uh。这种现象称为霍尔效应，也是产生霍尔电热的原理。2.简述热电偶的工作原理。答：热电偶的测温原理是基于物理“热电效应”。所谓热电效应是指当不同材料的导体形成闭合回路时，如果两个节点的温度不同，回路中就会产生电动势。两点之间的温差越大，产生的电动势就越大。可以通过引入适当的测量电路来测量电动势来测量温度。3.以应时晶体为例，简述了压电效应的原理。答：当应时晶体在外力作用下沿某一方向变形时，由于内部极化现象，在两个表面上产生相反符号的电荷。当外力消除后，晶体返回到不带电状态。然而，当力的方向改变时，电荷的极性也会改变。晶体产生的电荷数量与外力的大小成正比。这种现象被称为正压电效应。另一方面，如果对应时晶体施加一定的电场，晶体本身就会产生机械变形。当外部电场消失时，变形将消失，这就是所谓的逆压电效应。应时水晶的整个水晶是中性的。外力变形时，没有体积变形压电效应，但有良好的厚度变形和长度变形压电效应。4.简述电阻应变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，即当导体发生机械变形时，其电阻值也随之变化。6.什么是热电动力，接触电动势和热电动力？答：热电动力：两种不同材料的导体(或半导体)A和B串联在一起形成一个闭合回路，两个节点处于不同的温度，则回路中存在热电势，从而产生电流。相应的热电势称为热电势或塞贝克势，通常称为热电势。(2)接触电动势：接触电动势是由两个不同密度的导体的自由电子在接触处形成的热电势。它的大小取决于两个导体的性质和接触点的温度，并且与导体的形状和大小无关。(3)热电动力：它是由于两端温度不同而在同一导体中产生的一种电势。7.简要描述弹性元件上应变计的布置原理，以及哪种电桥接方法有温度学位补偿功能。回答：(1)坚持应变最敏感的部分，使其灵敏度达到最佳；(2)复合载荷下的测量可以消除相互干扰；(3)考虑温度补偿效应；单臂电桥没有温度补偿功能，差分和全桥模式有温度补偿功能。8.考虑到传感器的静态和动态特性，详细介绍了传感器的选择。答：考虑传感器静态特性的主要指标，选择线性度大、迟滞小、重复性好、分辨率强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑到动态特性，选择的传感器应该能够很好地跟随rapi2.下面是一个热阻测量电路，试着解释一下电路的工作原理并计算一下众所周知，RT是一个Pt100铂电阻，它的测量温度是T=50，试着计算Rt的值解决方案：热电阻测温电路由热敏电阻、测量电阻和显示电流表组成。在图中，G是指示器仪表，R1、R2和R3是固定电阻，而Ra是零位调节电阻。热阻通过三根导线连接到电桥，电阻分别为r2、r3和Rg。r2和r3分别连接到相邻的两个臂。当温度变化时，只要其Rg分别连接到指示电流表和电源的电路，其电阻变化将不会影响电桥的平衡状态。当电桥处于调零状态时，R4=Ra Rt0应为参考温度(如0C)下电阻器的电阻值。三线连接方法的缺点之一是可调电阻器的接触电阻与桥臂的电阻相连，这可能导致桥的零点不稳定。3.1)应使用什么材料制作霍尔元件，为什么？2)为什么霍尔元件相对较薄，纵横比通常为2: 1？3)霍尔元件lb d为1.00.350.1 cm3，当电流I=1.0 mA施加于该方向时，均匀磁场B=0.3T施加于垂直lb方向，且传感器的灵敏度系数为22V/AT，尝试找出其霍尔电位和载流子浓度。1)采用半导体材料。由于其高灵敏度，输出霍尔电位很大。2)因为元件越薄，灵敏度系数越大。3)4.1)有一个数字温度计，测量范围为50 150，精度为0.5级。计算了示值分别为-20和100时示值的绝对误差和相对误差。2)测量250伏电压时，要求测量指示值的相对误差不大于0.5%。测量范围为250伏的电压表的精度是多少？如果选择一个量程为300伏和500伏的电压表，它的准确度是多少？3)已知被测电压约为400伏，目前有两个电压表，其中一个为1.5级，量程为0 500