传感器与检测技术复习题及答案

1、传感器与检测技术复习题一、填空:1稳定性、温度稳定性、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,目前所利用的光 电效应大致有三大类:第一类是利用在光线作用下 材料中电子溢出 表面的现象, 即外光电效应, 光电管以及光电倍增管传感器属于这一 类;第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象,即 内光电效应。 光敏电阻 传感器属于这一类。 第三类是利用在光线作 用下 光势垒 现象,即 _光生伏特 _效应, 光敏二极管及光敏三极 管传感器属于这一类。4. 电势组成的, 其表达式为 Eab (T , To =T B A T T BA0d (N N lnT T (ek0-+-。

2、 在热电偶温度补偿中补偿导线法 (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。 5. 压磁式传感器的工作原理是:某些铁磁物质在外界机械力作用下, 其内部产生机械压力, 从而引起极化现象, 这种现象称为正压电效应。 相反, 某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形, 这种现象 称为负压电效应。6. 热 电 偶 所 产 生 的 热 电 势 是 由 势 和 单一导体的温差电势组成。在热电偶温度补偿中,补偿导线法(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

3、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。9电流时的霍尔电动势的大小。15、测量过程中存在着测量误差,按性质可被分为对误差 、 和引用误差三类, 其中 绝对误差可以通过对多次测量结果 求平均 的方法来减小它对测量结果的影响。16、电子显示仪表分为模拟式 、数字式 和屏幕显示三大类。 17、电阻应变片式传感器按制造材料可分为金属材料和半导体 _体材料。 它们在受到外力作用时电阻发生变化, 其中的电阻变化主 要是由电阻应变效应形成的, 而的电阻变化主要是由阻效应 造成 的。18、 氧化锆氧量分析仪根据浓差电池原理设计而成。 氧浓差电池由两 个 “ 半 电 池 ”

4、 构 成 :一 个 “ 半 电 池 ” 是 已 知 氧 气 分 压 的铂参比 电极,另一个“半电池”是 含氧量 未知的测量 电极。19、磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应 (霍尔效应而输出电势的。二、单项选择题 (在每小题的四个备选答案中,选出一个正确答案, 并将正确答案的序号填在题目的括号内 。1. ( C 传感器可用于医疗上 -50150之间的温度测量。 A. 金属辐射式 B. 热电偶C. 半导体三极管 D. 比色计2. 信号传输过程中,产生干扰的原因是 ( C A. 信号是缓变的 B. 信号是快变的C. 干扰的

5、耦合通道 D. 信号是交流的3. 差动电桥由环境温度变化引起的误差为 ( D A. 1211RR B. 1 4 1 1R RC. 1211RRED.04. 非线性度是表示校准曲线 ( B 的程度。A. 接近真值 B. 偏离拟合直线C. 正反行程不重合 D. 重复性5. 将电阻应变片贴在 ( C 上,就可以分别做成测力、位移、加速 度等参数的传感器。A. 质量块 B. 导体C. 弹性元件 D. 机器组件1. 非线性度是表示校准曲线 ( B 的程度。A. 接近真值 B. 偏离拟合直线C. 正反行程不重合 D. 重复性2. 半导体热敏电阻率随着温度上升,电阻率 ( A A. 迅速下降 B. 上升C.

6、 保持不变 D. 归零4. 半导体应变片具有 ( C 的优点。A. 可靠性高 B. 温度稳定性好C. 灵敏度高 D. 接口电路复杂三、简答题:1、 简述霍尔电动势产生的原理。答:一块长为 l 、 宽为 d 的半导体薄片置于磁感应强度为磁场 (磁 场方向垂直于薄片中,当有电流 I 流过时,在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动势 Uh 。这种现象称为霍尔效应,也是霍 尔电动热的产生原理。2、 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,

7、 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。3、 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

8、应。 4、 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。6. 什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势?答:热电动势:两种不同材料的导体(或半导体 A 、 B 串接成一 个闭合回路, 并使两个结点处于不同的温度下, 那么回路中就会存在 热电势, 因而有电流产生, 相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势, 通称热电势。接触电动势:接触电势是由两种不同导体的自由电子,其密度不 同而在接触处形成的热电势。 它的大小取决于两导体的性质及接触点 的温度,而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势:是在同一根导体中, 由于两端温度

9、不同而产生的一种 电势。7、简述应变片在弹性元件上的布置原则,及哪几种电桥接法具有温 度补偿作用。答:(1贴在应变最敏感部位,使其灵敏度最佳;(2在复合载荷下测量,能消除相互干扰;(3考虑温度补偿作用;单臂电桥无温度补偿作用， 差动和全桥方式具有温度补偿作用。 8、从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。 答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重 复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑 动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即 具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。 三、计算题 1、如图所示电路是电阻应变仪中所用

10、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。 答：证明： R 1 = R + DR R R4 = R - D R E - R R - DR + R E 2 DR c U cd = U cb - U db = R + DR + R E = - 2RDR 4R - DR 2 2 E 略去 D R 的二次项,即可得 U cd = - R R2 a R3

11、 d R1 b U cd R4 E 2. 下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算 已知 Rt 是 Pt100 铂电阻，且其测量温度为 T=50，试计算出 Rt 的 值 解：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

12、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。 Rt = R 0 ( 1 + At + Bt = 100 1 + 3 . 940 10 = 119 . 55 2 -3 50 + ( - 5 . 802 10 -7 50 2 3. 1）制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？ 2）为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为 2 ：1？ 3）某霍尔元件 l b d 为 1.0 0.35 0.1 cm3, 当方向通以电流 I=1.0 mA, 在垂直 lb 方向加有均匀磁场 B=0.3T, 传感器的灵敏系数为 22 V/A T, 试求其霍尔电势及载流子浓度。 1）

13、采用半导体材料。因为其灵敏度高，输出霍尔电势大。 2）因为元件越薄，灵敏度系数越大。 3） 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。 U H = k H IB = 0 . 0066 V QU H = IB ped p = IB U ed H = 2 . 84 10 20 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? 3已知待测电压为 400V 左右,现有两只电压表,一只 1.5 级,测量范围 0500V; 另一只 0.5 级, 测量范围 01000V,问选用那只表测量较好? 为什么? 1）绝对误差为：150 0 . 5 % = 0 . 75 d = 0 . 75 20 0 . 75 100 1 . 25 250 100 % = 3 . 75 % -20时相对误差为： d = 100 % = 0 . 75 % 100时相对误差为： 2）绝对误差为： 250 0 . 5 % = 1 . 25 V = 0 . 005 即选用精度为 0.5 级的 250V 电压表。 1