传感器与检测技术考题及答案

1、传感器与检测技术考试试题一、填空：（20分）1,测量系统得静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、 稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分）2霍尔元件灵敏度得物理意义就是表示在单位磁感应强度相单位控 别电流时得霍尔电势大小。4. 热电偶所产生得热电势就是两种导体得接触电势与单一导体得温 差电势组成得，其表达式为EdbCr, To） = （T-TJIn + f| （a, -a«）do_eNb 。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）就是在軽导线 与热电偶之间，接入延长线，它得作用就是将热电偶得参考端移至离 热源较远并且环境温度较稳定得地方，以减小冷端温度变化得影

2、响。 邑压磁式传感器得工作原理就是: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得作用下会产生机撼塑匕这种现象 称为负压电效应。（2分）6、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上得线圈电感 量（增加减小不变）（2分）7、仪表得精度等级就是用仪表得（相对误差绝对误差引 用误差）来表示得（2分）8、电容传感器得输入被测星与输岀被测星间得关系，除（ 变面积 型变极距型变介电常数型）外就是线性得。（2分）1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙得面积增大时,铁心上线圈得电感量（增大,减小，不变）。2、在

3、平行极板电容传感器得输入被测量与输出电容值之间得关系中，（变而积型，变极距型变介电常数型）就是线性得关系。3、在变压器式传感器中，原方与副方互感M得大小与原方线圈得匝数成（正比，反比,不成比例），与副方线圈得匝数成（辿氏, 反比，不成比例），与回路中磁阻成（正比，反比不成比 例）。4、传感器就是能感受规定得被测量并按照一定规律转换成可用输出信号得器件或装置,传感器通常由直接响应于被测暈得敏感元件 与产生可用信号输出得转换元件以及相应得信号调节转换电路组成。5、热电偶所产生得热电热就是由两种导体得接触电热与单一导体得温差电热组成。2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为 _金属_材料与 半导体体材

4、料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中 得电阻变化主要就是由 _电阻应变效应形成得,而得电阻变 化主要就是由温度效应造成貳半导体材料传感器得灵敏度较大。5、磁电式传感器就是利用导体与磁场发生相对运动而在导体两 端产生感应电势得。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）而输出电势得。霍尔式传感器可用来测量电流.磁场, 位移,压力。（6分）8、测量系统得静态特性指标通常用输入量与输出量得对应关系来 表征（5分）简答题二、用镰鋁-線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、19inv,此时电位差计 所处得环境温度为15

5、6;C,试求该时刻温箱得温度就是多少度？（20 分）線络-線硅热电偶分度表测M端01234L06789温度°C执八八电动势(mv)-20-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-1、-1、-1、77818488929699030710-10-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、39434751555962667074-0-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、-0、00040812162023273135+00、000、040.080、120、160、200、240、280、320、36+100、400、440、480、520、560、600、6

6、40、680、720、76+200、800、840.880、920、961.001、041.081、121、162简述热电偶得工作原理。（6分）答:热电偶得测温原理基于物理得“热电效应”。所谓热电效应,就就是当不同材料得导体组成一个闭合回路时,若两个结点得温度不 同，那么在回路中将会产生电动势得现象。两点间得温差越大，产生得 电动势就越大。引入适当得测量电路测量电动势得大小，就可测得温 度得大小。3以石英晶体为例简述压电效应产生得原理。（6分）答:石英晶体在沿一定得方向受到外力得作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表而上产生符号相反得电荷，当外力去掉后，恢 复到不带电得状态;而当作用力方向

7、改变时,电荷得极性随着改变。晶 体受力所产生得电荷量与外力得大小成正比。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。石英晶体整个晶体就是中性得,受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好得厚度变形与长度变形压电效应。4简述电阻应变片式传感器得工作原理（6分）答：电阻应变片得工作原理就是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它得电阻值相应发生变化。1、什么就是传感器动态特性与静态特性,简述在什么频域条件下只研 究静态特就能够满足通常得需要,而在什么频域条件下一般要研究传 感器得动态特性？（10分

8、）答:传感器得特性就是指传感器所特有性质得总称。而传感器得 输入输出特性就是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时, 输入输出特性就是二端网络得外部特性，即输入星与输出量得对应关 系。由于输入量得状态（静态、动态）不同分静态特性与动态特性。静 态特性就是指当输入量为常暈或变化极慢时传感器输入-输岀特性。 动态特性指当输入量随时间变化时传感器得输入-输出特性。可以从 时域与频域来研究动态特性2、简述霍尔电动势产生得原理。（5分）答:一块半导体薄片置于磁感应强度为B得磁场（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。 结果在半导体得后端而上电子有所积累。而前端面

9、缺少电子，因此后 端而带负电，前端而带正电,在前后端面形成电场，该电场产生得力阻 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 流与磁场得方向上将产生电场，相应得电势称为霍尔电势UH。3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测星电路时由于温度变 化而产生测量误差得过程。（10分）答:在外界温度变化得条件下，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件 膨胀系数（代与已）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实 应变同数量级得误差。二、寄生电容与电容传感器相关联影响传感器得灵敏度，它得变化为 虚假信号影响传感器得精度。试阐述消除与减小寄生电容影响得几种 方法与原理。（15分）三、在生产过程中测量

10、金属板得厚度，非金属板材得镀层厚度时常用 涡流传感器。试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度得工作 原理及实现工艺。（15）5、什么就是传感器静态特性。（4分） 答:传感器得静态特性就是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输 入一输岀特性。三、什么叫做热电动势、接触电动势与温差电动势？说明势电偶测温 原理及其工作定律得应用。分析热电偶测温得误差因素，并说明减小 误差得方法（10分） 答:热电动势:两种不同材料得导体（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得温度下，那么回路中就会存在热电 势。因而有电流产生相应得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

11、电势就是由两种不同导体得自由电子，英密度不同而在接触处形成得热电势。它得大小取决于两导体得性质及接 触点得温度，而与导体得形状与尺寸无关。 温差电动势:就是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生得一种电势。 热电偶测温原理:热电偶得测温原理基于物理得“热电效应”。所谓热电效应，就就是当不同材料得导体组成一个闭合回路时，若两 个结点得温度不同，那么在回路中将会产生电动势得现象。两点间得 温差越大，产生得电动势就越大。引入适当得测量电路测量电动势得 大小，就可测得温度得大小。 热电偶三定律a中间导体定律热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端得温度相同，则对热电偶回路总得热电势不产生

12、影响。在用热电偶测温 时，连接导线及显示一起等均可瞧成中间导体。b中间温度定律任何两种均匀材料组成得热电偶，热端为T,冷端为时得热电 势等于该热电偶热端为T冷端为7；时得热电势与同一热电偶热端为几, 冷端为时热电势得代数与。应用：对热电偶冷端不为0°C时，可用中间温度定律加以修正。热电偶得长度不够时，可根据中间温度定律选用适当得补偿线路。C参考电极定律如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成得热电偶在结点温度为（T, %）时分别为Em（八），E血3%）,那么爱 相同温度下，又A. B两热电极配对后得热电势为险7；）=%（八（八人） 实用价值:可大大简化热电偶得选

13、配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准舘电极配对得热电势，那么由这两种热电极配对 组成热电偶得热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。 误差因素:参考端温度受周围环境得影响措施:a 0叱恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）C仪表机械零点调整法d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法四. 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件得不等位电势得概念 就是什么？温度补偿得方法有哪几种？请详细推导分流法。（W分） 答:霍尔组件可测量磁场、电流.位移、压力.振动.转速等。霍尔组件得不等位电势就是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间得空载电势，可用输出得电压表示。温度补偿方

14、法:分流电阻法:适用于恒流源供给控制电流得情况。电桥补偿法简答题（30分,6分/题） 从传感器得静态特性与动态特性考虑，详述如何选用传感器。答:考虑传感器得静态特性得主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高得传感器。考虑动 态特性，所选得传感器应能很好得追随输入暈得快速变化，即具有很 短得暂态响应时间或者应具有很宽得频率响应特性。2、直流电桥与交流电桥有何区别？直流电桥得平衡条件就是什么？应变片式电阻传感器.自感式、互感式.涡流式、电容式、 热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路?答:根据电源不同分为直流与交流电桥。直流电桥优点：高稳定度 直流电源容易

15、获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表得连接 导线分布参数影响小。但就是后续要采用直流放大器，容易产生零 点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥 平衡条件:R/R讦R,/Ri , RiRi=R：R3o以自感式传感器为例说明差动式传感器可以提高灵敏度得原理。解皆警2（/。+A/）2/。1Jo+d差动式灵敏度：S=-W0与单极式传感器灵敏度s=* 1-半+03丫 .比较4、灵敏度提高一倍，非线性大大减少。传感器得定义与组成框图？画岀自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中得位置与作用。答:传感器就是能感受规定得被测量并按照一定规律转换成可用输出信号得器件或装置，通常由敏感元件

16、与转换元件组成。传感器处于研究对象与测试系统得接口位置，即检测与控制之首。传感器就是感知.获取与检测信息得窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取得信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理得电信号，其作用与地位特别重要。组成框图：自动控制系统原理框图：传感器得作用：感受被测量并转换成可用输出信号传送给控制对象。给泄+e'传感器.对象r * *1反馈装置 5、试列出您所学过得不同上TF原理传寂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M3种） 答:非接触式测量：a）热电式传感器:测星温度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

17、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6、传感器（或测试仪表）在第一次使用前与长时间使用后需要进行标定工作，请问标定得意义?答:传感器得标定分为静态标定与动态标定两种。静态标定得目得就是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后 与重复性等。动态标定得目得就是确定传感器得动态特性参数,7、如频率响应、时间常数、固有频率与阻尼比等。什么就是金属应变片得灵敏系数？请解释它与金属丝灵敏系数得区别。答：应变片一般做成丝栅状，测量应变时，将应变片贴在试件表而上, 试件得变形很容易传到应变片上。金属应变片得灵敏系数与金属丝灵 敏系数就是不同

18、得。第一，零件得变形就是通过剪力传到金属丝上得。第二，丝沿长度方向承受应变时，应变片弯角部分也承受应变,其截而 积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分得电阻值减少，也使 变化得灵敏度下降。因此,应变片得灵敏系数比金属丝灵敏系数低。分析/证明题（32分,8分/题）压电式传感器更适用于静态测量，此观点就是否正确，分析原答不正确。其工作原理就是基于压电材料得压电效应，具有使用频率 宽，灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范圉广等优点, 因此在压力冲击与震动等动态参数测试中就是主要得传感器品种，它2、可以把加速度、位移、压力.温度.湿度等许多非电量转换为电量。为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿,分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。答:在外界温度变化得条件下，市于敏感栅温度系数Qr及栅丝与试