《传感器原理与应用》答案

1、传感器原理与应用练习一、填空题I. 热电偶中热电势的大小仅与接触材料的性质、两接触点温度有关,而与热电极尺寸、形状及 温度分布无关。3, 热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平 电桥提供一个电位差随冷端温度 变化的附加电势，使热电偶回路的输出 不随 冷端温度的变化而改变,达到自动补偿的目的。4. 硒光电池的光谱范围与人类相近,它的光谱峰值波长与人类正常视觉的也相近,因而应用较广。5.硅光电池的光电特性中，光照度与其光电流呈线性关系。6,压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。7.压电陶瓷是人工制造的多晶体,是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己卫方向。经过_极化处理过的压

2、电陶瓷才具有压电效应。8. 压电陶瓷的压电系数 比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其稳定性是其它压电材料无法比的。9. 压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量W态量。10. 霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦兹力作用发生位移的结果。11. 霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫>1电极用于引入;另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势012. 减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源 ，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。13

3、. 霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成位移量；部分是霍尔 兀件和磁路系统。14. 磁电式传感器是利用电磁感应原理将被测量转换成感应电动势信号输出。15. 变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为永久磁铁磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。16. 热敏电阻正是利用半导体的载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的温度丄牛。热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度 热电特性元件。18.热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的20. 正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于 匚温度范围内的温度控制中却是十分优良的。

4、21.21. 金属电阻受应力后，电阻的变化主要是由 电阻的变化主要是由发生变化引起的。变化较显著的特点制成的一种热敏。它是热敏电阻测温的基础。宽温度范围的温度控制，而在某一正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于剧变型，适用于温度监测和温度控制。形变的变化引起的；而半导体电阻受应力后，23. 对于简单的拉伸和压缩来说，当半导体电阻上的作用应力与电流方向一致时，其电阻率的相对变化与作用应力成正比。24. 当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻 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压敏电阻。25. 固体受到压力后，其电阻率发生一定变化，所有固体材料都有这个特点，其中

5、以半导体 材 料最为显著。26. 为了增大灵敏度，压敏电阻常常扩散（安装）在薄的硅膜 上。压力的作用先引起 硅 膜的变化，随之使压敏电阻承受应力。27, 扩散压阻器件是在硅膜片适当位置上扩散出电阻相等的压敏电阻,然后将它们接成电桥而成。28, 扩散硅压阻器件中，有一种圆形膜片与其支撑的硅杯合为一体,称为圆形硅杯膜片结构。29, 湿敏电阻主要由、电极和绝缘基片组成。31. 湿敏电阻的工作原理是 湿敏元件在吸收了环境中的水分后,引起两敏极间阻值的变化而工作的。32. 磁敏二极管工作时加 正电压。由于它的磁灵敏度很高，特别适用于测量弱磁 。33. 由磁敏二极管的工作原理知口道，用控制其集电极电流的变

6、化方向（增加或减小；用控制其集电极电流的变化量。34. 磁敏二极管和三极管具有比霍尔元件高数百甚至数千的磁场灵敏度，因而适用于.弱磁场_的测量。35. 气敏元件接触气体时，由于其表面氧化还原反应，致使其电阻率发生明显变化。36. 气敏电阻的材料不是通常的硅或错材料，而是。37. 气敏元件工作时，需要元件温度比环境温度高得多，为此气敏元件结构上有加热H。38. 电阻应变片的工作原理就是依据应变效应，建立导体片阻值与变形之间的量值关系而工作的。39. 当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的电阻变化率与试件主应力的半导体应变片应变值之比40. 螺线管式差动变压器传

7、感器中，零点残余电压是评定差动变压器性能的主要指标之一，它的存在会造成传感器在零位附近灵敏度降低和测量误差增大。41. 差动螺线管式电感传感器主要由两个完全相同的螺线管和初始状态处于对称位置的铁芯 组成。因而两个螺线管的初始电感相等。42. 电涡流传感器的配用电路有调频式电路、调幅式电路（任写两个）。43. 电涡流式传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈直径的距离,否则会使灵敏度降低和非线性误差加大。44. 采用热电阻作为测量温度的元件是将温的测量转换为电阻的测量。46, 差动变压器传感器不仅可以直接用于位移测量,还可以用于测量与位移有关的任何机械量。47, 测量仪表的精确

8、度是和准确度两者的总和。精确度简称精。48, 螺线管式差动变压器传感器主要由线圈组合、活动衔铁和导体外壳组成。49, 传感器变换的被测量的数值处在稳定状态下，传感器的关系称为传感器的静特性，其主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。50, 当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的电阻变化率与试件主应力的半导体应变片应变值之比51, 闭磁路变隙式单线圈电感传感器的与灵敏度及线性度是相矛盾的。52, 电涡流式传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈直径的距离,否则会使灵敏度降低和非线性误差加大。53, 电容式传感器中，变介电常数式多用于液

9、面高度的测量。54, 电位器的种类繁多，按工作特性可分为线性和非线性两种。55, 差动螺线管式电感传感器主要由两个完全相同的螺线管和初始状态处于对称位置的铁芯 组成。因而两个螺线管的初始电感相等。56, 电涡流传感器的主体是激励线圈。因而它的性能对整个测量系统的性能产生重要影响。57, 电容式传感器中，变面积式常用于较大的线位移的测量。58. 光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用光敏二极管替代的结果。通常基极不引出，只有两个电极。59. 光电管由一个光电阴极和一个阳极封装在真空的玻璃壳内组成，其技术性能主要取决于光电阴极材料60. 振弦式传感器是经被拉紧的钢弦作为传感元件，其固有频率与弦的张

10、紧力的平方根成正比。61. 振筒式传感器用薄壁圆筒将被测气体或密度的变化转换成频率的变化。62. 所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的。63. 振弦式传感器的原理结构中，振弦的一端用夹紧块固定在一上，另一端用夹紧块固定在弹性感应膜片上。64. 对某种物体产生光电效应有一个最低频率单色光的限制,称为红限。65. 光敏二极管的结构与普通二极管相似，其管芯是一个具有光敏特性 的PN结。它是在 反向 电 压下工作的。66. 振筒式传感器中，激励器与拾振器通过,加上放大器和反馈网络组成一个振荡系统，所以振筒是由材料制成的。67. 电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除非线性误差,同

11、时还能起到温度补 偿的作用。69, 电涡流传感器的整个测量系统由传感器和被测体两部分组成。利用两者的磁性 _ 耦合来 完成测量任务。70. 测量是借助专用的技术和设备，通过实验和计算，取得被测对象的某个量的大小和符号。72. 传感器一般由敏感元件和 转换元件两个基本部分组成。73. 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钳热电阻和铜热电g。74. 分辨率是显示仪表能够检测到被测量最小变化量的本领。一般模拟式仪表的分辨率规定为 最小亥度76, 电阻应变片的初始电阻 R0是指应变片未粘贴时，在室温下测得的静态 电阻77, 电涡流传感器工作时，被测物体电阻率P和相对导磁率nr越小,则

12、传感器的灵敏度越|W1 o78, 铜热电阻在一些测量精度要求不太高温度较低的场合，用来测 a -50-150 °C范围的温度。二、选择题1. 一个热电偶产生的热电势为E。，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（D）。A. 增加B.减小C.增加或减小不能确定D.不变2. 实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是（A.纯金属B.非金属C.半导体3. 工程（工业）中，热电偶冷端处理方法有（A.热电势修正法 B.温度修正法4. 热电偶可以测量（C ）。A.压力B.电压C.温度5. 压电式传感器目前多用于测量（BD ）。

13、A.静态的力或压力 B.动态的力或压力A ）。D.合金AD ）。C. 0 °C恒温法D.热电势C.速度D.冷端延长法D.加速度6. 压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（ AD ）A. 前者比后者灵敏度IW得多B. 后者比前者灵敏度咼得多C. 前者比后者性能稳定性咼得多D. 后者比前者性能稳定性咼得多7. 霍尔效应中，霍尔电势与（AC ）。A. 激磁电流成正比B.激磁电流成反比C.磁感应强度成正比D.磁感应强度成反比8. 热敏电阻测温的基础是根据它们的（ B）A. 伏安特性 B.热电特性C.标称电阻值 D.测量功率9. 负温度系数缓变型热敏电阻有较好的感温特性，适用于一定范围的

14、温度检测;正温度剧变型和临界温度型热敏电阻属于剧变 型,适于温度监测和温度控制。10. 对于固态压敏电阻的简单拉伸和压缩来说，当作用应力。与电流方向一致时，它的电阻率相对变化率与（A ）。A.半导体材料的弹性模量成正比B.半导体材料的弹性模量成反比C.作用应力成正比D.作用应力。成反比11. 利用扩散硅压阻器件可以制成小型的（B）传感器。A.温度B.压力C.加速度D.流量12. 通常用应变片式传感器测量（C ）。A.温度 B.密度C.加速度D.电阻13. 差动变压器式传感器的结构形式很多，其中应用最多的是（ B ）。A.变间隙式B.变面积式 C.螺线管式14. 通常用振弦式传感器测量（B ）。

15、A.温度B.扭矩C.电流频率D.大位移15. 差动变压器传感器配用的测量电路主要电路有（ AB ）。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16. 若使电涡流传感器的灵敏度高，被测物体的电阻率P和相对磁导率u r应该是（AC ）。A. P 大B. P 小C. u r 大 D. u -小17. 当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的物理量是（B ）。A.红限B.量子效率 C.逸出功D.普朗克常数18. 光敏三极管工作时（ A ）。A. 基极开路、集电结反偏、发射结正偏B. 基极开路、集电结正偏、发射结反偏C. 基极接电信号、集电结正偏、发射结反偏A.在光线作用下，

16、半导体电导率增加的现象属于（B ）。A.外光电效应B.内光电效应C.光电发射20. 振弦式传感器中，把被测量转换成频率的关键部件是（D ）。A.激励器B.拾振器C.永久磁铁D.振弦21. 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D. 减小桥路中电源对热电阻的影响22. 单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（C ）。A.大量程角位移B.小量程角位移 C.大量程直线位移D,小量程直线位移23. 变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离dO之间是（B ）。A.正比关系B.反比关系C.无

17、关系24. 利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和灵敏度，其激磁线圈（半径为ra）与被测物体间的距离 X 应该满足（ B ）。A. raAxB. ra>>xC. ra<xD. ra>x25. 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26. 应变片的主要参数有（ A ）A.初始电阻值 B.额定电压 C.允许工作电压 D.额定功率27. 为了使螺线管差动变压器传感器具有较好的线性度，通常是（ AC ）A.取测量范围为线圈骨架的1/10-1/4B.取测量范围为线圈骨架的1/2? 2/3C.激磁电流频率采用中频D.激磁电流

18、频率采用高频28. 通常用应变式传感器测量（C ）。A.温度B.密度C.加速度D.电阻29. 检测不同颜色的光，需要选用光电管的（ C ）。A.同一型号灵敏度不同 B.额定电压不同C.光谱特性不同30. 用光敏二极管或三级管测量某光源的光通量时，是根据它们的什么特性实现的（ B ）A.光谱特性B.伏安C.频率特性D.光电特性被测物31. 利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和灵敏度，其激磁线圈（半径为匚）与 体间的距离 x 应该满足（ B ）。A.弓 axB. ra ?x C. ra <xD. ra >x32. 利用扩散硅压阻器件制成的小型传感器可以测量（ B ）。A

19、.温度B.压力C.加速度D.流量33. 为了使螺线管差动变压器传感器具有较好的线性度，通常是（ A ）A. 取测量范围为线圈骨架的 1 /10 ? 1 /4B, 取测量范围为线圈骨架的 1 /22/3C, 激磁电流频率采用中频D. 激磁电流频率采用高频34. 差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（B ）。A.直流电桥B.变压器式交流电桥C.差动相敏检波电路D.运算放大电路35. 电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（ A ）A.直流平衡电桥B.直流不平衡电桥C.交流平衡电桥.D.交流不平衡电桥36. 目前，我国生产的伯热电阻，其初始电阻值有（C）。A. 30QB. 50

20、Q C. 100Q D. 40QD ）。o与电流方向一致时，它的37. 振弦式传感器中，把被测量转换成频率的关键部件是（A.激励器B.拾振器C.永久磁铁D.振弦38. 对于固体压敏电阻的简单的拉伸和压缩来说，当作用应力电阻率的相对变化率与（C ）A. 半导体材料的弹性模量成正比B. 半导体材料的弹性模量成反比C. 作用应力 cr 成正比D. 作用应力 （T 成反比39. 通常用差动变压器传感器测量（ C ）A.位移B.振动C.加速度D.厚度40. 通常用热电阻测量（ C ）。A.电阻B.扭矩C.温度D.压力41. 产生应变片温度误差的主要原因有（ A ）A.电阻丝有温度系数B.试件与电阻丝的线

21、膨胀系数相同C.电阻丝承受应力方向不同42. 光电管的光电特性是指光电管上阳极电压和入射光频谱不变条件下 （B）A.入射光的频谱与光电流的关系B.入射光的光通量与光电流的关系C. 入射光的频谱与光通量的关系D.入射光的光通量与光强的关系43. 光敏三极管的结构可以看成，用光敏二极管替代普通三极管中的（ C ）A.集电极B.发射极C.集电结D.发射结17. 热电偶中产生热电势的条件是（ B ）A. 两热电极材料相同B. 两热电极材料不同C.两热电极的两端温度不同D.两热电极的两端温度相同44. 压电式传感器目前多用于测量（ D ）A.静态的力或压力B.动态的力或压力C.速度D.加速度45. 属于

22、传感器静态特性指标的是（ D ）A、固有频率 B临界频率 C阻尼比 D重复性46 压电式传感器属于 （A ）A、物性型传感器 B、结构型传感器C、电阻型传感器 D电流型传感器47、 国家一级标准测力机所允许的测量误差为（ C）A、±0.0001% B、±0. 001% C、±0. 01% D 、±0. 1%48、某自感式传感器线圈的匝数为 N,磁路的磁阻为Rm则其自感为（B ）A、 N/Rm B、 N2/Rm C、 Rm/N D、 N2/R2m49、莫尔条纹的移动对被测位移量所起的作用是（ B ）A、调制B、放大C、细分D降噪50、 涡流式压力传感器利用

23、涡流效应将压力的变化变换成线圈的（D ）A、电阻变化 B电容变化C、涡流变化 D阻抗变化51、 人工视觉系统图像处理中对像素信息进行编码的作用是（D ）A、有效地传输和存储信息 B、滤去噪声C、图像增强 D图像分割52、对两种不同材料导体接触热电动势没有影响的是（）A、电子的电荷量 B、接触温度C、玻尔兹曼常数 D汤姆逊系数53、数/ 模转换器的技术指标中，分辨率是指（ A ）A、最小输出电压与最大输出电压之比B、模拟电压的实际值与理想值之差C、最小输出电压D、电源抑制比54、变压器隔离电路中赖以传递信号的途径是（ B ）A、光电耦合B、磁通耦合C、漏电耦合 D电容耦合三、1. 简述电涡流传感

24、器的工作原理1. 传感器的激磁线圈通（交变）电流时，在其周围产生（）磁场，使被测金属导体内产生（电涡流），它的存在削弱激磁线圈内（磁场）的变化，使线圈（等效阻抗）发生变化（对比无被测金属导体时变（小）。该变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流的强度与被测金属导体的电阻率、磁导率及几何形状有关，又与线圈的几何参数、线圈中激磁电流的（频率）有关，还与线圈与被测金属导体间的（距离）等参数有关。如果保持上述中的其它参数不变，而只改变其中的一个参数，则传感器线圈的 （阻抗）就仅仅是这个参数的（单值）函数。通过测量线圈（阻抗）的变化量，即可实现对该（ ）的测量。2. 简述振筒式传感器的工作原理在

25、振筒材料已定条件下，振筒的 仅与振筒的 有关，而振筒的在振筒形状和尺寸已定条件下仅与筒壁两边的有关，当振筒外部压力恒定时，则振筒与被测 呈单值函数关系。测量振筒的变化，即可确定筒内的被测值。3, 简述光敏电阻的工作原理。光敏电阻上可以加一直流 电压，也可以加一交流 _电压。加上电压后，无光照射时，由于光敏电阻的一阻值太大一一，电路中只有一很小一一的电流，称为一暗 _电流；当有适当波长范围内的光 照射时，因 其一电阻有变小电路中电流也就一变大锄 _亮_电流。根据一光电流一的大小， 即可推算出入射光的_光强 1 一的大小。4. 简述相敏测量电路的工作原理，差动变压器相敏测量电路如下当御铁向上时：

26、M 1_七M2,曰> E22,在正半周，通路：d -> Z）2 -7?2 > b , c ->一 >R'3 > b , ? E21 > E& , 7?2 = R3，? ? / >12,归 21盘2 = hR3 ' ?输出电压气上（+ ）、下（_）在负半周：通路：b - R2 , D4 - c , b - R3 - DI - a ,（这两个空可以换过来）? E21>E22, ./ i>, 2, U sc = U C = 11 日 2 , 2 *3 >。1, ?"c 上（+）下（）当衔铁向下时，Ml

27、 <M2, Z. E2i < E22 ,在负半周时，Usc =Uc =|xR2-I1R3 <0 Uc±（）下（+ ）在正半周时通路：a D2 - R2 - b , c D3 - R3 - b, Usc=Uc=ll*R222*R3 0.?.Uc 上（一）卜（+ ）结论：当御铁向上时 Uc上（+ ）、下（一）当衔铁向下时Uc±（）下（+ ）5、下面是热电偶电桥补偿电路的工作原理(1)热电偶的冷端电路。.图2中的电桥是 电桥补偿(2).图2中：Rt是 温度系数较大 的铜线电阻RL R3 R4是温度系数为0的镒铜线电阻若电桥供电电压为E,则电桥输出电压小吃,捲主控

28、箱电接數显表接主挖fii电谟曹岀论堆F诫辐崔m RZ RJ R4Qr'q qW 块(3),图2中电路的作用是：当冷端温度变化时,由不平衡电桥提供补偿,从而保证热电偶回路的输出不变。四、计算题(本大题共3小题，每小题8分，共24分)1.图示为热电阻电桥式测温电路，测温范围为0°C? 200° C,其中Rt=10(l+0. 02t)kQ 为感温热电阻炒为常值电阻，R° =10kQ, E为工作电压，M N两点间的电位差为输出电压。问：(1) 如果0°C时电路输出电压为零，常值电阻R取多少？(2) 采用上述常值电阻值，如果该测温电路的平均灵敏度达到15m

29、V/ C,其工作电压E应取多少？ 解(1)当0° C 时，R=10(l+0. 02t)=10kQ因为电路输出电压为零，电桥平衡，有Ro R= R° Rs,解得 R=0kQ 当 t=200 ° C 时，R=10(l+0. 02t)=30kQ 最高输出电 压U0=15mV° C*200=3V由电桥输出公式UO=Rs/(Rs+Rt)*E - RO/ (RO+RO) *E 解得 E=12V六.实验题(共9分)根据下图所示，& & R> &为应变片，Ri> R2已接入模 下图是应变式传感器 半一(单臂、半、全)桥实验接线图 若M/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，£= M/I为电阻丝长度相对变化，则描述电阻应变 效应的