《传感器与测试技术》复习资料

上海开大《传感器与测试基础》复习资料（参考答案）（注意：考试时，答题使用答题纸）一、填空题（20分）传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的有灵敏度、线性度、分辨力、迟滞误差、稳定性等。P18—P20对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为模拟式测量和数字式测量。P7对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以分为在线测量和离线式测量。P7对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以分为偏位式测量、微差式测量和零位式测量。P75-某°・1级电流表满度值乂皿=10OmA，测量6°仇4的绝对误差为如皿。6、服从正态分布的随机误差具有如下性质集中性、对称性、有界性。P13硅光电池的光电特性中，当负载短路时，光电流在很大范围内与照度呈线性关系。P2308、 把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据室压蚩的基本原理制成的，其次级绕绢•都用差动 形式连接,所以又叫差动变压器式传感器。P679、 霍尔传感器的霍尔电势UH为KNB若改变I或一就能得到变化的霍尔电势。P18310、 电容式传感器中，变极距式一般用来测量微小的位移。11、 压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量频率太低的被测量，特别是不能测量一静态值。12、 差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比，线性妊灵感度提高二 倍、测量精度高。热电偶冷端温度有如下补偿方法：冷端恒温法（冰浴法）、计算修正法、电桥补偿法、仪表机械零点调整法。P210空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器。

从原理来分，电容式传感器结构类型有：变面积式、变极距式、变介电常数式。变极距式电容传感器的电容变化与极板间距之间的关系是成关系，为了减小这种关系带来的测量误差，常采用差动结构来解决。电涡流式传感器分反射式和透射式两种，透射式是采用低频（选“高频”或“低频”）的激励方式。电涡流式传感器与激励源频率的关系是：频率越高，电涡流的渗透深度越浅，趋肤效应越严重。P86变气隙自感传感器为了消除非线性误差，可采用差动结构。在测量次数足够多的情况下，如某个数据的剩余误差的绝对值明显大于真值，可认为该测量值为粗大误差，该坏值应予剔除。P11各类传感器的测量放大器的作用是顼左微弱电信号。此外，还要求能对干扰信号有很强的抑制能力。电感式传感器结构类型有：自感传感器和互感式传感器、电涡流式传感器。通常压电陶瓷材料的压电常数比石英的压电常数（选“大”或“小”）。压电式传感器的工作原理是基于某些电介质材料的 压电效应___。它是典型的自发电式传感器。P131热电偶的热电势由温差电势和接触电势两部分电势组成,实际应用其冷端温度应保持在零度，否则要进行冷端温度补偿二、单项选择题（20分）（A）（A）B.精密度咼C.精度咼（C）B.系统误差大C.随（D）A. 准确度高D.绝对误差小准确度高表明测量结果的oA. 系统误差小机误差小 D.随机误差大差动电感传感器中的相敏电路的作用是A、放大信号BA、放大信号B、检测出衔铁移动距离C、提高灵敏度D、检测出衔铁移动方向（C）指传感器在稳定状态下输出变化值与输入变化值的比。A.分辨力B.分辨率C.灵敏度D.线性度（A）指传感器能检出被测信号的最小变化量。A.分辨力B.分辨率C.灵敏度D.线性度热敏电阻是将被测量转换为 （D）电压变化 B.电流变化 C.电荷变化D.电阻变化应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择测量转换电路。A. 单臂电桥 B.半桥C.差动全桥湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了o提高灵敏度 B.防止产生极化、电解作用C.减小交流电桥平衡难度当天气变化时，有时会发现在地下设施（例如地下室）中工作的仪器内部印制板漏电增大，机箱上有小水珠出现及电路板有结露等，影响了仪器的正常工作。该水珠的来源是C。从天花板上滴下来的由于空气的绝对湿度达到饱和点而凝结成水滴空气的绝对湿度基本不变，但气温下降，室内的空气相对湿度接近饱和，当接触到温度比大气更低的仪器外壳时，空气的相对湿度达到饱和状态，而凝结成水滴在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来检测。A. 应变片B.热敏电阻 C.气敏电阻D.湿敏电阻希望线性范围为±lmm,应选择绕组骨架长度为一B—左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。2mm B.20mm C.400mmD.1mm反射式电涡流传感器激磁线圈的电源是一C—。A. 直流B.工频交流C.高频交流D.以上都不对自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了_C—。提IWI灵敏度将输出的交流信号转换成直流信号使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度在两片间隙为Irani的两块平行极板的间隙中插入相等厚度的可测得最大的电容量。A.塑料薄膜B.干的纸C.湿的纸D.玻璃薄片电容传感器中两极板间的电容量与下列哪项无关。极板间相对覆盖的面积B.极板间的距离C.电容极板间介质的介电常数 D.极板的厚度收音机调台是通过调节下列哪种电容值来改变谐振频率的应亠A. 变极距式 B.变面积式 C.变介电常数式压电式传感器目前主要用于测量 B。A.静态的力或压力 B.动态的力或压力 C.速度压电式传感器的工作原理是基于 D。A.应变效应 B.电磁效应C.光电效应D.压电效应石英晶体在振荡电路中工作时，A 从而产生稳定的振荡输出频率。压电效应与逆压电效应交替作用只有压电效应作用只有逆压电效应作用人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵在原来的平衡位置前后振动而产生横波在原来的平衡位置上下振动而产生横波在原来的平衡位置前后振动而产生纵波不可用于非接触式测量的传感器有 （B）A.电容式 B.热电阻C.霍尔式 D.光电式霍尔效应中，霍尔电势与（A）A.霍尔常数成正比 B.霍尔常数成反比C.霍尔元件的厚度成正比公式EH=KHIBcos9中的角。是指C。磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角霍尔元件内部a、b端连线与c、d端连线的夹角25._C的数值越大，热电偶的输出热电动势就越大。A.热端直径 B.热端和冷端的温度在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 CA.补偿热电偶冷端热电势的损失 B.起冷端温度补偿作用C.将热电偶冷端延长到远离高温区的地方 D.提高灵敏度热电偶中产生热电势的条件是BA.两热电极材料相同 B.两热电极材料不同C.两热电极的两端尺寸相同 D.两热电极的两端尺寸不同用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是一B接线方便减小引线电阻变化产生的测量误差减小桥路中其它电阻对热电阻的影响减小桥路中电源对热电阻的影响温度上升，光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的暗电流__4A.上升 B.下降 C.不变在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫DA.声光效应 B.压电效应 C.磁电效应 D.外光电效应把光电池当作传感器时，应把它看作BA.电压源 B.电流源 C.电阻器32.光敏电阻的性能好，灵敏度高,是指给定工作电压下.A.暗电阻与亮电阻差值大B.亮电阻大C.暗电阻与亮电阻差值小D.暗电阻大33.光敏电阻的制作依据是A、外光电效应B、光电倍增效应C、内光电效应D、光生伏特效应34.在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于A、外光电效应 B、光电发射C、内光电效应 D、光生伏特效应当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的B)A、灵敏度增加 B、灵敏度减小C、非线性误差不变 D、非线性误差减小应变式传感器是将被测量转换为A.应变变化 B.压力变化C.压强变化 D.应力变化实际构建测量电路时，压电式传感器不适用于测量A、振动B、动态的力或压力 C、静态的力或压力 D、加速度三、多项选择题（12分）服从正态分布的随机误差具有的性质有 （ABC）A.集中性 B.有界性 C,对称性 D,多峰性当变间距式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（AC）A、初始电容减小B、非线性误差减小C、非线性误差变大 D"灵敏度增大压电式传感器实际应用适用于测量A"静态压力 B、振动 L动态力 D"静态力可用于非接触式测量的传感器有A.热电偶 B,压电式 C.霍尔式 D.光电式通常在使用应变片作为传感元件时采用差动式结构的目的有（ABC）A.提高灵敏度 B.减小非线性误差C,减小温度误差 D.减小横向效应超声波与可闻声波相比较，具有ABCD .等特点。A.频率更高 B.指向性好C.能量集中度高 D.聚焦容易霍尔元件是N型半导体制成的扁平长方体，扁平边缘的两对侧面分别引出座电极。A.激励电极 B.保护电极 C.霍尔电极 D.差动电极压电材料主要有ABD几种类型。A,石英晶体B.压电陶瓷C.陶土D.高分子压电材料电涡流式传感器是利用电涡流效应来检测导电物体的各种物理参数，当被测物放在交变磁场当中，会产生趋肤效应。表面电流穿透深度与ACD有关。A.激励源频率 B.空气间隙C.被测件电导率D.被测件磁导率无损探伤的方法很多，可依据具体对象进行选择。以下检测方式中，能进行无损探伤的包括ABCDoA.电涡流法A.电涡流法B.磁粉检测法C.超声波检测D.荧光染色渗透法电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择—；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。A.金属丝式B,金属箔式C.电阻应变仪D.固态压阻式压力传感器在变极距式电容传感器中，为了提高灵敏度，应使当dOB，当变极距式电容传感器的初始极距dO较小时，它的测量范围DA,大些B,小些C.变大D,变小将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的 C；蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的一DA.应变效应 B.电涡流效应C.压电效应D.逆压电效应对港口吊车吊臂深部的缺陷定期探伤，宜采用—探伤；对涂覆防锈漆的输油管外表面缺陷探伤，宜采用A探伤。A,电涡流 B.超声波 C,测量电阻值 D.X光大面积钢板探伤时，耦合剂应选A为宜;机床床身探伤时，耦合剂应选B为宜；给人体做B超时，耦合剂应选.CA.自来水B•机油C•液体石蜡D•化学浆糊16•霍尔元件是N型半导体制成的扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入A；一对叫激励电极用于引入A；另一对叫霍尔电极，用于引出DBA.激励电流 B.激励电压光敏二极管在测光电路中应处于态。A.正向 B.反向属于外光电效应的器件有.A.光敏二极管 B.光电管属于内光电效应的器件有.A.光敏二极管B.光电管C.霍尔电流D.霍尔电势偏置状态，而光电池通常处于C偏置状(BC)C.光电倍增管D.光敏电阻(AD)C.光电倍增管D.光敏电阻四、简答题(26分)1.霍尔效应繇艇金题新棚牖艇以觥蜻谜埔牌肪枇靴厦艮力日邮，私修蜉帆融联顺牖糖融襁瞒%仙般小WSNttllllliltB.MIMlW,2.压电效应压电效应:某些晶体，当治者-定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个桁上产生大小相等符号相反的电荷遣外力抻后，又恢岌到不带电状态湾作用力方向改变时,电荷的极性也随看改变湍体受力所产生的电荷以与外力的大小成正比.这种现象叫压电效此3.涡流效应当一块金属导体放置在一变化的磁场中，到体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流，这种现象就称为涡流效应。4.热电效应两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接，只要两结点处的温度不同，一端温度为T,另一端温度为TO,则贿赂中就有电流产生，即回路中存在电动势，成为热电势，这种现象称为热电效应。5.压阻效应沿着一块半导体某一轴向施加一定的应力时，除了产生一定的应变外，材料的电阻率也要发生变化，这种现象称为半导体的压阻效应。6.应变效应导体或半导体材料在外界里的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化这种现象称为应变效应。什么是传感器？画出其组成框图并介绍各个环节的功能。答:传感器是一种以一定的精确度把被测量转换成与之有确定关系的、便于精确处理的另外一种量的测量装置或系统。传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。敏感元件直接感受被测量，并输

出与被测量成确定关系的某一种量;转换元件把敏感元件的输出量转换成电路参量（电阻、电容、电感）；转换电路将转换元件输出的电路参数转换成电量输出。ot—►换件

彗元ot—►换件

彗元转电传感器组成框图如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。超声波探头超声波液位计的原理图答：如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收顶传感器组成框图如图所示是超声波液位计的原理图，简述其工作原理。超声波探头超声波液位计的原理图答：如图所示是自发自收单换能器方式，换能器安装在最高液位之上的空气或气体中，超声换能器发出的超声脉冲在气体中从换能器传至液面，反射后再从液面返回同一换能器而被接收顶1换能器至液面的垂直距离为L，从发到收经过的时间为，.超声波在气体中的传播速度为八则如图所示是型压力传感器的结构原理图。弹簧管1的自由端与差动式电感传感器的衔铁2相连，衔铁2位于传感器两差动线圈5和6的中间位置。试介绍其工作原理。答:线圈和街铁构成差动变气隙自感式电感传感器,当压力p发生变化时,弹簧管1的自由端产生位移，使衔铁2产生移动，'使两差动线圈5和6的电感值一个增加，一个减少。衔铁位移的大小决定传感器输出信号的大小，衔铁移动的方向决定输出信号的相位,传感器输出信号的大小和相位与两差动线圈电感值的变化、衔铁的位置、压力之间有一个确定的关系，由此可以测得压力的大小。画出霍尔钳形电流表的工作原理图，并简述其工作原理。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•霍尔元件在磁场中产生的霍尔电势：Uh=Kj/B.电流表中演尔元件的灵敏度如、控制电流I为定值，霍尔元件输出的那尔电势与磁场成正比，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。雅尔州形电流表的工作蜂理图1—霜尔元件2—环形铁心3—导线简述电容式传感器的工作原理。根据其原理，电容式传感器可分为哪几种类型？【、I日皆 器布-LTF康理，升间用泸用IRJIAx,R!赛:沏窘式诺刮兹土。二淄果吱波更。■队迥甬如J句起初宏蓉m面积s、间隙人布打年如£中弟亲一夸板吸乞芟•妇顶卜么，可以将械泌/~£布■妇染痍瑚换屋~k-访宏也廷届忍电1廛戎佬效曷诏Z侔海、司L,电容式传感器有三种基本类型，即变面积型、变极距型和变介电常数型。热电偶为什么要进行冷端温度补偿？冷端温度补偿方法有哪些？热电偶传感器的输出电势大小与冷端和工作端的温差有关，一般要保持冷端温度不变。实际应用中，冷端温度会随着环境温度变化而变化，这将给测量带来误差，因此需要冷端温度补偿。常用的方法有：冷端恒温法、计算修正法、仪表机械零点调整法冷和电桥补偿法。五、分析设计题（22分）（一）分析题：下图是汽车进气管道中使用的热丝式气体流速（流量）仪的电桥结构示意图。在通有干净且干燥气体，截面积为A的管道中部，安装有一根加热到200°C左右的细钮丝R1。另一根相同长度的细伯丝R2安装在与管道相通、但不受气体流速影响的小室中，请分析其工作原理。若气体带有水汽，结果会如何？（10分）P57热丝式气体流速（流量）仪的结构示意图1一进气管2—钮丝3—支架4一与管道相通的小室（连通管道未画出）/?2—与％相同的钳丝参考答案：1） 当气体流速v=0时，R1的温度与R2的温度相等，电桥处于平衡状态。当气体介质自身的温度发生波动时，R1与R2同时感受到此波动，电桥仍处于平衡状态，所以设置R2是为了起到温度补偿作用。2） 当气体介质流动时，将带走R1的热量，使R1温度变低，电桥不平衡，毫伏表的示值与气体流速的大小成一定的函数关系。图中的RP1称为调零电位器，RP2称为限幅电位器。欲使毫伏表的读数增大，应将RP2向左调。3）如果被测气体含有水汽，则测量得到的流量值将偏小，这是因为气化带走热量。

如图，生产布料的车间用图示装置来检测和控制布料卷取过程中的松紧和张力的程度，请分析其检测控制工作原理。P84差动变压器式张力检测控制系统1一变速传送电动机2—传动辐3—导向棍4一张力根5—衔铁6—破码7—卷取棍8—布料9一伺服电动机参考答案：①当卷取辐转动太快时，布料的张力将增大，导致张力辐向上位移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。N21与N1之间的互感量Ml增加，N22与N1的互感量M2减小。因此，U21增大，U22减小，经相敏检波之后的U0为负值，去控制伺服电机，使它的转速变慢，从而使张力恒定。②当卷取辐转动太慢时，布料的张力将减少，导致张力辐向下位移，使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。N22与N1之间的互感量Ml增加，N21与N1的互感量M2减小。因此，U22增大，U21减小，经相敏检波之后的U0为正值，去控制伺服电机，使它的转速变快，从而使张力恒定。振动式粘度计的原理示意图如图所示。导磁的悬臂梁6与铁心3组成激振器。压电片4粘贴于悬臂梁上，振动板7固定在悬臂梁的下端，并插入到被测粘度的粘性液体中。P155分析该粘度计的工作原理；外界温度变化测量结果将如何变化？参考答案：P1551）当励磁线圈接到10Hz左右的交流激励源Ui上时，电磁铁心产生20Hz（两倍的激励频率）的交变电压，并对悬臂梁产生交变吸力。由于它的上端被固定，所以它将带动振动板7在粘性液体里来回振动。2） 液体的粘性越高，对振动板的阻力就越大，振动板的振幅就越小，所以它的加速度就越小。因此质量块5对压电片4所施加的惯