传感器与检测技术题库及答案

传感器与检测技术题库及答案传感器是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的元件或装置。2.转换元件转换元件就是敏感元件的输入转换成电参量输出。3.敏感元件敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量4.测量测量是借助专门的技术和仪表设备，采用一定的方法去的某一客观事物定量数据资料的认识5.检测检测是利用各种物理.化学效应.选择合适的方法与装置，将生产.科研.生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。6.灵敏度灵敏度是指传感器输出量的增量与引起输出量增量的输入量的增量的比值。7.测量方法8.测量误差测量值与被测量的真值之间产生的差异。9.分辨力分辨力是指传感器能检测到输入量最小变化量的能力。10.绝对误差绝对误差是指被测量的测量值与被测量的真值之间的差值。11.满度相对误差12.标称相对误差13.系统误差在相同条件下，多次重复测量同一被测量时，其测量误差的大小和符号保持不变，或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。14.随机误差当多次重复测量同一被测量时，若测量误差的大小和符号均以不可预知的方式变化，则该误15.粗大误差明显偏离真值的误差称为粗大误差，也称为过失误差。16.静态误差当被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。17.动态误差当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误18.直接测量直接测量法是指在使用仪表或传感器进行测量时，不需要经过任何运算就能直接从仪表或传感器上读出测量结果的方法。19.间接测量间接测量法是指用直接测量法测得与被测量有确切函数关系的一些物理量，通过计算求得被20.线性度线性度是指传感器输入量与输出量之间的静态特性曲线偏离直线的程度，其又称为非线性误21.应变效应导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形，其电阻发生变化的现象称为应变效应。22.压阻效应当半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。23.露点当温度下降到某一温度，水蒸气的气压与同蒸气将向液相转化而凝结为露珠，这一特定的温度被称为空气的露点温度，简称为露点。24.电涡流由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流。25.电涡流效应电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象26.零点残余电压指衔铁位于中间位置时的差动输出电压。27.压电效应正压电效应又称为顺压电效应，是指某些电介质，当沿着一定方向对其施加压力而使其变形时，它的内部就会产生极化的现象，同时在它的两个表面上会产生极性相反的电荷，当施加的压力去掉后，它又重新恢复不带电的状态；当压力的作用方向改变时，它内部的极性也随28.逆压电效应逆压电效应又称为电致伸缩效应，是指当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当施加的电场撤去时，这些机械变形或机械压力也随29.霍尔效应把霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中时，磁场方向垂直于霍尔元件，尔元件时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生感应电动势EH，这种现象称为霍尔效应。30.不等位电势不等位电动势是指当霍尔元件在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔元件输出端之间31.热电效应两种不同的金属导体组成闭合回路，用酒精灯加热其中的一个接触点（称为结点发现放在回路中的指南针发生了偏转，如果用两个酒精灯对两个结点同时进行加热，指南针偏转的角度反而减小，由此可知闭合回路中存在电动势并且有电流产生。电流的强弱与两个结点的温差有关，这种现象称为热电效应。32.光电效应当用光照射在某一物体上时，可以看作是物体受到一连串能量为hf的光子轰击，组成这种物体的材料吸收了光子能量而发生相应电效应的现象称为光电效应。33.外光电效应外光电效应是指在光线的作用下使电子逸出物体表面的光电效应。34.内光电效应内光电效应是指在光线的作用下使物体的电阻率发生改变的光电效应。35.光生伏特效应光生伏特效应是指在光线照射下，半导体材料吸收光能后，引起PN结两端产生电动势的现36.热释电效应在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。37.均质导体定律由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体（半导体）的截面积如何以及各处的温度分布如何，都不能产生热电势。38.中间温度定律或B′的热电特性相同，则总的热电势等于热电偶与连接导体的热电势的代数和。39.中间导体定律由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等40.超声波振动频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。41.纵波纵波是质点的振动方向与传播方向一致的波。42.横波横波是指质点的振动方向与传播方向相互垂直的波。43.表面波表面波是一种前进的重力波，固体的质点在固体表面的平衡位置附近作椭圆轨迹振动，使振动波只沿固体的表面向前传播，且具有很大的振幅。44.多普勒效应多普勒效应是指波源在向观察者移动时接收频率变高，波源远离观察者时接收频率变低。45.调制为了实现信号的传输，尤其是远距离传输，须把传感器输出的缓变信号先变成具有较高频率的交流信号，然后进行直流放大，再把信号传送出去。46.解调所谓解调就是从已被放大和传输的，且有原来信号信息的高频信号中，把原来信号取出的过47.A/D转换模拟信号到数字信号的转换称为A/D转换。48.D/A转换数字信号到模拟信号的转换称为D/A转换。49.干扰通常把影响检测系统正常工作的各种内部和外部因素的总和称为干扰。50.信噪比在信号通道中，有用信号功率PS与噪声功率PN之比，或有用信号电压US与噪声电压UN51.传导干扰传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰。52.辐射干扰辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子53.工作接地采用三相四线制供电的电力系统由于运行和安全的需要，常将配种接地方式称为工作接地。54.保护接零保护接零是指将电气设备的金属外壳接到零线(或称中性线)上。55.保护接地在中性点不接地的低压系统中，为保证电气设备的金属外壳或框架(正常情况下是不带电的)在漏电时，对接触该部分的人能起保护作用而进行的接地称为保护接地。56.重复接地重复接地就是将与零线相隔一定距离的多个点分别进行接地。共模干扰是指系统的信号输入端相对于接地端产生干扰电压。58.差模干扰差模干扰又称为串模干扰，它是指干扰信号叠加在被测信号上的干扰。二、单项选择题41.B42.D43.A44.B45.C46.A47.D48.C49.D50.A81.B82.B83.B84.A85.C91.A92.B93.D94.B95.A三、填空题1.可用输出信号2.敏感元件、测量转换电路3.与被测量有确定关系更易于转换的非电量、电参量输出4.传感元件输出的电参量转化成易于处理的电压、电流或频率量5.绝对真实、误差6.真值、理论真值、约定真值、相对真值7.静态测量、动态测量8.直接测量、间接测量、组合测量9.模拟式测量、数字式测量10.接触测量、非接触测量11.非接触测量16.机械惯性17.电18.传感器、数据处理装置、测量转换电路19.不变、减小20.一半21.系统误差、粗大误差、随机误差22.按绝对误差、相对误差23.基本误差、附加误差24.静态误差、动态误差25.增加测量次数26.零点、灵敏度27.时间、温度28.浴盆、很高、老化试验29.斜率、常数、无关、正切、随工作点变化的变量31.初始32.不太高、-50～+15033.金属热电阻、半导体热电阻34.二氧化钛氧浓度传感器35.金属电阻应变片、半导体应变片36.高38.铜热电阻、铂热电阻39.小40.正比41.绝对湿度42.相对43.单臂工作桥、半桥工作方式、全桥工作方式44.金属丝式、金属箔式、金属薄膜式45.低46.全桥工作方式、半桥工作方式、单臂工作桥47.铂热电阻、0℃时的阻值48.同轴电缆、双绞线、抑制电场干扰、抑制磁场干扰49.NTC热敏电阻、蓄流50.减小、与TiO2串联51.烧掉附着在探测部分的油物和灰尘、加速气体的氧化还原反应52.减小、增加53.恒压54.敏感栅、覆盖层55.线路补偿法、电阻应变片自补偿法56.差分、负57.三线制58.PTC热敏电阻、NTC热敏电阻、CTR热敏电阻59.金属氧化物陶瓷湿敏电阻式传感器、金属氧化物膜型湿敏电阻式传感器、高分子材料湿敏电阻式传感器60.完全相同、活动衔铁62.差动形式63.线性64.非接触式65.螺线管式66.差动形式67.电涡流68.减小69.构成两个电容70.调幅式71.非接触测量72.聚四氟乙烯套管73.非接触测量74.非接触测量75.聚四氟乙烯套管76.电容变化77.固定极板、可动极板、可动、固定极板、两极板距离、电容量78.线位移或测角位移79.固体或液体的物位80.微小81.变面积式、变介电常数式、变间隙式82.改善非线性度、提高灵敏度、提高传感器的稳定性。83.大小、方向85.限制振幅大小、△f、△U86.金属、半导体88.线性型、开关型89.极化、极性相反的电荷90.压电晶体、压电陶瓷91.单92.多93.正压电效应94.逆压电效应95.动态96.电荷放大电路97.压电98.动作距离、抗干扰99.正电源、电源负极、输出端100.温度、温度升高，输入电阻变小，从而输入电流变大，最终引起霍尔电动势变大。102.洛伦兹力103.激励电流端、电流、电动势引出端、电动势104.固定、极化处理105.压电系数、性能稳定106.热电偶、电能107.热能、电能109.计算修正法、电桥补偿法113.光照、光子114.内、外115.光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管117.光电阴极、光电阳极119.光敏二极管、光敏三极管121.正向、逆向、导电性、很小、暗、温度增加、增加、亮、光电流、照度122.二极管、正向123.普通二极管、反向125.集电极、发射极126.集-发、反向饱和128.内光电效应、外光电效应、光生伏特效应129.接触、温差130两种不同金属组成闭合回路、两端温度不同131.温度、热电极电子浓度132.装配式、铠装式、快速反应薄膜式133.串联、不随134.补偿导线法、冷端恒温法、电桥补偿法135.（1）两个热电极、两个补偿导线、相同（2）相应型号的热电偶（3）温度、0、100（4）极性137.检测元件、快速响应138.高、光敏二极管141.光敏二极管142.单向导通、外加反向143.阶跃型光纤、梯度性光纤、单孔型光纤144.大于、全反射145.功能型光纤传感器、非功能型光纤传感器、拾光型光纤传感器146.强度调制型、偏振调制型、频率调制型、相位调制型147.纵波、表面波148.波长等于声速乘以频率149.7.375m150.调幅、调频、调相151.相乘、相加152.包络、相敏154.共模抑制、前端放大155.光电、电磁156.采样、保持、量化、编码157.并联比较型、逐次逼近型、双积分型158.并联比较型、逐次逼近型、双积分型159.2n、1/(2n-1)。160.干扰源、受干扰体、干扰传播途径163.传导干扰、辐射干扰165.电磁干扰源、接受载体、电磁干扰信号耦合的通道167.由泄漏电阻、由共阻抗耦合、由电源配电回路168.电场、磁场169.屏蔽、隔离、滤波、接地170.保护接零、工作接地、保护接地、重复接地、保护零线1.答：传感器一般由敏感元件.转换元件和测量转换电路三部分组成。敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件把敏感元件的输入转换成电参量输出；测量转换电路的作用是将转换元件输出的电参量进行转记录.处理及控制等功能。2.答：一个完整的检测控制系统通常由传感器.测量转换电路.显示与记录装置.数据处理装置和调节执行装置组成。传感器是把被测的非电量变换成与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量的检测装置。测量转换电路的作用是把传感器输出的电量变成具有一定功率的电压或电流信号，以推动后级的显示与记录装置.数据处理装置及调节执行装置的执行。显示装置是指把转换来的电信号显示出来，便于人机对话。显示方式有模拟显示.数字显示和图像显示等。记录装置包括模拟记录仪和数字采集记录系统等。数据处理装置用来对检测的结果进行运算.分析，对动态测试结果作频谱分析.幅值谱分析和调节执行装置带动各种设备，为自动控制系统提供控制信号，使控制对象按人们设定的工艺黏合剂的固化处理（6）黏贴质量检查（7）引出线的焊接与防护4.答：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝），5.答：因环境温度改变而引起电阻变化主要有两个因素：其一是电阻应变片的电阻丝具有一定温度系数；其二是电阻丝材料与被测物体的线膨胀系数不同。通常采用线路补偿法和电阻应变片的自补偿法，对电阻应变片的温度误差进行补偿。6.答：所谓零点残余电压,是指衔铁位于中间位置时的差动输出电压。理想情况是在零点时,两个次级线圈感应电压大小相等方向相反,差动输出电压为零。7.答：差动式结构，除了可以改善非线性，提高灵敏度外，对电源电压.频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用；作用在衔铁上的电磁力，是两个线圈磁力之差，所以对电磁力有一定的补偿作用，从而提高了测量的准确性。8.答：是线性的。采用运算放大器后，放大倍数A非常大，而且输出阻抗Z很高，可以使输•C•oCi，对于平x出电压与位移的关系转换为线性关系。由运算放大器电路的工作原理可得oCi，对于平x行板电容器可得。由式可知输出电压与动极板的板间距离成正比。9.答：相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。10.答：差动变压器式传感器最常用的测量转换电路是差动整流电路。如下图所示，把差动变压器式传感器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电流或电压的差值作为输出。两图为为电流输出电路，用于连接低阻抗负载电路，图中的电位器R0用于调整零点残余电11.答：压电材料就是具有压电效应的晶体材料。它可分为压电晶体(单晶体)材料.压电陶瓷(多晶半导体)和高分子压电材料。压电材料须具有较大的压电系数，如果压电元件作为受力元件，则希望压电材料具有机械强度大.刚度高.温度和湿度稳定性好以及压电性能不随时间12.答：并联连接、串联连接13.答：电压放大器与电荷放大器相比，具有电路简单.元件少.价格便宜.工作可靠等优点，但是电压放大器的灵敏度受电缆长度的影响较大，所以在一定程度上限制了压电式传感器在14.答：测量转换电路有两种形式：一是用电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压(即传感器的输出)成正比；另一种是用带电容板反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。由于电荷放大器电路的电缆长度变化的影响不大，几乎可以忽略不计，故而电荷放15.答：线性型霍尔传感器的集成电路的内部电路是将霍尔元件、恒流源.线性差动放大器制作在同一个芯片上，输出电压的单位为V，比直接使用霍尔元件要方便很多。16.答：不等位电动势是指当霍尔元件在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压，用符号UM表示。17.答：温度误差产生的原因主要包括以下两种：（1）由于霍尔元件是由半导体材料组成的，因此，它对温度的变化非常敏感。其中，载流子的浓度、迁移率、电阻率等参数都是温度的函数。（2）当温度发生变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电动势、输入电阻和输出电阻等都会发生变化，从而使霍尔传感器产生温度误差。18.答：可以采用恒温措施补偿和恒流源温度补偿的方法来减小霍尔元件的温度误差。19.答：霍尔元件的灵敏度也是与温度有关的函数，它会随温度的变化而引起霍尔电动势的变化。因此采用恒流源温度补偿。20.答：冷端补偿方法有：补偿导线法、冷端恒温法、计算修正法和电桥补偿法。21.答：主要目的：延长热电偶的冷端，使之远离高温区。22.答：冷端恒温法常用在以下三种情况中：（1）将热电偶的冷端置于放有冰水混合物的冰瓶中，使冷端温度保持0℃不变的方法称为冰浴法。采用这种方法可以消除冷端温度t0不等因而一般只适合在实验室中使用。（2）将热电偶的冷端置于电热恒温器中，恒温器的温度要略高于环境温度的上限。（3）将热电偶的冷端置于恒温的空调房间中，使冷端温度保持恒定。23.答：组成热电偶的金属导体称为热电极，热电偶产生的电动势称为热电动势，简称为热电势。热电势主要由温差电势和接触电势组成。24.答：当光敏电阻没有受到光照时，它的暗电阻很大，暗电流很小；当光敏电阻受到一定波长范围内的光照时，它的亮电阻会急剧减小，亮电流将迅速增大。25.答：由于温度对光敏电阻的影响较大，温度升高，暗电阻减小，暗电流增加。26.答：当光照射在PN结上时，PN结附近将会产生光生电子和光生空穴对，从而使P区和N区的少数载流子的浓度增加，因此，在外加反向的电流子渡过阻挡层进入N区，N区的少数载流子渡过阻挡层进入P区，使通过PN结的反向电流大大增加，从而形成光电流。这时光敏二极管处于导通的状态，光的照射强度越大，光电27.答：光敏二极管在测光电路中应处于反向偏置状态；光敏三极管在测光电路中应处于零钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象。29.答：超声波的传播波型主要可分为纵波、横波和表面波。31.答：光纤传感器具有灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、频带宽、动态范围大、结构简单、体积小、质量轻以及耗能少等优点。32.答：屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。33.答：在A/D转换中由于模拟量在时间和数值上是连续的，而数字量在时间和数值上是离散的，因而进行转换时必须在一系列选定的瞬间（即时间坐标轴上的一些规定点上）对输入的模拟信号进行采样，在保持信号属性不变的情况下进行信号放大，然后再把这些采样值转换为输出的数字量，在数值上离散化（量化），并对离散化的数字量进行二进制编码，变成CPU能识别的信号。因此，一般的A/D转换过程是通过采样、保持、量化和编码这四个步骤34.答：D／A转换器的基本功能，是将数字量转换成对应的模拟量输出。为了将数字量转换为模拟量，需要将每位代码按照其“权”值转换为相应的模拟量(仅指模拟电压)，然后再把35.答：差模干扰是由于信号线分布电容的静电耦合，信号线传输距离较长引起的互感，空间电磁的电磁感应以及工频干扰等引起的。36.答：信号源的接地点与监测系统的接地点一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存在一个电位差，该电位差是系统信号输入端和检测装置共有的干扰电压，会对系统产生共模m37.答：通常抗干扰技术包括屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、接地技术和长线传输干扰的38.答：一点接地方式有串联一点接地和并联一点接地两种工作方式。串联一点接地电路利用了一段公用地线，在这段公用地线上存在着A、B、C三点不同的对地电位差，这样，各点之间有可能产生共阻抗干扰，这样的接地方式只有在数字电路或放大倍数不大的模拟电路中使用。并联一点接地在低频时是最适用的，因为各电路的接地电位只与本电路的接地电流和接地线五、计算题2.解1）Δm=Ym×Am=±0.5%×100=±0.5℃3.解：用0.5级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为：用1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为：计算结果表明，用1.0级表比用0.5级表的示值相对误差小。所以更合适。△=1.44Vmm5.解：用精度等级为0.5级的仪表测量时，最大标称相对误差为用精度等级为2.5级的仪表测量时，最大标称相对误差为x1，显然用精度等级为2.5级的仪表测量比用精度等级为0.5级的仪表测量更合