传感器复习资料(答案) Microsoft Word 文档

《传感器技术复习思考题》
复习重点：
第3章：掌握各种传感器的工作原理、特点；温度传感器的选择、热电偶冷端补偿方法；位移、压力、温度、流量、几种常用开关传感器的特性和选择。

第4章：光栅磁栅传感器的工作原理、细分和判向电路工作原理；常见数字编码器的特点。

第6章：掌握传感器的主要应用电路，电桥电路（单臂、双臂、全桥）、应变片的安排（贴法）；简单运算放大器电路设计、测量放大器的工作原理和特点；隔离放大器的作用；常用信号变换电路的作用。

第1章1.2节误差的基本概念
第2章2.1传感器的定义与组成
第7章7.2硬件抗干扰技术7.3软件抗干扰技术
第8章8.1应变的测量8.3位移的测量8.5温度的测量（配合第3章、第6章）
必须掌握的习题：
1．1、1．3、1．4、1．8
3．1～3．9、3．18、3．21、3．24、3. 28
4．1～4．5、4．8、4．11、4．12
6．1、6．3、6．4、6．7 补充题：设计一个放大器
7．2、7、3、7．4
8．3、8．4、8．6
一、填空题
1．Z目前传感器正迅速地从模拟式、数字式向（微型化）、（多功能）、（智能化）方向发展。

2．测量值A x与被测量真值A0之间的差值称为（绝对误差）引用误差是绝对误差 与（仪表量程L）的比值，通常以（百分数）表示。

3．Z对于稳态线性系统，测量仪器的输出增量与输入增量之比称为（灵敏度）。

4．偏差超出了3倍标准偏差的测量数据应该（抛弃）。

5．Z测量的最大误差与全量程之比称为（线性度）。

6．传感器的信号一般不能直接应用，必须进行（信号处理）。

7．Z目前标准化工业自动化仪表通常采用（4～20mA）信号，为了和A/D的输入形式相适应，必须经I/V变换成（1～5V）的电压信号；同样，D/A转换器的输出也应经V/I变换为（电流）信号。

8．Z传感器的信号处理电路对微弱电信号，如热电偶信号，它必须经放大、滤波。

这些处理包括信号形式的变换、（量程调整）、（环境补偿）、（线性化）等。

9．Z测量放大器也称为（仪表放大器）是采用三个运算放大器构成的（差分）放大器。

10．隔离放大器隔离方式有（变压器耦合）方式和（光电耦合）方式两种。

11．光栅的摩尔条纹具有（平均效应）、（放大作用）和移动的对应关系。

12．测量流量的传感器主要有差压流量计、（电磁流量计）、（涡轮流量计）、（超声波流量计）、
浮子流量计等。

13．Z噪声干扰必须具备三个要素：（噪声源）、对噪声敏感的（接收电路）、噪声源接收电路间的（耦合通道）。

14．硬件抗干扰技术包括（屏蔽技术）、（接地技术）、（隔离技术）、（滤波技术）。

15．Z软件抗干扰技术包括（数字滤波技术）、（软件冗余技术）、（软件陷阱技术）、（看门狗技术）。

16．屏蔽技术主要是抑制（电磁感应）对检测装置的干扰。

17．Z检测系统中的地线有信号地、（模拟地）、（数字地）、负载地和系统地。

18．Z在实验室测量金属的熔点时，热电偶冷端温度补偿宜采用（0℃恒温法），
而在车间带微机的数字式测温仪表时，应采用（计算修正法）较为妥当。

19．用于流量检测的传感器有差压流量计、（涡轮流量计）、（电磁流量计）、超声波流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计。

20．弹性压力元件有包端管、（膜盒型）、（波纹管）。

21．压差式流量计的取压方法有（孔板）、（喷嘴）和（文丘里管）。

二、选择题
1．Z属于传感器动态指标的是（ D ）
A．重复性B.线性度C. 灵敏度D.固有频率
2．关于差动变压器的用途，下列说法正确的是（A）
A．通过音响线圈之间的互感量测量微小位移
B．通过影响线圈之间电感量测量微小位移
C．通过改变线圈的匝数来测量微小位移
D．通过改变线圈的电容来测量微小位移
3．对热电偶输出热电势与热电偶冷端与热端温差，下列说法正确的是（B）
A．成线性关系B.非线性关系C. 成反比D.没有必然联系
4．Z（C）意味着输出与输入很好地符合比例。

A．温漂小B.分辨率好C. 线性度好D.重复性好
5．Z在下列图中，存在系统误差的如图（B ）所示。

6．Z下列传感器中属于四端元件的是（C ）。

A．应变片B．压电晶片
C．霍尔元件D．热敏电阻
7．Z下列传感器中，属于数字式传感器的是（C ）
A．霍尔传感器B．差动变压器
C．光栅式传感器D．电容传感器
8．Z不能用于转速测量的传感器是（A ）
A．圆光栅B．光电式传感器
C．霍尔元件D．光电编码器
9．不属于干扰耦合的方式是（D ）
A．静电耦合B．电磁耦合
C．阻抗耦合D．光电耦合
10．差动变压器的工作原理属于（B ）
A．自感式传感器B．互感式传感器
C．变间隙式传感器D．变面积式传感器
11．Z测量温度范围从低到高次序正确的是（B ）
A．热电偶、铜电阻、铂电阻B．铜电阻、铂电阻、热电偶
C．铜电阻、热电偶、铂电阻D．铂电阻、热电偶、铜电阻、
12．传感器采用差动结构主要有利于（D ）。

A．提高线性度B．提高稳定性
C．减小重复性误差D．提高灵敏度
13．光栅传感器利用摩尔条纹来达到（C ）
A．提高光栅的分辨率B．辨向的目的
C．细分的目的D．光栅移动时引起的光强变化
14．Z某直线光栅刻线数为100线/毫米，采用四倍细分技术，则该光栅的分辨率为（ C ）。

A．5μm B．4μm
C．2. 5μm D．2μm
15．测量位移要求线性好、灵敏度高、量程为5mm左右、分辨率为1 m左右，应选择（ D ）传感器为宜。

A．变隙式B．变向积式C．螺线管式D. 差动变压器
16．螺线管式自感传感器采用差动结构是为了（ B ）。

A．加长线圈从而增加线性范围B．提高灵敏度，减小温漂
C．降低成本D．增加线圈对衔铁的吸引力
17．下列传感器中，适合做开关检测的传感器的是（C ）
A．电阻式传感器B．差动变压器
C．霍尔传感器D．电容传感器
三、判断题
1．检测温度为600℃应时选择热电偶作检测元件。

（√）
2．霍尔传感器的基本工作原理是压电效应。

（×）
3．单片机对热电偶冷端温度补偿采用的方法是修正法。

（√）
4．反相运算放大器比同相运算放大器的输入阻抗高。

（×）
5．感性负载切换时产生的噪声干扰是外部干扰。

（×）
6．与微型测量电路封装在一起的电容式传感器使分布电容影响降至最小。

（√）
7．光栅、磁栅、感应同步器都是采用相位相差90°的两路信号来判别
运动反相的。

（√）
8．AD590是集成湿度传感器。

（×）
9．包端管、波纹管、膜盒是由黄铜制成的。

（×）
10．重复性是指传感器的正、反行程不重合的特性（×）
11．随机误差可以通过找出原因而消除。

（×）
12．光电传感器和光栅传感器采用的原理相同。

（×）13．数字信号传感器可以通过细分电路来提高测量精度。

（√）14．变间隙式电容传感器间隙越小，传感器的灵敏度越高。

（√）15．光栅、磁栅、感应同步器都是采用相位相差90°的两路信号来判别
运动方向的。

（√）16．霍尔传感器的工作原理是电磁感应。

（√）17．光电耦合式隔离放大器的性能优于变压器耦合方式。

（×）18．重复性是指传感器的正、反行程不重合的特性（×）
四、简答题
1．绝对误差、相对误差和引用误差定义表达式和含义是什么？P5~6
2．什么是系统误差？为什么系统误差可以消除？什么是随机误差？随机误差具有哪些特征？
答： 在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。

随机误差在一定条件下服从统计规律，因此通过多次测量后，对其总和可以用统计规律来描述，从而在理论上估计出其对测量结果的影响。

3．什么是拉依达（3δ）准则？它在测量中有什么用途？
答：标准误差σ 的大小可以表示测量结果的分散程度。

下图为不同σ 下正态分布曲线。

由图可见：σ 愈小，分布曲线愈陡峭，说明随机变量的分散性小，测量精度高；反之，σ 愈大，分布曲线愈平坦，随机变量的分散性也大，则精度也低。

3δ准则说明测量数据的置信度为99.97%, 经常用来处理测量数据中的粗大误差。

2．Z 热电偶冷端补偿主要有哪些方法？说明各种补偿的特点。

答： 1．0℃恒温法：将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温器内，使冷端温度保持0℃不变，它
消除了t0不等于0℃而引入的误差。

通常用于实验室或精密的温度检测。

2．冷端温度修正法： 此方法通过查表计算得到准确温度值，精确度高，适合智能测温仪表使用。

3．补偿导线法：补偿导线起到延长或冷端温度补偿的作用，补偿精度不高，适合要求不高的工业测温。

4．补偿电桥法：通过电桥产生不平衡电压补偿冷端温度变化引起的误差。

3．温度传感器选择的一般原则是什么？某工业温度控制系统，温度测量范围为400℃，选择哪种温度传感器为好？
答：热电偶测量温度范围在0～1300℃范围，适合测量高温场合，铂电阻的测量温度范围在－200～650℃。

温度传感器选择一般以600℃为界限，高于600℃选择热电偶，低于600℃选择铂电阻。

因此，测温范围在400℃内应该选择铂电阻温度传感器。

4．传感器为什么要采用差动形式，它有哪些优点？
答：采用差动式结构可以提高测量的灵敏度，消除外界干扰所造成的测量误差。

5．Z 为什么测量放大器具有很高的输入阻抗和很高的共模抑制比？
答：如下图所示：测量放大器由三个运算放大器组成，其中A1、A2二个同相放大器组成前级，为对称结构。

输入信号加在A1、A2的同相输入端，从而具有高抑制共模干扰的能力和高输入阻抗。

()()()
0,t E t ,t E 0,t E n AB n AB AB +
=
五、 应用题
1．对某一物体长度进行多次等精度测量，测量结果如表，试写出测量结果的表达式（采用3δ准则）。

2．Z 某光栅传感器，刻线数为100线/mm ，没细分时测得莫尔条纹数为800，试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为800，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？ （6分）
解： 未细分时位移为：800×100＝8mm 细分4倍则位移为： 8/4＝2mm 细分后的分辨率： 2mm/800=0.0025mm=2.5μm 。

3． 用测量范围为0～150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、相对误差和引用误差。

答：
4．Z 如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路，L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感，其初始值均为L 0。

R1、R2为标准电阻，u 为电源电压。

试写出输出电压u o 与传感器电感变化量∆L 间的关系式。

答： 设输出端负载电阻很大，则：
1
11R L j U
I +=
ω2
22R L j U I +=
ω
5． 为了单片机能够测量电机的转速，采用光敏三极管设计一个检测电路，产生方波信号送给单片机。

画出检测部分电路及结构图，说明其工作原理。

6． Z 请你选择一种合适的传感器满足测量0～5mm 位移，要求精度优于0.005mm ， 具有较好的抗干扰能力，测量相对比较方便。

说明你选择的理由。

7．一个高精度LVDT 测量范围为0～10mm ，试问采用什么方法可以将量程扩大到100mm ， 说明工作原理。

8．Z 采用差动变压器（LVDT ）测量位移x 的原理方框图如图所示，分别说明图中振荡器、电位器R 、放大器、相敏检波电路的作用。

解：（1）振荡器给差动
U
R R R L j I U 2
11
11ab +==ωU
R R R R I U 4
33
32ad +=
=
变压器提供激励源； （2）电位器起到调节零 点的作用；
（3）放大器对LVDT 输出信号进行差动放大，利于检波电路提取位移信号；
（4）相敏检波电路是从放大器输出的交流信号提取与位移X 对应的直流电压送电流（电压）表进行指示。

9． 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路。

试问： （1）四个应变片应怎样粘贴？ （2）画出相应的电桥电路图。

解：（1）四个应变片贴法：R1、R3受拉，电阻变大，R2、R4电阻受压电阻变小。

（2） 电路图如右图，时灵敏度最高
7． 有一45#钢空心圆柱，外径D 1=4cm ，内径D 2=3.6cm ，钢管表面沿轴向贴有两个应变片R1、R2，沿圆周贴有两应变片R3、R4，其型号为PZ-120型（其电阻值为120Ω），请将4片应变片接成全桥差动电路，画出电路图。

若供桥电压为10V ，泊松比μ =0.3，拉力为1000kN 时，电桥的输出电压是多少？（45#钢的弹性模量 ） 解：根据虎克定理：一条长度为L 截面积为S 的金属，在力F 作用下伸长⊿L ，遵循下式：
空心圆柱截面积 S ＝π（R 2－r 2）=3.14( 22－1.82 ) = 2.386cm 2
211m /N 100.2
E ⨯=3
4
11101.210386.2100.210001000S E F L
L
--⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅=
∆ε
KU U o =L
L E S F ∆⋅
=
对全桥差动电路： )V (34.0101.26.110L
L
)
21(U K U U 30=⨯⨯⨯=+⨯=⨯=-∆με。