《传感器检测技术》复习题库-选择填空.docx

《传感器检测技术》复习题库
一、不定项选择题（每题5分，共15分）
1、随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感
器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。

手靠近干手机能使传感器工作，是因为（D ）
A,改变了湿度 B.改变了温度
C.改变了磁场
D.改变了电容
2、传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（D ）
A.线性度越好B,迟滞越小
C.重复性越好
D.分辨力越高
4、金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B ）来决定的。

A、贴片位置的温度变化
B、电阻丝几何尺寸的变化
C、电阻丝材料的电阻率变化
D、外接导线的变化
5、为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（B ）0
A电压放大器；B电荷放大器；C前置放大器；D电流放大器
6、不能采用非接触方式测量的传感器是：（C ）。

A、霍尔传感器；
B、光电传感器；
C、热电偶；
D、涡流传感器
7、通常所说的传感器核心组成部分是指：（B ）
A、敏感元件和传感元件
B、敏感元件和转换元件
C、转换元件和调理电路
D、敏感元件、调理电路和电源
8、压电加速度计固定在试件上承受振动时，质量块将产生一可变力作用在晶体片上，由于（A ）效应在晶体片两表面上就有（D ）产生。

A、正压电；
B、逆压电；
C、电压；
D、电荷
9、下列四种光电元件中，基于外光电效应的元件是：（C）
A、光敏二极管
B、硅光电池
C、光电管
D、光导管
10、以下关于热电阻与热敏电阻的说法，错误的是：（D ）
A、热电阻一般采用纯金属材料，而热敏电阻采用半导体材料；
B、热电阻的温度——电阻系数一般是线性的，而热敏电阻的温度——电阻系数一般是非线性
的；
C、热电阻结构简单、体积小，因此可以测量“点温”；而在测温范围内，热电阻的电阻温度
系数相对较为稳定；
D、一般说来，热电阻的温度系数比热敏电阻的的温度系数大。

11、变间隙式自感式电感传感器的灵敏度为：$=竺=—j,由此可得出结论：（c ）
dd 282
A、该传感器的灵敏度是非线性的，因此不能使用；
B、该传感器的灵敏度是线性的，因此可以正常使用；
C、该传感器的灵敏度是非线性的，但在一定条件下可以使用；
D、该传感器的灵敏度是线性的，但在特定条件下不能使用。

12、在常用测振传感器中，适合于测量振动位移的传感器是：（A）
A、电感式传感器；
B、压电式传感器；
C、磁电式传感器；
D、电动式传感器
13、为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是：（C ）□
A、半桥双臂各串联一片电阻应变片；半桥双臂各并联一片电阻应变片；
B、适当提高电桥的电源电压；增大应变片的初始电阻值。

14、热敏电阻典型可分为三类，其中，（B ）热敏电阻在一定温度范围内，阻值随温度
的变化剧烈变化，故可作为理想的开关器件。

A、负电阻温度系数
B、临界温度系数
C、正电阻温度系数
D、无
15、关于光敏电阻，下列说法错误的是：（A ）
A、光敏电阻既可作检测元件，也可作开关元件使用；
B、光敏电阻的光谱特性与光敏电阻本身材料有关，需选择合适光源配合使用；
C、在一定的光照度下，光敏电阻所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象；
D、多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。

1,压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，适合于频率较低的被测量的测量，甚至是静态量的测量。

（x ）
2,光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大。

这样光敏电阻的灵敏度就局。

（4 ）
3,真值是指一定的时间及空间条件下，某物理量体现的真实数值。

真值是客观存在的，而且是可以测量的。

（x ）
4,置信系数取不同典型值时，具有不同的置信概率。

置信系数越高，置信水平则越低，表明对测量精度的要求越低。

（/ ）
5,一阶装置动态特性的主要参数是时间常数丁，一般希望它越大越好。

（x ）
6,差动变压器式传感器的两个次级线圈在联接时应反向串联。

（V ）
7,LTI系统的灵敏度是时间的线性函数。

（x ）
8,涡流传感器一般采用高频透射式或低频反射式两种方式进行测量。

（x ）
9,凡能够测量位移和速度的检测原理都可用于加速度和振动的测量。

（V）
2,属于传感器动态特性指标的是（D ）
A,重复性B,线性度 C.灵敏度D.固有频率
3,按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（A ）
A.光电式传感器
B.电容式传感器
C.压电式传感器
D.磁电式传感器
4,测量范围大的电容式位移传感器的类型为（D ）
A,变极板面积型B,变极距型C.变介质型D.容栅型
5,利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（C ）
A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片
B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联
C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片
D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片
7.固体半导体摄像元件CCD是一种（C ）
A. PN结光电二极管电路B, PNP型晶体管集成电路
C. MOS型晶体管开关集成电路
D. NPN型晶体管集成电路
1.按敏感元件与被测对象之间的能量关系，传感器可分为（D ）传感器。

A,温度型和速度型B.物性型和结构型C.机械型和电子型D.能量转换型和能量控制型
4.电感式传感器采用变压器式交流电桥作为测量电路时，如想分辨出衔铁位移的方向，则应在电路中加（C ）电路。

A.加法器
B.检波
C.相敏检波
D.鉴频
5,若两个应变量变化完全相同的应变片接入测量电桥的相对桥臂，则电桥的输出将（A ）o A,增大B.减小C.不变D.可能增大，也可能减小
6.压电传感器的等效电路，（D ）。

A.可以等效为电压源，不可等效为电荷源
B.可以等效为电压源，不可等效为电荷源
C.既不可等效为电压源，也不可等效为电荷源
D.既可等效为电压源，也可等效为电荷源8,光电耦合器件由发光元件和光电接收元件组成，（C ）。

A.可实现电路隔离，不可进行电平转换
B.不可实现电路隔离，可进行电平转换
C.可实现电路隔离，可进行电平转换
D.不可实现电路隔离，不可进行电平转换
10.应变式传感器用电桥做转换电路，理论上电桥输出带有非线性误差的是（A ）
A,单臂电桥B,半桥C,全桥D,半桥和全桥
11.对热电耦传感器，形成热电势的必要条件是：（A）
A.两种导体材料不同；节点所处的温度不同
B.两种导体材料相同；节点所处的温度不同；
C.两种导体材料不同；节点所处的温度相同
D.两种导体材料相同；节点所处的温度相同
12.在差动变压器实验中，当衔铁过零位时，输出电压（D ）o
A.幅值：变小，相位：不变
B.幅值：大一小一大，相位：不变
C.幅值：变大，相位:反相
D.幅值：大一小一大，相位：反相
填空题（每空2分，共12分）
1、电阻应变式传感器是利用电阻应变将__工程结构件的内部形变—转换为—电阻值变化的传感器。

2、霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

3、热敏电阻的阻值会随着温度的升高而—下降一，具有（正？负？）温度系数。

4、传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等—非电学量
并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等—电学量___,或转换为电路的通断。

5、一电容测微仪，通过测量得到的电容变化量AC=+4X103pF,如果测量电路的放大倍数K^lOOmV/pF,读数仪表的灵敏度S2=5格/mV,则此时仪表指示值变化格。

6、半导体应变片传感器的工作原理是基于曲效应；霍尔式传感器的工作原理是基于霍尔效应；压电式传感器的工作原理是利用某些材料的压电效应。

7、传感器在结构上采用差动方式可以提高灵敏度,减小非线性。

8、根据霍尔元件的霍尔电势序的表达式可知，霍尔元件一般可用于三种情况的测量，分别是测量电流I, 测量磁感应强度B, 功率测量。

16.已知某传感器的灵敏度为K0,且灵敏度变化量为△KO,则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=o
17,为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。

19.电容式压力传感器是变型的。

20.一个半导体应变片的灵敏系数为180,半导体材料的弹性模量为1.8xl05Mpa,其中压阻
系数兀L为 Pa4o
21.图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为o
22.热敏电阻常数B大于零的是_______________________ 温度系数的热敏电阻。

23.若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的o
24-若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3,那么相位平衡条件应为o
25 .简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。

传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。

传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电荷成正比, 由幺监由容的影晌/|、
28.说明薄膜热电偶式温度传感器的主要特点。

主要特点是：热容量小（或热惯性小），时间常数小，反应速度快。

3.光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。

4、霍尔元件一•般采用半导体材料。

7.热电偶电动势由一温度差______ 电动势和接触电动势两部分组成。

8.莫尔条文的光强度变化近似正弦变化，因此，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术”技术
三、计算分析题（共13分）
1、（6分）某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电
压由3.5V减至2.5V,求该仪器的灵敏度。

解:该仪器的灵敏度为
2 5-35
S= =-2mV/mm
5.0-4.5
2、（7分）试分析图3所示电压输出型直流电桥的输入与输出关系，写出输出的表达式，并判断何时电桥平衡。

其特点是，当被测量无变化时，电桥平衡时输出为零。

当被测量发生变化时，电桥平衡被打破，有电压输出。

输出的电压与被测量的变化成比例。

电桥的输出电压为：
TJ - TJ _TJ = R『3 _ R2R4 u
0-"如—团 +&）（&+《）/
图中E=8V, Rl=R2=R3=R4=120Q,试求:
1）（6分）Rl, R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=?
2）（7分）题3中，如果R2与R1感受应变的极性相反，且增量△ R1=AR2=1.2Q,电桥输出电压U0=?
Uo
当输出电压为零时，电桥平衡，因此
或R4 R3为电桥平衡条件。

3.图3为一直流应变电桥,
------ ——
图3
4、（6分）什么是霍尔效应，请简述之？
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。

这个电势差也被叫做霍尔电势差。

5、（4分）应用超声波传感器探测工件时，在探头与工件接触处要有一层耦合剂，请问这是为什么？
答：主要是为了使超声波更好地穿透到工件内，减少反射量，达到更好的测量效果。

6、（6分）为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？（提示：U ti =）
nqH
答：因为导体材料的〃虽然很大，但〃很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的〃虽然很大, 但“很小，故也不宜做成元件。

3、压电元件在使用时常采用多片串接或并接的结构形式，试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？（6分）
答：两片压电元件串接时，输出电荷q'等于单片上的电荷q,输出电压IT为单片电压U 的两倍，总电容C'为单片电容C的1/2。

艮K q' =q； U' =2U； C' =C/2。

串联接法适用于以电压输出的信号和测量电路输入阻抗很高的情况；
两片压电元件并接时，输出电荷q'等于单片上电荷q的两倍，输出电压U，等于单片电压U,总电容C'等于单片电容C的两倍。

艮"q' =2q； U' =U； C' =2C。

并联接法适用于测量缓慢变化信号，并以电荷作为输出的情况。

1.压电传感器分别用两片完全相同的压电元件串联（不同极性端互联）和单片使用，如图所示，所受压力相同，试比较其输出电压、电荷、电容的关系。

（5分）
（3 分）I
q' = q
」电容的关系为：U' = 2U ' P107）
2. 何为热电偶的热电效应？问如图所示的热电偶热电动势的组成，并写出回路总电势的表 达式。

答：如图所示，两种不同性质的导体或半导体材料A 、B 串接成一个闭合回路，如果两接 合点处的温度不同，即TNTO,则在两导体间产生热电势，也称热电动势。

同时在回路中有 一定大小的电流，这种现象称为热电效应。

（2分）
热电动势组成：两导体的接触电势+单一导体的温差电势。

（1分）
E AB （7, L ）次旭（T ）一 ％扃）一 ％（L ）+ 勺（「L ）
= [e AB （T ）-e A M]-[e A （T ，T 0）-e B （T,T 0）]
四、在你所做的形变实验系统中，采用弹性悬臂梁贴应变片的方法配合桥路测量位移。

用千 分尺读得位移数x 值，然后记录单臂、半桥和全桥三种桥路的输出电压"。

（20分）
⑴简述何谓“应变效应” （4分）
（2） 画出三种桥路并说明各
桥路之间测量灵敏度的关系。

（6分）
（3）
画出此传感器的组成方块图并标出各部分组成名称。

（4分）
（4） 若传感器静态方程近似求用端基法在（0<x<l ）区间拟合直线方程。

（6分） 解答：（1）简述何谓“应变效应” （4分）
金属电阻的相对变化与金属应变之间存在比例关系称为金属的电阻应变效应。

金属丝 的应变灵敏系数物理意义为单位应变引起的电阻相对变化。

（2）画出三种桥路并说明各桥路之间测量灵敏度的关系。

（6分）
五、综合题（20分）有四个性能完全相同的应变片（K=2）,将其贴在如图所示压力传感 器圆板
形感压膜片上。

已知：膜片r=20mm, h=0. 3mm, E=2X 10n N/m2, u =0. 285。

现将四个
K 3=E( A R/R) Ki=0.25E( A R/R) K 2=0.5E( A
R/R)
应变片组成全桥测量电路，桥路电源U=6V,求:
1）
确定应变片在感压膜片上的位置； 2）
画出相应全桥测量电路图； 3）
当被测压力为O.IMpa 时，求各应变片的应变值及桥路输出电压值; 4） 该压力传感器是否具有温度补偿作用？为什么？
5） 桥路输出量电压与被测压力之间是否存在线性关系？
解：（1）应变片在感压膜片上的位置如下图所示：（4分）
（2）全桥测量电路图（4
分）
3x0.1x10-
Wn85i x(2()xio _3)2
4x(0.3xl0-3)2 2x10" '
7 =-1.53x10-3 (1 分)
= 7.66x10』(1 分)
E 6x2
=寸(？ 一勺一勺+勺)=^^(—1.53 —0.77—0.77 —1.53)x10—3 =1.38x10—2 (V) （2分）
（4）该压力传感器具有温度补偿作用，因为R1、R2的性能完全相同，即它们的a 、B 、 K 都相同，且应变片处于同一温度环境中，满足温度补偿的条件。

（4分）
（5）因为：△Rl=KelRl; Ke 1=2X0.002 = 0.004
所以： △Rl=0.004Rl
因为： Rl » A R1 又 Ugx £ 又 exF
所以：Ugg F
艮桥路输出量电压与被测压力之间存在线性关系。

（4分） I 一 3P1-/
1 8h
2 E 3xO.lx" 8x (0.3x10
1-0.2852 2x10'* x(20 x 10 3 )2。