传感器试题

传感器试题一、 填空题1.测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

（2分）2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势的大小。

（2分）3.光电传感器的理论基础是光电效应。

通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。

第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表，光敏二极管及光敏三极管_。

4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。

在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

（7分）5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起磁导率的变化，这种现象称为压磁效应。

相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生有些伸张，有些则压缩，这种现象称为磁致伸缩。

6.传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

8.偏差式测量是指在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的方法；零位测量是指在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的方法；微差式测量是综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点而提出的方法。

10.电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属___ 材料和②____半导体_____体材料。

它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应___ 形成的，而②的电阻变化主要是由 材料传感器的灵敏度较大 ___ 造成的。

11.在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通____成正比，与磁回路中 磁阻____ 成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式 ______ 表示。

12.测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为_绝对误差_、 相对误差_和 引用误差 三类，其中 _绝对误差 可以通过对多次测量结果求 平均 的方法来减小它对测量结果的影响。

13.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。

线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系。

假定电位器全长为Xmax ，其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值可以用Rx=max R maxX X ⋅来计算。

假定加在电位器A 、B 之间的电压为Vmax ，则输出电压为Vx=max V maxX X ⋅。

其电阻灵敏度R I =At )h b (2+ρ。

电压灵敏度R U =At)h b (2I +ρ⋅。

（7分） 14.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的。

而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。

霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。

（6分）15.测量过程中存在着测量误差。

绝对误差是指测量值与被测量真实值之间的差值其表达式为L X -=∆；相对误差是指绝对误差与被测量真实值的比值其表达式为%100X⋅∆=δ；引用误差是指绝对误差与测量仪表的上量限（满度）值A 的百分比其表达式为%100A r ⋅∆=。

（7分） 16.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征。

（5分）二、 选择题1.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分）2.仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的。

（2分）3.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。

（2分）4.电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax, 其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值可以用Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax ）来计算，其中电阻灵敏度Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2pAt/b+h, ③2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）。

（4分）5.变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。

6.在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。

7.在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。

三、判断题1.系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。

答：不正确。

传感器的响应带宽会限制系统的系统响应带宽。

2.温度对光电流影响不大，所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿，此观点正确否，为什么？答：不正确。

因为半导体材料容易受温度影响，而其直接影响光电流的值，所以还需要温度补偿装置。

3.热电偶产生的热电势由哪几种电势组成，试证明热电偶的中间导体定律。

答：热电偶产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的。

接触电势有时又称为珀尔帖电势；而单一导体的温差电势也称汤姆逊电势1）证明：),(),(00T T E T T E AB ABC =),(),()()()(),(00000T T E T T E T E T E T E T T E l B l A CA BC AB ABC +-++=πππΘ=),(0T T E AB4.用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为600℃，而冷端温度t 0为65℃，则实际温度为665℃，对不对？为什么？应如何计算？答：对。

查表知镍铬-镍硅热电偶K=1，T=T z +KT n =600+1×65=6655.压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。

答：不正确。

其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高，信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和振动等动态参数测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转化为电量。

四、 简答题1.简述霍尔电动热产生的原理。

（6分）答：一块长为l 、宽为d 的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Uh 。

这种现象称为霍尔效应，也是霍尔电动热的产生原理。

2.简述热电偶的工作原理。

（6分）答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。

所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。

两点间的温差越大，产生的电动势就越大。

引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

3.以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。

（6分）答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。

晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

这种现象称为正压电效应。

反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。

石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

4.简述电阻应变片式传感器的工作原理（6分）答电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

5.什么是传感器和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。

静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。

在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。

6.如何减小测量系统误差，随机误差对传感器性能的影响：①引入更正值法 ②替换法 ③差值法 ④正负误差相消法 ⑤选择最佳测量方案7.什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。

分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10分）答：①热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A 、B 串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。

因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。

②接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。

它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。

③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。

④热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。

所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。

两点间的温差越大，产生的电动势就越大。

引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

⑤热电偶三定律a 中间导体定律热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。

在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。

b 中间温度定律任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T ，冷端为0T 时的热电势等于该热电偶热端为T 冷端为n T 时的热电势与同一热电偶热端为n T ，冷端为0T 时热电势的代数和。

应用：对热电偶冷端不为C 00时，可用中间温度定律加以修正。

热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。

c 参考电极定律如果A 、B 两种导体（热电极）分别与第三种导体C （参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T ，0T ）时分别为()0,T T E AC ，()0,T T E BC ，那么爱相同温度下，又A 、B 两热电极配对后的热电势为()()()000,,,T T E T T E T T E BC AC AB -=实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。