传感器试题

霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。
温度补偿方法：
a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b电桥补偿法
9.传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和作用。
答：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。
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？
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。
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。
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。
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：
引入更正值法 替换法 差值法 正负误差相消法 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： 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。
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 ；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 ；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 。（7分）
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。
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。
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。
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）
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= 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= 。其电阻灵敏度RI= 。电压灵敏度RU= 。（7分）
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 时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为 时的热电势与同一热电偶热端为 ，冷端为 时热电势的代数和。
误差因素：参考端温度受周围环境的影响
措施：a 恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）
c仪表机械零点调整法d热电偶补偿法
e电桥补偿法f冷端延长线法
8.霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流法。（10分）
答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。
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）= 。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。
传感器的作用：感受被测量并转换成可用输出信号传送给控制对象。
传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
10.直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？
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。
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_。
答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4，R1R4=R2R3。
11.光电效应可分为哪三种类型，简单说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器。
4.电位器传器的（线性），假定电位ห้องสมุดไป่ตู้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=（①2p(b+h)/At,② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）。（4分）
答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等）。这种现象称为光电效应。光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即光生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管传感器属于这一类。
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）。
应用：对热电偶冷端不为 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， ）时分别为 ， ，那么爱相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为
实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。
答：对。查表知镍铬-镍硅热电偶K=1，T=Tz+KTn=600+1×65=665
5.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。
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：
=
4.用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为600℃，而冷端温度t0为65℃，则实际温度为665℃，对不对？为什么？应如何计算？
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。