(完整版)传感器试卷

1、简答题
1．传感器有几部分组成，各部分的功能是什么? 答：传感器由以下三部分组成:
传感器组成框图
（1）敏感元件：是传感器中能直接感受被测量的部分，即直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量。

（2）转换元件：是传感器中将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。

（3）转换电路：将电路参数转换成便于测量的电压、电流、频率等电量信号。

2．为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征? 答：
下图为变间隙式电容传感器的原理图。

图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。

当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C 。

设极板面积为A ，其静态电容量为 ，当活动极板移动x 后，其电容量为
2
011x d x
C x d A C -+
=-=ε （1） 当x<<d 时
1122
≈-d
x 则 )1(0d x C C += （2）
由式（1）可以看出电容量C 与x 不是线性关系，只有当 x<<d 时，才可认为是最近似线形关系。

同时还可以看出，要提高灵敏度，应减小起始间隙d 过小时。

但当d 过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。

为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况。

在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。

3．什么是热电效应?
答：将两种不同的导体或半导体两端相接组成闭合回路，如图2.2所示，当两个接点分别置于不同温度t 、t0（t > t0）中时，回路中就会产生一个热电动势，这种现象称为热电效应。

4．什么是霍尔效应?
答：金属或半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应。

5．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?
答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。

6．光电传感器由哪些部分组成?被测量可以影响光电传感器的哪些部分?
答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。

图中Ф1是光源发出的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I 。

光电传感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。

7．什么是正向压电效应?
当沿着一定方向对某些物质施加拉力或压力时，物质会发生变形，内部便会产生极化现象，因此，在其上下表面会产生符号相反的等量电荷，外力消失后，物质又重新回到不带电状
1
2
d
I
1
x 2
x 3
Φ1
Φ2
光源
光学通路
光电元件
态，这种现象称为正向压电效应。

8．什么是金属的应变效应?
金属的电阻应变效应，即金属丝的电阻随着它所受机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化。

二、设计与计算题
1．设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。

解：液位控制系统原理如图所示，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。

当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。

2.用一热电偶测钢水温度，形式如图示。

已知A、B分别为镍铬、镍硅材料制成，A`、B`为延长导线。

问：
1）满足什么条件时，此热电偶才能正常工
2）A、B开路是否影响装置正常工作？原因？
3）采用A’、B’的好处？
4）若已知t01=t02=40℃，电压表示数为37.702mV，则钢水温度为多少？
5）上一步的测温方法的依据为什么？
部分分度表：（自由端为0℃）解:1）A,B两点温度相同，A，，B，两点温度相同时，热电偶能正常工作。

2）不影响工作，根据中间导体定律，在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势没有影响。

3）A’、B’是补偿导线，好处是将降低成本，将自由端引至常温处，降低测量误差。

4）钢水温度t
E（t，0）= E（t，40）+ E（40，0）=37.702+1.612=39.314mV
查分度表得:钢水温度为950℃。

5）上一步的测温方法的依据是中间温度定律，热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为E AB（T1，T2）；两结点温度为T2，T3时，热电势为E AB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为E AB（T1，T2）+ E AB（T2，T3）=E AB（T1，T3）。

3.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
5.4
0.5
5.3
5.2
-
=
-
-
=
S mV/mm
4．现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温。

其冷端温度为30℃，动圈显示仪表(机械零位在0℃)指示值为400℃，则认为热端实际温度为430℃，对不对?为什么?正确值是多少?
解：不对，因为仪表的机械零位在0℃，正确值为400℃。

5．如图。

采用两只阻值R1=R2=100Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片分别粘贴在测试梁的上下两面，与2只R0=100Ω的固定电阻组成电桥，以测试梁的受力。

（1）已知供桥电压为10V，画出此测试电路。

（2）当梁受到向下的力，两应变片应变分别为 +1000με和 -1000με时，两应变片的电阻各变化多少？
（3）此时电桥输出电压为多大(设电桥输出端的负载阻抗为无穷大)？
解：
（1）组成电桥如下图。

（2）R1由于受到拉力阻值变大：
ΔR1=K×ε1×R1=2.0×1000×10-6×100=0.20Ω
R2由于受到压力阻值变小：
ΔR2=K×ε2×R2=--2.0×1000×10-6×100=-0.20Ω
（3）此电桥的输出电压U0 = (E/2)×(ΔR1/ R1) = 5×2.0×10-3 = 10 mV 方向如图。

(如果U0的正方向与图中所设相反，则U0 =－10 mV)
五、说明题
1.由于环境温度的变化，会使传感器的测量出现误差。

选择一种自己熟悉的传感器说明温度对其有哪些影响，有什么措施补偿或消除温度的对其的影响，简单说明补偿原理。

2.请说出至少三种可以测量位移的传感器类型，试画出一种位移传感器结构图，并介绍其测量原理。

六、附加题
传感器的应用非常广泛，在日常生活和校内外实习过程中你见过或用过哪种传感器。

根据自己所学的传感器知识，说明该传感器的类型，工作原理，特点及主要应用领域。

本题共10分，各项评分标准如下：
1）应用场合说明，3分；
2）传感器类型，3分；
3）工作原理，2分；
4）特点，2分；
5）应用领域，2分。