传感检测技术及创新应用公选课复习思考题

《传感检测技术及创新应用》公选课复习思考题2013.6.21

第一章传感器概述

1．列出你身边的传感器

汽车传感器。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等

传感器在现代家庭中的应用比比皆是：

数码相机、数码摄像机：红外测距传感器

冰箱、电饭煲：温度检测（热敏电阻）

2．试述传感器的定义，传感检测的地位和作用

定义：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

地位：传感器技术是现代工业技术的一项重要的标志，传感器技术应用的水准是一个国家国力强弱的指标之一。

作用：传感器的作用可包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的收集。

3．测量的定义及分类是什么？

定义：测量是利用合适的工具，确定某个给定对象在某个给定属性上的量的程序或过程。

分类：直接测量，间接测量，接触测量，不接触测量，组合测量，比较测量，零位法，偏位法，替代法，累积法。

4．传感器静态特性和动态特性的定义及技术指标是什么？

静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。（线性度，迟滞，重复灵敏度，分辨力和阈值，稳定性和温度稳定性，漂移，静态误差[精度]）

动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性（固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等）

第二章温度传感器

1．温标的定义和温标的分类

温度的数值表示法

华氏温标，列氏温标，摄氏温标，开氏温标

2．测温方法分类及其特点

接触法：测温准确度较高，对感温元件的结构、性能要求苛刻，测量热容量小的物体有困难；测量移动物体有困难；可测量任何部位的温度；便于多点集中测量和自动控制。

非接触法：不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，法测温上限很高，可测量移动物件的温度，通常测量表面温度。

3．什么叫热电阻效应？阐述热电阻式传感器的概念、功能及分类及测量范围。

将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路，当导体的两个连接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。金属热电阻（铂热电阻，铜热电阻）（－200～+1000℃），半导体热敏电阻（>1000）。

4．用热电阻传感器进行测温时，经常采用哪种测量线路？热电阻与测量线路有几种连接方式？

5．解释热电效应、热电势、接触电势和温差电势？

6．什么叫中间导体定律和中间温度定律？试述在工程上的应用。

在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。

应用:依据中间导体定律，在热电偶实际测温应用中，常采用热端焊接、冷端开路的形式，冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统。

7．简述热电偶冷端处理的几种方式及其各自的特点？

热电偶的冷端温度补偿和非线性处理

8.试述热敏电阻的三种类型？

分类：PTC热敏电阻、NTC热敏电阻、CTR热敏电阻

第三章力，力矩及压力检测，电阻应变片式传感器1．说明电阻应变片的组成、规格及分类。

电阻应变片有多种形式，常用的有丝式和箔式。它是由直径为0.02～0.05mm的康铜丝或者镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片（基底）中制成，用镀锡铜线与应变片丝栅连接作为应变片引线，用来连接测量导线。

电阻应变片的分类若在一个基底上只有一个敏感栅，为单轴式应变片，用于测量栅轴方向的应

变。若在同一基底上按一定角度布置了几个敏感栅，则可测量同一点沿几个敏感栅栅轴方向的应变。这种应变片称为多轴应变片，俗称应变花。应变花主要用于测量平面应力状态下一点的主应力和主方向。常见的应变花有等角应变花，即三个敏感栅轴线互成120度角。直角应变花为两敏感栅轴线互相垂直，另一敏感栅轴线在它们的角平分线上。

一般应变片的原始电阻值为：60欧姆，120欧姆，250欧姆，600欧姆，1000欧姆，其中以120欧姆的最为常用。

2．什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理

应变效应：导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。

3．试述应变片温度误差的概念、原因和补偿方法。

4．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在悬臂梁上？（2）画出相应的电桥电路图。

第四章压电及超声波传感器

1．什么叫正、逆压电效应？压电材料有哪几种？

正：某些介电体在机械力作用下发生形变，使介电体内部正负电荷中心相对位移而发生极化，以致晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成正比。这种由“压力”产生“电的现象称为正压电效应。

负：如果压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，引起晶体胞中正负电荷重心移位，形成新的电距，使晶胞参数发生变化，使压电晶体发生形变，而形变的大小与外电场的大小成正比，当电场撤除后，形变也消失了。这种由于电场的作用而压电晶体产生形变的现象，称为逆压电效应压电材料分类：无机压电材料，有机压电材料

2．比较一下石英晶体和压电陶瓷各自的特点？

3．压电元件的等效电路及其特点是什么？

等效电路：

1)压电元件等效为一个电荷源与一个电容并联的电荷等效电路，如图5-4（a）所示。电容器上的电压Ua，电荷量Q和电容Ca三者关系为

Ua=Q/Ca

2）压电元件也可以等效为一个电压源和一个电容串联表示的电压等效电路，如图5-4（b）所

示。

(b) 电压等效电路（a）电荷等效电路图5-4压电式传感器的等效电路