传感技术及应用试卷及答案(28年)

课程综合考试，合计分数70分

判断题（正确打√标记，错误打×标记，每题1分，共10分）

1．（√）传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。

2．（×）某位移传感器的测量量程为1 mm，分辨力为0. 001 mm，这说明传感

器的灵敏度很高，其灵敏度为0.1%。

3．（×）传感器A采用最小二乘法拟合算得线性度为±0.6%，传感器B采用

端点直线法算得线性度为±0.8%，则可以肯定传感器A的线性度优

于传感器B。

4．（×）无论何种传感器，若要提高灵敏度，必然会增加非线性误差。

5．（×）幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可以用于高精度测量。

6．（×）如果电容传感器的电缆丢失了，更换另一根电缆后，可以不必对测量

系统重新进行标定，也可直接使用。

7．（×）压电式力传感器既可以测量静态力，也可以测量动态力。

8．（√）热电偶的工作机理是导体的热电效应，而热电势的产生必须具备两个

条件，即两种导体材质不同且两个节点的温度不同。

9．（×）由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不宜用做测量元件。但由

于光敏电阻的响应时间很短，因此可以用做高速光电开关。

10．（×）光纤是利用光的折射原理工作的，光纤由纤芯和包层构成，且纤芯

的折射率小于包层的折射率。

二、选择题（请选择一个适合的答案，每小题1分，本题共10分）

1．（①）车间条件下测量大型机床工作台的位移（行程为20 m)，可采用：

①光栅传感器；②电容传感器；③电涡流传感器。

2．（②）为一个旋转式机械分度装置增加数显系统，可采用的角度传感器为：

①增量式编码器；②绝对式编码器；③电容传感器。

3．（①）对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为：

①光电传感器；②霍尔传感器；③电涡流传感器。

4．（②）在线测量高速回转零件的主轴径向偏摆量，可采用：

①差动变压器；②电涡流传感器；③压电式传感器。

5．（②）下列哪类传感器具有防水功能？

①电阻应变式传感器；②电涡流传感器；③电容式传感器。

6．（①）为了在报纸印刷的高速生产流水线上监测印刷缺陷，可以采用哪一种传感器？

①面阵CCD传感器；②线阵CCD传感器；③硅光电池。

7．（③）一个小型光学仪器中用于测量光斑二维位置变化（x-y）的传感器可采用：

①线阵CCD传感器；②面阵CCD传感器；③ PSD传感器。

8．（③）绝对式编码器的码制绝大多数采用：

①二进制码；②十进制码；③格雷码（循环码）。

9．（②）下列电感传感器中，哪种传感器的输出特性是线性的？

①变气隙型；②变面积型；③螺管型。

10．（③）电容式液位传感器属于下列哪种型式？

①变极距型；②变面积型；③变介质型。

三、简答题（共6题，只选做其中5道题，每题4分共20分）

答：传感器（Transducer/Sensor）的定义是：“能够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”。

定义包含的意思：

①传感器是测量装置，能完成检测任务；

②它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；

③它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量；

④输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精度。

输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。

敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件（敏感元件）实现的。

基本转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、调理成一定形式的电量输出。

2．下图是热敏电阻的伏安特性曲线，

请对曲线进行分析；

用该热敏电阻测量温度时，应该利用曲线的哪一段，说明原因；

用该热敏电阻测量风速或流量时，应该利用曲线的哪一段，说明原因。

0I

a I m I（电流）

V

答：

a. 将热敏电阻接上一个电流源，并在它两端测得端电压，可得到热敏电阻的伏安特性。

0－a段：电流小于Ia，功耗小，电流不足以使热敏电阻发热，元件上的温度基本是环境温度。此时热敏电阻相当于一个固定电阻，电压与电流之间符合欧姆定律。

a－b段：随着电流增加，热敏电阻功耗增加，导致电流加热引起热敏电阻自身温度超过环境温度（介质温度），其阻值降低，因此出现非线性正阻区，电流增长速度＞阻值减小的速度。

烈，阻值迅速减小，阻值减小的速度大于电流增加的速度，出现c －d 段负阻区。

b. 用0－a 段进行测温。电流不足以使热敏电阻发热，热敏电阻的阻值变化只与被测量的环境有关。

c. 用c －d 段测量风速或流量，风速或流量可以使热敏电阻的热量消耗，而消耗的热量与风速或流量有关。

3．理想情况下，金属应变片的输出电阻是应变的一元函数，但实际上应变片输出电阻还和温度有关，即ΔR/R=F(ε，t)，请叙述电阻应变片温度的补偿方法和补偿原理。

答：电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 线路补偿法

电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。

测量应变时，工作应变片R1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB 粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变。

当被测试件不承受应变时，R1和RB 又处于同一环境温度为t 的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有 当温度升高或降低Δt=t -t0时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态。 应变片的自补偿法

这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的。根据温度自补偿应变片的工作原理，要实现温度自补偿，必须有

上式表明，当被测试件的线膨胀系数βg 已知时，如果合理选择敏感栅材料， 即其电阻温度系数α0、灵敏系数K0以及线膨胀系数βs ，满足上式，则不论温度如何变化，均有ΔRt/R0=0，从而达到温度自补偿的目的。

4．简述光纤的基本结构，并基于几何光学的原理，以阶跃光纤为例说明其传光过程。

答：

1. 光纤的结构，由纤芯、包层和外套三部分组成。

阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内的折射率分布大体上是均匀的，包层内的折)(00s g K ββα--

=包层 外套