传感器总结题答案解析

一、简答题：l.检测系统由哪几部分组成说明各部分的作用。

答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。

当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。

下图给出了检测系统的组成框图。

检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。

根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

2.什么是系统误差和随机误差正确度和精密度的含义是什么它们各反映何种误差答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。

随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。

正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。

3.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。

4.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。

5.光敏电阻有哪些重要特性，在工业应用中是如何发挥这些特性的答：光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。

它的重要特性是在无光照时阻值非常大，相当于断路，有光照时阻值变得很小，相当于通路。

在工业应用中主要就是通过光的变化来各种电路的控制。

6.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

7.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响它的主要优点是什么答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。

电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

8．什么是金属导体的热电效应试说明热电偶的测温原理。

答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。

热电偶测温就是利用这种热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。

9．简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。

答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。

根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。

二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。

它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。

三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。

只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。

四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t n和t n、t0时的相应热电动势的代数和。

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。

10．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。

11．压电式传感器测量电路的作用是什么其核心是解决什么问题答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。

12．光电效应有哪几种与之对应的光电元件各有哪些答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

13．常用的半导体光电元件有哪些它们的电路符号如何答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。

它们的电路符号如下图所示：14．什么是光电元件的光谱特性答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时，光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感，这就是光电元件的光谱特性。

15．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x 1或者x 2，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。

16. 什么是霍尔效应答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。

产生的电势差称为霍尔电压。

17. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。

18. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系 答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，nqdK H 1 。

19. 集成霍尔传感器有什么特点答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。

集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。

此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。

20. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。

答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。

21. 如何改变单极式变极距型电容传感器的非线性答：为了改变单极式变极距型传感器的非线性应采取的措施：○减小极距的变化量使，增加线性度。

○改用差动形式，提高了传感器的非线性度。

二、计算：1、鉴定级（即满度误差为%）的全量程为100V的电压表，发现50V刻度点的示值误差2V为最大误差，问该电压表是否合格解：2%% 合格。

2、测量某电路电流共5次，测得数据（单位为mA）分别为，，，，。

试求算术平均值和标准差。

解：3、测量某物质中铁的含量为：、、、、、、、、、、（单位略），试用3σ准则检查测量值中是否有坏值。

解：=3σ= ∵ ∴ 检查测量值中没有坏值。

4、某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。

解：该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2-=--=S mV/mm5、某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： Ω/℃ 电桥： Ω放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： V 求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。

解：（1）测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=⨯⨯⨯=S cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃ 6、有三台测温仪表，量程均为0～800℃，精度等级分别为级、级和级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过％，选那台仪表合理解：级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为％；级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为％。

因此，应该选用级的测温仪器。

7、等精度测量某电阻10次，得到的测量列如下：R 1＝Ω R 2＝Ω R 3＝Ω R 4＝Ω R 5＝Ω R 6＝Ω R 7＝Ω R 8＝Ω R 9＝Ω R 10＝Ω (1) 求10次测量的算术平均值R ，测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s 。

解：(1)求10次测量的算术平均值R ，测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s 。

Ω=+++++++++=++=∑=763.1671061.16782.16785.16700.16888.16787.16760.16760.16745.16795.1671010121i nR R R R ΛΩ=++++++⨯++==-=--=∑∑∑===1824.0)153.0057.0087.0237.0108.0107.0163.02313.0187.0(919111)(11ˆ22222222210121212i i n i i ni i v v n x x n σΩ==0577.0101824.0ns σ8、已知某一位移传感器的测量范围为0～30mm ，静态测量时，输入值与输出值得关系如表所示，试求该传感器的线性度和灵敏度。

9、如图所示为一直流应变电桥。

图中U=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻。

当R1的增量为ΔR1=Ω时，电桥输出电压U0为多少（2）R1和R2都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0为多少（3）题（2）中，如果R2与R1感受应变的极性相反，且，电桥输出电压U0为多少解：（1）（2）（3）10、如图所示为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏系数K=，未受应变时，R1=120Ω。

当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=8×10-4，求：（1）应变片电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1。

（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。