传感器期末考试复习

（填空题）1、按照传感机理，可将传感器分为结构型和物性型两种型式。

2、传感器一般由敏感元件、转换元件和 测量电路三部分组成。

3、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。

对线性传感器来说，其灵敏度是理想曲线的斜率4、将导体或半导体置于磁场中并通入电流，若电流方向与磁场方向正交，则在与磁场和电流两者都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应5、在应变式传感器的测量电路中为改善传感器的非线性误差和提高输出灵敏度常采用差动半桥或全桥电路。

6、电涡流传感器是基于电涡流效应原理进行工作的，可以进行厚度测量、位移测量、振幅测量、转速测量和涡流探伤等应用。

7、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属导体材料和② 半导体材料。

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形变形成的，而②的电阻变化主要是由压阻效应造成的，半导体材料传感器的灵敏度较大。

1、传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。

2、温度测量方法有接触式测温和非接触式测温两大类。

3、电涡流传感器是利用电涡流效应进行工作的，主要有低频透射式和高频反射式两种类型。

4、在半导体气敏传感器中，加热是为了有助于氧化反应进程，材料中加入催化剂是为了改善传感器的选择性。

5、光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。

光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，没有光照时，暗电阻很大暗电流很小；当光照射在PN 结上时，形成的电流为光电流。

6、采用差动式结构的自感传感器利用铁心线圈的参数变化带动线圈的自感变化来进行测量；差动变压器是利用线圈间的互感变化进行测量的。

7、常用电容传感器的测量电路有耦合式电感电桥、双T 二极管交流电桥、脉冲调宽电路和运算放大器电路。

1、按照传感机理，可将传感器分为物性型和结构型两种型式。

2、传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。

3、传感器的输入输出特性指标可分为静态和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的静态指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。

4、导电丝材的截面尺寸发生变化后其电阻会发生变化，用这一原理可制成的传感器称为电阻应变式式传感器，利用有料具有磁致伸缩效应可制成的压磁式传感器也可用以测量力，而压电式传感器则利用了一些具有离子型晶体电介质的压电效应，它敏感的最基本的物理量也是力。

5、热电式传感器中，能将温度变化转换为电阻变化的一类称为热电阻，而能将温度变化转换为电势的称为热电偶，其中热电偶式传感器在应用时需要做温度补偿(冷端补偿)。

6、旋转式编码器用以测量转轴的角位移，其中绝对编码器在任意位置都有固定的数字编码与位置对应，线数为360线的增量式编码器分辨力为1（角）度。

7、光电效应分为内光电效应和外光电效应两大类。

8、温度测量可分为接触式和非接触式两种方式。

（选择题）1、应变片温度效应产生的主要原因有（AB ）。

A.敏感栅的热阻效B.敏感栅与试件的热膨胀失配C.敏感栅承受应力不同 D.敏感栅与试件材料不同2、当变极距式电容传感器两极板间的初始距离增加时，将导致传感器的（AD ）。

A.灵敏度增加B.灵敏度减小C.非线性误差增加D.非线性误差减小3、反射式电涡流传感器的激励信号是（C ）。

A.直流
B.工频交流
C.高频交流
D.低频交流4、差动式传感器产生零位误差的原因有（AC ）。

A.磁路不对称B.电源电压太高C.磁路工作于饱和状态 D.温度影响5、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（C ）。

A.晶体厚度成正比B.晶体面积成反比C.作用在晶片上的压力成正比D.剩余极化强度成正比6、光敏二极管工作时，其上（B ）。

A.加正向电压B.加反向电压 C.不需加电压D.加正向、反向电压都可以7、热电偶中产生热电动势的条件分别为（BC ）。

A.两电极材料相同B.两电极材料不相同C.两电极的端点温度不同
D.两电极的端点温度不相同8、Pt100中100是指（A ）。

A.铂电阻在100ºC 时的电阻值 B.铂电阻在常温25ºC 时的电阻值C.铂电阻在0ºC 时的电阻值 D.铂电阻的最高工作温度为100ºC 9、霍尔效应中，霍尔电动势与（AC ）。

A.激励电流成正比B.激励电流成反比C.磁感应强度成正比D.磁感应强度成反比10、湿度传感器按信号转换方式可以分为（ABC ）。

A.电阻式
B.电容式
C.频率式
D.磁电式
1、下列传感器中（ABD ）属于物性型传感器。

A.扩散硅式压力传感器B.霍尔转速传感器C.感应同步器D.热电偶
2、霍尔效应中，霍尔电动势与（AC ）
A ．激励电流成正比
B ．激励电流成反比
C ．磁感应强度成正比
D ．磁感应强度成反比3、压电式传感器是一种典型的有源传感器，它的工作原理是基于某些物质的（B ）A.压阻效应B.压电效应C.压磁效应D.电磁感应4、反映传感器在正反行程过程中输入与输出特性曲线不重合程度的指标为（D ）A ．重复性 B.零点漂移C.温度漂移D.回差（滞后）5、电容式传感器在结构上增设等位环，目的是为消除（A ）A.边缘效应B.寄生电容C.环境温度D.电磁干扰6、下列器件中，能完成转速检测任务的是（BCD ）。

A.电容传感器B.磁电传感器C.电涡流传感器 D.光电元件7、基于外光电效应工作的器件有（AD ）。

A.光电管 B.光电池 C.光敏电阻 D.光电倍增管8、n 位的二进制码盘具有（A ）种不同的编码。

A.2n
B.2n+1
C.2n -1
D.2n+1-19、莫尔条纹的三大特点是（ABC ）。

A.运动的对应关系 B.误差平均作用 C.位移放大作用D.细分作用10、湿度传感器按信号转换方式可以分为（ABC ）。

A.电阻式
B.电容式
C.频率式
D.磁电式
1、传感器的A 是指传感器的输出与输入之间的线性程度。

A 线性度B 灵敏度C 迟滞D 重复性
2、按照传感器的 C ，可以分物理型、化学型、生物型等。

A 构成原理B 能量转换情况C 工作机理D 物理原理
3、传感器无输入时，每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值，即为B 。

A 重复性B 零点漂移C 温度漂移D 迟滞
4、扩散型压阻式压力传感器的工作原理是基于半导体材料的 C 。

A 应变效应B 霍尔效应C 压阻效应D 压电效应
5、当电容式传感器的电容值很小，却因环境温度较高等某些原因必须将测量电路与传感器分开时，可以采用 C 确保电容传感器正常工作。

A 屏蔽技术B 接地技术C 驱动电缆技术D 集成技术
6、电感式传感器是利用线圈的BD 的变化实现非电量测量的一种装置。

A 磁路磁阻B 自感C 电涡流D 互感
7、涡流的大小与导体ABCDE 等参数有关。

A 电阻率ρB 磁导率µC 厚度tD 导体与线圈的距离xE 激励电流频率f
8、自感式传感器常见的有BCD 三种。

A 变线圈匝数式B 螺管式C 变隙式D 变截面积式
9、光电传感器在检测与控制中应用非常广泛，它基本可以分为 AC 两类。

A 模拟式传感器B 数字式传感器C 脉冲式传感器D 频率式传感器 10、光栅细分技术的方法很多，常用的有BCD 。

A 间接细分B 直接细分C 电阻电桥细分法 D 电阻链细分法
（分析与计算）1.简述传感器的定义、种类、组成、工作特性、标定方法等[定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。

组成：敏感元件、转换元件、转换电路。

种类：工作机理：物理型、化学型、生物型等；构成原理：结构型，物性型等；能量转换：能量控制型、能量转换型；物理原理：电参量式传感器、磁电式传感器等。

工作特性：静态特性与动态特性。

静态特性：线性度，灵敏度，迟滞，重复性，零点漂移，温度漂移；动态特性：瞬态响应特性；频率响应特性等。

标定方法：静态标定和动态标定。

静态标定: 目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等；动态标定:目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。

]
2.何为准确度、精密度、精确度?并阐述其与系统误差和随机误差的关系。

[准确度:反映测量结果中系统误差的影响程度。

精密度:反映测量结果中随机误差的影响程度。

精确度:反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度,其定量特征可用测量的不确定度表示。

]
3.检定2.5级（即引用误差为2.5%），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？[取个最大误差，跟在题中刻度点没关系。

精度=（测量值－真实值）/量程*100%也就是检定的等级。

那么2/100*100%＝2.0%，是符合此表精度等级的。

所以合格。

]
4. 5.测量某物质铁的含量为：1.52、1.46、1.61、1.54、1.55、1.49、1.68、1.46、1.83、1.5、1.56（单位略），试用3σ
准则检查测量值中是否有坏值？ 17215636411
..i x x n ===∑201202545456().x x -=∑2101045573
().n i i x x n σ
=-==∑1831563640266360266363....σ
-=<根据3σ准则，测量数据没有坏值。

6.有一金属电阻应变片，其灵敏度为K=2.5，R=120Ω，设工作时其应变为1200με，则R ∆是多
少？若将此应变片与2V 直流电源组成回路，试求无应变时和有应变时回路电流。

7.应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径D=100mm ，材料弹性模量E=205×
109N/m 2，用它称500kN 的物体，若用电阻丝式应变片，应变片的灵敏度系数K=2，
R=120Ω，问电阻变化多少？
8.如图2.1所示为一直流应变电桥，图中U=4V ，R1=R2=R3=R4=120
Ω，试求：
（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为R ∆=1.2Ω，电桥输出电压U 0为多少？ （2）R1和R2都是应变片，且批号相同，感受应变的极性与大小也相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0为多少？
（3）题（2）中，如果R2和R1的极性相反，且Ω=∆=∆ 1.2R2R1，电桥输出电压U 0为多少？
(1)
(2)
9.图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05。

未受应变时，R1=120
Ω；当试件受力F 时，，
应变片承受平均应变ε=8×10-4，求：
（1）应变片的电阻变化量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，电桥电流电压为直流3V
，求电桥输出电压及电桥非线性误差。

（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小
（1）341064.110805.2R --⨯=⨯⨯==∆εK R
Ω=⨯⨯==∆-1968.01201064.13R K R ε
（2）电桥输出电压
mV 1.23101.644
3K 4U U 3-o =⨯⨯==∆ε, 非线性误差
331082.01064.12
121--⨯-=⨯⨯-=-=εφK e
(3)
10.根据螺线管式差动变压器的基本特性，说明其灵敏度与线性度的主要特点（1）灵敏度:差动变压器在单位电压激励下，铁芯移动一个单位距离时的输出电压，以（V/mm ）/V 表示理想条件下，差动变压器的灵敏度KE 正比于电源激励频率f .影响差动变压器灵敏度的因素有：激励频率、输入激励电压、线圈品质因数Q 值、衔铁直径、导磁性能、铁损小以及涡流损耗小的导磁材料制作衔铁和导磁外壳等(2)线性度分析计算中，传感器实际特性曲线与理论直线之间的最大偏差除以测量范围（满量程），并用百分数来表示。

影响差动变压器线性度的因素:骨架形状和尺寸的精确性，线圈的排列，铁芯的尺寸和材质，激励频率和负载状态等。

11.何为零点残余电压？说明产生该电压的原因及消除方法。

零点残余电压的存在使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨力的提高。

零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。

产生该电压的原因：(1)使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨力的提高。

零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化；（2）由于铁芯的B-H 特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消.消除方法：（1）提高框架和线圈的对称性，特别是两个二次线圈对称。

（2）采用拆圈的实验方法，采用适当的测量电路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器。

（3）在电路上进行补偿：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。

12.高频反射式电涡流传感器的基本原理是什么？
13.利用电涡流传感器测量板材的厚度的原理是什么？原理:当金属板得厚度变化时，将使传感器探头与金属板间的距离改变，从而引起输出电压的变化。

通常在被测板的上、下方各装一个传感器探头，其间距离为D ，而它们与板的上、下表面分别相距 x1和x2，这样板厚t=D-(x1+x2), ，当两个传感器在工作在工作时分别测得x1和x2，转换成电压值后相加。

相加后的电压值与两传感器间距离D 对应的设定电压相减，就得到与板厚相对应的电压值。

14.光电传感器的特点是什么？采用光电传感器可能测量的物理量有哪些？光电器件或者光电元件是一种光电转换为电量的器件，光电传感器是以光电器件为检测元件的传感器，它先将被测非电量与光量的变化，然后通过光电器件将相应的光量转化成电量。

可能测量的物理量：电绝缘抗电线位移，线速度，角位移，角速度。

15.光电码盘测位移有何特点？ 17.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理
电感变化程度取于线圈L 的外形尺寸，线圈L 至金属板之间的距离，金属板材料的电阻率和磁导率以及的频率等
16.试述磁电式传感器的基本结构及其简单的工作原理
18.简述霍尔传感器测量电流、磁感应强度、微位移、压力的原理 由U H =IBK H 可以看出，当控制电流I 恒定时，霍尔电势与磁感应强度B 成正比，若磁感应强度B 是位置函数，则霍尔电势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置，这就需要制造一个某方向上磁感应强度B 成线性变化（增大或减小）的磁场，当霍尔元件在这种磁场中移动时，其输出U H 的变化反映了霍尔元件位移x
，利用这个原理可以对位移进行电测量，以测量微位移为基础，可以测量许多与微位移有关的非电量，如力、压力、应变、机械振动、加速度等 19.影响压电式传感器工作的主要因素有哪些？ 横向灵敏度；环境温度与湿度；安装差异与基座应变；噪声 20.半导体温度计的测温原理是什么？ 根据温度变化的特性，半导体电阻有：正温度系数(PTC)、负温度系数(NTC) 、临界温度系数(CTR)
21.简述热电偶的工作原理 22.简述热电偶冷端补偿导线的作用
其一是实现冷端迁移，其二是降低电路成本
23.在一个测温系统系统中，用铂铑—铂热电偶测温，当冷端温度t 0=30o C 时，在热端温度t
时测得热电势E(t,30o C)=6.63mV ，求被测对象的真实温度
E(T,To)=E(T,Tn)+E(Tn,To),在E(Tn,To)中,Tn=30o C,To=0o C,查表知：E(30,0)=0.173mV ,又
E(T,30)=6.63mV ,因此 E(T,0)=E(T,30)+E(30,0)=6.63+0.173=6.803mV .由反查分表知：T=750o C ，
所以被测对象的真实温度为750o C 。

24.执行器的介绍：调节阀和变频器
1）调节阀的组成：执行机构和调节机构，其分类：气动、液动、电动。

理性流量特性有：直线、对数（等百分比）、抛物线、快开等流量特性。

调节阀的流量与阀的开度、阀门前后的压差有关
2）变频器的功能是将固定频率、固定电压变换成可调频率、可调电压的一种实验装置。

变频控制方法：标量控制、矢量控制和直接转矩控制。