传感器复习题答案知识讲解

08信息传感器综合复习题
一、填空题（将正确答案填入下列空白处）
1现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术.
3、热电偶传感器的工作基础是热电效应，其产生的热电势包括接触电势和温差
电势两部分。

4、基本误差是指传感器或仪表在规定的标准条件下所具有的误差 ___ .
5、电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大,大多采用_空气或其它气体作阻尼物质.
6、传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如：灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。

7、物体受光照后，其内部原子释放出的电子不逸出导体物体表面，而仍留在内部使物体的
电阻率发生变化或产生光电动势的现像被称为内光电效应
8、交流电桥平衡必须同时满足两个条件:一复阻抗模平衡条件和复阻抗角平衡条件。

9、霍尔元件灵敏度的物理意义是表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小
10、用于制作压电传感器的常用压电材料是石英晶体和压电陶瓷_ .
11被测量作用到实际物体上，使其某些参数发生变化，参数承载了信息而成为信号。

12、超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。

13、 ____________________________________________________________________ 变气隙式自感法感器，当衔铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量增加_____________________
14、半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应.
15、光纤传感器由光源、敏感元件和
三部分组成.
16、在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应. 17•气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器.
18、红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的一物理效应来探测红外辐射的.
19、因为开环测量系统是由多个环节串联而成的，因此系统的相对误差等于各环节相对误差之和.
20、压电式传感器采取串联接法输出电压大，本身电容小，适宜用于以皿作输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合.
21、根据测量数据中的误差所呈现的规律及产生的误差可将其分为系统误差、随机误差和粗大误差。

22、被测量值和比值等都是测量过程的信息，这些信息依托于物质才能在空间和时间上进行传递。

23、传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的—.
24、超声波的传播速度与介质一密度___和弹性特性有关.
25、一阶传感器的时间常数T越小__，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线，即动态误差小.
26产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面.电阻温度系数的影响、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响.
27、通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应”.
28、一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化规律，即具有相同的时间函数
29、硒光电池的光谱响应区段与人类眼睛相近，它的光谱响应峰值波长与人类眼睛也相近, 因而应用较广.
30、微波测厚仪是利用微波在传播过程中遇到被测物体金属表面被反射，且反射波的波长
与速度都不变的特性进行测厚的•
31、噪声一般可分为内部噪声和外部噪声两大类。

32、在变值系差的判别中，马利科夫判别常用于判定累进性性系差，阿卑一赫梅特判别常用于判定周期性性系差。

33、对于大量独立的无系统误差的等精度测量，测量数据服从正态分布，其测量随机误差也服
从正态分布，它们有相同（不同、相同）的标准偏差。

34、不确定度是说明测量结果可能的分散程度的参数。

这个参数用标准偏差表示，也可以用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。

35、引起应变片的温度误差的主要因素有—温度系数_—和线胀系数的影响。

36、通常传感器由敏感元件、转换元件、基本转换电路部分组成，是能把外界各种非电量转换成电量）器件和装置。

二、判断题（下面各题正确的在括号内划V,错误的在括号内划X）
1. 在数据处理时，要采用的测量值应该包含有粗大误差.（X ）
2. 当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/ras》1（0.05~0.15）的条件下才能得到较好的线性和较高的灵敏度.（X ）
3. 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿（电桥补偿）和它补偿两大类（应变片自补偿）•（X）
4•光电池的工作原理是基于光生伏特效应”.（V）
5 .红外线气体分析仪是根据气体对红外线不具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的•（X ）
6. 微波测定移动物体的速度和距离是利用雷达能动地将电磁波发射到对象物，并接受返回的反射波的能动型传感器.（V ）
7. 电磁流量计原理是基于法拉第电磁感应定律.（V ）
8•变隙式电感式传感器适用于测量位移变化较大的场合.（x）
9. 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个低（高）输入阻抗前置放大器.（X ）
10. 混合气体的导热系数是由所含组分气体的导热系数共同决定的.（V）
11. 光电池是一种直接将光能转换为电能的光电器件.（V ）
12. 红外线气体分析仪是根据气体对红外线不具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分
析的.（X ）
13. 原始的压电陶瓷呈电性，具有压电性质.（X ）
14. 仪表的精度等级就是由基本误差决定的.（V ）
15. 声波在介质中传播时，能量的衰减于声波的扩散、散射和吸收关系不大.（X）
16. 变极距型电容式传感器只有在A d/d0较大时，才有近似的线性关系。

（X ）
17. 电涡流的轴向贯穿深度是指把电涡流强度减小到表面强度的1/e处的厚度.（V ）
18. 差动变压器的输出是交流电压，若用交流电压表测量，既能反映衔铁位移的大小，又能反映移动的方向.（X）
19. 当物体的温度低于1000C时，它向外辐射的不再是可见光而是红外光了. （V ）
20. 测量误差是测得值减去被测量的真值.（V ）
21. 测量的目的是确定被测量的值或获取测量结果，测量结果的完整表述应包括估计值、测量不确
定度（和测量单位）。

（X ）
22. 为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥.（V ）
23. 磁电感应式传感器是一种无源传感器。

（V）
24. 混合气体的导热系数是由所含组分气体的导热系数共同决定的•( V )
25. 根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为反射式和遮断式两类。

(V )
26. 应变片加速度传感器适用于频率较高的振动和冲击场合，一般适用频率为〉60 Hz范围。

(X )
27. 霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率卩的乘积。

(V )
28. 变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及线性度相矛盾。

( V )
29. 一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在
20~100pF之间，极板间距离在25~200口的范围内。

最大位移应不小于(小于)间距的1/10。

( X )
30. 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个低 (高)输入阻抗前置放大器。

( X )
31、智能化传感器具有逻辑判断、统计处理功能.( V)
32、对于所有的传感器都必需包括敏感元件和转换元件(光电器件，热敏电阻热电偶) (X )
33、在数据处理时，要采用的测量值应该包含有粗大误差.( X )
34、仪表的精度等级就是由基本误差决定的. ( V)
35、测量误差是测得值减去被测量的真值. ( V)
36、测量的目的是确定被测量的值或获取测量结果，测量结果的完整表述应包括估计值、测量不确定度。

(和测量单位)(X )
37、为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥. ( V ) 三、选择题( 下列每题只有一个正确答案，将正确答案的代号填入括号内)
1、下列物理量中可以用气敏传感器来测量的是( c ) .
A 位移量
B 湿度
C 一氧化碳浓度
D 速度
2、下列不是电感式传感器的是( D )
A 变磁阻式自感传感器
B 电涡流式传感器
C 差动变压器式互感传感器
D 霍尔元件式传感器
3、仪表的精度等级是用仪表的(C)来表示的。

A 相对误差
B 绝对误差
C 引用误差
4、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除( B )外是线性的。

A变面积型 B.变极距型 C.变介电常数型
5、常用于制作超声波探头的材料是( C)
A 应变片
B 热电偶
C 压电晶体
D 霍尔元件
6、传感器的静态特性中( A )是描述传感器在正反行程期间其输入—输出图形曲线不重合的现象.
A、迟滞
B、重复性
C、线性度
7、下列不可以直接测量温度的传感器是( A ) .
A、金属应变片式传感器
B、红外线传感器
C、光纤传感器
8、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量( A ).
A.增加
B.减小
C.不变
9、体积流量的测量的容积法是在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体( B )来计算流量。

A.固定密度 B .固定容积数C.流速D .粘度
10 压电式传感器目前多用于测量( D) .
A •静态的力或压力
B •动态的力或压力
C.速度 D .加速度
11、通过对热电偶理论的学习，我们可以得出以下几点结论，其中正确的是： （A ） A 若热电偶两电极材料相同，则无论两接点的温度如何，总热电势为 0 B 即使热电偶两接点温度相同，不同的 A ，B 材料，会使回路中的总电势等于 0 C 热电偶产生的热电势不仅于材料和接点温度有关，还与热电极的尺寸和材料有关
D 在热电偶电路中接入第三种导体，即使该导体连端的温度相等，热电偶产生的总热电势都 会有所变化。

12•通常用热电阻测量（C ）. A .电阻 B .扭矩 C .温度 D .压力 13•产生应变片温度误差的主要原因有（ A ）. A .电阻丝有温度系数 B .试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C .电阻丝承受应力方向不同 14. 压电式传感器目前多用于测量（ D ）. A .静态的力或压力
B .动态的力或压力
C .速度
D .加速度
15微波传感器是一种新型的（B ）传感器. A .接触型 B .非接触型 C .接触型或非接触型
16下列几种误差中，属于系统误差的有（1）（ 3），属于随机误差的有 （2）， 属于粗大误
差的有（4）
（1 ）仪表未校零所引起的误差； （2 ）测频时的量化误差； 3 ）测频时的标准频率误差； （4 ）读数错误
17、 通常用热电阻测量（ C ）. A .电阻 B .扭矩 C .温度 D .压力 18、 在热电偶测温电路中，接入第三种导体，若其两端的温度不同，则对回路的总电动势
有）影响；若其两端温度相同，则对回路的总电动势（ 没有）影响。

A 、没有
B 、有
C 、不知道有没有 19、 常见的热电阻是由（ A ）种导体组成的。

A 、一种
B 、二种
C 、三种
20简用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的时（
B ）。

A .接线方便 B 减小引线电阻变化产生的测量误差
C .减小桥路中其它电阻对热电阻的影响 21、利用热电偶测温的条件是（ C ） A .分别保持热电偶两端温度恒定 C .保持热电偶冷端温度恒定 22、工程（工业）中，热电偶冷端处理方法有（
D ） A 、热电动势修正法 B 、温度修正法
C 、0C 恒温法
D 、冷端延长法
正确答案A 、D
23、 D 的数值越大，热电偶的输出热电势就越大。

A 、热端直径 B 、热电极的电导率
C 、热端和冷端的温度
D 、热端和冷端的温差 24、 在以下几种传感器当中 C 属于自发电型传感器 A 、电容式 B 、电阻式 C 、热电偶 D 、电感式 25、 热电阻测量转换电路采用三线制是为了 B A 、提高测量灵敏度 B 、减小引线电阻的影响 C 、减小非线性误差 D 、提高电磁兼容性
D 减小桥路中电源对热电阻的影响 B 保持热电偶两端温差恒定
D 保持热电偶热端温度恒定
26、汽车衡所用的测力弹性敏感元件是A_
A、实心轴
B、弹簧管
C、悬臂梁
D、圆环
27、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是C—
A、补偿热电偶冷端热电势的损失
B、起冷端温度补偿作用
C将热电偶冷端延长到远离高温区的地方
四、简答题
1、减少系统误差有哪几种方法？
a.从产生误差源上消除系统误差
b.引入修正法
c.零位式测量法d补偿法 e.对照法
2、金属电阻应变片测量外力的原理是什么？
当电阻丝受到拉力F作用时，将伸长厶I，横截面积相应减小△ A ,电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变电阻率，而引起电阻值相改变
3、什么是霍尔效应？
将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行电流和磁场方向的两个面产生电动势
4、MEMS
MEMS是微机电系统，MEMS由硅片采用光刻和各向异性刻蚀工艺制造而成，具有尺寸小、重量轻、成本低、可靠性高、抗振动冲击能力强以及易批量生产等优点。

5、简述热电势（对于热电偶而言）存在必须具备的条件。

1由两种不同的金属材料组成热电偶
2两端存在温差
6、光电接收元件的主要特性有哪些？其中影响测量速度的是什么特性？影响光源和灵敏度的是什么特性？
1光谱特性2伏安特性3光照特性
4温度特性5频率特性
影响测量速度的是光照特性
影响光源和灵敏度的是光谱特性
7、简述霍尔传感器的工作原理。

在霍尔元件的平面法线方向施加磁感应强度B，经有控制电流引线通入控制电流I，则由于洛仑兹力的作用，两个霍尔电极上出现相反极性载流子的积累，从而在霍尔电势输出引线之间产生霍尔电势U H，U H=K H IB。

8简述电涡流式传感器的工作原理。

它由传感器激励线圈和被测金属体组成，根据法拉第电磁感应定律，当传感器激励线圈中通以正弦交变电流时，线圈周围将产生正弦交变磁场，使位于该磁场中的金属导体中产生感应电流，该感应电流又产生新的交变磁场。

9、简述中间导体定律.
在热电偶回路中，冷端断开接入与A,B电极不同的另一种导体，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电势不受中间导体接入影响
10、简述红外线气体分析仪的工作原理.
11、简述热导式气体分析仪器工作原理.
12、简述差动变压器工作原理.
13、简述压电式传感器的工作原理
14.简述光纤传感器的优点
15.简述无线传感器网络定义和组成
五、计算、分析题
1、图1 为一直流应变电桥，E = 16V, R1=R2=R3=R4=700Q, 求：①R1为
应变片其余为外接电阻，
R1增量为△ R1=3.5 Q时输出U o二？。

②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出
U o=?
③R1、R2感受应变极性相反，输出U o二?。

④ R1、R2、R3、R4都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出U o=?
1 U o=U(( R1 + A R1 )* R3+ R2* R4)/( (( R1+A R1 )+ R4) ( R
2 +R3))
=0.02V 图1
2 U o=U(( R1+A R1 )* R3+ ( R2+△R2 )* R4)/( (( R1+A R1 )+ R4)(( R2+A R2) +R3)) =0
3 U o=U(( R1+A R1 )* R3+ ( R2-A R2 )* R4)/( (( R1+A R1 )+ R4) (( R2-A R2) +R3))
=0.04V
4 U o=U(( R1+A R1 )* ( R3+A R3)+ ( R2-A R2 )* ( R4-A R4 ))/( (( R〔+△R1 )+ ( R4-A R4 )) (( R2-A R2) +( R3+A R3 )))
=0.08V
2、带有相敏整流电桥的差动自感传感器电桥测量电路如下，假设
衔铁处于中间位置时Z1=Z2=Z，R1=R2，其中Z1，Z2为差动自感
传感器线圈阻抗，试分析其测量原理，说明为什么能够消除零点
残余电压的影响。

3、已知超声波传感器垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中的传播速度1460m/s,测的时间间隔为40 s,求物位的高度？
4、求图2所示光纤n1 =51/2/2, n2 =31/2/2的数值孔径
值。

如光纤外部介质的n o =1，求最大入射角i=?
6分析如图3所示自感传感器当动铁心左右移动（x i ,x 2 生变化时自感L 变化情况。

已知空气隙的长度为 X 1和X 2, 气隙的面积为S ,磁导率为卩，线圈匝数 W 不变）。

9、下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容 C1、 C2，两边压力分别为P1、P2。

下图右为二极管双T 型电路，电路中电 容是左图中差动电容，UE 电源是占空比为50%的方 波。

试分析： 1） 当两边压力相等P 仁P2时负载电阻RL 上的电压U0值； 2） 当P1>P2时负载电阻RL 上电压U0大小和方向（正负）。

y(t)i
5、分析图示参数的含义 10、下图为变极距型平板电容电容传感器的一种测量电 路，其中C X 为传感器电容，C 为固定电容，假设运放增 益A*,输入阻抗Za ；试推导输出电压Uo 与极板间距 的关系，并分析其工作特点。

VD1 A R1
C1
C2
R
L
发 空
凹
11、下图为一直流应变电桥，其中， E=4V , R I =R 2=R 3=R 4=120Q ，试求： （1） R I 为应变片，其余为外接电阻，当 R I 的增量为厶R I =1.2 Q 时，电桥输出电压为多少？ （2） R I 、R 2均为应变片，批号相同，感受应变的极性和大小相同，其余为外接电阻，电桥输 出电压为多少？
（3） R i 、R 2均为应变片，批号相同，感受应变的极性相反，且 R I | | R 2 1.2 ，其余为外接 电阻，
电桥输出电压为多少？ （4） 由题（1）~（ 3）能得出什么主要结论？
1 R
1 12
答（1） U o =!
1
u=! M=0.01（V ）=10（mv ）
4 R
4 120
V 7 V 7
（2） U o =O （V ）
1
R
⑶ U o =丄—U=2O （mV ）
2 R
（4）由（1）〜（3 ）可以看出，双臂电桥比单臂电桥灵敏度提高一倍；可利用双臂电桥消除 温度变化对测量误差的影响。

图3-2应变式等强度悬臂梁力传感
14、今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图 F1-5所示。

该 梁在其悬臂梁一端受一向下力 F=O.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。

已知：应变片灵敏系 数K=2.1;应变片空载电阻 R0=120Q O 15、图F1-6所示一受拉的1O#优质碳素钢杆。

1）试用允许通过的最大电流为 3OmA 的康铜丝应变片组成一单臂受感电桥。

试求出此电桥空 载时的最大可能的输出电压（应变片的电阻为 12O Q ） O 16、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路， 图中R2=R3=R 是固定电阻, R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，△ R 表示应变片发生应变后，电阻值的变 化量。

当应变片不受力，无应变时△ R=O ,桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥 路失去平衡，这时，就用桥路输出电压 Ucd 表示应变片应变后电阻值的变化量。

试证:Ucd=-(E/2)( △ R/R)。

(15 分)
cd
E
17、某直流电桥测量电阻Rx，当电桥平衡时，三个桥臂电阻分别为R3=100Q, R2=50Q,
R4=25Q。

求电阻Rx等于多少？
18、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。

19、图2-29为一直流应变电桥。

(注：把图画上)图中E=4V, R I=R2=R3=R4=120Q，试求：
(1)R1为金属应变片，其余为外接电阻。

当R1的增量为厶R1=1.2Q时，电桥输出电压U0及非线性误差各为多少？
(2)R1、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，问能否进行应变测量？
(3)题(2)中，如果R2与R1感受应变的极性和大小相反，且仏R1|=|A R2|=1.2Q，问输出电压U0及非线性失真各为多少？
(4)由题(1) ~ (3)能得出什么结论与推论？
20、在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一组电阻为120的金属应变片
R i(i=1~8)女口图所示，若钢泊松系数=0.285，应变片灵敏系数k=2，电桥电源电压U=2V，当
试件轴向压缩时，测得应变片R i (i = 1~4)的电阻变化R=0.48 ，试求：
(1)应变量。

(2)画出电桥的形式，并说明其理由。

(3)试求电桥的输出电压。

R 0.48
答：⑴—k R'1200.002(mm / mm)
R k 2
(2) 双臂电桥电路如图
(3) 方法一：U0=k U(1 2 3 4)
4
-U U R 2 门0.48
=k 2 = 2 0.004(V)
4 2 R 2 120
=4( mv)
方法二，采用单臂电桥(电桥电路略)
U o=2( mv) 21、被测电压的实际值在10V左右，现有100V，0.5级和15V，1.5级两块电压表，选择哪块电压表测量更合适，并说明其原因。

(5分)
答：100V，0.5 级U1= 100 0.5/100= 0.5V
15V，1.5 级U2= 15 1.5/100= 0.225V
选第二块电压表较合适，因为测量绝对误差小，而且10V实际电压可达满量程2/3，减少
测量误差。