傳感器原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)題

1、一、填空題（每題 3分）1、 傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的 敏感元件、產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件、 以及相應(yīng)的基本轉(zhuǎn)換電路組成。2、 金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)是指 金屬材料在受到外力作用時，產(chǎn)生機械變形，導(dǎo)致其阻值 發(fā)生變化的現(xiàn)象_。3、 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)是半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化_。4、金屬絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片比較其相同點是它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機械變形，從而導(dǎo)致材料的 電阻 發(fā)生變化。5、 金屬絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片比較其不同點是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機械形變?yōu)橹鳎?材料的電阻率相對變化為輔；而半導(dǎo)體材料則正好相反，其應(yīng)變效應(yīng)以機械形變導(dǎo)致的電阻率的相對變化為主

2、，而機械形變?yōu)檩o。6、 固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻 效應(yīng)。7、 應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將材料應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。8、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確地測量出來，需采用特別設(shè)計的測量電路，通常 采用 電橋 電路。9、 電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為 電容量的變化來實現(xiàn)對物理量的測量。10、 變極距型電容傳感器做成差動結(jié)構(gòu)后，靈敏度提高原來的2倍。11、電容式傳感器的優(yōu)點主要有測量范圍大、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)時間短、機械損失小、結(jié)構(gòu)簡單 、適應(yīng)性強。12、 電容式傳感器主要缺點有寄生電容影響較大、當(dāng)電容式傳感器用于變間隙原理進行測量時具有非線性輸出特性。

3、13、 電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的一種傳感器。14、 電渦流傳感器從測量原理來分，可以分為高頻掃射式和低頻透射式 兩大類。15、 電感式傳感器可以分為自感式、互感式、渦流式三大類。16、壓電式傳感器可等效為一個 甬荷源和一個電容并聯(lián),也可等效為一個與電容相串聯(lián)的電 壓源。17、 壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)電型傳感器（或發(fā)電型傳感器），其以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng) 為基礎(chǔ),來實現(xiàn)非電量檢測的目的。18、某些電介質(zhì)當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象， 號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為（同時在它的表面產(chǎn)生符 正壓電）_效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時電介質(zhì)會

4、產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱電致伸縮效應(yīng)。19、 熱電動勢來源于兩個方面，一部分由兩種導(dǎo)體的接觸電勢 構(gòu)成,另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電勢。20、 補償導(dǎo)線法常用作熱電偶的冷端溫度補償，它的理論依據(jù)是中間溫度 定律。21、 常用的熱電式傳感元件有熱電偶 和熱敏電阻。22、 熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢 的測溫元件,熱電阻和熱敏電阻是將溫度轉(zhuǎn)換為電_ g 變化的測溫元件。23、 熱電阻最常用的材料是鉗 和銅,工業(yè)上被廣泛用來測量中低溫區(qū)的溫度，在測量溫度要求不高且溫度較低的場合，銅熱電阻得到了廣泛應(yīng)用。24、 熱電阻引線方式有三種，其中 三線制 適用于工業(yè)測量，一般精度要求場合;二線制適用于引線不長，精

5、度要求較低的場合；四線制適用于實驗室測量，精度要求高的場合。25、用石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產(chǎn)生的（ 電荷）與作用在晶面上的壓強成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無關(guān)。26、 金屬應(yīng)變片的彎曲半徑越大，其橫向效應(yīng)也越。27、 影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K。的主要因素是導(dǎo)電材料幾何尺寸 的變化。28、 傳感器的基本特性通常指的是傳感器的輸入和 輸出 之間的關(guān)系特性。29、 常用的基本電量傳感器包括 電阻式、電感式和電容式傳感器。30 .半導(dǎo)體氣體傳感器可分為電阻式 與 非電阻式兩大類。31 .用半導(dǎo)體制成霍爾組件的測量誤差主要來自于溫度誤差和 零位誤差。32 .霍爾傳感器的零位誤差主要

6、包括不等位電勢 和 寄生直流電動勢 。1.33.半導(dǎo)體熱敏電阻分 （正溫度系數(shù)熱敏電阻）（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）（臨界溫度系熱敏電 阻）三類。、選擇題1、金屬絲應(yīng)變片在測量構(gòu)件的應(yīng)變時,電阻的相對變化主要由（B ）來決定的。A、貼片位置的溫度變化B、電阻絲幾何尺寸的變化C、電阻絲材料的電阻率變化D、外接導(dǎo)線的變化2、不能用渦流式傳感器進行測量的是3、A 位移B材質(zhì)鑒別C探傷D非金屬材料通常所說的傳感器核心組成部分是指:A、敏感元件和傳感元件B、敏感元件和轉(zhuǎn)換元件C、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路D、敏感元件、調(diào)理電路和電源4、 為提高電橋的靈敏度，可采取的方法是：（C ）。A、半橋雙臂各串聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；

7、B、半橋雙臂各并聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；C、適當(dāng)提高電橋的電源電壓；D、增大應(yīng)變片的初始電阻值。5、 一階傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的10%到90%所需的時間是（B ）。A、延遲時間 B、上升時間 C、峰值時間D、響應(yīng)時間6、 傳感器的下列指標(biāo)全部屬于靜態(tài)特性的是（C ）。A、線性度、靈敏度、阻尼系數(shù)B、幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差C、遲滯、重復(fù)性、漂移D、精度、時間常數(shù)、重復(fù)性ABCD ）。7、（本題為多選題）利用霍爾片，我們可以測量一步到位哪些物理量（A、磁場；B、電功率；C、載流子濃度；D、載流子類型。8、"傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是（B）oA、重復(fù)性B、固有頻率C、靈敏度D、漂移9、影響金屬

8、導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏度系數(shù)K的主要因素是（B ）。A、導(dǎo)電材料電阻率的變化B、導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化C、導(dǎo)電材料物理性質(zhì)的變化D、導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化10、電阻應(yīng)變片的線路溫度補償方法有（B ）。A、差動電橋補償法B、補償塊粘貼補償應(yīng)變片電橋補償法C、補償線圈補償法D、恒流源溫度補償電路法d增加時，將引起11、試題關(guān)鍵字：變間隙式。當(dāng)變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離傳感器的（B ）。A、靈敏度增加 B、靈敏度減小C、非線性誤差增加D、非線性誤差不變AB ）。12、（本題為多選題）電容式傳感器中輸入量與輸出量的關(guān)系為線性的有（A、變面積型電容傳感器B、變介質(zhì)型電容傳感器C、變電荷型電容傳感器D

9、、變極距型電容傳感器 13、交流電橋的平衡條件為 （B ）。A、相鄰橋臂阻抗值乘積相等B、相對橋臂阻抗值乘積相等C、相對橋臂阻抗值比值相等D、相鄰橋臂阻抗值之和相等14、下列說法正確的是（D ）oA、差動整流電路可以消除零點殘余電壓，但不能判斷銜鐵的位置。B、差動整流電路可以判斷銜鐵的位置和運動方向。C、相敏檢波電路可以判斷位移的大小，但不能判斷位移的方向。D、相敏檢波電路可以判斷位移的大小和位移的方向 。15、石英晶體在沿電軸 X方向的力作用下會（D ）。A、不產(chǎn)生壓電效應(yīng)B、產(chǎn)生逆向壓電效應(yīng)C、產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)D、產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)16、 為了減小熱電偶測溫時的測量誤差，需要進行的溫度補償方

10、法不包括（D ）。A、補償導(dǎo)線法B、電橋補償法G冷端恒溫法以差動放大法17、熱電偶測量溫度時（D ）。A、需加正向電壓 8需加反向電壓C、加正向、反向電壓都可以以 不需加電壓18、 鐐銘-鐐硅熱電偶靈敏度為 0.04 mV/°C,把它放在溫度為1200 C處，若以指示儀表作為冷端，此處溫度為 50 °C,則熱電勢大小（B ） mVA、 60;B、 46;C、 56; 以 66。19、 已知在某特定條件下材料A與鉗配對的熱電勢為 13.967 mV材料B與鉗配對的熱電勢是8.345 mV,則在此特定條件下，材料A與材料B配對后的熱電勢為（ A ） mVA、5.622 ;B、6

11、.622 ; G 7.622 ; 以 8.622。20、 當(dāng)變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的（ BD ）。A.靈敏度增加B.靈敏度減小C.非統(tǒng)性誤差增加D.非線性誤差減小21超聲波傳感器的聲波頻率（D ）A .低于 16Hz B .低于 10kHzC.高于 10kHz D.高于 20kHz22、以下屬于無源型傳感器是（ D ）A.發(fā)電型B .熱電偶C.壓電式傳感器D.電阻式傳感器23. 以下不屬于電容式傳感器測量電路的是（ A ）A.調(diào)頻電路 B .放大器C.交流電橋D.脈沖電路24. 以下特性屬于傳感器動態(tài)特性的是（ A ）A.瞬態(tài)響應(yīng)B.線性度C.靈敏度D.穩(wěn)定

12、性25. 電渦流傳感器常用的材料為（ D ）A.玻璃B.陶瓷C.高分子D.金屬1. 下列四種光電元件中，基于外光電效應(yīng)的元件是：（C ）A、光敏二極管B 、硅光電池 C、光電管 D 、光導(dǎo)管2. 光纖傳感器的種類很多，工作原理也各不相同，但都離不開（ C ）A、光的調(diào)制一個環(huán)節(jié)； B、光的解調(diào)一個環(huán)節(jié)；C、調(diào)制與解調(diào)兩個環(huán)節(jié) ； D、光的反射3. 在光線作用下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于（）。A、外光電效應(yīng)B、光生伏特效應(yīng)C、光電發(fā)射D、光電導(dǎo)效應(yīng)4. 光電管傳感器所加的電源電壓（）A、正向電壓； B、交流電壓； C、感應(yīng)電壓；D、反向電壓；5. 磁敏傳感器中將被測物理量轉(zhuǎn)換為霍爾電勢的傳感

13、器是利用（）A.壓電效應(yīng)原理B .力學(xué)效應(yīng)原理C.光電效應(yīng)原理D.霍爾效應(yīng)原理6. 利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件是（）A .光敏電阻B.熱敏電阻C.磁敏電阻 D.力敏電阻7. 以下屬于無源型傳感器是（ B ）A、發(fā)電型B、熱電偶 C、氣敏傳感器 D、電阻式傳感器8. 利用霍爾效應(yīng)制成的傳感器是（ C ）A .應(yīng)變式傳感器B .溫度傳感器 C .霍爾傳感器D .氣敏傳感器9. 光纖的數(shù)值孔徑 NA的大小為（ C ）A、n-n;B、n/-n; C、y ni n2 ；以 Jn2 ni10. 光電管傳感器（光電倍增管）的制作原理是（）A、內(nèi)光電效應(yīng)； B、光生伏特效應(yīng)；G外光電效應(yīng)；

14、以 壓差效應(yīng)。11. 不能采用非接觸方式測量的傳感器是：（）。A、霍爾傳感器；B、光電傳感器；C、熱電偶； D、渦流傳感器12. 直流電橋的平衡條件為 （）。A、相鄰橋臂阻抗值乘積相等B、相對橋臂阻抗值乘積相等C、相對橋臂阻抗值比值相等D、相鄰橋臂阻抗值之和相等預(yù) 測 題2. 對于正弦輸入信號，傳感器的響應(yīng)稱為頻率形影或穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，對于階躍信號，則稱為階躍響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)。三、判斷題（在你認(rèn)為對的判斷后打«,錯的判斷后打x,每題1分，10題共10分）1. 壓電式傳感器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，適合于頻率較低的被測量的測量，甚至是靜態(tài)量的測量。（x ）2. 線性度是傳感器的靜態(tài)特性之一。

15、（/ ）3. 電渦流式傳感器可以進行無接觸測量和探傷。（/ ）4. 應(yīng)變片式壓力傳感器僅能對壓力進行測量。（X ）5. 時間響應(yīng)特性為傳感器的靜態(tài)特性之一。（X ）6. 電阻應(yīng)變片式傳感器可以對位移、加速度、壓力等進行測量。（/）7. 在傳感器的基本特性中，瞬態(tài)響應(yīng)特性是其動態(tài)特性之一。（/ ）8. 電渦流式傳感器不可以進行無接觸測量。（X ）9. 電容式傳感器可以對位移、加速度、壓力等進行測量。（/ ）10. 傳感器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指的是輸入信號為正弦信號的頻率響應(yīng)。（V ）11. 超聲波測流速的機理是它在靜止流體和流動流體中的傳播速度不同。（V ）13. 傳感器按輸入量分為模擬式和數(shù)字式傳感器。

16、（X ）14. 電渦流式傳感器屬于電容式傳感器，可以用于無損探傷。（X ）17. 光纖傳感器最基本的工作原理離不開光的調(diào)制和解調(diào)兩個環(huán)節(jié)。（對）18. 磁敏二極管是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的。（錯）19. 光電管和光電倍增管是利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的。（錯 ）20. 光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大。這樣光敏電阻的靈敏度就高。（對）21. 光電管傳感器所加的電源電壓為反向電壓。（對）；22 .光電管傳感器的制作原理是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的。（錯）；23. 玻爾帖電勢（接觸電勢）只與兩種金屬接點的溫度有關(guān)。（錯）；24. 光電材料在光的照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)

17、射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。（對）；25. 光電倍增管的作用是改變光電管檢測光電流的信噪比。（對 ）；26. 半導(dǎo)體電阻型氣敏傳感器都設(shè)有加熱器的作用是為了減小測量時的氣體電阻。（錯）；27. 霍爾電壓與磁感強度成正比，磁感強度改變方向時，霍爾電壓也改變方向。（對 ）四、簡答題（4題，共18分）1、 在傳感器測量電路中， 直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場合？用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？答：直流電橋適合供電電源是直流電的場合，交流電橋適合供電電源是交流的場合。半橋電路比單橋電路靈敏度提高一倍，全橋電路比單橋電路靈敏度提高4倍，且二者均無非線性誤差。2、 根據(jù)電容

18、式傳感器工作原理，可將其分為幾種類型？每種類型各有什么特點 ？各適用于什 么場合？答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3種：變極板間距的變極距型、變極板覆蓋面積的變面積型和變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型。變極板間距型電容式傳感器的特點是電容量與極板間距成反比，適合測量位移量。變極板覆蓋面積型電容傳感器的特點是電容量與面積改變量成正比，適合測量線位移和角位移。變介質(zhì)型電容傳感器的特點是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，通過改變介質(zhì)的介電常數(shù)實現(xiàn)對被測量的檢測， 并通過電容式傳感器的電容量的變化反映出來。 適合于介質(zhì)的介 電常數(shù)發(fā)生改變的場合。3、簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明其實用價值。答：

19、1、中間導(dǎo)體定律；2、標(biāo)準(zhǔn)電極定律；3、連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律 實用價值：略。4、【必考題】熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？常用的補償方法有哪些？答（1）因為熱電偶的熱電勢只有當(dāng)冷端的溫度恒定時才是溫度的單值函數(shù)，而熱電偶的標(biāo)定時是在冷端溫度特定的溫度下進行的，為了使熱電勢能反映所測量的真實溫度，所以要進行冷端補償。（2） A:補償導(dǎo)線法B:冷端溫度計算校正法 C:冰浴法D:補償電橋法。5、【必考題】什么叫電阻應(yīng)變效應(yīng)？什么叫壓阻效應(yīng)？解：電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬材料在受到外力作用時，產(chǎn)生機械變形，導(dǎo)致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化6、試比

20、較金屬絲電阻應(yīng)變儀與半導(dǎo)體應(yīng)變儀的相同點與不同點？Ro = R/ R = 1 2m :!-解：相同點：兩者的 R,即單根的導(dǎo)電絲的靈敏度系數(shù)均遵從不同點：對金屬來說，兀E很小，可忽略不計。對半導(dǎo)體而言，bE比1+2u大得多,即半導(dǎo)體靈敏度要比金屬大 50-100倍。7、會畫電橋。各自的輸出電壓及電橋的靈敏度如何計算？什么是傳感器？請畫出傳感器系統(tǒng) 的組成框圖。解：8. 什么叫外光電效應(yīng)？什么叫光電導(dǎo)效應(yīng)？什么叫光生伏特效應(yīng)？解：外光電效應(yīng)：光電材料在光照射下，電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象 光電導(dǎo)效應(yīng)：光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象光生伏特效應(yīng)：光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同

21、部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn) 象。9. 什么是霍爾效應(yīng)？ 一個霍爾元件在一定的電流控制下，其霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)？解：置于磁場中的半導(dǎo)體薄片的電流方向與磁場方向不一致時(1分)，在半導(dǎo)體薄片上平行于電流和磁場方向(1分)的兩個面之間產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象.(1分)AA*2分）E=KIB。 K是霍爾元件的靈敏度系數(shù)。I是電流。B是與I和E均垂直方向上的磁感應(yīng)強度。量帶來誤差。)6、一個鐵氧體環(huán)形磁芯，平均長度為12cm,橫截面面積為1.5 cm2，平均相對磁導(dǎo)率為r= 2000。求:(1)均勻繞線500匝時的電感;(2)匝數(shù)增加1倍時的電感。解：當(dāng)線圈繞在這種圓形的磁芯上時,電感的計算公式為21 :L=

22、 N = Rm2.5* 105.2* 10-2-7 一 .-42000* 4* p* 10 * 1.5* 102 : L2= 4* L= 31.4H= 7.85H7.一電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k=2,阻值R=120。設(shè)工作時其應(yīng)變?yōu)?1000 ,問其電阻變化為多少?解：因為 S=(AR/R)M,所以，AR = S«R =2*1000*10*120%=0.24 Q8.霍爾組件 L*W*D=10*2*1(mm)3，沿L方向通以電流I=2mA ,在垂直于LW方向加有均勻磁場B=0.1T，傳感器的靈敏度系數(shù)解：輸出的霍爾電勢為:可得載流子濃度為:Kh=20V/A*T。試求其輸出霍爾電勢及載流子

23、濃度。Uh=KhBI=20*2*10 -3*0.1mV=4mVKh=字，N =【dnen=1/(K h*ed)=1/(20*1.6*10 一19*1*10 -3)m3=3.125m333.圖1所示為一直流應(yīng)變電橋。Ui=5V , R1=R2=R3=R4=120 Q ,試求：如果 R1、R2感受應(yīng)變極性相反，且|A R1|=|A R2|=1.2 Q,電橋的輸出電壓 U0為多少？圖134.下表為某熱電偶的分度表，測量電路如圖2所示，數(shù)字電壓表的讀數(shù)為4.10mV,熱電偶與電壓表用補償導(dǎo)線連接，計算被測溫度Tx是多少。溫度笆203040508090100110120130140熱電勢mV0.801.

24、201.602.023.263 384.104.514.905305.73J2/?3Uo或者"ir竺AR2 + AR3R4'_U_AR2 '4 M.21一危)< RR2R3R4 J4< RR2 J4 1201120 刀R3=20mVUo =URi E=0.02VR +Ri + R2 AR2R3 + RJ電壓表2or補僖導(dǎo)筑b' 20 c解：E(Tx,20 C )=4.10mVE(Tx,0 C )=E(Tx,20 C )+E(20 C ,0 C ) =4.10+0.80mV=4.90mV因為 E(120 C ,0 C )=4.90mV 所以 Tx=120 C35.已知某霍爾傳感器的激勵電流I=3A ,磁場的磁感應(yīng)強度B=5 X 10-3T ,導(dǎo)體薄片的厚度d=2mm，霍爾常數(shù) RH= 0.5,試求薄片導(dǎo)體產(chǎn)生的霍爾電勢UH的大小。解：由霍爾效應(yīng)原理實驗知，UH=RH .岑 （3 分）將已知數(shù)據(jù)代入上式得，3UH =0.5 X 竺竺4 = 3.75 （V） （3 分）2 1036.有一個以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容式傳感器，如下圖所示，其中a=8mm, b=12mm ,兩極板間的距離為 d=1mm。當(dāng)動極板在原始位置向左平移了5mm后，求傳感器電容量的變化 C及電容相對變化量 C/C。（空氣的相對介電常數(shù)£