傳感器與檢測技術(shù)總復(fù)習(xí)(精華)

1、填空：1傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成（電信號）的裝置。2傳感器是能感受規(guī)定的（被測量）并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用（輸出信號）的器 件或裝置。3. 傳感器一般由（敏感元件）與轉(zhuǎn)換元件組成。（敏感元件）是指傳感器中能直接感受被測量的部分（轉(zhuǎn)換元件）是指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號 部分。4. 半導(dǎo)體應(yīng)變片使用半導(dǎo)體材料制成，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的（壓阻效應(yīng)）。5. 半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬絲式應(yīng)變片相比較優(yōu)點(diǎn)是 （靈敏系數(shù)）比金屬絲高5080 倍。6. 壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料某一軸向受到外力作用時(shí)，其（電阻率p ）發(fā)生變化的現(xiàn)象。7. 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于（應(yīng)變

2、效應(yīng)）,即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的 電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。8. 金屬應(yīng)變片由（敏感柵）、基片、覆蓋層和引線等部分組成。9. 常用的應(yīng)變片可分為兩類：（金屬電阻應(yīng)變片）和（半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片）。半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料的 （壓阻效應(yīng)）。金屬電阻應(yīng)變片的工 作原理基于電阻的（應(yīng)變效應(yīng)）。10. 金屬應(yīng)變片有（絲式電阻應(yīng)變片）、（箔式應(yīng)變片）和薄膜式應(yīng)變片三種。11. 彈性敏感元件及其基本特性：物體在外力作用下而改變原來尺寸或形狀的現(xiàn) 象稱為（變形）,而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀，這種變 形稱為（彈性變形）。12. 直線電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度相同，但應(yīng)變不同，園弧

3、部分使靈敏系 數(shù)KJ下降，這種現(xiàn)象稱為（橫向效應(yīng)）。13. 為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測量誤差，現(xiàn)在一般多采用（箔式應(yīng)變片）。14. 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法1）應(yīng)變片的自補(bǔ)償法這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片 （稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變 片）來補(bǔ)償?shù)?，?yīng)變片的自補(bǔ)償法有（單絲自補(bǔ)償）和（雙絲組合式自補(bǔ)償） 。15. 產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個方面。1）（電阻溫度系數(shù)）的影響2）試件材料和電阻絲材料的（線膨脹系數(shù)不同）的影響16. 寫出三種能夠測量加速度的傳感器（電阻應(yīng)變片式傳感器）（電容傳感器） （壓電傳感器）17. 根據(jù)電容式傳感器工作原理可以將電容傳感器分成三類（變介

4、電常數(shù)型）、變面積型和（變極距型）18.電容傳感器測量液位時(shí)的電容值c與（液位高度h成線性）關(guān)系，所以可以用作液位傳感器_Ri19.交、直流電橋的平衡條件是什么？R1R4=R2RR2判斷：R4金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。其中絲式電阻應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好，允許通過的電流較大，可制成各種所需的形狀，便于批量 生產(chǎn)。（X）2. 單臂電橋，顧名思義就是只有一個應(yīng)變片的測量電路就是單臂橋，相反就不是 單臂（X）3直流電橋平衡條件是其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等。（V）4電容傳感器因?yàn)闃O板間添加的是絕緣物質(zhì)所以不能測量導(dǎo)電性液體（）5. 壓電陶瓷與天然晶體是具有相同性質(zhì)的壓電效應(yīng)的壓電

5、材料。（X）6. 壓電陶瓷極化后才具有壓電特性，未極化時(shí)是非壓電體。（V）選擇：1演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體 M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動滑動變阻 器的金屬滑桿p,通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小 x。假設(shè)電壓 表是理想的，則下列說法正確的是（）0-X <M1,11廠A物體M運(yùn)動時(shí)，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B物體M運(yùn)動時(shí)，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C物體M不動時(shí)，電路中沒有電流D 物體M不動時(shí)，電壓表沒有示數(shù)2、下列不屬于按輸出信號分類的傳感器是？（B）A開關(guān)型傳感器B能量轉(zhuǎn)換型傳感器C模擬型傳感器 D數(shù)字型傳感器3、應(yīng)變測量中，希望靈敏度高、線性好、有溫度自補(bǔ)償功能，應(yīng)選擇以

6、下哪種 類型的測量轉(zhuǎn)換電路。（C）A.單臂半橋B.雙臂半橋C.差動全橋D.有溫度補(bǔ)償?shù)膯伪蹣?、 按照工作應(yīng)變片的個數(shù)分類的是？（C）A.直流電橋B.對稱橋C.差動全橋D.電源對稱橋5. 通常用應(yīng)變式傳感器測量（C）。A溫度B密度 C加速度 D電阻6. 測量溫度不可用傳感器（B）。A.熱電阻 B.熱電偶 C.電阻應(yīng)變片D.熱敏電阻7. 下列屬于按被測量分類的傳感器是？（ D ）A溫度補(bǔ)償應(yīng)變片B壓電傳感器C模擬傳感器D重量傳感器8. 下列加速度傳感器的那個部分是敏感元件？其中，1是等強(qiáng)度梁2是質(zhì)量塊3 外殼4應(yīng)變片（A）31等強(qiáng)度梁；2質(zhì)量塊3 殼體;4 電阻應(yīng)變敏感元體A .1 和 2 B.

7、 3 C .2 D.1. 只有在皿/百 1時(shí)，M與山£才近似為線性關(guān)系另外 起始距離"越小.相同引起的比越大,電容傳感器的-:I '' ' 'IBA. 25200mm B. 25200 卩 m C. 25200nm D. 25200cm9. 云母片的相對介電常數(shù)是空氣的7倍，其擊穿電壓不小于1000 kV/mm,而空氣僅為3 kV/mm因此有了云母片，極板間起始距離可大大減小。一般變極板間 距離電容式傳感器的起始電容在 20100pF之間，極板間距離在25200卩m的 范圍內(nèi)。最大位移應(yīng)小于間距的（B 1/10），故在微位移測量中應(yīng)用最廣。A

8、. 1/5 B. 1/10 C. 1/20 D. 1/210. 在壓電片的x方向施加壓力時(shí)，以下選項(xiàng)正確的是（A ）A在X軸的正方向出現(xiàn)正電荷；B在X軸的正方向出現(xiàn)負(fù)電荷；C在Y軸的正方向出現(xiàn)正電荷 D在Y軸的正方向出現(xiàn)正電荷11. 那些材料適合做霍爾元件？（ C ）A絕緣材料B金屬材料C N型半導(dǎo)體D P型半導(dǎo)體 大題：1.應(yīng)當(dāng)指出，若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過程必須滿足以下4個條件: 在應(yīng)變片工作過程中，保證 R3=R4 R1和RB兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)a、線膨脹系數(shù)B、應(yīng)變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0b 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨 脹系

9、數(shù)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場。2. 金屬電阻應(yīng)變片的材料對電阻絲（敏感柵）材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大， 且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； P值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值； 與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的接觸電勢??； 機(jī)械強(qiáng)度高， 具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。3. 電阻應(yīng)變片的測量電路測量電路的分類：按工作應(yīng)變片個數(shù)來分：1）、單臂電橋2）、雙臂電橋（差動半 橋）3）、全橋（差動全橋）討論：單臂電橋、雙臂電橋、全橋誰的靈敏度最高？1. 測量電路的靈敏度-單臂電橋當(dāng) R仁 R2=R3=RWo電橋電壓靈敏度最

10、高，此時(shí)有:ERiKu此時(shí)有:4R1E R12 R1測量電路的靈敏度全橋（差動全橋）當(dāng) R1=R2=R3=R#,電橋電壓靈敏度最高，此時(shí)有:UoEfKuE4. 克服非線性誤差方法：差動測量電路為了減小和克服非線性誤差， 常采用差動 電橋如圖所示，在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變, 接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動電路， 如圖（a）所示。（a）（b）（a）半橋差動電橋（b）全橋差動電橋5、應(yīng)變片的溫度誤差由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個方面。產(chǎn)生溫度誤差的原因：1）電阻溫度系數(shù)的影響2）試件材料和電

11、阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同的影響1. 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法：1）應(yīng)變片的自補(bǔ)償法：應(yīng)變片的自補(bǔ)償法有（單絲自補(bǔ)償）和（雙絲組合式自補(bǔ)償）2）橋路補(bǔ)償法（線路補(bǔ)償）6. 對于應(yīng)變片式傳感器單臂橋測量電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，必須滿足的條件是？ 在應(yīng)變片工作過程中，保證 R3=R4 R1和RB兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)a、線膨脹系數(shù)B、應(yīng)變靈 敏度系數(shù)K和初始電阻值R0b 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨 脹系數(shù)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場。7. 今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應(yīng)變片，組成全橋，如下圖所 示。該梁在其懸臂梁一端

12、受一向下力 F=0.5N,試求此時(shí)這四個應(yīng)變片的電阻值。 已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù) K=2.1 ;應(yīng)變片空載電阻R0=120Qot 3 mmE 7010 5 Pa Q6(1 x)FWEt21ll 25cmW 6 cm6l x F0 256(°25 2)°5WEt20.06 70 105 (0.003)20.10R kR, x 2.1 120 0.10 25.2R1 R, R0R 120 25.2 145.2R, R4 R0R 120 25.2 94.88.電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)平板電容器，由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮空輒.井豐.1IC今帝忖*

13、厶曠 （邊緣）效應(yīng)，其電容量為：d 9.變介電常數(shù)型電容傳感器概述：測量液位高度Dd結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部分，電容值 c與液位高度h（成線性關(guān)系）Coa1.變面積型電容式傳感器2當(dāng)動極板沿長度方向平移 x時(shí)，電容相對變化量為 這種形式的傳感器其電容量 C與（水平位移厶x ）呈線性關(guān)系7定極板動極板1.變面積型電容式傳感器角位移型可以看出，傳感器的電容量 C與（角位移B ）呈線性關(guān)系變極距型電容傳感器只有在山7“】時(shí)"與山上才近似為線性關(guān)系（另外起始距姑川越小相同2W引起 的越大，為了提高靈敏度,所以電容傳感器的起始 1距離都很小，這會導(dǎo)致出現(xiàn)什么間題以及解決辦法是?電容傳感器的起始距離

14、很小,會導(dǎo)致電容器被擊穿或短路,解決方法是可以在變極距型電容傳感器極板間 添加高介電常數(shù)物質(zhì),如云母片1.變極距型電容傳感器為了提高靈敏度 卻隨著d0的減小而增大。1.怎樣減少非線性誤差？在實(shí)際應(yīng)用中, 都米用（差動式結(jié)構(gòu)）。,應(yīng)減小起始間隙d0,但（非線性誤差）為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大1.差動測量法靈敏度得到一倍的改善d1do線性度得到改善do100%d°100%1.測量電路電容傳感器的等效電路（自學(xué)）減小誤差的方法：1）減小溫度、濕度等變化所產(chǎn)生的誤差，保證絕緣材料的絕緣性能2）消除和減小邊緣效應(yīng)（p83）3）消除和減小寄生電容的影響（p83）-渙!最申,昭分類I -電

15、呆各調(diào)®rj制年專:S:卒|燮甲-調(diào)中畐電路一電流電橋（輸出立濟(jì)f信號電 J略 蓉宜接迪過低通謔波之啟 叩可 得到閘皮映極板變化 右 向 的 直漩彳言號1.對于變極距型電容傳感器采用運(yùn)算放大器測量電路時(shí)的輸出電壓與（極板間距離d）成線性關(guān)系。1.壓電元件受力后,（表面電荷與外力成正比關(guān)系）1.（壓電陶瓷制作傳感器靈敏度比壓電晶體高）1.壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，材料的內(nèi)部晶粒有許多自發(fā)極化的（電疇），他有一定的極化方向ll材半：1壓電陶瓷宰品詵電體高分于荷料壓電效應(yīng)比較星余 C自學(xué)不做要求肚誦1訊兀烷（壓刊荒筋啟6.1逆壓電效應(yīng)1.壓電效應(yīng)是可逆的 在介質(zhì)極化的方向施加電場

16、時(shí)，電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，這種 現(xiàn)象稱（逆壓電效應(yīng)）.2. 所以壓電元件可以將機(jī)械能一一轉(zhuǎn)化成（電能）也可以將電能一一轉(zhuǎn)化成機(jī)械1.渦流效應(yīng)原理： 閉合鐵芯（或一大塊導(dǎo)體）處于交變磁場中，交變的（磁通 量）使閉合鐵芯（或一大塊導(dǎo)體）中產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成（渦電流。2假如鐵芯（或?qū)w）是純鐵（純金屬）的，則由于電阻很小，產(chǎn)生的渦電流很 大，電流的（熱效應(yīng)）可以是鐵（或金屬）的溫度達(dá)到很高的，甚至是鐵（或金 屬）的熔點(diǎn)，使鐵熔化。3. 導(dǎo)體的外周長越長，交變磁場的（頻率越高），渦流就越大1.發(fā)射線圈1和接收線圈2分別放在被測材料G的上下低頻（音頻范圍）電壓el加到線圈3 1的兩端后,

17、在周圍空間產(chǎn)生一交變磁 場,并在被測材料G中產(chǎn)生渦流，此渦流損耗了部分能量，使貫穿3 2的磁力 線減少,從而使3 2產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e2減小。e2的大小與G的厚度及材料性質(zhì)有關(guān),實(shí)驗(yàn)與理論證明,e2隨材料厚度h增 加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減小。1.概述磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量（如：振動、位移、轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)換成（電信 號）的一種傳感器。常用的有磁電感應(yīng)式傳感器、霍爾式傳感器。磁電感應(yīng)式傳 感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動產(chǎn)生（感應(yīng)電動勢）；霍爾式傳感器是載流 半導(dǎo)體在磁場中有電磁效應(yīng)而輸出電動勢。是典型的（有源傳感器）。1. 霍爾傳感器就是基于霍爾效應(yīng)，把一個導(dǎo)體（半導(dǎo)體薄片）兩端通以控制電流I，在薄

18、片垂直方向施加磁感強(qiáng)度 B的磁場，在薄片的另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控 制電流I和磁場強(qiáng)度B的乘積成比例的電動勢UH（H是下角標(biāo)）。2. 通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流 I與磁場B方向垂直，在導(dǎo)體另外 兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱（霍爾效應(yīng)）。1.霍爾式傳感器的霍爾電動勢產(chǎn)生的原理？N123412答：一塊長為I、寬為b、厚為d的半導(dǎo)體薄片至于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場（磁 場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn) 生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。是因?yàn)檩d流子（電子）按著電流反方向運(yùn)動， 由于外磁場B的作用，使電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 結(jié)果在半導(dǎo)體的后 端面

19、上電子有所積累。而前端缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，形 成電場。稱為霍爾電場。1.當(dāng)霍爾元件的激勵電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則它的霍 爾電勢應(yīng)該為零，但實(shí)際不為零。 這時(shí)測得的空載霍爾電勢稱（不等位電勢）。1.當(dāng)霍爾元件通以激勵電流I時(shí)，若磁場B=0,理論上霍爾電勢 UH=O但實(shí)際 UH不等于0,這時(shí)測得的空載電勢稱（不等位電勢U0）。產(chǎn)生的原因（霍爾引出 電極安裝不對稱）（半導(dǎo)體材料不均勻）1.簡述霍爾傳感器位移測量原理？童爾尤件® ? -12ar樂式位移傳嶠祚的I：作原理圖2.簡述霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖7 - 13是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。

20、磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾 傳感器便可在每一個小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖，檢測出單位時(shí)間的脈 沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目的多少決定了傳感器測量轉(zhuǎn)速的 分辨率。填空電感式傳感器是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理 將非電量參數(shù)如: 位移、壓力、應(yīng)變、 流量等轉(zhuǎn)換成 電感量 的變化，然后通過相應(yīng)的測量電路 轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式輸出,實(shí)現(xiàn)非電量測量的一種裝置。某些晶體或多晶陶瓷， 當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時(shí)， 內(nèi)部就產(chǎn)生 極化現(xiàn)象，同 時(shí)在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的 電荷，當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的 極性 也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)

21、生的電荷量與 外力的大小成正比 。上述現(xiàn)象稱 為 正壓電效應(yīng) 。從傳感器的角度看光電效應(yīng)可分為兩大類：外光電效應(yīng) 和 內(nèi)光電效應(yīng) 。根據(jù)電容式傳感器工作原理可以將電容傳感器分成三類變極距型、 變面積型 和變介電常數(shù)型 。傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件, 由敏感或裝置元件 和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器通常電感式傳感器是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理將非電量參數(shù)如：位移、壓力、應(yīng)變、流量等轉(zhuǎn)換成 電感量 的變化，然后通過相應(yīng)的測量電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式輸出，實(shí)現(xiàn)非電量測量的一種裝置。變極距型3. 根據(jù)電容式傳感器工作原理可以將電容傳感器分成三類變面積型和變介電常數(shù)型。4. 根據(jù)壓電

22、元件的工作原理及兩種等效電路，與壓電元件配套的測量電路的前置放大器也有兩種形式： 一種是 電壓放大器 。其輸出電壓與輸入電壓 成正比;另一種是電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷 成正比。5. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成。6. 壓磁式傳感器的工作原理是： 某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力，從而引起 極化現(xiàn)象 ，這種現(xiàn)象稱為 正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機(jī)械變形 ，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng) 。判斷1.2.3.4.5.6.7.8.9.1.2.3.4.5.6.7.當(dāng)被測量接近于量程的起始零點(diǎn)，相對誤差趨于無限大。在實(shí)驗(yàn)中電渦流式位移傳感器的輸出電壓隨金屬圓盤遠(yuǎn)離渦流傳感器而減小 多次重復(fù)測量取算數(shù)平均值可以消除系統(tǒng)誤差。霍爾元件越薄，靈敏度系數(shù)就越大。 天然晶體的電軸方向壓電效應(yīng)最顯著。壓電陶瓷是一種多晶體鐵電體，天然具有壓電效應(yīng)。 電壓放大器電纜電容與放大器輸入電容不會對輸出電壓產(chǎn)生影響， 不會帶來測量誤差。由光敏電阻的伏安特性可知，在一定偏壓下，光照強(qiáng)度越大，光電流越大。 由光敏電阻的溫度特性可知，隨著溫度升高，光電流增大。0.1級儀表測量電壓準(zhǔn)確度比 1級儀表要高，誤差要