傳感器復習題

1、傳感器原理復習資料一、填空題1. 傳感器是 能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置 ，傳感器通常由直接感受被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號轉換電路組成。2. 通常傳感器由敏感元件、轉換元件、信號轉換電路三部分組成。3. 傳感器的靜態(tài)特性指標主要有靈敏度，分辨率，漂移，線性度，遲滯，重復性等。4. 傳感器在正(輸人量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入曲線不重合稱為遲滯，它一般由實驗方法測得。5. 傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標準條件下，輸出增量與輸入增量的比值。對線性傳感器來說，其靈敏度是靜態(tài)特性曲線的斜率。6. 運算式是計算傳感器線性度的公式。7.

2、某位移傳感器在輸入量變化為5mm時，輸出電壓變化800mV，其靈敏度為160 mV/mm。8. 電位器是一種將機械位移轉換成電阻或電壓的機電傳感元件。9. 電位器式傳感器按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。線性電位器 的理想空載特性曲線具有嚴格的線性關系。假定電位器全長為,其總電阻為，它的滑臂長度為，則滑臂間的阻值可以用=來計算。假定加在電位器A、B之間的電壓為，則輸出電壓為=。其電阻靈敏度為。電壓靈敏度為。10. 金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱應變效應。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。11.

3、 電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象叫做應變。12. 電阻應變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除非線性誤差，同時還能起到提高靈敏度的作用。13. 電阻應變片式傳感器按制造材料可分為金屬材料和半導體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中的電阻變化主要是由應變效應形成的，而的電阻變化主要是由壓阻造成的。半導體材料傳感器的靈敏度較大。14. 用彈性元件和電阻應變片及一些附件可以組成應變片傳感器，按用途劃分有應變式壓力傳感器、應變式加速度傳感器等（任填兩個）。15. 在電橋測量中，由于電橋接法不同，輸出電壓的靈敏度也不同，全橋接法可以得到最大靈敏度輸出。16.

4、 應變測量電橋的三種接法分別為單臂橋、雙臂橋、全橋。17. 要使直流電橋平衡，必須使電橋相對橋臂電阻值的乘積相等。18. 由R1、R2、R3、R4四個電阻構成的直流電橋，其中R1和R4對臂，R2和R3對臂。當電橋平衡時，其平衡條件為。若R1為應變電阻，初始平衡時四個電阻值相等。當R1受應變作用后變化R1，在作一級近似后，電橋的輸出電壓為。若采用半橋差動工作方式，且兩個應變片的特性相同，則輸出電壓為，此時輸入輸出關系為線性。19. 交流電橋的平衡條件是相對橋臂阻抗幅值的乘積相等且相對橋臂阻抗的相角之和相等。20. 交流電橋各橋臂的復阻抗分別為Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分別為，若電橋平

5、衡條件為Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡條件應為。21. 熱電阻是利用金屬的電阻值隨溫度變化而變化的特點制成的一種熱敏元件。22. 采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度的測量轉換為電阻的測量。23. 熱敏電阻常數(shù)B 大于零的是正溫度系數(shù)的熱敏電阻。24. 熱敏電阻正是利用半導體的載流子數(shù)目隨著溫度變化而變化的特性制成的 敏感元件。25. 熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻、負溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻型三大類。26. 按熱電偶本身的結構劃分，有普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶。27. 在熱電偶中，當引入第三個導體時，只要保持其兩端的溫度相同，則對總熱電動勢無影響，這一結論

6、被稱為熱電偶的中間導體定律。28. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是接觸電勢電勢和溫差電勢電勢組成的，其表達式為=。在熱電偶溫度補償中補償導線法（即冷端延長線法）是在冷端和顯示儀表之間接入補償導線，它的作用是延引熱電極。29. 電容傳感器主要有變間隙，變面積，變介電常數(shù)三種類型，其中變間隙型的輸入被測量與輸出被測量間的關系是非線性的。30. 電容式壓力傳感器是變變間隙型的。31. 變間隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此，實際中大都采用差動式電容傳感器32. 電感式傳感器主要由線圈、鐵芯和活動銜鐵組成。33. 在變壓器式傳感器中，原邊和副邊互感M的大小與原邊線圈匝數(shù)成正比，與副邊線

7、圈匝數(shù)成正比，與磁回路中磁阻成反比，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式表示。34. 在變壓器式傳感器中，原邊和副邊互感M的大小與原邊線圈的匝數(shù)成正比 ，與副邊線圈的匝數(shù)成正比 ，與回路中的磁阻成反比 。（請?zhí)钫然蚍幢龋?5. 電渦流式傳感器的激磁線圈通正弦高頻交流時，在其周圍產(chǎn)生交變磁場，使被測金屬導體內(nèi)產(chǎn)生電渦流 。它的存在要消弱激磁線圈內(nèi)磁場的變化。使線圈等效阻抗發(fā)生變化（對比無被測金屬時變小）。該變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。而電渦流效應的大小與被測金屬導體的電阻率、磁導率及幾何形狀有關，又與線圈的幾何尺寸、線圈中激磁電流的幅度和頻率有關，還與線圈與被測金屬導體間的距離等參數(shù)有

8、關。如果保持上述中的其它參數(shù)不變，而只改變其中的一個參數(shù)，則傳感器的阻抗就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù)。通過測量線圈 電感 的變化量，即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量。36. 塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉合的電流，利用該原理制作的傳感器稱電渦流式傳感器。37. 渦流傳感器的線圈與被測物體的距離減小時，互感系數(shù)M將增大。38. 壓電材料可以分為天然壓電晶體材料和人工合成壓電材料兩種。39. 壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質材料的壓電效應，是一種典型的有源傳感器。二、選擇題1. A 是測試系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，將被測系統(tǒng)或過程中需要觀測的信息轉化為人們所熟悉的

9、各種信號。A 敏感元件 B 轉換元件 C傳感器 D被測量2. 傳感器能感知的輸入變化量越小， 表示傳感器的 D 。A.線性度越好 B.遲滯越小 C.重復性越好 D.分辨力越高3. 傳感器在不考慮遲滯蠕變等因素的影響下，其靜態(tài)特性方程為：，其中定義為靜態(tài)靈敏度的量為 B 。A B C D 4. 屬于傳感器動態(tài)特性指標的是 D 。A重復性 B線性度 C靈敏度 D固有頻率5. 變氣隙式電感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的大小增大時，鐵芯上線圈的電感量將 B A 增大 B減小 C不變6. 在平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關系中，是線性的關系 A 。A 變面積型 B變極距型 C變介

10、電常數(shù)型7. 一骨架為圓形截面的電位器，半徑為，現(xiàn)用直徑為，電阻率為的導線繞制，已知繞線節(jié)距為，則線繞式電位器的電阻靈敏度表達式為 B (需考慮導線的直徑)。A. B. C. D. 8. 將電阻應變片貼在 C 上，就可以分別做成測力、位移、加速度等參數(shù)的傳感器。A.質量塊B.導體 C.彈性元件 D.機器組件9. 應變片的主要參數(shù)有 BC 。A.額定電壓 B.初始電阻值 C.允許工作電流 D.額定功率10. 產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要原因有 A 。A電阻絲有溫度系數(shù)  B試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同C電阻絲承受應力方向不同11. 電阻應變片的初始電阻數(shù)值有多種,其中用的最多的是 B 。A

11、 60 B 120 C 200 D 35012. 金屬絲電阻應變片的基本特性中對測量結果影響最大的是 D 。A 機械滯后 B 溫漂 C 蠕變 D 橫向效應13. 用相鄰雙臂橋檢測的應變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小 C 。 A兩個橋臂都應當用大電阻值工作應變片 B兩個橋臂都應當用兩個工作應變片串聯(lián) C兩個橋臂應當分別用應變量變化相反的工作應變片 D兩個橋臂應當分別用應變量變化相同的工作應變片14. 通常用應變式傳感器測量 C 。A.溫度 B.密度 C.加速度 D.電阻15. 電橋測量電路的作用是把傳感器的參數(shù)變化轉為 C 的輸出。A. 電阻 B. 電容 C. 電壓 D. 電荷16. 熱

12、電偶溫度計采用補償導線的目的是為了 B 。A節(jié)省熱電偶的長度 B. 避免使用冷端補償 C. 可以直接使用分度表17. 通常用熱電阻測量 C 。A電阻B扭矩C溫度D壓力18. 對于正溫度系數(shù)半導體熱敏電阻，隨著溫度上升，電阻率 A 。A.上升B.迅速下降 C.保持不變 D.歸零19. 熱電偶可以測量 C 。A 壓力 B 電壓 C 溫度 D 熱電勢20. 熱電偶中產(chǎn)生熱電勢的條件是 BC 。 A兩熱電極材料相同 B兩熱電極材料不同C兩熱電極的兩端溫度不同D兩熱電極的兩端溫度相同21. 常用于測量大位移的傳感器有( A )A.感應同步器B.應變電阻式 C.霍爾式 D.渦流式22. 電容傳感

13、器的輸入被測量與輸出量間的關系，除 B 之外是線性的。A.變面積型 B.變極距型 C.變介電常數(shù)型23. 目前，我國使用的鉑熱電阻的測量范圍是 A 。A.200850°C B.50850°C C.200150°C D.20050°C24. 變間隙式電容傳感器的非線性誤差與極板間初始距離之間是 A 。A 正比關系B 反比關系 C 無關系25. 測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為 A 。A變極板面積型 B變極距型 C變介質型 D容柵型26. 由 A 組成交流電橋平衡條件可寫成Z1Z2=Z3Z4A、電感和電容 B、電阻、電容和電感C、串聯(lián)和并聯(lián) D、并聯(lián)和混

14、聯(lián)27. 下列傳感器中不能做成差動結構的是 D 。A 電阻應變式 B 自感式 C 電容式 D 電渦流式28. 差動電容傳感器采用脈沖調(diào)寬電路作測量電路時，當，則其輸出電壓正比于( B )。A B. C. D. 29 .差動變壓器式位移傳感器中線圈之間的互感M B 。A.始終保持不變 B.隨被測位移的變化而變化 C.不隨被測位移的變化而變化 D.隨線圈電流的變化而變化30. 下列不是電感式傳感器的是 D 。A 變磁阻式自感傳感器 B 電渦流式傳感器 C 變壓器式互感傳感器 D 霍爾式傳感器31. 對于電渦流傳感器的諧振測位移電路，當無金屬導體靠近時，其輸出電壓 最大 。32. 電渦流式傳感器激磁

15、線圈的電源是 C 。A 直流 B 工頻交流 C 高頻交流 D 低頻交流三、計算題1已知變磁通式轉速傳感器輸出電動勢的頻率f=72Hz，測量齒盤的齒數(shù)Z=36，求： （1）被測軸的轉速是每分鐘多少轉？ （2）在上述情況下，如果計數(shù)裝置的讀數(shù)誤差為±1 個數(shù)字，其最大轉速誤差是多少？ 2一熱敏電阻在0和100時，電阻值分別為200k和10k。試計算該熱敏電阻在20時的電阻值。3. 用鎳鉻-鎳硅勢電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計相連接。在某時刻，從電位差計測得熱電熱為-1.19mv，此時電位差計所處的環(huán)境溫度為15，試求該時刻溫箱的溫度是多少度？鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表

16、測量端溫度0123456789熱電動勢(mv)-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.0

17、81.121.164. 下面是熱電阻測量電路，試計算：（1）. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50，試計算出Rt的值和Ra的值。（2）. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計算電橋的輸出電壓VAB。其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）5. 分析（線性）電位器式傳感器由于測量線的線路中的負載電阻RL帶來的負載誤差，并計算它與位移x之間的關系；6. 分析下圖所示自感傳感器當動鐵心左右移動（x1,x2發(fā)生變化）時自感L變化情況。（已知空氣氣隙的長度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導率為，線圈匝數(shù)W不變）。7. 如圖所示電路是電阻應變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路

18、，圖中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應變片，工作時R1受拉，R4受壓，R=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當應變片受力發(fā)生應變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）(R/R)。8. 圖示電荷放大器中Ca=100 PF，Ra=，Rf= ，Ri= ，CF=10 PF。若考慮引線電容CC 影響，當A0=104時，要求輸出信號衰減小于1%，求使用90 PF/m的電纜，其最大允許長度為多少？9. 將一只靈敏度為0.08mv/ 的熱電偶與毫伏表相連,已知接線端溫度為50,毫伏表的輸出為60 mv, 求熱電偶熱端的溫度為多少?10.下圖為變

19、極距型平板電容電容傳感器的一種測量電路，其中CX為傳感器電容，C為固定電容，假設運放增益A=，輸入阻抗Z=；試推導輸出電壓U0與極板間距的關系，并分析其工作特點。11. 下圖為一直流應變電橋，圖中E=8V，R1=R2=R3=R4=120，試求： R1，R2都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓U0=？ 題中，如果R2與R1感受應變的極性相反，且增量R1=R2=1.2，電橋輸出電壓U0=？ 12 已知在其特定條件下材料A與鉑配對的熱電勢，材料B與鉑配對的熱電勢，試求出此條件下材料A與材料B配對后的熱電勢。13某霍爾元件為沿方向通以電流，在垂直面方向加有均

20、勻磁場，傳感器的靈敏度系數(shù)為，試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度。（）14如圖所示為等強度梁測力系統(tǒng)，為電阻應變片，應變片靈敏度系數(shù)，未受應變時，當試件受力時，應變片承受平均應變，求 （1）應變片電阻變化量和電阻相對變化量。（2）將電阻應變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3，求電橋 輸出電壓是多少。 等強度梁測力系統(tǒng)15. 圖示為串聯(lián)式測溫電路，其中Rt=R01+(t-t0)為感溫熱電阻，Rs為常值電阻，E為工作電壓，U0為輸出電壓，=0.02/.當給定溫度為0，Rt的電阻值為10k，若測溫范圍為 0400，輸出電壓U0的范圍是1V5V，試計算工作電壓E和常值電阻Rs各取多少?()四、簡答題

21、1. 簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。答：在N型半導體薄片的控制電流端通以電流I，則半導體中的載流子電子將沿著和電流相反的方向運動，再在垂直于半導體薄片平面的方向上加一磁場B，則由于洛倫茲力的作用，電子向一邊偏轉，并使該邊形成電子積累，另一邊則積累正電荷，于是產(chǎn)生內(nèi)部電場，該電場阻止運動電子的繼續(xù)偏轉，當電場力與洛倫茲力大小相等時，電子的積累便達到動態(tài)平衡。此時，在薄片兩端面之間建立的電場稱為霍爾電場，相應的電勢即為霍爾電動勢。2. 簡述熱電偶的工作原理。答：由A、B兩種不同導體材料兩端相互緊密地連接在一起，形成一個閉合回路，這樣構成一個熱電偶。當兩結點溫度不等時，回路中就會產(chǎn)生電勢，從而形成電流，

22、這就是熱電偶的工作原理?？偟臒犭妱萦山佑|電勢和溫差電勢組成，熱電偶產(chǎn)生熱電勢的條件為：熱電偶必須采用兩種不同的材料作為熱電極；熱電偶的熱端和冷端兩個結點必須具有不同的溫度。3. 以石英晶體為例簡述壓電效應產(chǎn)生的原理。（P280-281）4. 簡述電阻應變片式傳感器的工作原理。14. 金屬電阻應變片的工作原理。答：電阻應變式傳感器是利用導體或半導體的應變效應來實現(xiàn)的，當導體或半導體在受到外力作用發(fā)生形變時，其阻值也隨之改變。即：設金屬電阻絲，長度為，截面積為，電阻率為，則該導體的電阻為：。當電阻絲受到拉力F作用時，伸長，截面積相應減小，電阻率的改變?yōu)椋瑒t電阻的相對變化量為：5. 什么叫做熱電動勢

23、、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。（P208-213）6. 分析應變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（答案見P152）7. 傳感器的定義和組成框圖？答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件和裝置，由敏感元件和轉換元件組成。組成框圖如下：被測量敏感元件轉換元件輔助電源信號轉換電路傳感器組成方框圖 8. 直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？答

24、：直流電橋：P149-153；交流電橋：P235-2369. 為什么要對應變片式電阻傳感器進行溫度補償，分析說明該類型傳感器溫度誤差補償方法。17. 用應變片測量時，為什么要進行溫度補償？答：用電阻應變片進行測量時，要求被測量只隨應變而變，而不受任何其他因素的影響，但應變片的電阻變化受溫度影響很大，給測量帶來很大的誤差，即溫度誤差，所以要對應變片式電阻傳感器進行溫度補償。導致溫度誤差的主要原因：電阻的熱效應；試件與應變絲的材料線膨脹系數(shù)不一致，使應變絲產(chǎn)生附加變形，造成電阻的變化。溫度誤差補償?shù)姆椒ǎ鹤匝a償法；線路補償法。10. 以自感式傳感器為例說明差動式傳感器可以提高靈敏度的原理。（P25

25、3-254）11. 什么是金屬應變片的靈敏系數(shù)？請解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。答：金屬應變片的靈敏系數(shù)：應變片的電阻相對變化與應變片軸向應變的比值，即單位應變所引起的阻值的改變量的大小。應變片的靈敏系數(shù)小于同種材料金屬絲的靈敏系數(shù)，主要大原因是應變片的橫向效應和粘貼膠帶來的應變傳遞失真。12. 熱電阻與熱敏電阻的電阻-溫度特性有什么不同?答：熱阻效應P202，半導體熱敏電阻P204-20513. 試簡述電容式傳感器的工作原理及分類。答：物體間的電容量與其結構參數(shù)有關，通過改變結構參數(shù)而改變物體間的電容量來實現(xiàn)對被測量的檢測，就是電容式傳感器的工作原理。物體間的電容量與構成電容元件的兩個極板的

26、形狀、大小、相互位置以及極板間的介電常數(shù)有關，即：，電容式傳感器可通過改變介電常數(shù)，兩極板相互覆蓋的面積和極板間的距離來改變電容量而實現(xiàn)測量。所以電容式傳感器可分為變間隙、變面積和變介質三類。15簡述正、逆壓電效應。P28016簡述熱電偶的三個基本定律（要求有適當文字說明及公式表達）。答：中間溫度定律：熱電偶AB的熱電勢僅取決于熱電偶的材料和兩個結點的溫度，而與溫度沿熱電極的分布以及熱電極的參數(shù)和形狀無關。用公式表示為：中間導體定律：在熱電偶AB回路中，只要接入的第三導體兩端的溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。用公式表示為：標準電極定律：當熱電偶回路的兩個結點溫度為T，T0時，用導體AB組

27、成的熱電偶的熱電勢等于熱電偶AC和熱電偶CB的熱電勢的代數(shù)和，導體C為標準電極，即：五、名詞解釋1. 傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。2. 傳感器的幅頻特性和相頻特性：幅頻特性：傳感器輸出特性的幅度與輸入信號頻率之間的關系。相頻特性：傳感器輸出特性的相位與輸入信號頻率之間的關系。3. 傳感器的分辨力、線性度：傳感器在全部工作范圍內(nèi)，都能夠產(chǎn)生可觀測輸出變化的最小輸入變化量的最大值即傳感器的分辯力。傳感器實際的靜態(tài)特性的校準特性曲線與某一參考直線不吻合程度的最大值即線性度。4. 電阻應變片的橫向效應：金屬電阻絲制成應變片時，在電阻絲的彎段，電阻的變化率與直段不同，導致應變片的靈敏系數(shù)比直段線材的靈敏度小，即產(chǎn)生橫向效應。5. 壓阻效應：固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象即固體的壓阻效應。6熱電效應：物質的電阻率隨溫度變化的物理現(xiàn)象。大多數(shù)金屬的電阻隨溫度的升高而增加，其原因是：當溫度增加時，自由電子的動能增加，這樣要改變自由電子的運動方式使之形成定向運動所需的能量要增加，這反映到電阻上，其阻值增加。7接觸電勢：兩種不同材料的導體相互緊密連接在一起，由于導體中自由電子的濃度不同，自由電子就會擴散，單位時間里自由電子濃度大的