《傳感器與檢測技術》題庫(DOC)

1、傳感器與檢測技術題庫1 .簡述傳感器的概念、作用及組成。2 .傳感器的分類有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？3 .傳感器是如何命名的？具代號包括哪幾部分？在各種文件中如何應用？4 .傳感器的靜態(tài)性能指標有哪些？其含義是什么？5 .傳感器的動態(tài)特性主要從哪兩方面來描述？采用什么樣的激勵信號？其含義是什么？（幅頻、相頻）（周期函數(shù)型、瞬變函數(shù)型）6 .力傳感器的組成是什么？7 .彈性敏感元件的作用是什么？其分類有幾種？各有何特點？8 .電阻應變式傳感器的工作原理是什么？它是如何測量試件的應變的？9 .電阻應變式傳感器的測量電路有哪些？各有何特點？10 .金屬電阻應變片與半導體材料的電阻應變效應有什么不同？

2、答：金屬電阻的應變效應主要是由于其幾何形狀的變化而產生的，半導體材料的應變效應則主要取決于材料的電阻率隨應變所引起的變化產生的。11 .電阻應變片為什么要進行溫度補償？補償方法有哪些？12 .應變片的粘貼、固化和檢查工藝有哪些？13 .圖1為一直流應變電橋。5=5V,R=R2=R3=R4=120C,試求:R為金屬應變片，其余為外接電阻，當R變化量為AR=1.2G時，電橋輸出電壓U。=?RR2都是應變片，且批號相同，感受應變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋的輸出電壓Uo=?題中，如果R、R2感受應變的極性相反，且R=AR=1.2G,電橋的輸出電壓Uo=?由題能得出什么結論與推論?Ri.U

3、Hl圖1直流應變電橋14 .壓電式傳感器的工作原理是什么？壓電材料有哪些？15 .試用石英晶體為例說明壓電效應產生的過程。16 .壓電陶瓷有何特點？17 .壓電傳感器的測量電路是什么？各有何特點？18 .為什么說壓電式傳感器只適用于動態(tài)測量而不能用于靜態(tài)測量？答：因為壓電式傳感器是將被子測量轉換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測量為靜態(tài)時，很難將電荷轉換成一定的電壓信號輸出，故只能用于動態(tài)測量。19 .如圖2所示電荷放大器等效電路。壓電元件為壓電陶瓷，壓電陶瓷的壓電系數(shù)dzz=5M10,°C/N,反饋電容Cf=0.01NF,若輸出電壓U°=0.4V,求壓電傳感器

4、所受力的大小?圖2電荷放大器等效電路20.石英晶體的縱向壓電系數(shù)dxx=2.3m102C/N,晶體的長度是寬的2倍，是厚的3倍，求：當沿電軸方向施加3M104N的力時，用反饋電容為Cf=0.0lNF的電荷放大器測量的輸出電壓是多少？當沿機械軸施加力Fy時，用同樣的電荷放大器測出的輸出電壓為3V,Fy為多少？21 .用壓電式傳感器測量一正弦變化的作用力，采用電荷放大器，壓電元件用兩片壓電陶瓷并聯(lián)，壓電系數(shù)dzz=190x102C/N,放大器為理想運放，反饋電容Cf=3800pF,實際測得放大器輸出電壓為U0=10sinwt(V),試求此時的作用力F=?22 .電容式傳感器的工作原理是什么？可分成

5、幾種類型？各有個特點？23 .試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度？為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應注意什么問題？答：如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當動極板移動x后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為C=£b(a-Ax)/d=C0-£bAx/d(1)電容因位移而產生的變化量為bLxC=C-Co=x-C0da其靈敏度為K=.=一生xd可見增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。直線位移型電容式傳感器24 .電容式傳感器的測量轉換電路主要有哪些?25 .有一個以空氣為介質的變面積型平板電容式傳感器，如圖3所示，其中a=8mm,b=12mm

6、,兩極板間距為d=1mm。當動極板在原始位置上平移了5mm后，求傳感器電容量的變化AC及電容相對變化量AC/Co0（空氣的相對介電常數(shù)藥=lF/m,真空的介電常數(shù)%=8.854Ml0,2F/m）動極板圖3變面積型平板電容式傳感器26 .變間隙電容傳感器的測量電路為運算放大器電路，如圖4所示。C=200pF,傳感器的起始電容量CXo=2OpF,定動極板距離do=1.5mm運算放大器為理想放大器（即2oo,z一oo）,R極大，輸入電壓ui=5sintV。求當電容傳感動極板上輸入一位移量x=0.15mm使d。減小時，電路輸出電壓u。為多少？解：由測量電路可得U0C0CxUiC0Cx0d0Ui2002

7、01.55sint=45sin/Vd0-x1.5-0.1527 .如圖5所示正方形平板電容器，極板長度a=4cm,極板間距離6=0.2mm若用此變面積型傳感器測量位移x,試計算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板問介質為空氣，%=8.85M10-12F/m0圖5所示正方形平板電容器解：這是個變面積型電容傳感器，共有4個小電容并聯(lián)組成。Co2_424；0a416108.85103210=28.32/pFCx4；0a(a-x)=C0+kx=28.32-70.8x(x的單位為米)4；0ax)-C04；°a48.8510,2410立3210-70.8/pFdx28 .有一平面直線位移

8、差動傳感器特性其測量電路采用變壓器交流電橋，結構組成如圖6所示。電容傳感器起始時b二b2=b=200mma1=a2=20mn#距d=2mm極間介質為空氣，測量電路U1=3sintV,且u=Udo試求當動極板上輸入一位移量x=5mm寸，電橋輸出電壓u0o圖6平面直線位移差動傳感器解：根據(jù)測量電路可得C：x5c.八.u=u0=ui=ui=3sint=750sint/mVC0a2029 .電感傳感器的基本原理是什么？可分成幾種類型？30 .電感傳感器的常用的測量電路有哪些？31 .電渦流傳感器的工作原理是什么？形成電渦流的兩個必備條件是什么？32 .壓阻式壓力傳感器的工作原理是什么？主要應用是什么？

9、33 .溫度的測量方法有幾種？各有何特點？34 .膨脹式溫度計有幾種？其工作原理是什么？各有何特點？35 .電阻式溫度傳感器的工作原理是什么？有幾種類型？各有何特點？36 .金屬熱電阻溫度傳感器常用的材料有哪幾種？各有何特點？37 .熱電阻傳感器的測量電路有哪些？說明每種測量電路的特點。答：通常采用電橋電路作為測量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，如果R；=r2,則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。38 .熱電偶溫度傳感器的工作原理是什么？熱電勢的組成有幾種？說明熱電勢

10、產生的過程，并寫出熱電偶回路中總熱電勢的表達式。39 .試分析金屬導體產生接觸電動勢和溫差電動勢的原因。答：當A和B兩種不同材料的導體接觸時，由于兩者內部單位體積的自由電子數(shù)目不同(即電子密度不同)，因此，電子在兩個方向上擴散的速率就不一樣?，F(xiàn)假設導體A的自由電子密度大于導體B的自由電子密度，則導體A擴散到導體B的電子數(shù)要比導體B擴散到導體A的電子數(shù)大。所以導體A失去電子帶正電荷，導體B得到電子帶負電荷，于是，在A、B兩導體的接觸界面上便形成一個由A到B的電場。該電場的方向與擴散進行的方向相反，它將引起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續(xù)進行。當擴散作用與阻礙擴散作用相等時，即自導體A擴散到導

11、體B的自由電子數(shù)與在電場作用下自導體B到導體A的自由電子數(shù)相等時，便處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，A與B兩導體的接觸處就產生了電位差，稱為接觸電動勢。對于導體A或B,將其兩端分別置于不同的溫度場t、卜中(t>t0)。在導體內部，熱端的自由電子具有較大的動能，向冷端移動，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負電荷。這樣，導體兩端便產生了一個由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動，最后也達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導體兩端便產生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動勢。40 .熱電偶的基本定律有哪些？其含義是什么？有什么意義？并證明每種定律。41

12、.熱電偶的性質有哪些？42 .為什么要對熱電偶進行冷端溫度補償？常用的補償方法有幾種？補償導線的作用是什么？連接補償導線要注意什么？43 .熱電偶測溫線路有幾種？試畫出每種測溫電路原理圖，并寫出熱電勢表達式。44 .已知鍥銘-鍥硅(K)熱電偶的熱端溫度t=800C,冷端溫度t°=25C,求E(t,to)是多少毫伏？圖7熱電偶測溫回路解：由鍥銘-鍥硅熱電偶分度表可查得E(800,0)=33.275mV,E(25,0)=1.024mV故可得E(800,5)=33.275-1.024=32.251mV45 .如圖7所示之測溫回路，熱電偶的分度號為K,毫伏表的示值應為多少度？答：毫伏表的示值

13、應為(t1-t2-60)Co46 .用鍥銘-鍥硅(K)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40C,用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mM求被測點的溫度。解：由鍥銘-鍥硅熱電偶分度表查出E(40,0)=1.638mV,計算出E(t,0)=(29.1881.638)mV=30.826mV再通過分度表查出其對應的實際溫度為工(30.826-29.129)100t=700+=740.9C33.275-29.12947 .用鍥銘-鍥硅(K)熱電偶測量某爐溫的測量系統(tǒng)如圖8所示，已知：冷端溫度固定在0C,3=30C,儀表指示溫度為210C,后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補償導線A和B',相互接錯

14、了，問：爐溫的實際溫度t為多少度？解：實際溫度應為270C,因為接反后不但沒有補償?shù)剑€抵消了30C,故應該加上60Co48 .如圖9所示，用K型(鍥銘-鍥硅)熱電偶測量煉鋼爐熔融金屬某一點溫度，A、B'為補償導線，Cu為銅導線。已知t1=40C,t2=0.0C,t3=20c。當儀表指示為39.314mV時，計算被測點溫度1=?37.702mV再求被測點溫度t=?如果將A、B'換成銅導線，此時儀表指示為圖9熱電偶測量煉鋼爐熔融金屬某一點溫度將熱電偶直接插到熔融金屬同一高度來測量此點的溫度，是利用了熱電偶的什么定律？如果被測液體不是金屬，還能用此方法測量嗎？為什么？49 .用兩只

15、K型熱電偶測量兩點溫差，如圖10所示。已知t1=980C,t2=510C,t0=20C,試求ti、t2兩點的溫差。圖10熱電偶測量兩點溫差電路50 .試分析圖11所示集成溫度傳感器AD590用于熱電偶參考端溫度補償電路的工作原理。圖11熱電偶參考端溫度補償電路51 .輻射式溫度傳感器的工作原理是什么？有何特點？52 .畫圖說明電位器式電阻傳感器的工作原理，導出電阻、電壓靈敏度的表達式。53 .莫爾條紋的含義是什么？其主要特性有哪些？試畫圖分析。54 .磁柵位移傳感器的工作原理是什么？55 .電容、電感式接近傳感器被測物體應采用什么材料？為什么？主要工作原理是什么？56 .試分析圖12所示壓力傳

16、感器是如何測量液位的高度的？圖12壓力傳感器測量液位原理圖57 .電容式物位傳感器是如何測量物體位置的？58 .試分析電磁流量計的工作原理，并推導流量的表達式。59 .光電效應有哪幾種？分別對應什么光電元件？60 .常用的半導體光電元件有哪些？它們的電路符號如何？答：常用的半導體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種它們的電路符號如下圖所示：光敏二極管光敏三極管光電池61 .試比較光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管的性能差異，并簡述在不同場合下應選用哪種元件最為合適。62 .光電傳感器有哪些部分組成？被測量可以影響光電傳感器的哪些部分？63 .簡述光電倍增管的工作原理。64 .光敏

17、電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應用中是如何發(fā)揮這些特性的？答：光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內光電效應工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時阻值非常大，相當于斷路，有光照時阻值變得很小，相當于通路。在工業(yè)應用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。65 .說明光電池的基本原理、常用類型及其特點66 .根據(jù)硅光電池的光電特性，在40001X的光照下要得到2V的輸出電壓，需要幾片光電池？如何連接？67 .光纖傳感器有哪兩種類型？光纖傳感器調制方法有哪些？68 .光纖傳感器的性能有何特殊之處？主要有哪些應用？答：光導纖維傳感器（簡稱光纖傳感器）是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。光纖傳感器具有

18、靈敏度高，不受電磁波干擾，傳輸頻帶寬，絕緣性能好，耐水抗腐蝕性好，體積小，柔軟等優(yōu)點。目前已研制出多種光纖傳感器，可用于位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動、水聲、溫度、電壓、電流；磁場、核輻射等方面的測量。應用前景十分廣闊。69 .紅外線溫度傳感器有哪些主要類型？它與別的溫度傳感器有什么顯著區(qū)別？答：能把紅外輻射轉換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器，主要有熱敏型和光電型兩大類。熱敏型是利用紅外輻射的熱效應制成的，其核心是熱敏元件。由于熱敏元件的響應時間長，一般在毫秒數(shù)量級以上。另外，在加熱過程中，不管什么波長的紅外線，只要功率相同，其加熱效果也是相同的，假如熱敏元件對各種波長的紅外線都

19、能全部吸收的話，那么熱敏探測器對各種波長基本上都具有相同的響應，所以稱其為“無選擇性紅外傳感器”。這類傳感器主要有熱釋電紅外傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類。光電型是利用紅外輻射的光電效應制成的，具核心是光電元件。因此它的響應時問一般比熱敏型短得多，最短的可達到毫微秒數(shù)量級。止匕外，要使物體內部的電子改變運動狀態(tài)，入射輻射的光子能量必須足夠大，它的頻率必須大于某一值，也就是必須高于截止頻率。由于這類傳感器以光子為單元起作用，只要光子的能量足夠，相同數(shù)目的光子基本上具有相同的效果，因此常常稱其為“光子探測器”。這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。70 .模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式？答：模擬

20、式光電傳感器主要有四種。（1）被測物是光源它可以直接照射在光電元器件上，也可以經過一定的光路后作用到光電元器件上，光電元器件的輸出反映了光源本身的某些物理參數(shù)，如圖13a所示。如光電比色高溫計和照度計。（2）恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測物，其中一部分由被測物吸收，剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測物的某些參數(shù)，如圖13b所示。如測量透明度、渾濁度等。（3）恒定光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體反射到光電元器件上。反射光通量取決于反射表面的性質、狀態(tài)和與光源之間的距離，如圖13c所示。如測量工件表面粗糙度、紙張白度等。（4）從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達光電元件的途中受到被測物的

21、遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置，如圖13d所示。如工件尺寸測量、振動測量等。a）被測物是光源b）被測物吸收光通量c）被測物是有反射能力的表面d）被測物遮蔽光通量圖14光電數(shù)字轉速表工作原理圖13模擬式光電傳感器常見形式71 .設計一光電開關用于生產流水線的產量計數(shù)，畫出結構圖，并簡要說明，為防止日光燈等其他光源的干擾，設計中應采取什么措施？72 .根據(jù)圖14所示的光電數(shù)字轉速表的工作原理，如果轉盤的孔數(shù)為N,每秒鐘光電二極管的脈沖個數(shù)為f,試問轉速為每分鐘多少？73.沖床工作時，為保護工人的手指安全。設計一安全控制系統(tǒng)，選用兩種以上的傳感器來同時探

22、測工人的手是否處于危險區(qū)域（沖頭下方）。只要有一個傳感器輸出有效（即檢測到手未離開該危險區(qū)），則不讓沖頭動作，或使正在動作的沖頭慣性輪剎車。說明檢測控制方案，以及必須同時設置兩個傳感器組成“或”的關系、必須使用兩只手（左右手）同時操作沖床開關的好處。74 .思考如何利用熱釋電傳感器及其他元器件實現(xiàn)商場玻璃大門的自動開閉。75 .分析霍爾效應產生的原因。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？76 .說明為什么導體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？答：因為導體材料的小雖然很大，但p很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的p雖然很大，但以很小，故也不宜做成元件。77 .為什么霍爾元

23、件一般采用N型半導體材料？答：因為在N型半導體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且n>p,所以霍爾元件一般采用N型半導體材料。78 .霍爾集成傳感器有哪幾種類型？其工作特點是什么？答：霍爾集成傳感器有霍爾線性集成傳感器和霍爾開關型集成傳感器兩種類型。集成霍爾傳感器的特點主要是取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點，因此顯著地提高了可靠性。止匕外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。79 .磁敏二極管和磁敏晶體管有何特點？適用于什么場合？80 .設計一個利用霍爾集成電路檢測發(fā)電機轉速的電路，要求當轉速過高或過低時發(fā)出警報信號

24、。81 .設計一個采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)，要求畫出磁路系統(tǒng)示意圖和電路原理簡圖，并說明其工作原理。答：液位控制系統(tǒng)原理如圖所示，霍爾元件固定不動，磁鐵與探測桿固定在一起，連接到裝液體的容器旁邊，通過管道與內部連接。當液位達到控制位置時霍爾元件輸出控制信號，通過處理電路和電磁閥來控制液壓閥門的開啟和關閉，如液位低于控制位置時開啟閥門，超過控制位置時則關閉閥門?？刂齐娫?2 .思考有哪些可以用霍爾傳感器檢測的物理量以及霍爾傳感器應用的領域。答：可以用霍爾傳感器來檢測的物理量有力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、轉速、磁場量等等。83 .超聲波有哪些傳播特性？答：超聲波是一種

25、在彈性介質中的機械振蕩，它是由與介質相接觸的振蕩源所引起的。振蕩源在介質中可產生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。橫向振蕩只能在固體中產生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產生。超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質時，產生折射和反射現(xiàn)象，超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質時，隨著傳播距離的增加，具強度因介質吸收能量而減弱。84 .應用超聲波傳感器探測工件時，在探頭與工件接觸處要涂有一層耦合劑，請問這是為什么？答：主要是為了使超聲波更好地穿透到工件內，減少反射量，達到更好的測量效果。85 .根據(jù)你已學過的知識設計一個超聲波探傷使用裝置（畫出原理框圖），并簡要說明它探傷的工作過程？答

26、：可采用穿透法探傷，原理框圖如下圖。穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化狀況，來判別工件內部質量的方法。穿透法用兩個探頭，置于工件相對面，一個發(fā)射超聲波，一個接收超聲波。發(fā)射波可以是連續(xù)波，也可以是脈沖。在探測中，當工件內無缺陷時，接收能量大，儀表指示值大；當工件內有缺陷時，因部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個變化，就可以把工件內部缺陷檢測出來。86 .比較微波傳感器與超聲波傳感器有何異同？87 .多普勒傳感器的工作原理是什么？具應用有哪些？88 .生物傳感器的工作原理是什么？89 .舉例說明酶傳感器的應用。90 .微生物傳感器分為哪幾種？各有何特點？91 .葡萄糖傳感器的工作原理是什么？92 .舉例