(完整版)傳感器考試題簡答題

1、三、簡答題（每題10分）301、試述傳感器的定義、共性及組成。301答：傳感器的定義：能感受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；傳感器的共性：利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學或生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）轉(zhuǎn)換為電量（電壓、電流、電容、電阻等）；傳感器的組成：傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。302、什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性?簡述在什么條件下只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要。302答：傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的靜態(tài)特性是指它在穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)或準靜態(tài)）信號作用下的輸入輸出關(guān)

2、系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、輸出關(guān)系式中不含有時間變量。當輸入量為常量或變化極慢時只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要。303、簡述在什么條件下需要研究傳感器的動態(tài)特性?實現(xiàn)不失真測量的條件是什么?303答：當輸入量隨時間變化時一般要研究傳感器的動態(tài)特性。實現(xiàn)不失真測量的條件是幅頻特性:A（3）=IH（j«）I=A（常數(shù)）相頻特性:（）=-roto（線性）304、什么叫應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。304答：材料的電阻變化是由尺寸變化引起的，稱為應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換

3、成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量的大小。305、試簡要說明使電阻應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生溫度誤差的原因，并說明有哪幾種補償方法。305答：溫度誤差產(chǎn)生原因包括兩方面：溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變，試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。溫度補償方法基本上分為橋路補償和應(yīng)變片自補償兩大類。311、根據(jù)電容式傳感器工作原理，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?311、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

4、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。313、試說明什么電容電場的邊緣效應(yīng)？如何消除？313答：理想條件下，平行板電容器的電場均勻分布于兩極板所圍成的空間，這僅是簡化電容量計算的一種假定。當考慮電場的邊緣效應(yīng)時，情況要復(fù)雜得多，邊緣效應(yīng)的影響相當于傳感器

5、并聯(lián)一個附加電容，引起了傳感器的靈敏度下降和非線性增加。為了克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量C。即增大極板面積，減小極板間距。此外，加裝等位環(huán)是消除邊緣效應(yīng)的有效方法。315、電渦流式傳感器有何特點？315答：特點：渦流式傳感器測量范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強以及可以非接觸測量等特點；316、何謂電渦流效應(yīng)?怎樣利用電渦流效應(yīng)進行位移測量?316、答：:電渦流效應(yīng)指的是這樣一種現(xiàn)象：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，通過導(dǎo)體的磁通將發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流，并形成閉合曲線，狀似水中的渦流，通常稱為電渦流。利

6、用電渦流效應(yīng)測量位移時，可使被測物的電阻率、磁導(dǎo)率、線圈與被測物的尺寸因子、線圈中激磁電流的頻率保持不變，而只改變線圈與導(dǎo)體間的距離，這樣測出的傳感器線圈的阻抗變化，可以反應(yīng)被測物位移的變化。317、試比較自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同。317、答：（1）不同點：1）自感式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；2）差動變壓器式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。（2）相同點：兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、氣隙截面型和螺管型。318、簡述電感式傳感器的基本工作原理和主要類型。318、答：電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，它將輸入的物理量（如位移、振動、壓

7、力、流量、比重等）轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再通過測量電路將L或M的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，從而將非電量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，實現(xiàn)對非電量的測量。根據(jù)工作原理的不同，電感式傳感器可分為變磁阻式（自感式）、變壓器式和渦流式（互感式）等種類。323、什么是正壓電效應(yīng)?什么是逆壓電效應(yīng)?什么是縱向壓電效應(yīng)?什么是橫向壓電效應(yīng)?323答：正壓電效應(yīng)就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。當在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓

8、電效應(yīng)。沿石英晶體的x軸（電軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為"縱向壓電效應(yīng)"。沿石英晶體的y軸（機械軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為"橫向壓電效應(yīng)"。324、壓電元件在使用時常采用n片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。試述在不同聯(lián)接下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合?324答：并聯(lián)接法在外力作用下正負電極上的電荷量增加了n倍，電容量也增加了n倍，輸出電壓與單片時相同。適宜測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場串聯(lián)接法上、下極板的電荷量與單片時相同，總電容量為單片時的1/n，輸出電壓增大了n倍。適宜以電壓作輸出信號且測量電路輸入阻抗很高的場合。325、簡

9、述壓電式傳感器分別與電壓放大器和電荷放大器相連時各自的特點。325答:傳感器與電壓放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比，但容易受電纜電容的影響。傳感器與電荷放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出的電荷成正比，電纜電容的影響小。328、試從材料特性、靈敏度、穩(wěn)定性等角度比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)。328答：石英晶體是單晶結(jié)構(gòu)，且不同晶向具有各異的物理特性。石英晶體受外力作用而變形時，產(chǎn)生壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體大得多（即壓電效應(yīng)更明顯

10、），因此用它做成的壓電式感器的靈敏度較高。但其穩(wěn)定性、機械強度等不如石英晶體。329：如果地面下一均勻的自來水直管道某處O發(fā)生漏水，則在管道上A、B兩點放兩只壓電傳感器，應(yīng)能檢測到漏水處的位置。試說明其工作原理。329答：如果地面下一均勻的自來水直管道某處0發(fā)生漏水，水漏引起的振動從0點向管道兩端傳播，在管道上A、B兩點放兩只壓電傳感器，由從兩個傳感器接收到的由0點傳來的t0時刻發(fā)出的振動信號所用時間差可計算出LA或LB。兩者時間差為t=tA_tB=（La_Lb）/v又L=LA+LB，所以=L+At-v人一2”L-At-vL=B2330、試說明壓電傳感器電荷放大器中所說的“密勒效應(yīng)”是什么意思

11、？330答：“密勒效應(yīng)”是說，將壓電傳感器電荷放大器中反饋電容與反饋電阻CF、Rf等效到A0的輸入端時，電容CF將增大（l+A0）倍。電導(dǎo)1/Rf也增大了（1+A0）倍。331、簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明其實用價值。331 答：1、中間導(dǎo)體定律；2、標準電極定律；3、連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律332、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？332 答（1）因為熱電偶的熱電勢只有當冷端的溫度恒定時才是溫度的單值函數(shù)，而熱電偶的標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：

12、冰浴法D：補償電橋法。335、熱電阻傳感器主要分為哪兩種類型?它們分別應(yīng)用在什么場合?335答：鉑電阻傳感器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準、標準的傳遞，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。（2）銅電阻傳感器：價錢較鉛金屬便宜。在測溫范圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易提純，價格便宜。不足之處是測量精度較鉛電阻稍低、電阻率小。336、要用熱電偶來測量兩點的平均溫度，若分別用并聯(lián)和串聯(lián)的方式，請簡述其原理，指出這兩種方式各自的優(yōu)缺點是什么?336答：在并聯(lián)方式中，伏

13、特表得到的電動勢為2個熱電偶的熱電動勢的平均電動勢，即它已經(jīng)自動得到了2個熱電動勢的平均值，查表即可得到兩點的平均溫度。該方法的優(yōu)點：快速、高效、自動，誤差小，精度高。缺點：當其中有一個熱電偶損壞后，不易立即發(fā)現(xiàn)，且測得的熱電動勢實際上只是某一個熱電偶的。在串聯(lián)方式中，伏特表得到的電動勢為環(huán)路中2個熱電偶的總熱電動勢，還要經(jīng)過算術(shù)運算求平均值，再查表得到兩點的平均溫度。該方法的優(yōu)點：當其中有一個熱電偶損壞后，可以立即發(fā)現(xiàn)；可獲得較大的熱電動勢并提高靈敏度。缺點：過程較復(fù)雜，時效性低，在計算中，易引入誤差，精度不高。337、請簡單闡述一下熱電偶與熱電阻的異同。337 答：熱電偶與熱電阻均屬于溫度

14、測量中的接觸式測溫，作用相同，都是測量物體的溫度、精度及性能都與傳感器材料特性有關(guān)。但是他們的原理與特點卻不相同。熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電動勢的測溫元件，熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的測溫元件。熱電偶的測溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電動勢由兩種電動勢組成：溫差電動勢和接觸電動勢。溫差電動勢是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電動勢，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電動勢也不相同，而接觸電動勢是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時，因為他們的電子密度

15、不同而產(chǎn)生的一定的電子擴散，當它們達到一定的平衡后所形成的電動勢。接觸電動勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及它們接觸點的溫度。另外，熱電偶的電信號需要一種特殊的導(dǎo)線來進行傳遞，這種導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線。熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點有很多：可以遠傳電信號，靈敏度高，穩(wěn)定性強，互換性以及準確性都比較好。但是其需要電源激勵，不能夠瞬時測量溫度的變化。熱電阻不需要補償導(dǎo)線，而且比熱電偶便宜。338、采用熱電阻測量溫度時，常用的引線方式主要有哪幾種?試述這幾種引線方式各自的特點及適用場合。338 答：熱電阻常用的引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩

16、線制的特點是結(jié)構(gòu)簡單、費用低，但是引線電阻及其變化會帶來附加誤差。主要適用于引線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制的特點是可較好地減小引線電阻的影響，主要適用于大多數(shù)工業(yè)測量場合。四線制的特點是精度高，能完全消除引線電阻對測量的影響，主要適用于實驗室等高精度測量場合。339、什么是光電效應(yīng)和光電器件?常用的光電器件有哪幾大類?339 答：所謂光電效應(yīng)，是指物體吸收了具有一定能量的光子后所產(chǎn)生的電效應(yīng)。根據(jù)光電效應(yīng)原理工作的光電轉(zhuǎn)換器件稱為光電器件。常用的光電器件主要有外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件兩大類。340、試解釋外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。340答：外光電效應(yīng)器

17、件的工作基礎(chǔ)基于外光電效應(yīng)。所謂外光電效應(yīng)，是指在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應(yīng)光電器件主要有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基于內(nèi)光電效應(yīng)。所謂內(nèi)光電效應(yīng)，是指在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象，它可分為光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)器件主要有光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管。341、什么是光電式傳感器?光電式傳感器的基本工作原理是什么?341答：光電式傳感器（或稱光敏傳感器）。利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號（電壓、電流、電阻等）的裝置。光電式傳感器的基本工作原理是基于光電效應(yīng)的，即因光照引起物體的電學特性而改變的現(xiàn)象。342、霍

18、爾電動勢與哪些因素有關(guān)?如何提高霍爾傳感器的靈敏度?342答：霍爾電動勢與霍爾電場EH、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度b、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的厚度d、電子平均運動速度u、磁場感應(yīng)強度B、電流I有關(guān)。R1霍爾傳感器的靈敏度Kh=K=十=亠。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，HHdned霍爾元件常制成薄片形。又因為霍爾元件的靈敏度與載流子濃度成反比，所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。349、何謂光電池的開路電壓及短路電流?為什么作為檢測元件時要采用短路電流輸出形式?349答：光電池的開路電壓是指外電路開路時，光電池兩端的電壓；光電池的短路電流，指外接負載相對于光電池內(nèi)阻而言是很小的。由于光電池的開路電壓

19、與照度成非線性關(guān)系，而光電池的短路電流與照度成線性關(guān)系，且受光面積越大，短路電流也越大。所以當光電池作為測量元件時應(yīng)取短路電流的形式。352、試說明相位調(diào)制傳感器的工作原理、應(yīng)用及特點。352答：其基本原理是利用被測對象對敏感元件的作用，使敏感元件的折射率或變化，而導(dǎo)致光的相位變化，然后用干涉儀來檢測這種相位變化而得到被測對象的信息。通常有：利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的電流、磁場傳感器；利用電致伸縮的電場、電壓傳感器以及利用Sagnac效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器（光纖陀螺）等。這類傳感器的靈敏度很高，但由于需用特殊光纖及高精度檢測系統(tǒng)，因此成本高。1. 傳感器的定義和組成

20、框圖.畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：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傳感器。通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號。2. 從傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器。

21、考慮動態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。3. 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(yīng)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：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡單，傳感器至測量儀表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進。直流電橋平衡條件：R1/R2=R3/R4,R1R4=R2R3o4. 光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡單說明其原理

22、并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的現(xiàn)象，即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下光勢壘現(xiàn)象，即光生伏特效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管傳感器均屬于這一類。5. 光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？并分別指出對應(yīng)類型光纖傳感器的典型光源。答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全