中科大自動化復試筆試傳感器習題集

1、4.熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補償中補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導線和熱電偶之間，接入延長線，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。6. 變氣隙式自感傳感器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（增加減小不變）（2分）7. 儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差 絕對誤差 引用誤差）來表示的（2分）3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與 繞組匝數(shù) 成正比，與 穿過線圈的磁通_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

2、 _ 表示。3、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。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應變輸出有時會產(chǎn)生與真實應變同數(shù)量級的誤差。2寄生電容與電容傳感器相關聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高

3、頻激勵的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應影響時，其等效電路如圖4-8所示。圖中L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；C0為傳感器本身的電容；Cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實用性能的關鍵之一；Rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；Rs為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電組，它包含導線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時電容傳感器的等效靈敏度為 （4-28）當電容式傳感器的供電電源頻率較高時，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的固有電感（包括電纜電感）有關，且隨變化而變化。在這種情況下，每當改變激勵頻率或

4、者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進行標定。5、什么是傳感器靜態(tài)特性。（4分）答：傳感器的靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入輸出特性。三、什么叫做熱電動勢、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（10分）答：熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產(chǎn)生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導體的性質(zhì)及接觸點的

5、溫度，而與導體的形狀和尺寸無關。溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應”。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。熱電偶三定律a中間導體定律熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示一起等均可看成中間導體。b中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T，冷端為

6、時的熱電勢等于該熱電偶熱端為T冷端為時的熱電勢與同一熱電偶熱端為，冷端為時熱電勢的代數(shù)和。應用：對熱電偶冷端不為時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當?shù)难a償線路。c參考電極定律如果A、B兩種導體（熱電極）分別與第三種導體C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點溫度為（T，）時分別為，那么愛相同溫度下，又A、B兩熱電極配對后的熱電勢為實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關熱電極與標準鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響措施：a 恒溫法 b計算修正

7、法（冷端溫度修正法）c儀表機械零點調(diào)整法d熱電偶補償法e電橋補償法f冷端延長線法1、 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：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=R2R3。2、 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。解：差動式靈敏

8、度:與單極式傳感器靈敏度比較靈敏度提高一倍，非線性大大減少。3、 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。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應變輸出有時會產(chǎn)生與真實應變同數(shù)量級的誤差。方法：自補償法 線路補償法2. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計算電橋的輸出電壓VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為r2、r3、Rg的

9、三個導線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當溫度變化時，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時，應使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0°C）時的電阻值。三線連接法的缺點之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導致電橋的零點不穩(wěn)。3、 應變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？解：電阻應變片產(chǎn)生溫度誤差的原因：當測量現(xiàn)場環(huán)境溫度變化時，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測量帶來了附加誤差。電阻應變片的溫度補償方法：通常有線路補償法和應變片自補償兩大類。1）電橋補償是最常用的

10、且效果較好的線路補償法。電橋補償法簡單易行，而且能在較大的溫度范圍內(nèi)補償，但上面的四個條件不一滿足，尤其是兩個應變片很難處于同一溫度場。 2）應變片的自補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片。5、如系題圖1-1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。 （b）習題圖1-1等強度梁測力系統(tǒng)解： （1），解：（2）設橋臂比，分母中可忽略，并考慮到平衡條件，則上式可寫為：6、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。

11、解：為了減小和克服非線性誤差，常采用差動電橋在試件上安裝兩個工作應變片，一個受拉應變，一個受壓應變，接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動電路，由教材中的式（2-42）可知，Uo與R1/R1呈線性關系，差動電橋無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KV=E/2，比單臂工作時提高一倍，同時還具有溫度補償作用。4能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？為什么？解：不可以，壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的測量誤差較小，它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來測量靜態(tài)壓力。簡述CCD的工作原理。解：CCD的工作原理如下：首先構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器，如果MOS

12、電容器中的半導體是P型硅，當在金屬電極上施加一個正電壓時，在其電極下形成所謂耗盡層，由于電子在那里勢能較低，形成了電子的勢阱，成為蓄積電荷的場所。CCD的最基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷腗OS電容器，這些電容器用同一半導體襯底制成，襯底上面覆蓋一層氧化層，并在其上制作許多金屬電極，各電極按三相（也有二相和四相）配線方式連接。CCD的基本功能是存儲與轉(zhuǎn)移信息電荷，為了實現(xiàn)信號電荷的轉(zhuǎn)換：必須使MOS電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰MOS電容的勢阱相互溝通，即相互耦合；控制相鄰MOC電容柵極電壓高低來調(diào)節(jié)勢阱深淺，使信號電荷由勢阱淺的地方流向勢阱深處；在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移必須按照確定的方向。單臂電

13、橋存在非線性誤差，試說明解決方法。解：提高橋臂比：提高了橋臂比，非線性誤差可以減小，但從電壓靈敏度考慮，靈敏度將降低，這是一種矛盾，因此，采用這種方法的時候應該適當?shù)奶岣吖螂妷篣i。采用差動電橋：根據(jù)被測試件的受力情況，若使一個應變片受拉，另一個受壓，則應變符號相反；測試時，將兩個應變片接入電橋的相鄰臂上，成為半橋差動電路，則電橋輸出電壓Uo為 （13-15）若R1=R2,R1=R2,R3=R4,則有 （13-16）由此可知，Uo和R1/R1成線性關系，差動電橋無非線性誤差。而起電壓靈敏度為，比使用一只應變片提高了一倍，同時可以起到溫度補償?shù)淖饔谩Ｒ驗椴捎玫氖墙饘賾兤瑴y量，所以本設計采用全

14、橋電路，能夠有比較好的靈敏度并且不存在非線性誤差。一、填空題（每題3分）1、傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件、產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件、以及相應的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。2、金屬材料的應變效應是指金屬材料在受到外力作用時，產(chǎn)生機械變形，導致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象叫金屬材料的應變效應。3、半導體材料的壓阻效應是半導體材料在受到應力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應。4、金屬絲應變片和半導體應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，從而導致材料的電阻發(fā)生變化。5、金屬絲應變片和半導體應變片比較其不同點是金屬材料的應變效應以機械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相對變化為輔；而

15、半導體材料則正好相反，其應變效應以機械形變導致的電阻率的相對變化為主，而機械形變?yōu)檩o。 6、金屬應變片的靈敏度系數(shù)是指金屬應變片單位應變引起的應變片電阻的相對變化叫金屬應變片的靈敏度系數(shù)。7、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。 8、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。9、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。10、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來感知應變，電阻敏感元件用來將應變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。11、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳

16、感器，傳感器由在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來感知應變，電阻敏感元件用來將應變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。12、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來感知應變，電阻敏感元件用來將應變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。13、應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來感知應變，電阻敏感元件用來將應變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。14、要把微小應變引起的微小電阻變化精確地測量出來，需采用特別設計的測量電路，通常采用電橋電路。 15、電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容的

17、變化來實現(xiàn)對物理量的測量。16、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。 17、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)響應時間短、機械損失小、結(jié)構(gòu)簡單、適應性強。18、 電容式傳感器主要缺點有寄生電容影響較大、當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。19、電感式傳感器是建立在電磁感應基礎上的一種傳感器。20、電感式傳感器可以把輸入的物理量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)或線圈的互感系數(shù)的變化，并通過測量電路進一步轉(zhuǎn)換為電量的變化，進而實現(xiàn)對非電量的測量。 21、電感式傳感器可以把輸入的物理量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)或線圈的互感系數(shù)的變化，并通過測量電路進一步轉(zhuǎn)換為

18、電量的變化，進而實現(xiàn)對非電量的測量。22、電渦流傳感器可用于位移測量、振幅測量、轉(zhuǎn)速測量和無損探傷。 23、電渦流傳感器可用于位移測量、振幅測量、轉(zhuǎn)速測量和無損探傷。24、電渦流傳感器可用于位移測量、振幅測量、轉(zhuǎn)速測量和無損探傷。25、電渦流傳感器可用于位移測量、振幅測量、轉(zhuǎn)速測量和無損探傷。26、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。27、電感式傳感器可以分為自感式、互感式、渦流式三大類。28、壓電式傳感器可等效為一個電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。 29、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

19、應為基礎，來實現(xiàn)非電量檢測的目的。 30、某些電介質(zhì)當沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為極化效應；在介質(zhì)極化方向施加電場時電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種效應又稱電致伸縮效應。31、壓電式電壓放大器特點是把壓電器件的高輸出阻抗變換為傳感器的低輸出阻抗，并保持輸出電壓與輸入電壓成正比。32、電荷放大器的特點是能把壓電器件的高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，以實現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電壓成正比，且其靈敏度不受電纜變化的影響。33、熱電動勢來源于兩個方面，一部分由兩種導體的接觸電勢構(gòu)成，另一部分是單一導體

20、的溫差電勢。34、補償導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。 35、常用的熱電式傳感元件有熱電偶和熱敏電阻。 36、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)換為電阻變化的測溫元件。 37、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)換為電阻變化的測溫元件。38、熱電阻最常用的材料是鉑和銅，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用。 39、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，精度要求較低的場合；四線制適用于實驗室測量，

21、精度要求高的場合。 40、霍爾效應是指在垂直于電流方向加上磁場，由于載流子受洛侖茲力的作用，則在平行于電流和磁場的兩端平面內(nèi)分別出現(xiàn)正負電荷的堆積，從而使這兩個端面出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象。41、制作霍爾元件應采用的材料是半導體材料，因為半導體材料能使截流子的遷移率與電阻率的乘積最大，而使兩個端面出現(xiàn)電勢差最大。42、應該根據(jù)元件的輸入電阻、輸出電阻、靈敏度等合理地選擇霍爾元件的尺寸。43、按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為光電效應 傳感器、紅外熱釋電傳感器、固體圖像傳感器和光纖傳感器。 44、按照測量光路組成，光電式傳感器可以分為透射式、反射式、輻射式和開關式光電傳感器。45、光電傳感器的理論

22、基礎是光電效應。46、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。47、把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù) 變壓器 的基本原理制成的，其次級繞組都用同名端反向形式連接，所以又叫差動變壓器式傳感器。48電阻應變片是將被測試件上的應變轉(zhuǎn)換成電阻的傳感元件。49影響金屬導電材料應變靈敏系數(shù)K。的主要因素是導電材料幾何尺寸的變化。50、傳感器的基本特性通常指的是傳感器的輸入和 輸出 之間的關系特性。51、在傳感器領域，應用比較廣泛的基本電量傳感器有電阻式傳感器、 電容式傳感器、電感式傳感器和電渦流式傳感器。52、物質(zhì)的光

23、電效應通常分為外光電效應、 內(nèi)光電 效應和光生伏打效應三類。53、壓電式傳感器的工作原理是以晶體的 壓電 效應為理論依據(jù)。54、電阻應變片的工作原理是基于金屬的 應變 效應。55、.傳感器的動態(tài)特性包括瞬態(tài)響應特性和 頻率 響應特性。56、霍爾電勢與半導體薄片的厚度成 正 比。57、溫度傳感器主要用來檢測物體的 溫度 。58、傳感器是由敏感元件 與轉(zhuǎn)換元件組成的。59、紅外測溫儀是利用熱輻射體在 紅外 波段的輻射通量來測量溫度的。60、霍爾傳感器是利用霍爾效應 原理將被測物理量轉(zhuǎn)化為電勢的傳感器。61、壓電傳感器的工作原理是以 晶體 的壓電效應為理論依據(jù)。62、熱電偶屬于 溫度 傳感器，常用來

24、測量物體的溫度。63、電磁波譜中紫光攜帶的能量比紅光攜帶的能量要大或多。64、光纖按其傳輸模式多少分為單模光纖和多模 光纖。65、濕敏元件除對環(huán)境濕度敏感外，對 溫度 亦十分敏感。66、熱敏電阻按溫度系數(shù)可分為PTC（或正溫度系數(shù)型） 、NTC或負溫度系數(shù)型以及在某一溫度下電阻值會發(fā)生突變的臨界溫度電阻器CTR的傳感器。67、霍爾傳感器是利用霍爾效應原理將被測量轉(zhuǎn)換為 電勢 的傳感器。68、彈性 滯后 和彈性后效及蠕變是彈性敏感元件的兩個基本特性。 四、簡答題（4題，共18分）301、試述傳感器的定義、共性及組成。 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

25、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。 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(輸出)特性，即其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。 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系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、輸出關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。 304、什么叫應變

26、效應？利用應變效應解釋金屬電阻應變片的工作原理。 答：材料的電阻變化是由尺寸變化引起的，稱為應變效應。 應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，變換成相應的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片，將引起應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。 306、在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應用場合?用電阻應變片組成的半橋、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，

27、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。 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? 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

28、數(shù)發(fā)生改變的場合。 316、何謂電渦流效應?怎樣利用電渦流效應進行位移測量? 答：:電渦流效應指的是這樣一種現(xiàn)象：根據(jù)法拉第電磁感應定律，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，通過導體的磁通將發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電 動勢，該電動勢在導體內(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。 利用電渦流效應測量位移時，可使被測物的電阻率、磁導率、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，而只改變線圈與導體間的距離，這樣測出的傳感器線圈的阻抗變化，可以反應被測物位移的變化。 317、試比較自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同。 答： (1)不同點：1 )自感式

29、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。 323、什么是正壓電效應?什么是逆壓電效應?什么是縱向壓電效應?什么是橫向壓電效應? 答：正壓電效應就是對某些電介質(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，也稱為逆壓電 效應。 沿石英晶體的x軸(電軸)方向受力產(chǎn)生的壓電效應稱為&q

30、uot;縱向壓電效應"。沿石英晶體的y軸(機械軸)方向受力產(chǎn)生的壓電效應稱為"橫向壓電效應"。 331、簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明其實用價值。答：1、中間導體定律；2、標準電極定律；3、 連接導體定律與中間溫度定律實用價值：略。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？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：補償導線法B：冷端溫度計算校正法C：冰浴法D：補償電橋法。第333題圖333、試

31、說明如圖所示的熱電偶三線制測溫時，是如何消除連接導線電阻r帶來的測溫誤差的。答：當電橋平衡時，可寫出下列關系式，即 由此可以得出 設計電橋時如滿足R1=R2則圖中右邊含有r的項完全消去，這種情況下連線阻r對橋路平衡毫無影響，即可以消除熱電阻測量過程中r的影響。但必須注意，只有在對稱電橋(R1=R2的電橋) ，且只有在平衡狀態(tài)下才如此。335、熱電阻傳感器主要分為哪兩種類型?它們分別應用在什么場合? 答: (l)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，還被廣泛地應用于溫度的基準、標準的傳遞，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種。 (2)銅電阻

32、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? 答：在并聯(lián)方式中，伏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

33、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：過程較復雜，時效性低，在計算中，易引入誤差，精度不高。 339、什么是光電效應和光電器件?常用的光電器件有哪幾大類?答：所謂光電效應，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。根據(jù)光電效應原理工作的光電轉(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器件和內(nèi)光電效應器件兩大類。 340、試解釋外光電效應器件和內(nèi)光電效應器件各自的工作基礎并舉例。 答：外光電效應器件的工作基礎基于外光電效應。所謂外

34、光電效應，是指在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應光電器件主要有光電管和光電倍增管。 內(nèi)光電效應器件的工作基礎是基于內(nèi)光電效應。所謂內(nèi)光電效應，是指在光線作用下，物體的導電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象，它可分為光導效應和光生伏特效應。內(nèi) 光電效應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?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的，即因光照引起物體的電學特性而改變的現(xiàn)象。 名詞解釋:36.熱電效應熱電效應是兩種

35、不同的導體組成閉合回路時(1分)，若兩接點溫度不同1分)在該電路中產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象.(1分)38.霍爾效應當置于磁場中的半導體薄片的電流方向與磁場方向不一致時(1分)，在半導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）38.光電效應用光照射某一物體（1分），組成該物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應的電效應的物理現(xiàn)象.（2分）38.靈敏度傳感器達到穩(wěn)定工作狀態(tài)時（1分）輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比.（2分）37.內(nèi)光電效應光照射于某一物體上，(1分)使其導電能力發(fā)生變化的現(xiàn)象.(2分)39.簡述傳感器的基本組成。傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。(2分)

36、敏感元件是能夠完成預變換作用的器件；(1分) 轉(zhuǎn)換元件是能將感覺到的被測非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量的器件；(1分) 轉(zhuǎn)換元件是傳感器的核心部分。(1分) 并不是所有的傳感器都包括敏感元件與轉(zhuǎn)換元件.(1分)42.光纖的主要參數(shù)有哪些？光纖的主要參數(shù)有：(1)數(shù)值孔徑 它反映纖芯吸收光量的多少，是標志光纖接受性能的重要參數(shù)；(2分) （2）光纖模式 就是光波沿光纖傳播的途徑和方式；(2分)（3）傳播損耗 是由光纖纖芯材料的吸收、散射以及光纖彎曲處的輻射損耗影響造成的.(2分)46.在傳感器技術這門課程中講述了多種傳感器，其中溫度傳感器在實際應用中具有重要實用價值，試論述常用的溫度傳感器的異同。答:常用

37、的溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻和集成溫度傳感器等;(2分)它們的相同點是：都是接觸式測溫方法;(1分) 不同點是：（1）工作原理不同 熱電偶依據(jù)的是熱電效應，熱敏電阻利用的是半導體電阻隨溫度變化的特性，集成溫度傳感器是利用感溫PN的電壓電流特性與溫度的關系;(3分) （2）主要特點不同 熱電偶具有種類多、結(jié)構(gòu)簡單、感溫部小、廣泛用于高溫測量的特點，熱敏電阻具有種類多、精度高、感溫部較大、體積小、響應快、靈敏度高等特點，集成溫度傳感器具有體積小、反應快、線性好、價格低等特點.(3分)40.電渦流傳感器是如何實現(xiàn)探傷的？使電渦流傳感器與被測體距離不變，如有裂紋出現(xiàn)，將會引起金屬的電阻率、磁導率的變

38、化。(3分)在裂紋處也可以說有位移的變化。這些綜合參數(shù)的變化將會引起傳感器參數(shù)的變化，(2分)通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達到探傷的目的. (1分)43.簡述霍爾電勢的產(chǎn)生原理。一塊半導體薄片置于磁場中(磁場方向垂直于薄片)，當有電流流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。（2分） 結(jié)果在半導體的后端面上電子有所積累，而前端面缺少電子，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)；(2分) 當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢.(2分)46.傳感器技術在日常生活中的應用非常廣泛，其中超市收款臺采用

39、條形碼掃描的方法來得到各種商品的信息，實現(xiàn)快速收費的目的。條形碼掃描的方法涉及到光電傳感器，試分析條形碼掃描筆的工作原理。答：掃描筆的前方為光電讀入頭，它由一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管組成；(2分) 當掃描筆在條形碼上移動時，若遇黑色收線條，發(fā)光二極管發(fā)出的光將被黑線吸收，光敏三極管接受不到反射光，呈現(xiàn)高阻抗，處于截止狀態(tài)；當遇到白色間隔時，發(fā)光二極管所發(fā)出的光纖，被反射到光敏三極管的基極，光敏三極管產(chǎn)生電流而導通；(4分)整個條形碼被掃描后，光敏三極管將條形碼變成了一個個電脈沖信號，該信號經(jīng)放大、整形后便形成寬窄與條形碼線的寬窄及間隔相對應的脈沖列，脈沖列經(jīng)計算機處理后，完成對條形碼的識讀

40、. (3分)五 、計算綜合題（3題，共22分）1、如圖為實驗室常采用的冰浴法熱電偶冷端溫度補償接線圖，（1） 圖中依據(jù)了熱電偶兩個基本定律，分別指出并簡述其內(nèi)容；（4分）（2） 將冷端至于冰水槽的主要原因是什么？（2分）（3） 對補償導線有何要求？（2分）答案：（1） 中間導體定律：在熱電偶回路中，只要接入的第三導體兩端溫度相同，則對回路的總的熱電動勢沒有影響。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(jié)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。（2） 熱電偶分度表以0攝氏度為基準；（3） 與導體材料A、B有相同熱電特性（不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同；

41、連接補償導線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電偶的正負極一一對應；補償導線連接端的工作溫度不能超出（0100），否則會給測量帶來誤差。）361、一臺精度等級為0.5級、量程范圍6001200的溫度傳感器，它最大允許絕對誤差是多少？檢驗時某點最大絕對誤差是4，問此表是否合格？解：根據(jù)精度定義表達式A=A/ YF.S×100%，并由題意已知：A=0.5%，YF.S=（1200600），得最大允許絕對誤差 A=A.YF.S=0.5%×（1200600）=3此溫度傳感器最大允許絕對誤差為3。檢驗某點的最大絕對誤差為4，大于3，故此傳感器不合格。366、已知某溫度計測量范圍0200。

42、檢測測試其最大誤差Ymax=4，求其滿度相的誤差，并根據(jù)精度等級標準判斷精度等級。解：YFS=2000=200由A=A/YFS100有A4/2001002。精度特級為2.5級。367、檢定一臺1.5級刻度0100Pa壓力傳感器，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)50Pa處誤差最大為1.4Pa，問這臺壓力傳感器是否合格？解：根據(jù)精度定義表達式：AA/AyFS*100%,由題意可知：A1.5，YFS100所以 AA YFS1.5因為 1.41.5所以 合格。FFR1R3R2R4計算題374題圖374、采用四片相同的金屬絲應變片（K=2），將其貼在實心圓柱形測力彈性元件上。如圖（a）所示，力F=1000kg。圓柱斷面半徑r=1cm，楊氏模量E=2×107N/cm2，泊松比m =0.3。求（1）畫出應變片在圓柱上貼粘位置及相應測量橋路原理圖；（2）各應變片的應變e =？電阻相對變化量R/R=？解：（1）按題意采用四個相同應變片測力彈性元件，貼的位置如圖374（a）所示。R1、R3沿軸向受力F作用下產(chǎn)生正應變e 10， e 30；R2、R4沿圓周方向貼則產(chǎn)生負應變e 20， e 40。四個應變電阻接入橋路位置入圖（b）所示。從而組