傳感器原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)題

一、填空題〔3分〕1、傳感器通常由直接響應(yīng)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(yīng)的根本轉(zhuǎn)換電路組成。2、金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)是指 金屬材料在受到外力作用時，產(chǎn)生氣械變形，導(dǎo)致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。3半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)是 半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后其電阻率發(fā)生明顯變化。4、金屬絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片比較其一樣點(diǎn)是它們都是在外界力作用下產(chǎn)生氣械變形，電阻發(fā)生變化。5、金屬絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片比較其不同點(diǎn)是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相對變化為輔；而半導(dǎo)體材料則正好相反，其應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變導(dǎo)致的電阻率的相對變化為主，而機(jī)械形變?yōu)檩o。6、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(yīng)。7、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將材料應(yīng)變 轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。8、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化準(zhǔn)確地測量出來，需承受特別設(shè)計(jì)的測量電路，通常承受電橋電路。9電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為 電容量的變化來實(shí)現(xiàn)對物理量的測量。10、變極距型電容傳感器做成差動構(gòu)造后，靈敏度提高原來的2 倍。11、電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要有測量范圍大、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)時間短、機(jī)械損失小、構(gòu)造簡潔 、適應(yīng)性強(qiáng)。12、電容式傳感器主要缺點(diǎn)有寄生電容影響較大、當(dāng)電容式傳感器用于變間隙原理進(jìn)展測量時具有非線性輸出特性。13、電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng) 根底上的一種傳感器。14、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。15、電感式傳感器可以分為自感式、互感式、渦流式三大類。16電荷源壓源。17(或發(fā)電型傳感器)，其以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為根底，來實(shí)現(xiàn)非電量檢測的目的。18號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電〕效應(yīng)；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(yīng)又稱電致伸縮效應(yīng)。19接觸電勢體的溫差電勢。20、補(bǔ)償導(dǎo)線法常用作熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償，它的理論依據(jù)是中間溫度定律。21、常用的熱電式傳感元件有熱電偶和熱敏電阻。22電勢阻變化的測溫元件。23、熱電阻最常用的材料是鉑度要求不高且溫度較低的場合，銅熱電阻得到了廣泛應(yīng)用。24、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；四線制適用于試驗(yàn)室測量，精度要求高的場合。25、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(qiáng)成正比，而與晶片 幾何尺寸 和面積無關(guān)。26、金屬應(yīng)變片的彎曲半徑越大，其橫向效應(yīng)也越大。27、影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K。的主要因素是導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化。28、傳感器的根本特性通常指的是傳感器的輸入和 輸出 之間的關(guān)系特性。29、常用的根本電量傳感器包括 電阻式 、電感式和電容式傳感器。半導(dǎo)體氣體傳感器可分為_電阻式 _與 非電阻式_兩大類。用半導(dǎo)體制成霍爾組件的測量誤差主要來自于 溫度誤差和 零位誤差_?；魻杺鞲衅鞯牧阄徽`差主要包括 不等位電勢和 寄生直流電動勢。1.33正溫度系數(shù)熱敏電阻〔負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻〔阻〕三類。二、選擇題1、金屬絲應(yīng)變片在測量構(gòu)件的應(yīng)變時，電阻的相對變化主要由(B)來打算的。A、貼片位置的溫度變化 B、電阻絲幾何尺寸的變化C、電阻絲材料的電阻率變化 D、外接導(dǎo)線的變化2、不能用渦流式傳感器進(jìn)展測量的是( D )。A 位移 B 材質(zhì)鑒別 C 探傷 D 非金屬材料3、通常所說的傳感器核心組成局部是指〔B 〕A、敏感元件和傳感元件 B、敏感元件和轉(zhuǎn)換元件C、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路 D、敏感元件、調(diào)理電路和電源4、為提高電橋的靈敏度，可實(shí)行的方法是〔C A、半橋雙臂各串聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；B、半橋雙臂各并聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；C、適當(dāng)提高電橋的電源電壓；D、增大應(yīng)變片的初始電阻值。5、一階傳感器輸出到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的10%到90%所需的時間是( B)。A、延遲時間B、上升時間C、峰值時間D、響應(yīng)時間6、傳感器的以下指標(biāo)全部屬于靜態(tài)特性的是( C 。A、線性度、靈敏度、阻尼系數(shù)B、幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差C、遲滯、重復(fù)性、漂移D、精度、時間常數(shù)、重復(fù)性7〔此題為多項(xiàng)選擇題〕利用霍爾片，我們可以測量一步到位哪些物理量〔 ABCD 。A、磁場；B、電功率；C、載流子濃度；D、載流子類型。8、屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是( B )。A、重復(fù)性 B、固有頻率 C、靈敏度 D、漂移9、影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏度系數(shù)K的主要因素是( B)。A、導(dǎo)電材料電阻率的變化 B、導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化C、導(dǎo)電材料物理性質(zhì)的變化 D、導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化10、電阻應(yīng)變片的線路溫度補(bǔ)償方法有( B )。A、差動電橋補(bǔ)償法 B、補(bǔ)償塊粘貼補(bǔ)償應(yīng)變片電橋補(bǔ)償法C、補(bǔ)償線圈補(bǔ)償法 D、恒流源溫度補(bǔ)償電路法11、試題關(guān)鍵字：變間隙式。當(dāng)變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距d增加時，將引起傳感器的( B)。A、靈敏度增加B、靈敏度減小C、非線性誤差增加D、非線性誤差不變12〔此題為多項(xiàng)選擇題〕電容式傳感器中輸入量與輸出量的關(guān)系為線性的有〔AB 。A、變面積型電容傳感器B、變介質(zhì)型電容傳感器C、變電荷型電容傳感器D、變極距型電容傳感器13、溝通電橋的平衡條件為( B )。A、相鄰橋臂阻抗值乘積相等 B、相對橋臂阻抗值乘積相等C、相對橋臂阻抗值比值相等 D、相鄰橋臂阻抗值之和相等14、以下說法正確的選項(xiàng)是( D )。A、差動整流電路可以消退零點(diǎn)剩余電壓，但不能推斷銜鐵的位置。B、差動整流電路可以推斷銜鐵的位置和運(yùn)動方向。C、相敏檢波電路可以推斷位移的大小，但不能推斷位移的方向。D、相敏檢波電路可以推斷位移的大小和位移的方向。15、石英晶體在沿電軸X方向的力作用下會( D )。A、不產(chǎn)生壓電效應(yīng)B、產(chǎn)生逆向壓電效應(yīng)C、產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)D、產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)16、為了減小熱電偶測溫時的測量誤差，需要進(jìn)展的溫度補(bǔ)償方法不包括(D)。A、補(bǔ)償導(dǎo)線法B、電橋補(bǔ)償法C、冷端恒溫法D、差動放大法17、熱電偶測量溫度時(D)。A、需加正向電壓B、需加反向電壓C、加正向、反向電壓都可以D、不需加電壓180.04mV/°C1200℃處，假設(shè)以指示儀表作為50°C，則熱電勢大小〔B〕mV。A、60；B、46；C、56；D、66。19、在某特定條件下材料A13.967mV，材料B8.345mV，則在此特定條件下，材料AB〔A〕mV。A、5.622；B、6.622；C、7.622；D、8.622。20．當(dāng)變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的〔BD。A．靈敏度增加 B．靈敏度減小C．非統(tǒng)性誤差增加 D．非線性誤差減小21超聲波傳感器的聲波頻率〔D 〕A．低于16Hz Ｂ．低于10kHzＣ．高于10kHz Ｄ．高于20kHz22、以下屬于無源型傳感器是〔D〕A．發(fā)電型 Ｂ．熱電偶Ｃ．壓電式傳感器 Ｄ．電阻式傳感器以下不屬于電容式傳感器測量電路的是〔A〕A．調(diào)頻電路 Ｂ．放大器Ｃ．溝通電橋 Ｄ．脈沖電路以下特性屬于傳感器動態(tài)特性的是〔A〕A．瞬態(tài)響應(yīng) Ｂ．線性度 Ｃ．靈敏度 Ｄ．穩(wěn)定性電渦流傳感器常用的材料為〔D〕A．玻璃 Ｂ．陶瓷 Ｃ．高分子 Ｄ．金屬1以下四種光電元件中，基于外光電效應(yīng)的元件是〔C〕A、光敏二極管 B、硅光電池 C、光電管 D、光導(dǎo)管光纖傳感器的種類很多，工作原理也各不一樣，但都離不開〔C〕A、光的調(diào)制一個環(huán)節(jié)；B、光的解調(diào)一個環(huán)節(jié)；C、調(diào)制與解調(diào)兩個環(huán)節(jié)；D、光的反射在光線作用下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加的現(xiàn)象屬于〔。A、外光電效應(yīng) B、光生伏特效應(yīng) C、光電放射 D、光電導(dǎo)效應(yīng)4．光電管傳感器所加的電源電壓〔〕A、正向電壓；B、溝通電壓；C、感應(yīng)電壓；D、反向電壓；磁敏傳感器中將被測物理量轉(zhuǎn)換為霍爾電勢的傳感器是利用〔〕壓電效應(yīng)原理Ｂ．力學(xué)效應(yīng)原理Ｃ．光電效應(yīng)原理Ｄ．霍爾效應(yīng)原理利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件是〔 〕光敏電阻 Ｂ．熱敏電阻 Ｃ．磁敏電阻 Ｄ．力敏電阻以下屬于無源型傳感器是〔B 〕A、發(fā)電型 Ｂ、熱電偶Ｃ、氣敏傳感器 Ｄ、電阻式傳感器利用霍爾效應(yīng)制成的傳感器是〔C 〕應(yīng)變式傳感器 Ｂ．溫度傳感器 Ｃ．霍爾傳感器 Ｄ．氣敏傳感器n2n21 2nn2n21 2n2n22 1A、n

2-n2；B、n2-n2；C、

；D、1 2 2 110、光電管傳感器(光電倍增管)的制作原理是〔〕A、內(nèi)光電效應(yīng)；B、光生伏特效應(yīng)；C、外光電效應(yīng)；D、壓差效應(yīng)。11.不能承受非接觸方式測量的傳感器是〔 。A、霍爾傳感器；B、光電傳感器；C、熱電偶；D、渦流傳感器12、直流電橋的平衡條件為( )。A、相鄰橋臂阻抗值乘積相等 B、相對橋臂阻抗值乘積相等C、相對橋臂阻抗值比值相等 D、相鄰橋臂阻抗值之和相等預(yù) 測 題2.對于正弦輸入信號，傳感器的響應(yīng)稱為頻率形影或穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，對于階躍信號，則稱為階躍響應(yīng)或瞬態(tài)響應(yīng)。三、推斷題〔在你認(rèn)為對的推斷后打，錯的推斷后打，每題1分，10題共10分〕1，壓電式傳感器具有體積小、構(gòu)造簡潔等優(yōu)點(diǎn)，適合于頻率較低的被測量的測量，甚至是靜態(tài)量的測量〔 〕線性度是傳感器的靜態(tài)特性之一。 〔√ 〕電渦流式傳感器可以進(jìn)展無接觸測量和探傷。 〔√〕應(yīng)變片式壓力傳感器僅能對壓力進(jìn)展測量。 〔×〕時間響應(yīng)特性為傳感器的靜態(tài)特性之一。 〔×〕電阻應(yīng)變片式傳感器可以對位移、加速度、壓力等進(jìn)展測量。 〔√ 〕在傳感器的根本特性中，瞬態(tài)響應(yīng)特性是其動態(tài)特性之一?！病獭畴姕u流式傳感器不行以進(jìn)展無接觸測量。 〔×〕電容式傳感器可以對位移、加速度、壓力等進(jìn)展測量。 〔√〕傳感器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指的是輸入信號為正弦信號的頻率響應(yīng)。 〔√〕超聲波測流速的機(jī)理是它在靜止流體和流淌流體中的傳播速度不同〔√〕傳感器按輸入量分為模擬式和數(shù)字式傳感器。 〔×〕電渦流式傳感器屬于電容式傳感器，可以用于無損探傷。 〔×〕光纖傳感器最根本的工作原理離不開光的調(diào)制和解調(diào)兩個環(huán)節(jié)。 〔對〕磁敏二極管是依據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的。 〔錯〕光電管和光電倍增管是利用內(nèi)光電效應(yīng)制成的。 〔錯 〕光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大。這樣光敏電阻的靈敏度就高。 〔對〕光電管傳感器所加的電源電壓為反向電壓。 〔對；光電管傳感器的制作原理是依據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的。 〔錯；玻爾帖電勢〔接觸電勢〕只與兩種金屬接點(diǎn)的溫度有關(guān)。 〔錯；〔對；光電倍增管的作用是轉(zhuǎn)變光電管檢測光電流的信噪比。 〔對；〔錯；霍爾電壓與磁感強(qiáng)度成正比，磁感強(qiáng)度轉(zhuǎn)變方向時，霍爾電壓也轉(zhuǎn)變方向?！矊Α乘摹⒑喆痤}〔418〕1?用電阻應(yīng)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，溝通電橋適合供電電源是溝通的場合。半橋4誤差。2、依據(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(diǎn)?各適用于什么場合?答：3種：變極板間距的變極距型、變極板掩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(diǎn)是電容量與極板間距成反比，適合測量位移量。變極板掩蓋面積型電容傳感器的特點(diǎn)是電容量與面積轉(zhuǎn)變量成正比移。變介質(zhì)型電容傳感器的特點(diǎn)是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不一樣電常數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)變的場合。3、簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明其有用價值。答：1、中間導(dǎo)體定律；2、標(biāo)準(zhǔn)電極定律；3、連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律有用價值：略。4【必考題】熱電偶測溫時，為什么要進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償？常用的補(bǔ)償方法有哪些？答〔1〕由于熱電偶的熱電勢只有當(dāng)冷端的溫度恒定時才是溫度的單值函數(shù)，而熱電偶的標(biāo)行冷端補(bǔ)償。〔2〕A：補(bǔ)償導(dǎo)線法B：冷端溫度計(jì)算校正法C：冰浴法D：補(bǔ)償電橋法。【必考題】什么叫電阻應(yīng)變效應(yīng)？什么叫壓阻效應(yīng)？象壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化試比較金屬絲電阻應(yīng)變儀與半導(dǎo)體應(yīng)變儀的一樣點(diǎn)與不同點(diǎn)？R解：一樣點(diǎn)：兩者的R，即單根的導(dǎo)電絲的靈敏度系數(shù)均遵從0

R/R

12m不同點(diǎn)：對金屬來說，

很小，可無視不計(jì)。對半導(dǎo)體而言，1+2u大得多，即半50-100倍。的組成框圖。解：什么叫外光電效應(yīng)？什么叫光電導(dǎo)效應(yīng)？什么叫光生伏特效應(yīng)？解：外光電效應(yīng)：光電材料在光照耀下，電子逸出物體外表對外放射的現(xiàn)象光電導(dǎo)效應(yīng)：光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象光生伏特效應(yīng)：光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。什么是霍爾效應(yīng)？一個霍爾元件在肯定的電流掌握下，其霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)？解：解：置于磁場中的半導(dǎo)體薄片的電流方向與磁場方向不全都時(1分)，在半導(dǎo)體薄片上平行于電流和磁場方向(1〕E=KIB。K是霍爾元件的靈敏度系數(shù)。I是電流。B是與I和E均垂直方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，霍爾電動勢由B的大小及方向打算一臺承受等強(qiáng)度梁的電子秤，在梁的上下兩面各貼有兩篇靈敏度系數(shù)均為k=2的金屬箔式應(yīng)變片做成稱重傳感器。梁的L=100mm,b=11mm,h=3mm,梁的彈性模量E=2.1*104N/mm2..將應(yīng)變片接入直流四臂電路，供橋電壓Usr=6V..試求：稱重傳感器的靈敏度〔V/Kg〕？68V時，物體的荷重為多少？解：圖中依據(jù)了熱電偶兩個根本定律，分別指圖中依據(jù)了熱電偶兩個根本定律，分別指分〕將冷端至于冰水槽的分〕對補(bǔ)償導(dǎo)線有何要求？〔2分〕答案：中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度一樣，則對回路的AB的熱電勢僅取決于熱電偶的材料和兩個結(jié)點(diǎn)的溫度，而與溫度沿?zé)犭姌O的分布以及熱電極的參數(shù)和外形無關(guān)。0與導(dǎo)體材料A、B有一樣熱電特性〔〔0~10℃〕6、一個鐵氧體環(huán)形磁芯，平均長度為12cm，橫截面面積為1.5cm2，平均相對磁導(dǎo)率為μr=2022。求:(1)500匝時的電感；(2)1倍時的電感。解：當(dāng)線圈繞在這種圓形的磁芯上時，電感的計(jì)算公式為R=R=m

2.5*1051.2*10-22022*4*p*10-7*1.5*1.2*10-2

=7.85H2:L2

=4*L=31.4H一電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k=2R=1201000，問其電阻變化為多少？解SR/R/,RSR2*1000*106*1202Ω=0.24Ω霍爾組件L*W*D=10*2*1(mm)3L方向通以電流I=2mALW方向加有均勻磁場B=0.1T,KH=20V/A*T。試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度。解：輸出的霍爾電勢為：

UH=KHBI=20*2*10-3*0.1mV=4mV由 K＝RH，R 1H d H ne可得載流子濃度為： n=1/(KH*ed)=1/(20*1.6*10-19*1*10-3)m3=3.125m31所示為始終流應(yīng)變電橋。Ui=5V，R1=R2=R3=R4=120Ω，試求：假設(shè)R1、R2感受應(yīng)變極性相反，且|△R1|=|△R2|=1.2Ω，電橋的輸出電壓U0為多少？解 ：UR

R R

R 41.2 1.2U O 4

R1

R2

R3

R44

R1

R2

4120120