传感器与检测技术.docx

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传感器与检测技术

《传感器与检测技术》试题

一、填空：

（20分）

1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

（2分）

2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。

3、光电传感器的理论基础是光电效应。

通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。

第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。

4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T，To）=

。

在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

5.压磁式传感器的工作原理是：

某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。

相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。

（2分）

6.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分）

7.仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的（2分）

8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。

（2分）

9.电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx=x/XmaxRmax,来计算，其中电阻灵敏度Rr=①2p（b+h）/At,

1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）

2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，变介电常数型）是线性关系。

3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。

4、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。

2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①_金属_材料和②半导体材料。

它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由电阻应变效应形成的，而②的电阻变化主要是由温度效应造成的。

半导体材料传感器的灵敏度较大。

3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与绕组匝数成正比，与穿过线圈的磁通_成正比，与磁回路中磁阻成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式__表示。

1.热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T,To）=

。

在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

（7分）

3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。

线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系。

假定电位器全长为Xmax，其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx=

来计算。

假定加在电位器A、B之间的电压为Vmax，则输出电压为Vx=

。

其电阻灵敏度RI=

。

电压灵敏度RU=

。

（7分）

5.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电势的。

而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。

霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。

（6分）

8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征（5分）

1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大②减小③不变）。

2、平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型②变极距型③变介电常数型）是线性的关系。

3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成反比

简答题

2简述热电偶的工作原理。

（6分）

答：

热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。

所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。

两点间的温差越大，产生的电动势就越大。

引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

3以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。

（6分）

答：

石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。

晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

这种现象称为正压电效应。

反之，如对石英晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。

石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

4简述电阻应变片式传感器的工作原理（6分）

答：

电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？

（10分）

答：

传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。

而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。

由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。

静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。

动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。

可以从时域和频域来研究动态特性

2、简述霍尔电动势产生的原理。

（5分）

答：

一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。

结果在半导体的后端面上电子有所积累。

而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。

二、寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。

试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。

（15分）

三、在生产过程中测量金属板的厚度，非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。

试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。

（15）

1光纤传感器的工作原理。

（4分）

答：

光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。

光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型）与非功能型（或称结构型、传光型）两大类。

功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能。

非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器。

5、什么是传感器静态特性。

（4分）

答：

传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。

三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？

说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。

分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10分）

答：

热电动势：

两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。

因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。

接触电动势：

接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。

它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。

温差电动势：

是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。

热电偶测温原理：

热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。

所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。

两点间的温差越大，产生的电动势就越大。

引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。

4、霍尔元件能够测量哪些物理参数？

霍尔元件的不等位电势的概念是什么？

温度补偿的方法有哪几种？

答：

霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。

霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。

温度补偿方法：

a.分流电阻法：

适用于恒流源供给控制电流的情况。

b.电桥补偿法

一、填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立5分）

1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。

2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。

当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。

4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。

5．影响金属导电材料应变灵敏系数K。

的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。

二、选择题

1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（A.B.D）。

A．差动电桥补偿B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C．补偿线圈补偿法D．恒流源温度补偿电路法

2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。

A．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω

3．通常用应变式传感器测量（BCD）。

A．温度B．速度C．加速度D．压力

4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。

A．灵敏度增加B．灵敏度减小C．非统性误差增加D．非线性误差减小

5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。

A．外光电效应B．内光电效应C．光电发射D．光导效应

《传感器与应用》

一、填空题（每空1分，共25分）

1．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。

对线性传感器来说，其灵敏度是一常数.2．用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以组成应变片传感器，按用途划分用应变式力传感器、应变式加速度传感器等（任填两个）。

3.采用热电阻作为测量温度的元件是将温度的测量转换为电阻的测量。

4．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、铁磁

性外壳和可沿线圈轴向移动的活动铁芯组成。

5．利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较好的灵敏度，应该让线圈与被测物的距离大大小于线圈半径6．空气介质变隙式电容传感器中，提高灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器7．振筒式传感器是以均匀薄壁圆筒作为敏感元件，将被测气体压力或密度的变化转换成频率。

8．由光电管的光谱特性看出，检测不同颜色的光需要选用光电阴极材料不同的光电管，以便利用光谱特性灵敏度较高的区段。

9．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。

10．硒光电池的光谱响应区段与人类相近，因而得到应用。

11．热敏电阻正是利用半导体载流子数目随着温度变化而变化的特性制成的温度敏感元件。

12．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。

用这个原理制成的电阻称固态压敏电阻。

13．磁敏二极管工作时加正向电压。

由于它的磁灵敏很高，特别适用于测量弱磁场。

二、选择题（每小题2分，共16分，7、8两题答案不止一个）

1．电阻应变片的初始电阻数值有多种,其中用的最多的是（B）。

A60ΩB120ΩC200ΩD350Ω

2．电涡流式传感器激磁线圈的电源是（C）。

A直流B工频交流C高频交流D低频交流

3．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（B）。

A正比关系B反比关系C无关系

4．单色光的波长越短，它的（A）。

A频率越高，其光子能量越大B频率越低，其光子能量越大C频率越高，其光子能量越小D频率越低，其光子能量越小

5．热电偶可以测量（C）。

A压力B电压C温度D热电势

6．光敏电阻适于作为（B）。

A光的测量元件B光电导开关元件C加热元件D发光元件

7．目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（AD）。

A-200～850℃B-50～850℃C-200～150℃D-200～650℃

8．差动变压器传感器的配用测量电路主要有（AB）。

A差动相敏检波电路B差动整流电路C直流电桥D差动电桥

一、单项选择题

1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（c）

A．压力B．力矩C．温度D．厚度

2．属于传感器动态特性指标的是（d）

A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率

3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（a）

A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器

4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（d）

A．变极板面积型B．变极距型C．变介质型D．容栅型

5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（c）

A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片

6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（d）

A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗

7．固体半导体摄像元件CCD是一种（c）

A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路

8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（d）

A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰

9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（a）A．0.301B．0.303C．0.308D．0.315

10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（b）

A．1.22mVB．2.44mVC．3.66mVD．4.88mV

11．周期信号的自相关函数必为（a）

A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数

12．已知函数x（t）的傅里叶变换为X（f），则函数y（t）=2x（3t）的傅里叶变换为（b）

A．2X（

）B．

X（

）C．

X（f）D．2X（f）

二、填空题

13．对传感器进行动态的主要目的是检测传感器的动态性能指标。

标定（或校准或测试）

14．传感器的过载能力是指传感器在不致引起规定性能指标永久改变的条件下，允许超过的能力。

测量范围

15．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。

智能化

16．已知某传感器的灵敏度为K0，且灵敏度变化量为△K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为rs=（△K0/K0）×100%。

17．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。

.细分

18．在用带孔圆盘所做的光电扭矩测量仪中，利用孔的透光面积表示扭矩大小，透光面积减小，则表明扭矩。

增大

19．电容式压力传感器是变型的。

极距（或间隙）

20．一个半导体应变片的灵敏系数为180，半导体材料的弹性模量为1.8×105Mpa,其中压阻系数πL为Pa-1。

1×10－9

21．图像处理过程中直接检测图像灰度变化点的处理方法称为。

微分法

22．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。

23．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。

24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为

若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。

全国2001年10月自考传感器与检测技术试卷答案

一、单项选择题

1.C2.D3.A4.D5.C6.D7.C8.D9.A10.B11.A12.B

二、填空题

13.标定（或校准或测试）14.测量范围15.智能化16.（△K0/K0）×100%17.细分18.增大19.极距（或间隙）20.1×10－921.微分法