传感器及检测技术试题库分析.docx
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传感器及检测技术试题库分析
《传感器与检测技术》题库
一、填空：
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.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.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。
4.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）
5.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）
6.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
7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。
8、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）。
9、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，③变介电常数型）是线性的关系。
10、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）。
11、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。
12、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。
13、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__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。
14.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。
15.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
16.传感器的静态特性指标有：
灵敏度、分辨力、线性度、迟滞误差、稳定性、电磁兼容性、可靠性等。
17.测量方法根据测量方式可以分为：
偏拉式测量、零位式测量；微差式测量。
18.热敏电阻中能够反映灵敏度程度的参数为：
B值。
19.热电偶的常见结构形式有：
装配式、铠装式、薄膜式。
20.常用变送器的输出信号是两线制。
21.镍铬-镍硅热电偶的分度号为K，铂铑13-铂热电偶的分度号是B。
22.与K型热电偶配套的补偿导线的正、负极的颜色是红-蓝。
23.用绝对压力传感器测量某容器的压力，读数为90kPa，若当地大气压为100kPa，则相对真空度为10kPa，属于微负压。
24.硅微电容压力传感器的核心是硅微加工感压膜片。
25.一般情况下，管道中心处的流速最大。
26.温度越高，超声波在气体中传播的声速就越快，造成测量误差。
27.超声波流量计中，时间差式的温漂较大。
28.与差压式液位计比较，伺服式液位计的测量速度较慢。
29.某简谐振动的位移x=xmcos（ωt+φ）=1cos（2πft+0），测得xm=1m，f=50Hz，振动速度v=vmcos（ωt+φ+π/2）=-ωxmsin（ωt+φ）。
则振动速度的单峰值|vm|=314m/s。
30.传感器及其检测系统的可靠性通常指:
故障平均间隔时间、平均修复时间、失效率。
31.测量误差的表现形式：
粗大误差、系统误差、随机误差、动态误差。
32.铂铑13-铂热电偶的分度号是R，铂铑30-铂铑6热电偶的分度号是B。
33.发现压力变送器的输出信号跳动较大，但有规律，可能是压力波动。
34.本安型仪表是依靠电路本身来实现本质安全防爆性能的。
35.安装在危险区的“一次仪表”的电缆应连接到安全栅本安侧的接线端子上。
36.物体在温度低于500℃时，主要的辐射是红外光。
37.硅微电容浮动膜盒压力传感器部的保护膜片是不锈钢制作的。
在单向过压3倍左右时，保护膜片产生位移，不使硅测量膜片损坏。
38.当被测流体的密度变化时，孔板式流量计的质量流量与密度的平方根成反比。
39.被测容器中的液体密度增加，压力式液位计的测量结果就增大。
40.为了判断燃煤锅炉炉膛火焰的跳动，火焰探测器电路设置了带通滤波器41.光敏二极管在测光电路中应处于反向偏置状态，而光电池通常处于正向偏置状态。
41.欲精密测量光的照度，光电池应配接I-U转换器。
42.对于速度不均匀、时走时停的机床，磁栅传感器中应采用静态磁头。
二、选择
1重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了____D__。
A．提高准确度B．加速其衰老
C．测试其各项性能指标D．提早发现故障，提高可靠性
2.若将表压传感器的取压口向大气敞开，读数等于__B____。
A．0（绝对压力）B．0（表压）C．1个大气压D．-100kPa
3.考核检测仪表的电磁兼容是否达标，是指___D_____。
A．仪表能在规定的电磁干扰环境中正常工作的能力
B．仪表不产生超出规定数值的电磁干扰
C．仪表不产生较大的EMI
D．A、B必须同时具备
4..螺线管式自感式传感器采用差动结构是为了___B___。
A．加长线圈的长度从而减小线性围B．提高灵敏度，减小温漂
C．降低成本D．增加线圈对衔铁的吸引力
5.可以在高温、高压等恶劣环境中工作，测量结果不受温度影响，但需要进行射线防护的是___D___。
A．投入式液位计B．电接点式液位计
C．雷达式液位计D．核辐射式液位计
6.与差压式液位计比较，伺服式液位计的测量速度___B___。
A．较快B．较慢C．一样D．无法比较
7.晒太阳取暖、人造卫星的光电池板分别利用了光的___c___效应。
A．光电效应光热效应B．光化学效应光电效应
C．光热效应光电效应D．感光效应光电效应
8.涡流式接近开关可以检测出___C___的靠近程度。
A．人体B．水C．金属零件D．塑料零件
9.光敏二极管、光电池分别属于____C___效应。
A．外光电效应光电效应B．光电效应光生伏特效应
C．光生伏特效应光电效应D．光生电流效应光电效应
10.蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电晶片发声原理是利用压电材料的____D__。
A．应变效应B．电涡流效应C．压电效应D．逆压电效应
11.接近开关的动作距离__A___复位距离；额定工作距离______动作距离。
A．大于小于B．小于小于C．等于小于D．都可以
12.绝对式数字式位置传感器输出的信号是__D_____，增量式位置传感器输出的信号是________。
A.二进制格雷码连续的模拟电流信号B.连续的模拟电压信号脉冲信号
C.脉冲信号连续的模拟电流信号D.二进制格雷码脉冲信号
13.某数字式压力表的量程为0~999.9Pa，当被测量小于___D___Pa时，仪表的输出不变。
A．9B．1.0C．0.9D．0.1
13.气温升高时，若不进行温度补偿，荷重传感器部的弹性元件的强度略微变弱，其应变将略有____B____，使得灵敏度变大，所以必须进行灵敏度的温度补偿。
A．下降B．上升C．不变D．抖动
15.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是___C___。
A．补偿热电偶冷端热电动势的损失B．起冷端温度补偿作用
C．将热电偶冷端延长到远离高温区的地方D．提高灵敏度
16.1千帕等于___A___。
A．1.019716×10-2工程大气压B．9.87标准大气压
C．100巴D．760mm汞柱
17.施加最大称量Max到电子秤的秤台上，静置30min后，最终读数与初次读数之差超过了允许误差，这种误差称为____C____。
A．零点漂移B．蠕变C．迟滞D．灵敏度漂移
18.铂铑30-铂铑6热电偶的分度号是___B___。
A．RB．BC．SD．K
19.体积流量___A___，得到质量流量。
A．乘以流体的密度B．除以流体的密度
C．乘以流体的流速D．除以流体的流速
20.振动角频率ω=1rad/s，f约为___D___Hz。
A．1B．πC．2πD．1/2π
三、判断
1迟滞现象反应了传感器机械结构和制造工艺上的缺陷。
（）
2金属丝和半导体材料发生形变产生的效应原理相同。
（×）
3电容传感器的标定和测量必须在同样条件下进行，即线路中导线实际长度等条件在测试时和标定时应该一致。
（）
4电感传感器的铁心一般工作在饱和状态下，其磁导率远大于空气的磁导率。
（×）
5）欲测量细长管道深处的温度，应选择铠装型热电阻。
（）
6光敏二极管在电路常工作在反向偏压状态。
（）
7.在自动检测系统中，各组成部分常以信息流的过程划分，一般可分为：
信息提取、信息转换、信息处理和信息输出四部分。
（）
8.灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化量y和引起此变化的输入变化量x之比，即
，因此传感器的灵敏度是一常数。
（×）
9.用时间常数表征一阶传感器的动态特性，越小，频带越宽。
（）
10.光敏电阻的暗电阻越小，亮电阻越大，则性能越好。
（×）
四、名词解释（每题3分，共12分）
1．满度相对误差：
将仪表的绝对误差
除以一个引用值或特定值，用百分比来表示即为引用误差γm：
2.示值相对误差：
用绝对误差Δ与被测量Ax的百分比来表示示值相对误差γx，也称为标称相对误差。
3.热电效应：
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的相互扩散，并产生电动势，成为热电动势，这种扩散现象成为热电效应，
。
4．中间导体定律：
若在热电偶回路中插入“中间导体”（A、B热电极之外的其他导体）,只要中间导体两端温度相同,则对热电偶回路的总热电动势无影响。
5.压电效应:
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。
Q=dFx
6.涡流效应:
根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体表面以及近表面就会产生感应电流。
电流在金属体自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电涡流（以下简称涡流）的现象称为涡流效应。
7．应变效应：
导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。
8.光电效应：
用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。
五、问答题
1.用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。
在某时刻，从电位差计测得热电势为-1.19mv，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？
（20分）
镍铬-镍硅热电偶分度表
测量端温度℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
热电动势（mv）
-20
-0.77
-0.81
-0.84
-0.88
-0.92
-0.96
-0.99
-1.03
-1.07
-1.10
-10
-0.39
-0.43
-0.47
-0.51
-0.55
-0.59
-0.62
-0.66
-0.70
-0.74
-0
-0.00
-0.04
-0.08
-0.12
-0.16
-0.20
-0.23
-0.27
-0.31
-0.35
+0
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
+10
0.40
0.44
0.48
0.52
0.56
0.60
0.64
0.68
0.72
0.76
+20
0.80
0.84
0.88
0.92
0.96
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
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。
5、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
6、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。
7、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。
（10分）
答：
在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数
及栅丝与试件膨胀系数（
）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。
8、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）
9、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）
10、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。
11、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。
热电偶三定律
a中间导体定律
热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。
在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。
b中间温度定律
任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T，冷端为
时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为
时的热电势与同一热电偶热端为
，冷端为
时热电势的代数和。
应用：
对热电偶冷端不为
时，可用中间温度定律加以修正。
热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。
c参考电极定律
如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T，
）时分别为
，
，那么爱相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为
实用价值：
可大大简化热电偶的选配工作。
在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。
误差因素：
参考端温度受周围环境的影响
措施：
a
恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）c仪表机械零点调整法
d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法
12、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？
请详细推导分流法。
（10分）
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
13.从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。
答：
考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。
考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。
14.直流电桥和交流电桥有何区别？
直流电桥的平衡条件是什么？
应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？
答：
根据电源不同分为直流和交流电桥。
直流电桥优点：
高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。
但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。
交流电桥在这些方面都有改进。
直流电桥平衡条件：
R1/R2=R3/R4，R1R4=R2R3。
15.以自感式传感器为例说明差动式传感器可以提高灵敏度的原理。
解：
差动式灵敏度:
与单极式传感器灵敏度
比较
灵敏度提高一倍，非线性大大减少。
16.传感器的定义和组成框图？
指出传感器在控制系统中的位置和作用。
答：
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，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
17.试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？
（各≥3种）
答：
非接触式测量：
a）热电式传感器：
测量温度
b）光纤传感器：
测量光信号
c）核辐射传感器：
测量核辐射粒子
接触式测量：
a）电位器式压力传感器：
测量压力
b）应变片式电阻传感器：
测量电阻值
c）应变式扭矩传感器：
测量扭矩
18.传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，请问标定的意义？
答：
传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。
静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。
动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
19.压电式传感器的前置放大器的作用是什么？
电压式与电荷式前置放大器各有何特点？
答：
作用是将输出电压放大，并与输入电压或输入电流成正比。
电压放大器将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微弱的电压信号进行适当放大，但其所接配的压电式传感器的电压灵敏度将随电缆分布电容及传感器自身电容的变化而变化，而且电缆的的更换得引起重新标定的麻烦。
电荷放大器是一种具有深度电容负反馈的高增益运算放大器，其虽然允许使用很长的电缆，并且电容Ce变化不影响灵敏度，但它比电压放大器价格高，电路较复杂，调整也比较困难。
20.什么是金属应变片的灵敏系数？
请解释它与金属丝灵敏系数的区别。
答：
应变片一般做成丝栅状，测量应变时，将应变片贴在试件表面上，试件的变形很容易传到应变片上。
金属应变片的灵敏系数与金属丝灵敏系数是不同的。
第一，零件的变形是通过剪力传到金属丝上的。
第二，丝沿长度方向承受应变时，应变片弯角部分也承受应变，其截面积变大，则应变片直线部分电阻增加时，弯角部分的电阻值减少，也使变化的灵敏度下降。
因此，应变片的灵敏系数比金属丝灵敏系数低。
21.压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。
答不正确。
其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。
22.为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。
答：
①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数
及栅丝与试件膨胀系数（
）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。
②方法：
自补偿法线路补偿法
23.Pt100和Cu50各代表什么传感器？
分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。
分别代表铂电阻热电式传感器（100Ω），铜电阻热电式传感器（50Ω）.热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时，环境温度变化时其连接导线电阻也变化所造成的测量误差。
24.用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为600℃，而冷端温度t0为65℃，则实际温度为665℃，对不对？
为什么？
应如何计算？
答：
对。
查表知镍铬-镍硅热电偶K=1，T=Tz+KTn=600+1×65=665
25.制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？
为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为2：
1？
答：
制作霍尔元件应采用半导体材料。
如果磁场与薄片法线有夹
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