传感器试题库2013

1、1. 半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。2. 光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为 外光电效应 ， 内光电效应 ， 热释电效应 三种。3. 光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。4. 金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用 直线栅式应变计 和 箔式应变计 结构。5. 根据热敏电阻的三种类型，其中 临界温度系数型 最适合开关型温度传感器。6. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传感器 输出量的变化值 与相应的 被测量的变化值 之比，用公式表示 k（x）=y/x 。7. 线性度是指传感器

2、的 输出量 与 输入量 之间是否保持理想线性特性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为 理论线性度 、 端基线性度 、 独立线性度 、 最小二乘法线性度 等。最常用的是 最小二乘法线性度。8. 根据敏感元件材料的不同，将应变计分为 金属式 和 半导体 式两大类。9. 利用热效应的光电传感器包含 光-热、 热-电 两个阶段的信息变换过程。10. 应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。11. 应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电路 两部分组成。12. 传感器的静态特性有 灵敏度 、线性度、灵敏度界限、迟

3、滞差 和稳定性。13. 在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为 外光电效应 ，入射光强改变物质导电率的物理现象称为 内光电效应 。 14. 光电管是一个装有光电 阴极 和 阳极 的真空玻璃管。15. 光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4²f²²)16. 内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。17. 传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器18. 传感器静态特性的灵敏度用公式

4、表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变化值=y/x19. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。20. 应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为 柱式传感器 、 轮辐式传感器 、 悬梁式传感器 和 环式传感器 21. 应变式传感器一般是由 电阻应变片 和 测量电阻 两部分组成。22. 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计23. 长为l、截面积为A、电阻率为的金属或半导体丝，其电阻为：。24.

5、 传感器是静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度阈值、迟滞差、稳定性（5）25. 温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法（4）26. 在应变计设计过程中，为了减少横向效应，可采用直角线栅式应变计或箔式应变计。27. 光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可以分为光电导效应、光生伏特效应 。28. 应变计根据敏感元件的材料不同，可分为金属式和半导体式。29. 应变测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。 30. 内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。31. 光敏电阻的温度特性的公式是=（R1为在一定光照下，温度为T1时的阻值；R2为在一定光照下，温度

6、为T2时的阻值）32. 电阻应变计，也称应变计或应变力，是一种能将机械构件上的应变的变化转换成电阻变化的传感元件。33. 一个高阶系统的传感器总可以看成是由若干个零阶系统、一阶和二阶系统组合而成的。34. 敏感光栅越窄，基长越长的应变计，其横向效应引起的误差越 小 (大/小)。35. 应变式传感器的基本结构通常可以分为两部分，弹性敏感元件和应变计。36. 应变计自补偿方法包括：选择式自补偿应变计和双金属敏感栅自补偿应变计。37. 入射光强改变物质导电率的物理现象叫做光电导效应。38. 依据传感器的输出信号形式，传感器可分为 模拟式传感器 ， 数字式传感器 。39. 传感器线性度公式 ，其中，Y

7、FS表示的是 传感器满量程输出平均值 。40. 两个各有G1(s)和G2(s)传递函数的系统串联后，如果其阻抗匹配合适，相互之间不影响彼此的工作状态，那么其传递函数为 G(s)= G1(s) G2(s) 。41. 实验表明，金属线材的应变计实际灵敏度k恒 （、或）理论灵敏度系数k0 , 其原因除了粘合剂、基片传递变形失真外，主要原因是存在 横向效应 。42. 光电倍增管是利用 二次电子释放 效应，将光电流在管内部进行放大。它由 光电阴极 、 若干倍增极 和 阳极 三部分组成。43. 根据传感器感知外界信息所依据的基本效应，可将传感器分为三大类，分别是： 物理传感器 、 化学传感器 、 生物传感

8、器 44. 输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小到同一入值时的输出值不相等，叫做 迟滞 现象。 迟滞差 表示这种不相等的程度。其值以 满量程 的输出FS的百分数表示。45. 由于环境改变而带来的温度误差，称为应变计的 温度误差 ，又称 热输出 46. 悬臂梁作为弹性敏感原件，根据其界面形状不同，一般可分为 等截面梁 和 等强度梁 。47. 线性度和灵敏度是传感器的 静态 指标，而频率响应特性是传感器的 动态 指标。48. 金属电阻的 应变效应 是金属电阻应变片工作的物理基础。49. 测量加速度的传感器种类很多，目前使用最广泛、最普遍的是 压电加速度传感器 50. 热敏电阻有三种类型，即 正温度

9、系数型、 负温度系数型、 临界温度系数型51. 光52. 传感器按工作原理分为： 应变式 ， 电容式 ， 电感式 等。53. 传感器灵敏度定义为：54. 内光电效应分为：光电导效应和光生伏特效应。55. 光电二极管是利用PN结单向导电性的结构光电器件56. 从传感器机理上来说，光纤传感器可分为振幅型和相位型两种。57. 当某些晶体沿一定方向伸长或者压缩是，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应。58. 温度传感器从使用上分大致可以分为接触型和非接触型两大类59. 辐射能量的最大值所对应的波长随温度的升高想短波方向移动，用公式表达为。60. 光强调制型光纤传感器利用（1） 光纤微弯效应 （2

10、） 被测信号改变光纤对光波的吸收特性 （3） 被测信号改变光纤的折射率 （4） 两相位光纤间通过有倏逝波的耦合 （5） 发送光纤与接收光纤之间相对横向或纵向位移以改变接收光强 五种方式来实现光强调制61. 半导体应变片工作原理是基于 压阻 效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数 大十倍 。62. 传感器灵敏度定义为：63. 光电二极管是利用PN结单向导电性的结构光电器件简答题1、 什么是压电效应？压电传感器有哪些？答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应成为压电效应。压电传感器有压电加速度传感器、压电谐振式传感器、声表面波传感器。2、 电阻应变计产生温度误差的原因

11、是？答：（1） 敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。（2） 试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。3、 什么叫线性度？其定义为: 传感器的输出输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比, 称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”, 也称“非线性度”。 通常用相对误差表示其大小: 4、 简述温度补偿方法有哪些？: (1)电桥补偿法。 (2)辅助测温元件微型计算机补偿法。 (3)应变计自补偿法。 (4)热敏电阻补偿法。 5、 温度传感器从使用上分为什么？各自有何不同。温度传感器从使用上大致分文接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接

12、与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达到测温的目的。6、 应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点: (1)测量范围广、精度高。 (2)性能稳定可靠,使用寿命长。 (3)频率响应特性较好。 (4)能在恶劣的环境条件下工作。 (5)易于实现小型化、整体化7、 晶体的压电效应和反向压电效应的定义。答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时,在其表面上会产生电荷(束缚电荷),这种效应称为压电效应。压电效应是可逆的,即晶体在外电场的作用下要发生形变,这种效应称为反向压电效应。8、 光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的

13、光电传感器。答：光电效应可分为：外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。它们的光电发射极，即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。9、 简述光敏电阻的特点：灵明度高 光谱响应范围宽 体积小 重量轻 机械强度高 耐冲击 抗过载能力强 耗散功率大 寿命长10、 箔式应变计与丝式应变计相比有什么优点？答：（1）工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀

14、，大批量生产时，阻值离散程度小。（2）可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长的应变计。（3）敏感栅截面积为矩形，表面积大，散热好，在相同截面情况下能通过较大的电流。（4）厚度薄，因此具有良好的可挠性，它的扁平状箔栅有利于形变的传递。（5）蠕变小，疲劳寿命高。（6）横向效营小。（7）便于批量生产，生产效率高。11、 应变计的零漂的定义以及产生零漂的原因？答：恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是，敏感栅通过工作电流后的温度效应，应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充分等。12、 对光电器件灵敏度的理解？ 答：光电器件

15、对辐射通量的反应成为灵敏度，也成为响应。反应用电压或电流表示，对可将光常用的有流明灵敏度和勒克斯灵敏度。流明灵敏度Slm=光电流（A）/光通量（lm）勒克斯灵敏度Slx=光电流（A)/受光面照度（lx）13、 什么是传感器的灵敏度灵敏度是描述传感器的输入量（一般为电学量）对输入量（一般为非电学量）敏感程度的特性参数。其定义为：传感器的变化值和相应的被测量（输入量）的变化值之比，用公式表示为：K（x）=输出量的变化值/输入量的变化值=y/x14、 金属式应变片和半导体式应变片在工作原理上有什么不同？答：金属应变片是通过变形改变丝栅的几何尺寸，而它的电阻率一般不变，半导体应变片是基于压阻效应而工作

16、的，就是说沿半导体晶轴的应变，使它的电阻率有很大的变化，从而产生电阻变化。 15、 什么是电桥补偿法？在被测试件上安装一工作应变计，在另外一个于被测试件的材料相同，但不受力的补偿件上安装一补偿应变计。补偿件于被测试件处于完全相同的温度场内。测量时，使两者接入电桥的相邻臂上，由于补偿片RB是与工作片R1完全相同的，且都贴在相同的试件上，并处于相同的温度下，这样，由于温度变化使工作片产生的电阻变化R1t与补偿片的电阻变化RBt相等，因此，电桥输出Usc与温度无关，从而补偿了应变计的温度误差。16、 简要说明光电式传感器的应用和特点: 光电传感器是将光信号转化为电信号的光敏器件，可用于检测直接引起光

17、强变化的非电量，如光强，辐射测温，气体成分分析等，也可用于测量能转换为光量变化的其他非电量，如零件线度，表面粗糙度，位移，速度，加速度。具有非接触，相应快，性能可靠等优点。 17、 什么是零漂和蠕变？答：（1） 恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是，敏感栅通过工作电流后的温度效应,应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充分等。（2） 粘贴在试件上的应变计，保持温度恒定，在某一恒定机械应变长期作用下，指示应变随时间变化的特性，称为应变计的蠕变。粘合剂的选用和使用不当，应变计在制造过程中产生的内应力等，是造成应变计产生蠕变的主

18、要原因。18、 什么是光电效应？答：半导体材料的电学特性受到光的照射而发生变化。光电效应分为外光电效应和内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。19、 简述光敏电阻的结构原理。答：光敏电阻的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值；在有光照时，党光子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子-空穴对，使电阻降低；光线越强，激发出的电子-空穴对越多，电阻值越低；光照停止后，自由电子与空穴复合，导电性能下降，电阻恢复原值。20、 简述应变计对粘贴剂的要求。答：有一定的粘结强度。能准确传递应变。蠕变小。机械滞后小。耐疲劳性能好

19、。具有足够的稳定性能。对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用。有适当的储存期。应有较大的温度使用范围。21、 传感器技术发展迅速的原因答：（1）电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展 （2）政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植 （3）国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场 （4）在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺22、 温度传感器的分类？答：温度传感器从使用上大致可分为接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达到测温的目的。23、 什么是电阻应变效应？是指金属导体的电阻在

20、导体受力产生变形（伸长或缩短）时发生变化的物理现象。当金属电阻丝受到轴向拉力时，其长度增加而横截面变小，引起电阻增加。反之，当它受到轴向压力时则导致电阻减小24、 内光电效应分为几种，简述他们产生的原因？光电导效应：入射光强改变是物质导电率的物理现象叫光电导效应光生伏特效应：半导体材料吸收光能后，在PN节上产生电动势的效应。25、 为什么PN结会产生光伏特效应光照到PN结上时，如果光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能够从低价带跃迁到导带，成为自由电子，二价带则相应成为自由空穴。这些电子-空穴对在PN结的内部电场作用下，电子被推向N区外侧，空穴被推向P区外侧，使N区带上负电，P

21、区带上整点。这样，N区和P区之间就产生的电位差，于是PN结两侧便产生了光生电动势。26、 什么是传递函数？在数学上的定义是什么？答： 初始值为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。27、 传感器存在灵敏度界限的原因？答：一个是输入的变化量通过传感器内部被吸收，因而反应不到输出端上去。第二个原因是传感器输出存在噪声。28、 光电管的频率响应是什么？ 答：光电管的频率响应是指，一定频率的调制光照射时，光电管输出的光电流（或负载上的电压）随频率的变化关系。29、 简述压电谐振传感器工作原理。压电谐振式感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化进行测量的30、 什么是晶体压电效应？请举

22、例说明。答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应。一些晶体当不受外力作用时，晶体的正负电荷中心相重合，单位体积中的电距等于零，晶体对外不呈现极性，而在外力作用下晶体形变时，正负电荷的中心发生分离，这是单位体积的电锯不再等于零，晶体表现出极性。另外一些晶体由于具有中心对称的结构，无论外力如何作用，晶体正负电荷的中心总是重合在一起，因此这些晶体不会出现压电效应。31、 简要分析存在灵敏度界限的原因，并举例说明。（5分）答：一是输入的变化量通过传感器内部被吸收，反应不到输出端上去，即内部损耗了。二是传感器输出存在噪声，如果传感器的输出值比噪声电平小，就无法把有

23、用信号和噪声分开。如果不加最起码的输入值是得不到有用的输出值的。32、 传递函数有哪些功用？（5分）答：（1）传递函数的功用之一：在方块图中用作表示系统的图示符号。 （2）另一方面,当组成系统的各个元件或环节的传递函数已知时,可以用传递函数来确定该系统的总特性,可用单个环节的传递函数的乘积表示系统的传递函数。（3）对于复杂系统的求解, 我们可以将其化成简单系统的组合, 其解则为简单系统解的组合。计算题（10分）用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计的灵敏度为5pC/g，电荷放大灵敏度为50mV/pC，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V，试求机器的振动加速度。

24、（g为重力加速度）解：由题意知，振动测量系统（压电式加速度计加上电荷放大器）的总灵敏度K=K1*K2=5pC/g*50mV/pC=250mV/g=U/a式中U为输出电压，a为振动系数的加速度。当输出电压为2V时，振动加速度为a=U/K=2*103/250=8(g)频率响应特性可由频率响应函数表示。设输出信号x（t）=sintLx（t）=/s²+²求稳态响应。Y（s）=k/(s+1/) (s²+²)求变换 其中=-arctan稳定响应y（t）=ksin（t+）/（1+²²）1. 1，如图所示，设R1为电桥工作臂，受应变时，其电阻变化为R

25、1，R2，R3，R4均为固定桥臂。在起始时，电桥处于平衡状态，此时Usc=0.当有R1时，求电桥输出电压？答：因为，设n= ，起始电桥处于平衡状态，所以，略去分母中的项，得根据上图所示，已知此电路为直流电桥，R1=1，R2=2，R3=3，求R4？根据R1R4=R2R3，得 R4=R2R3/R1=6一、填空题（每题3分）1、传感器静态性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性。2、静态特性指标其中的线性度的定义是指。3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指。4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百

26、分数，即AA/YFS100。5、最小检测量和分辨力的表达式是。6、我们把叫传感器的迟滞。7、传感器是重复性的物理含意是。8、传感器是零点漂移是指。9、传感器是温度漂移是指。10、传感器对随时间变化的输入量的响应特性叫传感器动态性。11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有时间常数。 12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。14、传感器确定拟合直线有切线法、端基法和最小二乘法3种方法。16、传感器确定拟合直线端基法是将把传感器校准数据的零点输出的平均值a0和滿量程输出的平均值b0连成直线a0b0作为传感器特性的拟合直线。17、传感器确定拟合直线最小二乘法是用最小二乘法确定拟合

27、直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法。18、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数(j)=K/(1+j),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+()2)1/2,从而确定，进而求出f=/(2)。22、传感器的差动测量方法是指若某传感器的位移特性曲线方程为y1，让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2则y=y1y2=方法称为差动测量法。23、传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。25、传感器的传递函数的定义是H(S)=Y(S)/X(S)。26、用电位器式传感器测位移属于零阶传感器。27、将热电偶直接

28、插入水中测温，此传感器属于一阶传感器。28、将热电偶置于保护套后插入水中测温，此传感器属于二阶传感器。29、幅频特性是指传递函数的幅值随被测频率的变化规律。30、相频特性是指传递函数的相角随被测频率的变化规律。31、传感器中超调量是指超过稳态值的最大值DA（过冲）与稳态值之比的百分数。32、我们制作传感器时总是期望其输出特性接近零阶传感器。33、零阶传感器的幅频特性是直线。34、当待测频率远小于传感器的固有频率时，传感器测得的动态参数与静态参数一致。35、当待测频率远大于传感器的固有频率时，传感器没有响应。36、当待测频率等于传感器的固有频率时，传感器测得的动态参数会严重失真。37、传感器是能

29、感受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。38、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、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。41、传感器技术的共性，就是利用物理定律和物质的物理、化学及生物 的特性将非电量转换成电量。 44、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为常数。 45、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。46、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。47、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械

30、变形，从而导致材料的电阻发生变化。48、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 49、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。50、金属箔应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同点是金属应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同，金属丝应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属箔式应变片的灵敏度。53、采用应变片进行测量时要进行温度补偿的原因是（1）金属的电阻本身

31、具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变。55、对电阻应变式传感器常用温补方法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法三种。59、固态压阻器件受温度影响会产生2种温度漂移是零点温度漂移和灵敏度温度漂移。60、固态压阻器件零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）进行补偿。61、固态压阻器件灵敏度漂移可以用在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度进行补偿。62、直流电桥根据桥臂电阻的不

32、同可以分成等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥。68、仅单臂工作的直流第一对称电桥的电桥灵敏度为。69、仅单臂工作的直流第二对称电桥的电桥灵敏度为。70、某位移传感器，当输入量变化5mm时，输出电压变化300mY，其灵敏度为60mV/mm。 71、单位应变引起的电阻的相对变化称为电阻丝的灵敏系数。 72、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应。73、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。 76、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为

33、电阻的变化。80、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电桥电路。 81、对第二对称电桥为了减小或消除非线性误差的方法可以采用增大桥臂比的方法。82、为了消除温度误差可以采用半差动电桥和全差动电桥。 84、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。85、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成反比关系。 86、移动电容式传感器动极板，导致两极板有效覆盖面积A发生变化的同时，将导致电容量变化，传感器电容改变量C与动极板水平位移成线性关系。 89、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的2倍。而

34、非线性误差转化为平方反比关系而得以大大降低。 90、电容式传感器信号转换电路中，运放电路适用于单个电容量变化的测量，二极管环形检波电路和宽度脉冲调制电路用于差动电容量变化的测量。 93、 电容式传感器有优点主要有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、结构简单，适应性强。99、 电容式传感器主要缺点有寄生电容影响较大、当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。101、分布和寄生电容的存在对电容传感器影响是改变传感器总的电容量、使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。104、减小分布和寄生电容的影响一般可以采取的措施有采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。105、若

35、单极式变极距型电容传感器采用差动式结构可以使非线性误差减小一个数量级。107、驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，使屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压。110、球平面型电容式差压变送器在结构上的不同点是利用可动的中央平面金属板与两个固定的半球形状的上下电极构成差动式电容传感器。111、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的一种传感器。112、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的互感系数的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。 114、与差动

36、变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种:差动整流电路和相敏检波电路。 116、变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁3部分组成。119、变磁阻式传感器测量电路包括交流电桥、变压器式交流电桥和谐振式测量电路。 122、差动电感式传感器结构形式主要有变气隙式、螺线管式两种。124、差动变压器结构形式主要有变隙型、螺线管型两种。126、差动变压器结构形式不同，但工作原理基本一样，都是基于线圈互感系数的变化来进行测量的，实际应用最多的是螺线管式差动变压器。 128、电涡流传感器的测量电路主要有调频式和调幅式两种。130、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。 134、电涡流传感器从测

37、量原理来分，可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。136、电感式传感器可以分为自感式、互感式、涡流式三大类。139、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 142、压电式传感器是一种典型的自发电型传感器(或发电型传感器) ，其以某些电介质的压电效应为基础，来实现非电量检测的目的。 144、压电式传感器使用电荷大器时，输出电压几乎不受连接电缆长度的影响。 145、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电荷放大器和电压放大器两种形式。 147、某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力

38、去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为极化效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称电致伸缩效应。149、压电式传感器的前置放大器两大作用是进行阻抗变换和放大信号。152、压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。153、电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。160、热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电势构成，另一部分是单一导体的温差电势。162、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论

39、依据是中间温度定律。 163、常用的热电式传感元件有热电偶和热敏电阻。 165、在各种热电式传感器中，最为普遍是以将温度转换为电势或电阻变化。167、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。 169、热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。 170、热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。 173、热电阻引线方式有三种，其中三线制适用于工业测量，一般精度要求场合； 二线制适用于引

40、线不长，精度要求较低的场合；四线制适用于实验室测量，精度要求高的场合。175、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差的现象。176、制作霍尔元件应采用的材料是半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。179、应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择霍尔元件的尺寸。182、霍尔片不等位电势是如何产生的原因是重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上。186、CCD的突出特点是以电荷作为信号。187、光纤工作的基础是光的全反射。

41、 188、按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为光电效应 传感器、红外热释电传感器、固体图像传感器和光纤传感器。 192、按照测量光路组成，光电式传感器可以分为透射式、反射式、辐射式和开关式光电传感器。 196、光电传感器的理论基础是光电效应。198、通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三大类。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；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。 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示

42、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

43、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. 仪表的精度等级是用仪表的（ 相对误差 绝对误差 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（ 变面积型 变极距型 变介电常数型）外是线性的。（2分）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，（变面积型，变极距型，变介电常数型）是线性的关系。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 _金属_ 材料和_半导体_体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主要是由 _电阻应变效应 形

44、成的，而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.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

45、指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征（5分）三、简答题（每题10分）301、试述传感器的定义、共性及组成。 301答：传感器的定义：能感受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；传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。 302答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的静

46、态特性是指它在稳态(静态或准静态)信号作用下的输入输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。 当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。 303、简述在什么条件下需要研究传感器的动态特性?实现不失真测量的条件是什么? 303答：当输入量随时间变化时一般要研究传感器的动态特性。 实现不失真测量的条件是幅频特性: A() = |H(j) | =A(常数) 相频特性:() = -to (线性) 304、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 304答：材料的电阻变化是由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测

47、物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 306、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善? 308题图306、答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。 半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。 308、试说明如图所示的应变式加速度传感器的工作原理。308答

48、：测量时，根据所测振动体加速度的方向，把传感器固定在被测部位。当被测点的加速度沿图中箭头a所示方向时，悬臂梁自由端受惯性力F=ma的作用，质量块向箭头相反的方向相对于基座运动，使梁发生弯曲变形，应变片电阻发生变化，产生输出信号，输出信号大小与加速度成正比。 309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路 309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2，两边压力分别为F1、F2。图25右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E是占空比为50%的方波。试分析：(1)当两边压力相等F1F2时负载电阻RL上的电压Uo值； (2)当F1F2时负载电阻RL上的电压Uo的

49、大小和方向(正负)。 309、解：310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。310答：当初始状态时，液面高度h=0,则，当液面高度为h时，则由此可见，电容变化量C与液面高度h成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。 311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面

50、积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。 313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量Co。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应

51、的有效方法。 323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应? 323答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。 当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电 效应。 沿石英晶体的x轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。沿石英晶体的y轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为"横向压电效应"。 324、压电元件在使用时常采用n片串联或并联

52、的结构形式。试述在不同联接下输出电压、 电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合? 324答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了n倍，电容量也增加了n倍， 输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。 串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的1/n，输出电压增大了n倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。 325、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。 325答:传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件

53、的输出的电荷成正比，电缆电容的影响小。 326、为什么压电式传感器通常用来测量动态或瞬态参量？326答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。 327题图纵向效应型加速度传感器的截面图327、试说明图示的纵向效应型加速度传感器的工作原理。327答：当传感器感受振动时，因为质量块相对被测体质量较小，因此质量块感受与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力，此力为F=ma。同时惯性力作用 在压电陶资片上产生电荷为 Q=d33F=d33ma此式表明电荷量直接反映加速度大小。328、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英

54、晶体和压电陶瓷的压电效应。 328答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。石英晶体受外力作用而变形时，产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。 压电陶瓷的压电系数比石英晶体大得多(即压电效应更明显) ，因此用它做成的压电式 感器的灵敏度较高。但其稳定性、机械强度等不如石英晶体。 ABO点LALB地 面L329题图329：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，则在管道上A、B两点放两只压电传感器，应能检测到漏水处的位置。试说明其工作原理。329答：如果地面下一均匀的自来水直管道某

55、处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或LB。两者时间差为t= tAtB=（LALB）/v又L=LA +LB ，所以330、试说明压电传感器电荷放大器中所说的“密勒效应”是什么意思？330答： “密勒效应” 是说，将压电传感器电荷放大器中反馈电容与反馈电阻CF、RF等效到A0的输入端时，电容CF将增大（1A0）倍。电导1/RF也增大了（1A0）倍。332、热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？332答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行