传感器原理-考试-复习题要点

1、传感器原理考试-复习题要点传感器原理复习资料一、填空题.传感器是.能感受规定的被测量并按二定规 律转换成亘用输出;信号的曲件或装置传感器 通常由直接感受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. 号转换电路组成。.通常传感器由敏感元件_、_转换元件_、 信号转换电路三部分组成。.传感器的静态特性指标主要有灵敏度一一分辨率,漂移，线性度迟遛， 重复性等。.传感器在正（输人量增大）反（输入量减小）行 程中输出输入曲线不重合称为迟滞， 它一般 由实验方法测得。.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出增量一与输入增量的比值。对线性传感器 来说，其灵敏度是静态特:住曲线的斜座一_2.运

2、算式J L吵;v 100%是计算传感器一线./ ymax y min性度的公式。.某位移传感器在输入量变化为 5mnfl寸，输出 电压变化800mV其灵敏度为16QmV/mm_。.电位器是一种将机械位移=转换成电阻或电压的机电传感元件。.电位器式传感器按特性不同，可分为线性电位器和韭线性电位器。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,其总电阻为它的滑臂 长度为X ,则滑臂间的阻值可以用Rx= Rmax来计 X max算。假定加在电位器A、B之间的电压为输出电压为Vx=-VmaxO其电阻灵敏度为X maxVRmmax,则iaxOX八max压灵敏度为乎。 人max

3、.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。 直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不 同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为 横向效应。.电阻丝在外力作用下发生机械变形时， 其电 阻值发生变化，这一现象叫做应变.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥 时，不仅可以消除韭线性误差同时还能起 到提高灵敏度的作用。.电阻应变片式传感器按制造材料可分为 金属一材料和半导工材料。它们在受到 外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主 要是由应变效应形成的，而的电阻变化主 要是由压阻造成的。生导能材料传感器 的灵敏度较大。.用弹性元件和电阻应变片及一些附件可以 组成应变

4、片传感器，按用途划分有应 变式压力一传感器、应变式加速度传感器等 （任填两个）。.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电 压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大 灵敏度输出。.应变测量电桥的三种接法分别为单臂桥_ _、双臂桥、全桥。.要使直流电桥平衡，必须使电桥相对桥臂电 阻值的乘积相等。.由R、R、R、R四个电阻构成的直流电桥， 其中R和R对臂，R和R对臂。当电桥平衡时， 其平衡条件为E_R-rlr：。若R为应变电阻，初始 平衡时四个电阻值相等。当R受应变作用后变化 R,在作一级近似后，电桥的输出电压为.3/ 一 一“、人、_4_R_若米用半桥差动工作方式，且两个应变片的特性相同，则输出电压

5、为16U此时输2 R1入输出关系为线性。19.交流电桥的平衡条件是相对桥臂阻抗幅值 的乘积相等且相对桥臂阻抗的相角之和相等。.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1, 2, 若 电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3,那么相位平衡条 件应为1324。.热电阻是利用金属_的电阻值随温度 变化而变化的特点制成的一种热敏元件。.采用热电阻作为测量温度的元件是将温一 的测量转换为电阻的测量。.热敏电阻常数B大于零的是正温度系 数的热敏电阻。.热敏电阻正是利用半导体的载流壬数 目随着温度变化而变化的特性制成的 敏感元件。.热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻一 负温.

6、度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻型三大.按热电偶本身的结构划分，有 普通 热电 偶、铠装热电偶、 薄膜 热电偶。.在热电偶中，当引入第三个导体时，只要保 持其两端的温度相同，则对总热电动势无影响， 这一结论被称为热电偶的 中间导体 定律。.热电偶所产生的热电势是 接触电势 电 势和 温差电势 电势组成的.其表达式为Eab(T,T)=Eab(T,T。)eab(T) eab(T0) ea(T,T)母()。在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线法)是在 冷端和一显示仪表之间接入补偿导线.它的作用是延引热电极。.电容传感器主要有变间隙.变面积,变介电常数三种类型,其中变间隙型的输入被测量与输出被测

7、量间的关系是非线 性的。.电容式压力传感器是变变间隙型的。.变间隙式电容传感器中，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 差动一式电容传感器.电感式传感器主要由线圈、铁芯和活动衔 铁组成。.在变压器式传感器中，原边和副边互感M的 大小与 原边线圈匝数 成正比， 与 副边线圈 匝数成正比,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 一表示。0s.在变压器式传感器中，原边和副边互感M的 大小与原边线圈的匝数成 正比 ,与副边线 圈的匝数成正比 ，与回路中的磁阻成反 比 。（请填正比或反比）。.电涡流式传感器的激磁线圈通正弦高频 交流时.在其周围产生交变磁场,使被测

8、金属导体内产生 电涡流 。它的存在要消弱 激磁线圈内磁场的变化。使线圈等效阻抗 发生变化（对比无被测金属时变小二 。该 变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而 电涡流效应的大小与被测金属导体的电阻率、磁 导率及几何形状有关，又与线圈的几何尺寸、线 圈中激磁电流的 幅度和频率 有关, 还与线圈 与被测金属导体间的距离_等参数有关。如果 保持上述中的其它参数不变，而只改变其中的一 个参数，则传感器的阻抗就仅仅是这个参数 的单值一函数。通过测量线圈 电感的变化量，即可实现对该参数的测量。.块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场 中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈 闭合的电流，利用该原理制作

9、的传感器称电涯 流式传感器。.涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小 时，互感系数M将增大。.压电材料可以分为 天然压电晶体材料和人工合成压电材料两种。.压电式传感器的工作原理是基于某些介质 材料的压电效应,是一种典型的有源传感 器。二、选择题. A是测试系统的第一个环节，将被测系统 或过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的 各种信号。A敏感元件 B 转换元件 C传感器 D 被测量.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的_D。A.线性度越好B.迟滞越小C. 重复性越好 D.分辨力越高.传感器在不考虑迟滞蠕变等因素的影响下， 其静态特性方程为：y a0 a1x a2x2 aW,其中定义为静态灵

10、敏度的量a（）aia2a3.属于传感器动态特性指标的是 DA.重复性B .线性度C.灵敏度 D .固有频率5.变气隙式电感传感器, 空气缝隙的大小增大时，BA增大 B 减小当衔铁移动使磁路中铁芯上线圈的电感量将C 不变.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，是线性的关系 A 。A变面积型B变极距型 C 变介电常数型. 一骨架为圆形截面的电位器，半径为，现用 直径为d,电阻率为的导线绕制，已知绕线节距 为t,则线绕式电位器的电阻灵敏度表达式为 B （需考虑导线的直径）。A8 j.2d2td、8 (r 2)dB.d、F C.d2t11dd2.将电阻应变片贴在C上.就可以分别做成

11、 测力、位移、加速度等参数的传感器。A.质量块 B.导体 C.弹性元件D.机器组件.应变片的主要参数有 BC 。A.额定电压B.初始电阻值C. 允许工作电流D.额定功率.产生应变片温度误差的主要原因有 A。A.电阻丝有温度系数B.试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C.电阻丝承受应力方向不同.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 60Q B 120 Q C 200 Q D 350Q.金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结 果影响最大的是 D。A机械滞后 B 温漂C 蠕变D 横向效 应.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

12、值工作应变片10B ,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.通常用应变式传感器测量 C。A.温度 B. 密度 C. 加速度D.电阻.电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化转为C的输出。A.电阻 B. 电容 C. 电压D.电荷.热电偶温度计采用补偿导线的目的是为了B。A.节省热电偶的长度 B.避免使用冷端补偿C.可以直接使用分度表.通常用热电阻测量_C。A.电阻B.扭矩 C.温度 D.压力.对于正温度系数半导体热敏电阻，随着温度 上升，电阻率 A。A.上升B.迅速下降C.保持不变D.归零11.热电偶

13、可以测量 C。A压力 B 电压 C 温度 D 热电势.热电偶中产生热电势的条件是BC 。A.两热电极材料相同B.两热电极材料不同C.两热电极的两端温度不同D.两热电极的两端温度相同.常用于测量大位移的传感器有（A ）A.感应同步器B.应变电阻式 C.霍尔式D.涡流式.电容传感器的输入被测量与输出量间的关系，除B 之外是线性的。A.变面积型B. 变极距型 C. 变介电常数型.目前，我国使用的铝热电阻的测量范围是A 。A. 200 850 C B. - 50 850 C C.- 200 150 C D. 200 50 c 24.变间隙式电容传感器的非线性误差与极板 间初始距离之间是_A一。A正比关

14、系B反比关系 C无关系25.测量范围大的电容式位移传感器的类型为12A.变极板面积型 B .变极距型 C .变介质 型 D .容栅型26.由 A 组成交流电桥平衡条件可写成、电阻、电容和电、并联和混联A 电阻应变式B 自感式C电涡流式电容式 DZlZ2=ZZ4A、电感和电容 感C、串联和并联.下列传感器中不能做成差动结构的是D 。.差动电容传感器采用脉冲调宽电路作测量电路时，当Ri R2）则其输出电压正比于（B ）。A. Ci C2B.G c2cCi C2.C1C2CiC2D.C1C2C1C2.差动变压器式位移传感器中线圈之间的互A.始终保持不变 变化而变化B.随被测位移的C.不随被测位移的变

15、化而变化D.13随线圈电流的变化而变化.下列不是电感式传感器的是D 。A变磁阻式自感传感器B电涡流式传感器C变压器式互感传感器D霍尔式传感器.对于电涡流传感器的谐振测位移电路，当无 金属导体靠近时，其输出电压最大 。.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 低频交流三、计算题1.已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率 f=72Hz,测量齿盘的齿数 Z=36,求：(1)被测轴的转速是每分钟多少转？(2)在上述情况下，如果计数装置的读数误差为虫个数字，其最大转速误差是多少？2. 一热敏电阻在0c和100c时，电阻值分别为 200k。和10k 试计算该热敏电阻在2

16、0c时的 电阻值。14.用银铭-银硅势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 差计测得热电热为-1.19mv,此时电位差计所处 的环境温度为15C,试求该时刻温箱的温度是 多少度？银铭-银硅热电偶分度表测量端温0123456789度c热电动三务(mv)-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.101-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0F-0.00-0.04-0.08-0.12P-0.16-0.20-0.23-0.27P-0.31-0.

17、35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36卜100.400.440.480.520.560.600.640.68r 0.720.7611+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16.下面是热电阻测量电路，试计算：.已知Rt是Pt100铝电阻，且其测量温度 为T=50C,试tf算出Rt的值和Ra的值。.电路中已知R1、R2、R3和E,试计算电 桥的输出电压VAB15其中（R1=10 , R2=5 , R3=10 , E=5伏）.分析（线性）电位器式传感器由于测量线的 线路中的负载电阻RL带来的负载误差，并计算

18、 它与位移x之间的关系；r-_Ltttl.分析下图所示自感传感器当动铁心左右移动 （x1,x2发生变化）时自感L变化情况。（已知空气气隙的长度为x1和x2,空气隙的面积为S, 磁导率为N ,线圈匝数 W不变）。1631 f2wA bL.如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡 电桥的简化电路，图中R2=R3=幅固定电阻，R1 与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压， R=0,桥路处于平衡状态，当应变片受力发生 应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电 压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证 明：Ucd=- (E/2) ( R/R)。E.图示电荷放大器中 Ca=100 PF, Raa,

19、 Rf= 8)Ri= 8)CF=10 PE若考虑引线电容 CC影 响，当A0=104时，要求输出信号衰减小于1% 求使用90 PF/m的电缆，其最大允许长度为多 少？17.将一只灵敏度为0.08mv/ C的热电偶与毫伏 表相连，已知接线端温度为 50 C ,毫伏表的输出 为60 mv,求热电偶热端的温度为多少？.下图为变极距型平板电容电容传感器的一种 测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电 容，假设运放增益输入阻抗Za；试推 导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工 作特点。.下图为一直流应变电桥，图中E=8V,R1=R2=R3=R4=120,试求：18R1, R2都是应变片，且批号相同

20、，感应应 变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥 输出电压U0=?题 中，如果R2与R1感受应变的极性相 反，且增量 AR1=A R2=1.2Q,电桥输出电压 U0=?.已知在其特定条件下材料 A与粕配对的热 电势Ea,T。）1396而V,材料 B与粕配对的热电势 EbW）8.3向试求出此条件下材料 A与材料B配 对后的热电势。.某霍尔元件I b d为1.0 0.35 0.1cm3沿1方向通以电 流I.OmA,在垂直1b面方向加有均匀磁场B。J） 传感器的灵敏度系数为22V/A?T ,试求其输出霍尔 电势及载流子浓度。（q 1.602 101七）19.如图所示为等强度梁测力系统，R，为电阻

21、应变片，应变片灵敏度系数k 2。5,未受应变时R 120 ,当试件受力F时，应变片承受平均应变8 104,求(1)应变片电阻变化量R和电阻相对变化量R/R八(2)将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电 源电压为直流3V,求电桥输出电压是多少。等强度梁测力系统2015.图示为串联式测温电路，其中Rt=R01+ (t-t0)为感温热电阻，Rs为常值电 阻，E为工作电压，U0为输出电压，=0.02/ C .当给定温度为0C, Rt的电阻值为10kQ,若测 温范围为ERtRt Rs )0 C-400C,输出电压 U0的范围是1V5V 试 计算工作电压E和常值电阻Rs各取多U0 少？(四、简答题.简述霍尔

22、电动势产生的原理。答:在N型半导体薄片的控制电流端通以电流21 则半导体中的载流子电子将沿着和电流相反的 方向运动，再在垂直于半导体薄片平面的方向上 加一磁场B,则由于洛伦兹力的作用，电子向一 边偏转，并使该边形成电子积累，另一边则积累 正电荷，于是产生内部电场，该电场阻止运动电 子的继续偏转，当电场力与洛伦兹力大小相等 时，电子的积累便达到动态平衡。此时，在薄片 两端面之间建立的电场称为霍尔电场， 相应的电 势即为霍尔电动势。.简述热电偶的工作原理。答：由A、B两种不同导体材料两端相互紧密地 连接在一起，形成一个闭合回路，这样构成一个 热电偶。当两结点温度不等时，回路中就会产生 电势，从而形

23、成电流，这就是热电偶的工作原理。总的热电势由接触电势和温差电势组成，热 电偶产生热电势的条件为：热电偶必须采用两种不同的材料作为热 电极；热电偶的热端和冷端两个结点必须具有不同的温度22.以石英晶体为例简述压电效应产生的原理 (P280-281).简述电阻应变片式传感器的工作原理。14.金属电阻应变片的工作原理。答：电阻应变式传感器是利用导体或半导体的应 变效应来实现的，当导体或半导体在受到外力作用发生形变时，其阻值也随之改变。即：设金属电阻丝，长度为1,截面积为A,电阻率为，则该导体的电阻为：R7A当电阻丝受到拉力F作用时，伸长1,截面积相 应减小A,电阻率的改变为，则电阻的相对变 化量为：

24、dR d d dAR 1A.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。(P208-213).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。23（答案见P152）.传感器的定义和组成框图？答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置， 由敏感元件和转换元件组成。组成框图如下：传感器组.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：

25、直流电桥：P149-153;交流电桥：P235-236.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。17.用应变片测量时，为什么要进行温度补偿？ 答：用电阻应变片进行测量时，要求被测量只随24 应变而变，而不受任何其他因素的影响，但应变 片的电阻变化受温度影响很大，给测量带来很大 的误差，即温度误差，所以要对应变片式电阻传 感器进行温度补偿。导致温度误差的主要原因：电阻的热效 应；试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致， 使应变丝产生附加变形，造成电阻的变化。温度误差补偿的方法：自补偿法；线路 补偿法。.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

26、。（P253-254）.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：金属应变片的灵敏系数：应变片的电阻相对 变化与应变片轴向应变的比值，即单位应变所引 起的阻值的改变量的大小。应变片的灵敏系数小 于同种材料金属丝的灵敏系数，主要大原因是应 变片的横向效应和粘贴胶带来的应变传递失真。.热电阻与热敏电阻的电阻-温度特性有什么25不同？答：热阻效应P202,半导体热敏电阻P204-205.试简述电容式传感器的工作原理及分类。答：物体间的电容量与其结构参数有关， 通过改 变结构参数而改变物体间的电容量来实现对被 测量的检测，就是电容式传感器的工作原理。物体间的电容量与构成电容元件

27、的两个极板的 形状、大小、相互位置以及极板间的介电常数有 关，即：C f(,S,),电容式传感器可通过改变介 电常数，两极板相互覆盖的面积S和极板间的距 离 来改变电容量C而实现测量。所以电容式传感 器可分为变间隙、变面积和变介质三类。.简述正、逆压电效应。P280.简述热电偶的三个基本定律(要求有适当文 字说明及公式表达)。答：中间温度定律：热电偶 AB的热电势仅取决 于热电偶的材料和两个结点的温度， 而与温度沿 热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。 用 公式表水为：26Eab(T,To) Eab(T,Tc) Eab(Tc,T)中间导体定律：在热电偶 AB回路中，只要接入 的第三导体两端

28、的温度相同，则对回路的总热电 势没有影响。用公式表示为：Eabc(T,To) Eab(T,To)Eabc(T,To,Tc) Eab(T,T0)标准电极定律：当热电偶回路的两个结点温度为 T, To时，用导体AB组成的热电偶的热电势等于 热电偶AC和热电偶CB的热电势的代数和，导体 C为标准电极，即:Eab (T,To) Eac(T,To) Ecb(T,To) Eac(T,T) Ebc(T,TO)五、名词解释.传感器：能感受规定的被测量并按一定规律 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。.传感器的幅频特性和相频特性：幅频特性：传感器输出特性的幅度与输入信号频率之间的关系

29、。相频特性：传感器输出特性的相位与输入信号频 率之间的关系。27.传感器的分辨力、线性度：传感器在全部工 作范围内，都能够产生可观测输出变化的最小输 入变化量的最大值即传感器的分辩力。传感器实 际的静态特性的校准特性曲线与某一参考直线 不吻合程度的最大值即线性度。.电阻应变片的横向效应：金属电阻丝制成应 变片时，在电阻丝的弯段，电阻的变化率与直段 不同，导致应变片的灵敏系数比直段线材的灵敏 度小，即产生横向效应。.压阻效应：固体受到作用力后电阻率发生变 化的现象即固体的压阻效应。.热电效应：物质的电阻率随温度变化的物理 现象。大多数金属的电阻随温度的升高而增加， 其原因是：当温度增加时，自由电子的动能增加， 这样要改变自由电子的运动方式使之形成定向 运动所需的能量要增加，这反映到电阻上，其阻 值增加。28.接触电势：两种不同材料的导体相互紧密连 接在一起，由于导体中自由电子的浓度不同，自 由电子就会