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传感器原理答案-郁有文

2-1【答】

1、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或装置。

2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。

3、它们的作用是：

（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；

（2）转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分；（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等；

（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。

4、最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m 是敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。 2-2【答】

1、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。

2、静态特性性能指标包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和漂移等。

3、性能指标：

（1）灵敏度：输出量增量Δy 与引起输出量增量Δy 的相应输入量增量Δx 之比。用S 表示灵敏度，即

（2）线性度：传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔL max

与满量程输出值Y FS 之比。线性度也称为非线性误差，用γL 表示，即

（3）迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性

曲线不重合的现象称为迟滞。用γH 表示，迟滞误差又称为回差或变差。即：

（4）重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值ΔR max 计算，即

%100max

??±

=FS L Y L γ%100max

??=

H Y H γ%100)3~2(?±

=FS

R Y σ

γx y

S ??=

或

（5）漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为20℃）时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示，即

2-3 【答】

1、动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

2、研究动态特性的方法有两种：时域法和频域法。在时域内研究动态特性采用瞬态响应法。输入的时间函数为阶跃函数、脉冲函数、斜坡函数，工程上常输入标准信号为阶跃函数；在频域内研究动态特性采用频率响应法，输入的标准函数为正弦函数。

3、性能指标是：

（1）传感器的时域动态性能指标

? 时间常数η：一阶传感器输出上升到稳态值的63.2% 所需的时间，称为时间常数； ? 延迟时间t d ：传感器输出达到稳态值的50%所需的时间； ? 上升时间t r ：传感器输出达到稳态值的90%所需的时间；

? 峰值时间t p ：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间； ? 超调量ζ：二阶传感器输出超过稳态值的最大值；

? 衰减比d ：衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。（2）频率响应特性指标

? 通频带ω0.707：传感器在对数幅频特性曲线上幅值衰减3 dB 时所对应的频率范围；

? 工作频带ω0.95（或ω0.90）：当传感器的幅值误差为±5%（或±10%）时其增益保持在一定值内的

频率范围；

? 时间常数η：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。η越小，频带越宽； ? 固有频率ωn ：二阶传感器的固有频率ωn 表征其动态特性；

? 相位误差：在工作频带范围内，传感器的实际输出与所希望的无失真输出间的相位差值，即为相位

误差；

? 跟随角Φ0.707: 当ω=ω0.707时，对应于相频特性上的相角，即为跟随角。

%100max

??±

=FS

R Y R γt

y y t ?-=

2-4 【解】1、端点平移法线性度（1）端点直线拟合

求出各个校准点正、反程6个输出电压的算术平均值。由两个端点的数据，可知端点直线的截距为b=-2.70mV ，斜率为：

Pa mV x y k /105.1710

1.070.245.146-?=-+=??=

按照端点直线y =171.5x -2.7 （y=kx+b ），求各个校准点输出电压的理论值y ti ，如表2-2所示。根据表中的数据可知，考虑符号时，实际输出电压平均值与理论值的最小误差：Δy min =-0.12mV ，最大误差Δy max =0mV 。

14.45

-2.70

图2-1端点直线拟合曲线

（2）端点平移直线拟合

端点平移直线拟合是将端点直线平移，让平移后的最大正误差与最大负误差的绝对值相等，即让截距改变为：

mV y y b b 76.22

12.070.22m ax m in /-=+-+-=?+?+

端点平移直线方程即为：y=kx+b /

。

按照端点平移直线方程重新求实际输出电压平均值与理论值的误差，有：

b y b b y y i i i ?+?=-+?=?//

Δb=b-b /

=0.06mV 。结果填入表中。

端点平移直线法线性度（非线性误差）为

%42.0%10045

.1406.0%100/max =?=??=FS L y y γ

14.45

-2.76

014.39

-2.70

图2-2端点平移直线拟合曲线

表2-2 求线性度数据

2、重复性

对于每个校准点，可按贝塞尔公式求得3个正程数据的标准偏差及3个反程数据的标准偏差如表2-3所示。可知σmax=0.041mV 。取置信系数а=2（置信概率为95%），

)(1

--=

∑=-

n y y

i i

%57.0%10045

.14041

.02%100max

=??=

R Y ασγ

表2-3 求重复数据

3、迟滞性

表2-4 求迟滞数据

求出各校准点正行程和反行程输出电压平均值，在表2-3中给出。各校准点正行程和反行程输出电压平均值的差值也在表2-3中给出。可知最大差值为0.10mV 。

%69.0%10045

.1410

.0%100max =?=??=

FS H Y H γ 4、总精度

按照均方根合成法计算总精度：

%99.00099.00069.00057.00042.02222

22==++=++=H R L S γγγγ

2-5 【解】把输入看作从0～275的阶跃输入信号，则：

X(t)=0,t ≤0 X(t)=275,t ＞0

输入信号的拉普拉斯变换为： s

s X 275

)(= 又因 τ

τd dt t t 2

21+=，即 )1)(()()()(022021s s t s st s t s t ττ+=+= 所以 s

s t s t s H 01211

)()()(τ+==

, s

s s X s H s Y 275

11)()()(0τ+=

进行拉普拉斯反变换后，有)1(275)(120

t e t y --=

估算s 350=τ 的阶跃响应值：

15.285)054.01(27525)1(27525120

3502=-+=-+=-

t ℃

其动态误差为：

%95.4%100300

.285300=?-=

d e

图2-3一阶传感器阶跃响应

3-1 什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。【答】

1、所谓应变效应是指金属导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为电阻应变效应。

2、半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。

3、应变式传感器的基本工作原理：当被测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得大小。 3-2 试述温度误差的概念、产生的原因和补偿的办法。【答】

1、由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

2、产生的原因有两个：一是敏感栅的电阻丝阻值随温度变化带来的附加误差；二是当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。

3、电阻应变片的温度补偿方法通常有：线路补偿和应变片自补偿。

3-3 电阻应变片的直流电桥测量电路，若按不同的桥臂工作方式可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？【答】

1、可分为：单臂电桥、半差动电桥和全差动电桥三种。

25℃

2、单臂电桥输出电压为：R

E U ?=

半差动电桥输出电压为：R

E U ?=20

全差动电桥输出电压为：R

R E

U ?=0

3-4 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥测量电路，试问：（1）四个电阻应变片怎样贴在悬臂梁上？（2）画出相应的电桥电路。【答】

1、在悬臂梁力传感器中，一般将应变片贴在距固定端较近的表面，且顺梁的方向上下各贴两片，上面两个应变片受压时，下面两个应变片受拉，并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压灵敏度，又可减小非线性误差。

图3-1等截面积悬臂梁

2、差动全桥测量电路

图3-2差动全桥测量电路

3-5 题3-3图为一直流电桥，图中E=4V ，R 1= R 2= R 3= R 4=120Ω，试求：

（1）R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出的电压U 0=? （2）R 1 、R 2都是金属应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出的电压U 0=?

（3）题（2）中，如果R 2 与R 1感受应变的极性相反，且ΔR 1=ΔR 2=1.2Ω，电桥输出的电压U 0=?

图3-3直流电桥测量电路

【解】

1、电桥输出电压为：

mV mV R R R R R R R R E U 1095.9)2401202.12402.1120(4)(433211110≈≈??

???-++?=+-+?+?+=

2、电桥输出电压为：

mV R R R R R R R R R E U 0)()(4332211

10=??????+-?±+?±?±=

3、当R 1受拉应变，R 2受压应变时，电桥输出电压为：

mV R R R R R R R R R E U 20)21

2402.121(4)()(4332211110=-?=?

????+-?-+?+?+= 当R 1受压应变，R 2受拉应变时，电桥输出电压为：

mV R R R R R R R R R E U 20)21

2408.118(4)()(4332211110-=-?=?

????+-?++?-?-=

3-6 题3-4图为等强度梁测力系统，R 1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R 1

=120

Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m ，试求：（1）应变片电阻变化量ΔR 1和电阻相对变化量ΔR 1/R 1。

（2）将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥输出电压及电桥非线性误差。

（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。

图3-4等强度悬臂梁

【解】

1、应变电阻相对变化量ΔR 1/R 1：

361

1064.11080005.2--?=??==?εK R R 应变片电阻变化量ΔR 1：

Ω=??==?=?-1968.01064.1120311

1εK R R R R R 2、单臂电桥输出电压：

)(23.11064.14

43110mV R R E U =??=?=

非线性误差：

如果是四等臂电桥，R 1=R 2=R 3=R 4，即n =1，则电桥的非线性误差：

%082.0%1001064.1212122123111

=???==?≈?+?=-εγK R R R R R R L

3、减小非线性误差采取的措施

为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。差动电桥无非线性误差，且半差动电桥电压灵敏度K U =E /2，是单臂工作时的2倍，全差动电桥电压灵敏度K U =E ，是单臂工作时的4倍。同时还具有温度补偿作用。

3-8 一个量程为10KN 的测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径为20mm ，内径为18mm ，在其表面粘贴8个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值为120Ω，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量E=2.1×1011

Pa 。要求：（1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；（2）计算传感器在满量程时，各应变片的电阻值；

（3）当桥路的供电电压为10V ，计算电桥负载开路时的输出电压。【解】

1、弹性元件贴片位置及全桥电路如图3-5所示。

图3-5应变片粘贴位置及电路连接图

2、圆筒截面积：2

107.59)(m r R A -?=-=π 应变片1、2、3、4感受轴向应变：x εεεεε====4321 应变片5、6、7、8感受周向应变：y εεεεε====8765 满量程时：

≈??????===?=?=?=?-191.0120101.2107.5910100.211

4321R AE F k R k R R R R x εΩ-=?-=?-=?=?=?=?0573.0191.03.018765R R R R R μ

3、全受拉力：

R R R R R R R R R R R R E R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R E U 1)()()()()()()()()()()

()()

()()()()

()(2266665511

114422886688667755331133110≈???????++?+?+-?++?+?+=?

??++?++?++?+?++?+-

???++?++?++?+?++?+=

4-1说明差动变间隙式电感传感器的主要组成、工作原理和基本特性。【答】

1、差动变隙式电感传感器由两个完全相同的电感线圈合用一个衔铁和相应磁路组成。

图4-1差动变隙式电感传感器结构图

2、测量时，衔铁与被测件相连，当被测件上下移动时，带动衔铁也以相同的位移上下移动，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。（1）当衔铁处于初始位置时：

（2）当衔铁上移Δδ时：

使上气隙，上线圈电感增加；使下气隙，下线圈电感减小。则：

21δδδ==0

2000212δμW S L L L =

==δδδ?-=01L ?δ

δδ?+=0

L ?)

(202

0001δδμ?-=

?+=W S L L L x )

(202

0002δδμ?+=

?-=W S L L L x

3、如果两个线圈反接，则传输特性为：

间隙的改变量Δδ/δ0与 ΔL /L 0有理想线性关系。测量电路的任务是将此式转换为电压或电流。 4-3什么叫差动变压器？差动变压器式传感器有哪几种结构形式？各有什么特点？【答】

1、把被测的非电量转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器，这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。

2、差动变压器结构形式有：有变隙式、变面积式和螺线管式等，在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器。

3、特点：

（1）变气隙式：灵敏度较高，但随气隙的增大而减小，非线性误差大，为了减小非线性误差，量程必须限制在较小的范围内工作，一般为气隙的1/5一下，用于测量几μｍ～几百μｍ的位移。这种传感器制作困难；

（2）变面积式：灵敏度小于变气隙式，但为常数，所以线性好、量程大，使用较广泛；

（3）螺线管式：灵敏度低，但量程大它可以测量1～100mm 机械位移，并具有测量精度高、结构简单、性能可靠、便于制作等优点，使用广泛。

4-5 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？【答】

1、零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。

（1）产生基波分量的主要原因是：传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。

（2）造成高次谐波分量的主要原因是：磁性材料磁化曲线的非线性，同时由于磁滞损耗和两线圈磁路的不对称，造成两线圈中某些高次谐波成分不一样，不能对消，于是产生了零位电压的高次谐波。此外，激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰，也会产生高次谐波。 2、减小电感式传感器的零点残余电压的措施（1）从设计和工艺上保证结构对称性

为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构；其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性

12120δδ?-=+-=?x x x x L L L L L L

能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段；减少激励电

流的谐波成分与利用外壳进行电磁屏蔽也能有效地减小高次谐波。

（2）选用合适的测量线路

另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如相敏检波电路，它能有效地消除基波正

交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。

采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把Array衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除

掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1

变到2，从而消除了零点残余电压。

图

4-2相敏检波后的输出特性

（3）采用补偿线路

采用平衡调节网络，这是一种既简单又行之有效的方法。

图4-3补偿电路图

4-6 简述相敏检波电路的工作原理，保证其可靠工作的条件是什么？

【答】

1、开关式全波相敏检波电路如图4-4所示：

图4-4 开关式全波相敏检波电路原理图

相敏检波器工作时要求参考信号)(t u r 和被测信号)(t u S 频率相同。（1）)(t u r 与)(t u S 同相

参考信号)(t u r 经A1和D 组成的整形电路后的输出)(1t u 是与被测信号)(t u S 同频、反相,占空比1∶1的方波。此方波信号是控制电路电流流通的开关,为场效应管3DJ7J 提供栅源偏置电压,控制电子开关的动作,决定场效应管漏极信号)(3t u 。由场效应管工作原理知: 当2

t ≤≤时，V 截止： )()(3t u t u S = 当

T t T

≤≤2

时，V 导通： 0)(3=t u （1）差放A2对信号)(t u S 和)(3t u 进行合成，得到相敏检波器输出信号)(0t u ，其表达式为:

)()1()()(34

0t u R R t u R R t u f S f +

= （2）

当场效应管截止时，运放A2工作在跟随状态；当场效应管导通时，A2工作在反相放大状态。验证测量时取 R f = R 4。把式(1)代入式(2)中，得: 当2

t ≤≤时： )()(0t u t u S = 当

T t T

≤≤2

时： )()(0t u t u S -= （3）由式(3)知，从相敏检波器输出信号)(0t u 中得到了被测信号)(t u S 。

对上述相敏检波器电路进行性能测试，通过调整Rf 可以改变运放A2对信号放大的幅度,测试波形如图2所示。对应图1，再对)(0t u 进行滤波，即可取其直流分量0U ，从而得到被测信号幅值S U 。

u 1

u 2

u 3

u r

u s

u 0

图4-5开关式全波相敏检波电路波形图

（2）)(t u r 与)(t u S 反相

分析原理同（1），若)(t u r 与)(t u S 反相时检波输出，如图（b ）所示。

2、参考信号)(t u r 和差动变压器式传感器激磁电压)(t u S 由同一振荡器供电，保证二者同频同相（或反相）。

4-10 何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？

【答】

1、根据法拉第电磁感应定律，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，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。

2、有一通以交变电流的传感器线圈。由于电流的存在，线圈周围就产生一个交变磁场H1。若被测导体置于该磁场范围内，导体内便产生电涡流，也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1，从而导致线圈的电感、阻抗和品质因数发生变化。这些参数变化与导体的几何形状、电导率、磁导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的线圈到被测导体间的距离参数改变，余者皆不变，就能构成测量位移的传感器。

4-12 电涡流传感器常用的测量电路有哪几种？其测量原理如何？各有什么特点？

1、用于电涡流传感器的测量电路主要有：调频式、调幅式电路两种。

2、测量原理

（1）调频式测量原理

传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。

图4-6调频式测量原理图

（2）调幅式测量原理

由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流i o。

当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率f o，回路呈现的阻抗最大，谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放大、检波后，由指示仪表直接显示出x的大小。

图4-7调幅式测量原理图

除此之外，交流电桥也是常用的测量电路。 3、特点

? 调频式测量电路除结构简单、成本较低外，还具有灵敏度高、线性范围宽等优点。 ? 调幅式测量电路线路较复杂，装调较困难，线性范围也不够宽。

4-13 利用电涡流式传感器测板材厚度，已知激励电源频率f =1MHz ，被测材料相对磁导率μr=1，电阻率ρ=2.9×10-6

ΩCm ，被测板材厚度为

δ=（1+0.2）mm 。试求：

（1）计算采用高频反射法测量时，涡流透射深度h 为多大？

（2）能否采用低频透射法测板材厚度？若可以需采取什么措施？画出检测示意图。【解】

1、为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S 1和S 2。S 1和S 2与被测带材表面之间的距离分别为x 1和x 2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x 1+x 2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为2U o ，数值不变。

如果被测带材厚度改变量为Δδ，则两传感器与带材之间的距离也改变一个Δδ，两传感器输出电压此时为2U o±ΔU 。ΔU 经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。计算高频反射法测板材厚度时，涡流穿透深度：

m m f h r μμπμρ7.851057.810

11014.3414.3109.256

780=?=??????==---可见穿透深度很浅。

图4-8高频反射法测量原理图

2、若采用低频透射法测板材厚度，必须使涡流穿透深度大于板材厚度。由于ρ、μ0、μr 都是常数，所以必须降低激励电源频率，使之满足：

δμπμρ

>=/

h r 由此解得穿透板材所需的最高频率为：

KHz Hz f r 1.5101.510

2.11014.3414.3109.23

20/=?=??????=<---δμπμρ

当满足激励电源频率小于5.1KHz 时，发射探头的信号才能透过板材，被接收探头接收。发射探头在交变电压e 1的激励下，产生交变磁场，透过被测板材后达到接收探头，使之产生感应电动势e 2，它是板材厚度的函数，只要两个探头之间的距离

x 一定，测量e 2的值即可测得板材厚度δ。

图4-9低频透射法测量原理图

5-1 根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？每种类型各有什么特点？各适用什么场合？【答】

1、电容式传感器分为：变极距(变间隙)(δ)型、变面积型(S )型、变介电常数 (εr)型三种基本类型。

2、特点与应用

（1）变极距(变间隙)(δ)型：只有在Δd /d 0很小时，才有C 与Δd 近似的线性关系，所以，这种类型的传感器一般用来测量微小变化量。

（2）变面积型(S )型：传感器的电容量C 与线位移及角位移呈线性关系。测量范围大，可测较大的线位移及角位移。

（3）变介电常数(εr)型：传感器电容量C 与被测介质的移动量成线性关系。常用来检测容器中的液位，或片状结构材料的厚度等。

5-2 如何改善单极式变极距型传感器的非线性？【答】

为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。

5-3 图5-7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压U 0与液位h 之间成线性关系。【答】

用环形二极管充放电法测量电容的基本原理是以一高频方波为信号源，通过一环形二极管电桥，对被测电容进行充放电，环形二极管电桥输出一个与被测电容成正比的微安级电流。原理线路如图所示，输入方波加在电桥的A 点和地之间，Cx 为被测电容，C d 为平衡电容传感器初始电容的调零电容，C 4为滤波电容，

1、电容式液位变换器结构

设被测介质的介电常数为ε1，液面高度为h , 变换器总高度为H ，内筒外径为d ，外筒内径为D ，此时变换器电容值为

式中：ε——空气介电常数；

D n h C d D n h d D n H d D n h H d D n h C 1)

(21)(2121)(21210111εεπεεππεππε-+=-+=-+=

C 0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值。

可见，此变换器的电容增量正比于被测液位高度h 。

2、环形二极管充放电法测量电路（1）当输入的方波由E 1跃变到E 2时

电容C x 和C d 两端的电压皆由E 1充电到E 2。对电容C x 充电的电流如图中i 1所示的方向，对C d 充电的电流如i 3所示方向。在充电过程中(T 1这段时间)，VD 2、 VD 4一直处于截止状态。在T 1这段时间内由A 点向C 点流动的电荷量为

（2）当输入的方波由E 2返回到E 1时

C x 、C d 放电，它们两端的电压由E 2下降到E 1，放电电流所经过的路径分别为i 2、 i 4所示的方向。

在放电过程中(T 2时间内)，VD1、VD3截止。在T 2这段时间内由C 点向A 点流过的电荷量为

设方波的频率f =1/T 0(即每秒钟要发生的充放电过程的次数)，则：

由C 点流向A 点的平均电流为： I 2=C x f (E 2-E 1) 由A 点流向C 点的平均电流为： I 3=C d f (E 2-E 1) 流过此支路的瞬时电流的平均值为

式中, ΔE 为方波的幅值，ΔE =E 2-E 1。

令C x 的初始值为C 0，ΔC x 为C x 的增量，则C x=C 0+ΔC x , 调节C d=C 0则

)

(211E E C q d -=)

(212E E C q x -=)

()()(1212d x d x C C E f E E f C E E f C I -?=---=x

d x C E f C C E f I ??=-?=)

(

传感器技术期末试题1答案

辽宁地质工程职业学院2008～2009学年度第一学期期末《检测技术》试卷A 使用班级：07电气1、2、3班出题人：杜慧审题人：王春考试时间：90分钟一、填空题（每空1分，共20分） 1、1、误差产生的原因和类型很多，其表现形式一般分为三种，分别是(粗大误差 )、（系统误差）、（随机误差）。 2、2、传感器灵敏度是指（ K=x y ??）。 3、MQN 气敏电阻可测量的(还原性气体)浓度。 3、4、电涡流传感器的最大特点是（非接触式）测量。 5、用万用表交流电压档（频率上限为5KHZ ），10V 左右的高频电压，发现示值还不到2V ，误差属于( 系统 )误差 6、自感式传感器常见的类型有(变隙式)（变面积式）（螺线管式）这三种形式 7、热电阻测量转换电桥电路通常采用（三线制）制连接法。 8、实际差动变压器的线性范围仅约为线性骨架长度的（ 1/10 ）左右。 9、气敏电阻工作时必须加热的目的有两方面，分别是（加速被测气体的化学吸附过程）、（烧去气敏电阻表面的污物）。 10、电流变送器电流输出为（4-20 ）mA 。 11、调频法电路的并联谐振频率f=（C O L π21 ）。 12、接近开关采用三线制接线方式，棕色为电源正极，黑色是（输出端）。可直接带继电器。 13、电容传感器的测量转换电路有三种，分别是（调频电路）、（电桥电路）、（运算放大电路）。二、选择题（每题2分，共30分） 1、某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在 0.4%~0.6% ，该压力表的精度等级应定为（B ） A. 0 .2 B. 0 .5 C. 1 .0 D. 1.5 2、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的左右为宜。（C ） A.3 倍 B.10 倍 C.1.5 倍 D.0.75 倍 3、湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了（ B ）。 A. 提高灵敏度 B. 防止产生极化、电解作用 C. 减小交流电桥平衡难度 4、已知待测拉力约为 70N 左右。现有两只测力仪表，1为 0.5 级，测量范围为 0 ～ 500N ；2为 1.0 级，测量范围为 0 ～ 100N 。问选用哪一只测力仪表较好（B ） A.1 B.2 C.3 D.4 5、希望远距离传送信号，应选用具有（ D ）输出的标准变送器。 A. 0~2V B.1~5V C.0~10mA D.4~20mA 6、螺线管式自感传感器采用差动结构是为了（ B ）。 A. 加长线圈的长度从而增加线性范围 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 7、电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出（ C ）的靠近程度。 A. 人体 B. 水 C. 黑色金属零件 D. 塑料零件 8、欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为（ D ）。 A. 50~100Hz B. 1~10kHz C.10~50kHz D. 100kHz~2MHz 9、在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中（ B ） A. 电容和电感均为变量 B. 电容是变量，电感保持不变 C. 电容保持常数，电感为变量 D. 电容和电感均保持不变 10、在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用（D ）传感器来检测。 A. 应变片 B. 气敏电阻 C. 热敏电阻 D. 湿敏电阻 11、使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量（ C ） A. 人的体重 B. 车刀的压紧力 C. 车刀在切削时感受到的切削力的变化量 D. 自来水管中的水的压力 12、超声波在有机玻璃中的声速比在水中的生速（A ），比在钢中的声速（ B ）题号一二三四五六七八总分得分批卷人：审核：得分得分装订线注意：考生在填写个人信息时，必须字迹工整、数据准确、不得漏填。答题时，装订线内禁考场号：____ 级：____________ 姓名：____ 学号：

传感器技术原理试题库(包含答案)

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分数，即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。 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。 13、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。 15、传感器确定拟合直线切线法是将过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法。 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a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0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 ω(jω)=K/(1+jωτ),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+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。 Y K X ?=?CN M K =max max 100%100%H H F S F S H H Y Y δδ????=±?=±?2或23100%K F S Y δδδ?-=±????0F S 100% Y Y 零漂＝max 100%F S T Y ????　max *100%L F S Y Y σ??=±

传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)

传感器原理及应用一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池

(完整word版)传感器原理及应用复习题.docx

《传感器原理及应用》复习题 1.静态特性指标其中的线性度的定义是指 2．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。 3.对于等臂半桥电路为了减小或消除非线性误差的方法可以采用提高桥臂比，采用差动电桥的方法。 4.高频反射式电涡流传感器实际是由线圈和被测体或导体两个部分组成的系统，两者之间通过电磁感应相互作用，因此，在能够构成电涡流传感器的应用场合中必须存在金属材料。 5.霍尔元件需要进行温度补偿的原因是因为其霍尔系数和材料电阻受温度影响大。使用霍尔传感器测量位移时，需要构造一个磁场。 6.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。 7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器，设计传送带上塑料零件的计数系统时，应选其中的光电传感器。需要测量某设备的外壳温度，已知其范围是300~400℃，要求实现高精度测量，应该在铂铑- 铂热电偶、铂电阻和热敏电阻中选择铂电阻。 8.一个二进制光学码盘式传感器，为了达到1″左右的分辨力，需要采用或位码盘。一个刻划直径为400 mm的 20 位码盘，其外圈分别间隔为稍大于μm。 9.非功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作用，功能型光纤传感器是把光纤作为敏感元件。光纤的 NA 值大表明集光能力强。 11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应，基于此效应的器件除光敏电阻外还有处于反向偏置工作状态的光敏二极管。光敏器件的灵敏度可用光照特性表征，它反映光电器件的输入光量与输出光电流(电压 )之间的关系。选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的光谱特性。 12. 传感器一般由敏感元件 _ 、转换元件 ___ 、测量电路及辅助电源四个部分组成。 13．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。

传感器原理与应用复习题及答案【精选】

《传感器原理与应用》试题及答案一、名词解释 1．传感器2．传感器的线性度3．传感器的灵敏度4．传感器的迟滞5．绝对误差6．系统误差7．弹性滞后8．弹性后效9．应变效应10．压电效应11．霍尔效应12．热电效应13．光电效应14．莫尔条纹15．细分二、填空题 1．传感器通常由、、三部分组成。 2．按工作原理可以分为、、、。 3．按输出量形类可分为、、。 4．误差按出现的规律分、、。 5．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。 6．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。 7．传感检测系统目前正迅速地由模拟式、数字式，向方向发展。 8．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= 。 9．为了测得比栅距W更小的位移量，光栅传感器要采用技术。 10．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。 11．电容式压力传感器是变型的。 12．一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。 13．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。 14．热敏电阻常数B大于零的是温度系数的热敏电阻。 15．若测量系统无接地点时，屏蔽导体应连接到信号源的。 16．目前应用于压电式传感器中的压电材料通常有、、。 17．根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有、、三种基本类型 18．热敏电阻按其对温度的不同反应可分为三类、、。 19．光电效应根据产生结果的不同，通常可分为、、三种类型。 20．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是。 21．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传感器、应变式传感器等（任填两个）。 22．采用热电阻作为测量温度的元件是将的测量转换为的测量。23．单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、和可沿线圈轴向

传感器原理及应用试题库(已做)

一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，测量电路三个部分组成。 2.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。 3.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。 4.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）=Δy/Δx 。 5.线性度是指传感器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。 6.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。 7.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。 8.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。 9.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够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或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 11.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 =输出量的变化值/输入量的变化12.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x) 值=△y/△x 13.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。14.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类：物理传感器，化学传感器，生物传感器。

常用传感器的工作原理及应用

3.1.1电阻式传感器的工作原理应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○

电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构基片 b l 电阻丝式敏感栅金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用（1）应变式力传感器被测物理量：荷重或力一

二主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等（2）应变式压力传感器主要用来测量流动介质的动态或静态压力应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。（3）应变式容器内液体重量传感器感压膜感受上面液体的压力。（4）应变式加速度传感器用于物体加速度的测量。依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时，电容量C 也随之变化。 d S C ε=

传感器考试试题答案终极版

传感器原理考试试题 1、有一温度计，它的量程范围为0--200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为__±1℃______，当测量100℃时的示值相对误差为_±%1_______。 2、传感器由___敏感元件___ 转换元件_、______测量电路_三部分组成 3、热电偶的回路电势由_接触电势、温差电势_两部分组成，热电偶产生回路电势的两个必要条件是_即热电偶必须用两种不同的热电极构成；热电偶的两接点必须具有不同的温度。。 4、电容式传感器有变面积型、变极板间距型、变介电常数型三种。 5．传感器的输入输出特性指标可分为_静态量_和____动态量_两大类，线性度和灵敏度是传感器的__静态_量_______指标，而频率响应特性是传感器的__动态量_指标。 6、传感器静态特性指标包括__线性度、__灵敏度、______重复性_______及迟滞现象。 7、金属应变片在金属丝拉伸极限内电阻的相对变化与_____应变____成正比。 8、当被测参数A、d或ε发生变化时，电容量C也随之变化，因此，电容式传感器可分为变面积型_、_变极距型_和_变介质型三种。 9、纵向压电效应与横向压电效应受拉力时产生电荷与拉力间关系分别为 F y。和q y=?d11a b 10、外光电效应器件包括光电管和光电倍增管。 1、何为传感器的动态特性？动态特性主要的技术指标有哪些？（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；（2）动态指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

2、传感器的线性度如何确定？拟合直线有几种方法？传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；。四种方法：理论拟合，端基连线拟合、过零旋转拟合、最小二乘法拟合。 3、应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用的温度补偿方法有哪些？（1）金属的电阻本身具有热效应，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；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。 4、分布和寄生电容对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响？寄生电容器不稳定，导致传感器特性不稳定，可采用静电屏蔽减小其影响，分布电容和传感器电容并联，使传感器发生相对变化量大为降低，导致传感器灵敏度下降，用静电屏蔽和电缆驱动技术可以消除分布电容的影响。 5、热电偶测温时为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪些？答：热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。三、计算题 1、下图为圆形实芯铜试件，四个应变片粘贴方向为R1、R4 轴向粘贴，R 2、R3 圆周向粘贴，应变片的初始值R1=R2=R3=R4=100Ω，灵敏系数k=2，铜试件的箔松系数μ= 0.285，不考虑应变片电阻率的变化，当试件受拉时测得R1 的变化Δ R1 = 0.2Ω。如电桥供压U = 2V，试写出ΔR2、ΔR3、ΔR4 输出U0（15分）

各种温度传感器分类及其原理.

各种温度传感器分类及其原理温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T

传感器试题标准答案

测验1 一、单项选择题１、传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的 (分数：2分) ?Ａ．工作量程愈大?B. 工作量程愈小?Ｃ. 精确度愈高 D. 精确度愈低标准答案是:Ａ。您的答案是：A 2、属于传感器静态特性指标的是 (分数：2分） A．固有频率 B. 灵敏度 C．阻尼比?Ｄ. 临界频率标准答案是:B。您的答案是：B 3、封装在光电隔离耦合器内部的是?（分数：2分）?A. 两个发光二极管?B. 两个光敏二极管?C. 一个光敏二极管和一个光敏三极管 D. 一个发光二极管和一个光敏二极管标准答案是：D。您的答案是：Ｄ４、适合在爆炸等极其恶劣的条件下工作的压力传感器是 (分数:2分) ?A. 霍尔式?B. 涡流式 C. 电感式 D．电容式标准答案是:B。您的答案是：B ５、当某晶体沿一定方向受外力作用而变形时，其相应的两个相对表面产生极性相反的电荷,去掉外力时电荷消失,这种现象称为（分数：２分)?A. 压阻效应?Ｂ．应变效应 C. 霍尔效应 D．压电效应标准答案是：Ｄ。您的答案是:D 6、热电偶式温度传感器的工作原理是基于（分数：２分) ?A. 压电效应?B．热电效应 C. 应变效应 D. 光电效应标准答案是:B。您的答案是：B 7、矿灯瓦斯报警器的瓦斯探头属于 (分数:2分）?A. 气敏传感器?Ｂ. 水份传感器Ｃ. 湿度传感器?D. 温度传感器标准答案是:A。您的答案是:A 8、高分子膜湿度传感器用于检测（分数：2分) Ａ. 温度 B. 温度差? C. 绝对湿度? D. 相对湿度标准答案是:D。您的答案是:D 9、下列线位移传感器中，测量范围最大的类型是 (分数:２分)?A. 自感式Ｂ. 差动变压器式Ｃ．电涡流式?D. 变极距电容式标准答案是：B。您的答案是:B 10、 ADC０8０4是八位逐次逼近型的（分数:2分） A．数/模转换器?B. 模/数转换器 C. 调制解调器?Ｄ. 低通滤波器

《传感器原理》试卷及答案

第 1 页共 3 页铜陵学院继续教育学院 2009-2010学年第二学期《传感器原理与应用》考试试卷（适用班级：08级电气工程专升本）一、填空题（每小题2分，共20分）： 1、传感器通常由、和三部分组成。 2、根据测量误差出现的规律和产生的原因不同，误差可分为、和三种类型。 3、电阻应变片由、、和引线等部分组成。 4、单线圈变隙式电感传感器的结构主要由、、三部分组成。 5、按照电涡流在导体内的贯穿情况，电涡流式传感器可分为式和式两类。 6、对于电容式传感器，改变、和中任意一个参数都可以使电容量发生变化。 7、霍尔元件的零位误差主要由、、和自激场零电势等原因产生。 8、热电偶测温回路的热电势由和两部分组成。 9、按测温转换原理的不同，接触式测温方法可分为式、式和式等多种形式。 10、光栅式传感器一般由、和组成。二、简答题（每小题6分，共24分）： 1、什么叫迟滞? 2、螺旋管式差动变压器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 3、什么是霍尔效应？ 4、热电偶的中间温度定律的内容是什么？三、论述题（每小题10分，共20分）： 1、下图是单管液柱式压力计示意图，已知大容器直径为 D ，通入被测压力1p ，玻璃管直径为d ，通入大气压2p ，且D 远大于d ，试论述该压力计测量被测压力的原理。姓班级学号 ―――――――――装――――――――――订―――――――――线―――――――――――

2、利用光电靶测量弹丸飞行速度的结构原理如图所示，试论述其工作原理。光源光束光电元件测时仪四、计算题（每小题9分，共36分）： 1、已知被测电压范围为15~25V，现有（满量程）50V、0.5级和200V、0.1级两只电压表，应选用哪只电压表来进行测量？ 2、有一金属应变片，其灵敏系数K=2.0，初始电阻值为120Ω，将应变片粘贴在悬臂梁上，悬臂梁受力后，使应变片阻值增加了1.2Ω，问悬臂梁感受到的应变是多少？ 3、已知变面积式电容传感器的两极板间距离为10mm，极板间介质的介电常数为ε0＝50μF/m，两极板几何尺寸一样，为30mm×20mm，在外力作用下，其中动极板在原位置上向外移动10mm，试求电容变化量△C和传感器灵敏度K各为多少？ 4、用R型热电偶测某高炉温度时，测得参比端温度t1=30℃；测得测量端和参比端之间的热电动势E（t，30）=11.402mV，试求实际炉温（已知：E（30，0）=0.172mV；E（1080，0）=11.574mV）。第 2 页共 3 页

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。国家标准（GB7665-87）：定义：能够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。 3）传感器的组成：敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标（1）灵敏度定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。（3）迟滞定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。（4）重复性定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输

传感器试题与答案

《传感器与检测技术》试题1 班级_______ _______ 学号_______ 成绩 _______ 一、填空：（20分） 1.测量系统的静态特性指标主要有___________________________ __________________________ o（ 2 分） 2.霍尔元件灵敏度的物理意义是_____________________________ __________________________ o（2 分） 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 ________ 效应，这类元件有_____________________ ;第二类是利用在光线作用下_________________________________________ 效应，这类元件有__________________________________________ ;第三类是利用在光线作用下_________________________ 效应，这类元件有____________________ o 4._______________________________ 热电偶所产生的热电动势是____________________________________ 电动势和_______ 电动势组成的，其表达式为Eab （T, 7D） = _____________ o在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在_________ 和 _________ 之间, 接入__________ ，它的作用____________________ o 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____________________ ,这种现象称

传感器原理与应用试题答案(一)

传感器原理与应用试题答案（一）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。评分标准：每填一个空，2.5分，意思相近2分。二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题4分） 1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（A.B.D ）。 A．差动电桥补偿法 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．光导效应评分标准：3\4\5题回答对一个2分，1题（A.B.D）回答对一个2分，两个3分，2题（B）不对没有得分。

传感器原理及典型应用

传感器（原理及典型应用）编稿：张金虎审稿：李勇康【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。【要点梳理】要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。要点二、光敏电阻光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。要点三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。

《传感器》课程试题及答案

参考资料一、填空题 1、变间隙型电容传感器做成差动结构以后，灵敏度变为原来的 1 倍。 2、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是中间温度定律。 3、传感器是将被测非电物理量转换为电量的装置。 4、半导体材料受到外力的作用，电阻率发生变化的现象叫压阻效应。 5、光在光纤中传播是基于光的全反射现象。 6、光电池是基于光生伏特效应工作的光电器件，作为测量元件适宜用作电流源（电压/电流）。 7、传感器的动态特性决定了它能测量的被测信号测量范围。 8、为克服导线电阻对测量造成影响，热电阻通常采用电桥式三线制接法。 9、差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，它是由于两个次级线圈电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性问题引起的。 10、霍尔元件所采用的材料为半导体。 11、红外辐射的物理本质是热辐射，物体温度越高则波长越短。 12、已知压力表的量程为30Mpa，最大绝对误差为0.3Mpa，则该压力表的精度为 1 级。 13、变气隙厚度式单线圈电感传感器的初始间隙越小，则灵敏度越高。 14、按表达式对误差进行分类，可将误差分为绝对误差、相对误差

和引用误差。 15、光敏电阻是基于内光电效应的光电器件。 16、热电阻的阻值会随温度的升高而变大。 17、热电偶中产生的热电势由接触电势和温差电势组成。 18、压电式传感器测量电路中前置放大器的作用有两个：一是阻抗变换，二是放大压电式传感器输出的微弱信号。 19、光敏二极管在电路中一般是处于反向工作的状态。 20、数值孔径是衡量光纤集光性能的主要参数。 21、光电开关和光电断续器都是由红外线发射元件和光敏接收元件组成的。 22、在热电偶回路中加入第三种导体材料时，如果两接点的温度相同，则对整个回路中的热电势无影响。这是热电偶基本定律的中间导体定律。二、1、光敏三极管工作时（ A ）。 A、基极开路、集电结反偏、发射结正偏 B、基极开路、集电结正偏、发射结反偏 C、基极接电信号、集电结正偏、发射结反偏 D、基极接电信号、集电结反偏、发射结正偏 2、以下说法不正确的是（B ） A、石英晶体沿光轴方向受力时不产生压电效应。 B、光敏二极管在不受光照时处于导通状态。 C、测量结果与其约定真值之差即为误差。 D、对于金属导体材料，其压阻效应极小，而对于半导体材料，其几何效应较小。 3、以下属于有源型的传感器是（ D ） A、应变片 B、电容式传感器 C、差动变压器 D、热电偶

传感器原理及应用试题库

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一：填空题（每空1分）1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，测量电路三个部分组成。 2.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。 3.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。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.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。 6.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。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与距离的平方成反比关系。 8.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。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U CE 10.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）=Δy/Δx。

11.线性度是指传感器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。 12.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。 13.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。 14.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。 15.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。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.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。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.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+4π2f2τ2) 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够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或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.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

传感器分类及常见传感器的应用

机电一体化技术常用传感器及其原理班级：机械设计制造及其自动化姓名：学号：

一、传感器的分类传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。按工作原理可划分为： 1．电学式传感器电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的

测量。 3．光电式传感器光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电