1、傳感器與檢測技術試題及答 案（已做）作者:日期:12傳感器與檢測技術試題一、填空：（20分）1,測量系統的靜態特性指標主要有線性度、遲滯、重復性、分辨力、穩定性、溫度穩定性、各種抗干擾穩定性等。（2分）2 .霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應強度相單位控制 電流時的霍爾電勢大小。4 .熱電偶所產生的熱電勢是兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差 電勢組成的，其表達式為Eab（T,To）= k（T 1。）皿.十幾（丸 . 與川丁。eNb在熱電偶溫度補償中補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導而 熱電偶之間,接入延長線,它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源 較遠并且環境溫度較穩定的地方，以減小

2、冷端溫度變化的影響。5 .壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質在外界機械力作用下， 其內部產生機械壓力，從而引起極化現象,這種現象稱為正壓電效應。 相反，某些鐵磁物質在外界磁場的作用下會產生機械變形，這種現象稱為負壓電效應。（2分）6 .變氣隙式自感傳感器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電 感量（增加減小不變）（2分）7 .儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差 絕對誤差 引用 誤差）來表示的（2分）8 .電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關系，除（ 變面積 型變極距型變介電常數型）外是線性的。（2分）1、變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積 增大時，鐵心上線圈的電感量

3、（增大、減小，不變）。2、在平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關 系中，（變面積型，變極距型，變介電常數型）是線性的關系。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線圈 的匝數成（正比，反比,不成比例），與副方線圈的匝數成（ 正比，反比，不成比例），與回路中磁阻成（正比，反比， 不成比例）。4、傳感器是能感受規室的被測景并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應于被測量的敏感冗性 和產生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調節轉換電路組成5、熱電偶所產生的熱電熱是由兩種耳他的接觸電熱和單一導體的溫差電熱組成。2、電阻應變片式傳感器按制造材料可分為

4、金屬材料和半導體體材料。它們在受到外力作用時電阻發生變化，其中的電阻變化主要是由電阻應變效應 形成的,而的電阻變化主要是由 溫度效應造成的。 半導體 材"傳感器的靈敏度較大。5.磁電式傳感器是利用導體和磁場發生相對運動而在導體兩端 產生感應電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應 （霍爾效應）而輸出電勢的。霍爾式傳感器可用來測量電流3場 位移,壓力。（6分）8.阿日統的靜態特性指標通常用輸入量與輸出量的對應關系來表征（5分）簡答題二、用銀銘-銀硅熱電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差 計相連接。在某時刻，從電位差計測得熱電勢為-1.19mv,此時電位差計所處的環境溫度

5、為15C,試求該時刻溫箱的溫度是多少度？ （20 分）銀銘-銀硅熱電偶分度表測量端 溫度C0123456789執八、電動勢(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+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+ 100.400.440.48 ;0.520.560.600.6

6、40.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.162簡述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應”。所謂熱電效應,就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產生電動勢的現象。兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。引入適當的測量電路測量電動勢的大小， 就可測得溫度的大小。3以石英晶體為例簡述壓電效應產生的原理。（6分）答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態；而當作用力方向改變時，

7、電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。 這種現象稱為正壓電效應。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。4簡述電阻應變片式傳感器的工作原理（6分）答：電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應， 即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發生變化。1、什么是傳感器動態特性和靜態特性，簡述在什么頻域條件下只研 究靜態特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳 感器的動態特性？ （ 10分）答：傳感器

8、的特性是指傳感器所特有性質的總稱。 而傳感器的輸 入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網絡研究時， 輸入 輸出特性是二端網絡的外部特性，即輸入量和輸出量的對應關系。由 于輸入量的狀態（靜態、動態）不同分靜態特性和動態特性。靜態特 性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入 -輸出特性。動態特 性指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入 -輸出特性。可以從時域和 頻域來研究動態特性2、簡述霍爾電動勢產生的原理。（5分）答：一塊半導體薄片置于磁感應強度為 B的磁場（磁場方向垂直 于薄片）中，當有電流I流過時，電子受到洛侖茲力作用而發生偏轉。 結果在半導體的后端面上電子有所積累。 而前端面缺少電子

9、，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產生的力 阻止電子繼續偏轉當兩力相平衡時， 電子積累也平衡，這時在垂直于 電流和磁場的方向上將產生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢uh。3、分析應變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變 化而產生測量誤差的過程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數為及柵絲與試件 膨脹系數（3與九）之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與真實 應變同數量級的誤差。二、寄生電容與電容傳感器相關聯影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種 方法和原理。（15分）三、在生產過程中測量金屬板的

10、厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用 渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作 原理及實現工藝。（15）5、什么是傳感器靜態特性。（4分）答：傳感器的靜態特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入 一輸出特性。三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫 原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小 誤差的方法（10分）答：熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在 熱電勢。因而有電流產生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢， 通稱熱電勢。接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導

11、體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導體的性質及接 觸點的溫度，而與導體的形狀和尺寸無關。溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產生的一種電勢熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應”。 所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產生電動勢的現象。 兩點間的溫 差越大，產生的電動勢就越大。引入適當的測量電路測量電動勢的大 小，就可測得溫度的大小。熱電偶三定律a中間導體定律熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的 溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產生影響。 在用熱電偶測溫 時，

12、連接導線及顯示一起等均可看成中間導體。b中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T,冷端為To時的熱電 勢等于該熱電偶熱端為 T冷端為時的熱電勢與同一熱電偶熱端為 Tn ,冷端為T0時熱電勢的代數和。應用：對熱電偶冷端不為00c時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據中間溫度定律選用適當的補償線 路。C參考電極定律如果A、B兩種導體（熱電極）分別與第三種導體C （參考電極） 組成的熱電偶在結點溫度為（T, To）時分別為Eac（T,T0）, Ebc（T,T°）, 那么愛相同溫度下，又 A、B兩熱電極配對后的熱電勢為Eab T,To =EacT,T。EbcT。實

13、用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關熱電極與標準鉗電極配對的熱電勢， 那么由這兩種熱電極配 對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。誤差因素：參考端溫度受周圍環境的影響措施：a o0c恒溫法b計算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機械零 點調整法d熱電偶補償法e電橋補償法f冷端延長線法四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償的方法有哪幾種？請詳細推導分流法。（10分）答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等。霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無 外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用

14、輸出的電壓表示。溫度補償方法：a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b電橋補償法一、 簡答題（30分，6分/題）1、 從傳感器的靜態特性和動態特性考慮，詳述如何選用傳感器。答：考慮傳感器的靜態特性的主要指標，選用線性度大、遲滯小、 重復性好、分辨力強、穩定性高、抗干擾穩定性高的傳感器。考慮動 態特性，所選的傳感器應能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態響應時間或者應具有很寬的頻率響應特性。2、 直流電橋和交流電橋有何區別？直流電橋的平衡條件是什么？應變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？答：根據電源不同分為直流和交流電橋

15、。直流電橋優點：高穩定 度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡單，傳感器至測量儀表的 連接導線分布參數影響小。但是后續要采用直流放大器，容易產 生零點漂移，線路也較復雜。交流電橋在這些方面都有改進。直 流電橋平衡條件：RJR2=R3/R4 , RlR4 = R2R3。3、 以自感式傳感器為例說明差動式傳感器可以提高靈敏度的原解：Lo2 . _WoSo2lo2 .一2 .一2 .一WoSoWoSoWoSo2(lo l)2lo2lo占1差動式靈敏度：S二2Lolo與單極式傳感器靈敏度S=lol0lolo比較靈敏度提高一倍，非線性大大減少。4、 傳感器的定義和組成框圖？畫出自動控制系統原理框圖并指明傳感

16、器在系統中的位置和作用答：傳感器是能感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。傳感器處于研究對象與測試系統的接口位置， 即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通 過它轉換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。山備慰信號調節輔助組成框圖：自動控制系統原理框圖：傳感器的作用：感受被測量并轉換成可用輸出信號傳送給控制對 象。5、測量，哪些用于接觸式測量，測量何種物理量？（各A3種）答：非接觸式測量：a）熱電式傳感器：測量溫度b）光纖傳感器：測量光信號c）核輻射傳感器

17、：測量核輻射粒子接觸式測量：a）電位器式壓力傳感器：測量壓力b）應變片式電阻傳感器：測量電阻值c）應變式扭矩傳感器：測量扭矩6、 傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時間使用后需要進行標定工作，請問標定的意義?答：傳感器的標定分為靜態標定和動態標定兩種。靜態標定的 目的是確定傳感器靜態特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和 重復性等。動態標定的目的是確定傳感器的動態特性參數，如 頻率響應、時間常數、固有頻率和阻尼比等。7、 壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么？電壓式與電荷式 前置放大器各有何特點？答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經放大

18、器變換為 低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號進行適當放大，但其所接配 的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自 身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標定的麻 煩。電荷放大器是一種具有深度電容負反饋的高增益運算放大 器，具雖然允許使用很長的電纜，并且電容 Ce變化不影響靈 敏度，但它比電壓放大器價格高，電路較復雜，調整也比較困 難。8、 什么是金屬應變片的靈敏系數？請解釋它與金屬絲靈敏系數的區別。答：應變片一般做成絲柵狀，測量應變時，將應變片貼在試件表面 上，試件的變形很容易傳到應變片上。 金屬應變片的靈敏系數與金屬 絲靈敏系數是不同的。第一，零件的變形是通過剪力傳到金屬絲上的。 第二，絲沿長度方向承受應變時，應變片彎角部分也承受應變，其截面積變大，則應變片直線部分電阻增加時，彎角部分的電阻值減少， 也使變化的靈敏度下降。因此，應變片的靈敏系數比金屬絲靈敏系數 低。分析/證明題（32分，8分/題）1、 壓電式傳感器更適用于靜態測量，此觀點是否正確，分析原因。 答不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應，具有使用頻率寬， 靈敏度高、信噪比高、結構簡單、工作可靠、測量范圍廣等優點，因 此在壓力沖擊和震動等動態參數測試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉換為電量。2、 為什么要對應變片式電阻傳感器進行溫度補償，分析說明該類