傳感器與測試技術習題及答案什么是傳感器？它由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？傳感器技術的發展動向表現在哪幾個方面？義？動態參數有那些？應如何選擇？某位移傳感器，在輸入量變化5mm300S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系統的總的靈敏度。6．什么是應變效應？什么是壓阻效應？什么是橫向效應？7、試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處。8、應變片產生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？9、鋼材上粘貼的應變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應力為10kg/mm2。試求10、如圖所示為等強度梁測力系統，R1

為電阻應變片，應變片靈敏度系數k2.05，未受應變時R 120，當試件受力F時，應變片承受平均應變18104，求應變片電阻變化量R1

和電阻相對變化量R1

/R。1RF1將電阻應變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3VRF1（b）圖等強度梁測力系統11、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。12、某傳感器為一階系統，當受階躍函數作用時，在t=0時，輸出為10mV;t→∞時，輸出為100mV;在t=5s時，輸出為50mV,試求該傳感器的時間常數。交流電橋的平衡條件是什么？響?電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？某電容傳感器（平行極板電容器）r4(mm，工作初始極板間距離 0.3(mm)，介質為空氣。問：0如果極板間距離變化量1(m，電容的變化量C是多少？k1

100(mV pFk2

5（格／mV）在1(m)時，讀數儀表的變化量為多少？簡述電容式傳感器的優缺點。電容式傳感器測量電路的作用是什么？簡述正、逆壓電效應。壓電材料的主要特性參數有哪些？簡述電壓放大器和電荷放大器的優缺點。能否用壓電傳感器測量靜態壓力？為什么？說明霍爾效應的原理？磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同？霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關？說明熱電偶測溫的原理及熱電偶的基本定律。0.08mv/5060mv,試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。什么是光電效應，依其表現形式如何分類，并予以解釋。簡述CCD說明光纖傳輸的原理。光纖傳感器常用的調制原理有哪些？紅外線的最大特點是什么？什么是紅外傳感器？超聲波在介質中有哪些傳播特性？什么是超聲波的干涉現象？參考答案1．什么是傳感器？它由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？2．傳感器技術的發展動向表現在哪幾個方面？（）開發新的敏感、傳感材料：在發現力、熱、光、磁、氣體等物理量都會使半導體硅原理、新效應的敏感元件和傳感元件。開發研制新型傳感器及組成新型測試系統①MEMSCCD器人的力敏、視覺傳感器。②研制仿生傳感器③研制海洋探測用傳感器④研制成分分析用傳感器⑤研制微弱信號檢測傳感器義？動態參數有那些？應如何選擇？—輸入特性。衡量靜態特性的重要指標是線性度、靈敏度，遲滯和重復性等。1）傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數量關系的線性程度；S是指傳感器的輸出量增量Δy與引起輸出量增量Δy的輸入量增量Δx的比值；傳感器的遲滯是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程期間其輸性曲線不重合的現象；線不一致的程度。包括零點漂移和靈敏度漂移等。固有頻率和阻尼比等。傳感器對正弦輸入信號的響應特性，稱為頻率響應特性。頻率響應法一般是提高傳感器固有頻率ω。n某位移傳感器，在輸入量變化5mm300解：其靈敏度k

U 300103 60X 5103S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系統的總的靈敏度。解：什么是應變效應？什么是壓阻效應？什么是橫向效應？解：應變效應，是指在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發生變化。壓阻效應，是指半導體材料在某一軸向受外力作用時，其電阻率ρ發生變化的現象。橫向效應，是指將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應變狀態相同，但由于應變片敏感柵的電阻變化較小，因而其靈敏系數k較電阻絲的靈敏系數k0

小的現象。7、試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處。允許電流密度大，工作圍廣。半導體應變片是用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。半導體應變片的突出優點是靈敏度高，比金屬絲式應變片高50～80倍，尺寸小，橫向效應小，動態響應好。但它有溫度系數大，應變時非線性比較嚴重等缺點。8、應變片產生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？柵絲與試件膨脹系數之差異性而給測量帶來了附加誤差。電阻應變片的溫度補償方法：通常有線路補償法和應變片自補償兩大類。應變片的自補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片。9、鋼材上粘貼的應變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應力為10kg/mm2。試求①求鋼材的應變。②鋼材的應變為300×10-6時，粘貼的應變片的電阻變化率為多少?R解：①

l是ΔR/R=2（Δl/l）。因為電阻變化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/lR l（應變）=0.0005=5104l②因l

300106所以RR2300106610410、如圖所示為等強度梁測力系統，R1

為電阻應變片，應變片靈敏度系數k2.05，未受應變時R18104，求

120，當試件受力F時，應變片承受平均應變應變片電阻變化量R1

和電阻相對變化量R1

/R。1RF1將電阻應變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3VRF1（b）圖等強度梁測力系統RR解1K2.058104 1.64103R1

kR1

1.641031200.19681）

113RR R113U E(o R1R1

R 21RR1

RR)3 4E(R1R1

44)(R2

R)441R R41R RE R 3R1 R(1R1R2)(1R4)1 1 3設橋臂比n

R2，分母中R211

RR/R可忽略，并考慮到平衡條件1R12

RR3，則上式可寫為：4U Eo

n R1(1n)2 R113

n(1n)2

1.64103n4.92103

1n211、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。U與/R呈線性關系，差動電橋無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度K比單臂工o 1 1 V作時提高一倍，同時還具有溫度補償作用。12、某傳感器為一階系統，當受階躍函數作用時，在t=0時，輸出為10mV;t→∞時，輸出為100mV;在t=5s時，輸出為50mV,試求該傳感器的時間常數。解：此題與爐溫實驗的測試曲線類似:解：由交流電路分析可得 U

(ZZ1

ZZ2 3

要滿足電橋平衡條件，即U

0，則有：o (Z1

Z)(Z2

Z4

oZZ ZZ1 4 2 3響?解：電渦流的徑向形成圍大約在傳感器線圈外徑的1.8～2.5倍圍，且分布不均))

，定義在渦流密度最大值的jm/e處。被測體的D22h幾乎不受影響。解：電渦流式傳感器最大的特點是能對位移、?度、表面溫度、速度、應力、材料損傷等電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？解：還可以對?度、表面溫度、速度、應力、材料損傷等進行非接觸式連續測量。某電容傳感器（平行極板電容器）r4(mm，工作初始極板間距離 0.3(mm)，介質為空氣。問：0如果極板間距離變化量1(m，電容的變化量C是多少？k1

100(mV pFk2

5（格／mV）在1(m)時，讀數儀表的變化量為多少？）根據公式C

S Sddd

Sd

ddd

，其中S=r2k （2）根據公式1

，可得到

1001103k 1 =k

0.02k 2

1 k 52解：電容式傳感器極板與其周圍導體構成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應影響時，其等效電路如圖4-8所示。圖中L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；C0

為傳感器本身的電容；Cp

為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實用性能的關鍵之一；Rg

為低頻損耗并聯電阻，它包含極板間漏電和介質損耗；Rs

為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯損耗電組，它包含導線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時電容傳感器的等效靈敏度為Ck e

C/(12LC)2 k 0 0

（4-28）e d d (12LC)20k變為k

與傳感器的固g e e有電感（包括電纜電感）有關，且隨ω變化而變化。在這種情況下，每當改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統重新進行標定。19．簡述電容式傳感器的優缺點。解：優點：(1)溫度穩定性好(2)結構簡單(3)動態響應好（4）可以實現非接觸測量，具有平均效應（1）輸出阻抗高，負載能力差）20．電容式傳感器測量電路的作用是什么？T簡述正、逆壓電效應。解：某些電介質在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于部電極化現象同時在兩個表面壓電材料的主要特性參數有哪些？（1它直接關系到壓電輸出的靈敏度（2）彈性常數：壓電材料的彈性常數、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態特性（3）介電常數：對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數有關；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限（4）機械耦合系數：在壓電效（如電能（如機械能之比的平方根；它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數居里點：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點。簡述電壓放大器和電荷放大器的優缺點。到克服，使它具有廣泛的應用前景。缺點：電纜長，電纜電容Cc

就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。不過由于固態電子器件和集成電路的迅速發展，電荷放大器的優點：輸出電壓Uo

與電纜電容Cc

Q成正比，這是電荷放大器的最大特點。但電荷放大器的缺點：價格比電壓放大器高，電路較復雜，調整也較困難。感器過載時，會產生過高的輸出電壓。能否用壓電傳感器測量靜態壓力？為什么？解：不可以，壓電傳感器本身的阻抗很高，而輸出能量較小壓力。說明霍爾效應的原理？電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，這種現象稱霍爾效應。磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同？解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測量（如振動、位移、轉速等）L或互感量M霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關？解：根據下面這個公式可以得到LU K IBf( )H H b

，霍爾電勢還與磁感應強度B,KH

為霍爾片的靈敏度,霍爾元件的長度L和寬度b有關。說明熱電偶測溫的原理及熱電偶的基本定律。通過適當的測量電路，就可由電壓電流這些電參數的變化來表達所測溫度的變化。熱電偶的基本定律包括以下三種定律：參考電極定律：如果導體C熱電勢，那么在相同結點溫度下，任意兩導體、B組成的熱電偶，其電勢可由下式求得EAB

,T0

)EAC

,T0

)ECB

(T,T)0中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點溫度為

時的熱電勢，等于該熱電偶在接T

T

時的熱電勢之和，即E

,T

)E

0,T

)E

(TT)a a 0

AB

AB

AB a 00.08mv/5060mv,C解：T 60 750C0.08試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。它阻值與溫度變化呈非線性，且穩定性和互換性較差。什么是光電效應，依其表現形式如何分類，并予以解釋。號,光電效應分為外光電效應和光電效應兩大類：1R發生變化，或產生光生電動勢的效應叫光電效應。簡述CCDCCD的基本單元是MOSMOS導體是PCCD的最基本結構是一系列彼此非常靠近的MOSCCD的基本功能MOSMOSMOCCCD說明光纖傳輸的原理。線射入一個端面并與圓柱的軸線成θi

角時，根據斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光纖折射成θ，然后以θ角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發生全反射，則纖芯與j k界面的光線入射角θ應大于