上海開大《傳感器與測試基礎》復習資料（參考答案）（注意：考試時，答題使用答題紙）一、填空題（20分）傳感器的特性一般指輸入、輸出特性，有動、靜之分。靜態特性指標的有靈敏度、線性度、分辨力、遲滯誤差、穩定性等。P18—P20對于測量方法，從不同的角度有不同的分類，按照測量結果的顯示方式，可以分為模擬式測量和數字式測量。P7對于測量方法，從不同的角度有不同的分類，按照是否在工位上測量可以分為在線測量和離線式測量。P7對于測量方法，從不同的角度有不同的分類，按照測量的具體手段，可以分為偏位式測量、微差式測量和零位式測量。P75-某°?1級電流表滿度值乂皿=10OmA，測量6°仇4的絕對誤差為如皿。6、服從正態分布的隨機誤差具有如下性質集中性、對稱性、有界性。P13硅光電池的光電特性中，當負載短路時，光電流在很大范圍內與照度呈線性關系。P2308、 把被測非電量的變化轉換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據室壓蚩的基本原理制成的，其次級繞絹?都用差動 形式連接,所以又叫差動變壓器式傳感器。P679、 霍爾傳感器的霍爾電勢UH為KNB若改變I或一就能得到變化的霍爾電勢。P18310、 電容式傳感器中，變極距式一般用來測量微小的位移。11、 壓電式傳感器具有體積小、結構簡單等優點，但不適宜測量頻率太低的被測量，特別是不能測量一靜態值。12、 差動電感式傳感器與單線圈電感式傳感器相比，線性妊靈感度提高二 倍、測量精度高。熱電偶冷端溫度有如下補償方法：冷端恒溫法（冰浴法）、計算修正法、電橋補償法、儀表機械零點調整法。P210空氣介質變間隙式電容傳感器中，提高其靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實際中大都采用差動式電容傳感器。

從原理來分，電容式傳感器結構類型有：變面積式、變極距式、變介電常數式。變極距式電容傳感器的電容變化與極板間距之間的關系是成關系，為了減小這種關系帶來的測量誤差，常采用差動結構來解決。電渦流式傳感器分反射式和透射式兩種，透射式是采用低頻（選“高頻”或“低頻”）的激勵方式。電渦流式傳感器與激勵源頻率的關系是：頻率越高，電渦流的滲透深度越淺，趨膚效應越嚴重。P86變氣隙自感傳感器為了消除非線性誤差，可采用差動結構。在測量次數足夠多的情況下，如某個數據的剩余誤差的絕對值明顯大于真值，可認為該測量值為粗大誤差，該壞值應予剔除。P11各類傳感器的測量放大器的作用是頊左微弱電信號。此外，還要求能對干擾信號有很強的抑制能力。電感式傳感器結構類型有：自感傳感器和互感式傳感器、電渦流式傳感器。通常壓電陶瓷材料的壓電常數比石英的壓電常數（選“大”或“小”）。壓電式傳感器的工作原理是基于某些電介質材料的 壓電效應___。它是典型的自發電式傳感器。P131熱電偶的熱電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分電勢組成,實際應用其冷端溫度應保持在零度，否則要進行冷端溫度補償二、單項選擇題（20分）（A）（A）B.精密度咼C.精度咼（C）B.系統誤差大C.隨（D）A. 準確度高D.絕對誤差小準確度高表明測量結果的oA. 系統誤差小機誤差小 D.隨機誤差大差動電感傳感器中的相敏電路的作用是A、放大信號BA、放大信號B、檢測出銜鐵移動距離C、提高靈敏度D、檢測出銜鐵移動方向（C）指傳感器在穩定狀態下輸出變化值與輸入變化值的比。A.分辨力B.分辨率C.靈敏度D.線性度（A）指傳感器能檢出被測信號的最小變化量。A.分辨力B.分辨率C.靈敏度D.線性度熱敏電阻是將被測量轉換為 （D）電壓變化 B.電流變化 C.電荷變化D.電阻變化應變測量中，希望靈敏度高、線性好、有溫度自補償功能，應選擇測量轉換電路。A. 單臂電橋 B.半橋C.差動全橋濕敏電阻用交流電作為激勵電源是為了o提高靈敏度 B.防止產生極化、電解作用C.減小交流電橋平衡難度當天氣變化時，有時會發現在地下設施（例如地下室）中工作的儀器內部印制板漏電增大，機箱上有小水珠出現及電路板有結露等，影響了儀器的正常工作。該水珠的來源是C。從天花板上滴下來的由于空氣的絕對濕度達到飽和點而凝結成水滴空氣的絕對濕度基本不變，但氣溫下降，室內的空氣相對濕度接近飽和，當接觸到溫度比大氣更低的儀器外殼時，空氣的相對濕度達到飽和狀態，而凝結成水滴在使用測謊器時，被測試人由于說謊、緊張而手心出汗，可用傳感器來檢測。A. 應變片B.熱敏電阻 C.氣敏電阻D.濕敏電阻希望線性范圍為±lmm,應選擇繞組骨架長度為一B—左右的螺線管式自感傳感器或差動變壓器。2mm B.20mm C.400mmD.1mm反射式電渦流傳感器激磁線圈的電源是一C—。A. 直流B.工頻交流C.高頻交流D.以上都不對自感傳感器或差動變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了_C—。提IWI靈敏度將輸出的交流信號轉換成直流信號使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號的相位和幅度在兩片間隙為Irani的兩塊平行極板的間隙中插入相等厚度的可測得最大的電容量。A.塑料薄膜B.干的紙C.濕的紙D.玻璃薄片電容傳感器中兩極板間的電容量與下列哪項無關。極板間相對覆蓋的面積B.極板間的距離C.電容極板間介質的介電常數 D.極板的厚度收音機調臺是通過調節下列哪種電容值來改變諧振頻率的應亠A. 變極距式 B.變面積式 C.變介電常數式壓電式傳感器目前主要用于測量 B。A.靜態的力或壓力 B.動態的力或壓力 C.速度壓電式傳感器的工作原理是基于 D。A.應變效應 B.電磁效應C.光電效應D.壓電效應石英晶體在振蕩電路中工作時，A 從而產生穩定的振蕩輸出頻率。壓電效應與逆壓電效應交替作用只有壓電效應作用只有逆壓電效應作用人講話時，聲音從口腔沿水平方向向前方傳播，則沿傳播方向的空氣分子從口腔附近通過振動，移動到聽者的耳朵在原來的平衡位置前后振動而產生橫波在原來的平衡位置上下振動而產生橫波在原來的平衡位置前后振動而產生縱波不可用于非接觸式測量的傳感器有 （B）A.電容式 B.熱電阻C.霍爾式 D.光電式霍爾效應中，霍爾電勢與（A）A.霍爾常數成正比 B.霍爾常數成反比C.霍爾元件的厚度成正比公式EH=KHIBcos9中的角。是指C。磁力線與霍爾薄片平面之間的夾角磁力線與霍爾元件內部電流方向的夾角磁力線與霍爾薄片的垂線之間的夾角霍爾元件內部a、b端連線與c、d端連線的夾角25._C的數值越大，熱電偶的輸出熱電動勢就越大。A.熱端直徑 B.熱端和冷端的溫度在熱電偶測溫回路中經常使用補償導線的最主要的目的是 CA.補償熱電偶冷端熱電勢的損失 B.起冷端溫度補償作用C.將熱電偶冷端延長到遠離高溫區的地方 D.提高靈敏度熱電偶中產生熱電勢的條件是BA.兩熱電極材料相同 B.兩熱電極材料不同C.兩熱電極的兩端尺寸相同 D.兩熱電極的兩端尺寸不同用熱電阻測溫時，熱電阻在電橋中采用三線制接法的目的是一B接線方便減小引線電阻變化產生的測量誤差減小橋路中其它電阻對熱電阻的影響減小橋路中電源對熱電阻的影響溫度上升，光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管的暗電流__4A.上升 B.下降 C.不變在光的作用下，物體內的電子逸出物體表面，向外發射的現象叫DA.聲光效應 B.壓電效應 C.磁電效應 D.外光電效應把光電池當作傳感器時，應把它看作BA.電壓源 B.電流源 C.電阻器32.光敏電阻的性能好，靈敏度高,是指給定工作電壓下.A.暗電阻與亮電阻差值大B.亮電阻大C.暗電阻與亮電阻差值小D.暗電阻大33.光敏電阻的制作依據是A、外光電效應B、光電倍增效應C、內光電效應D、光生伏特效應34.在光線作用下，半導體的電導率增加的現象屬于A、外光電效應 B、光電發射C、內光電效應 D、光生伏特效應當變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的B)A、靈敏度增加 B、靈敏度減小C、非線性誤差不變 D、非線性誤差減小應變式傳感器是將被測量轉換為A.應變變化 B.壓力變化C.壓強變化 D.應力變化實際構建測量電路時，壓電式傳感器不適用于測量A、振動B、動態的力或壓力 C、靜態的力或壓力 D、加速度三、多項選擇題（12分）服從正態分布的隨機誤差具有的性質有 （ABC）A.集中性 B.有界性 C,對稱性 D,多峰性當變間距式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的（AC）A、初始電容減小B、非線性誤差減小C、非線性誤差變大 D"靈敏度增大壓電式傳感器實際應用適用于測量A"靜態壓力 B、振動 L動態力 D"靜態力可用于非接觸式測量的傳感器有A.熱電偶 B,壓電式 C.霍爾式 D.光電式通常在使用應變片作為傳感元件時采用差動式結構的目的有（ABC）A.提高靈敏度 B.減小非線性誤差C,減小溫度誤差 D.減小橫向效應超聲波與可聞聲波相比較，具有ABCD .等特點。A.頻率更高 B.指向性好C.能量集中度高 D.聚焦容易霍爾元件是N型半導體制成的扁平長方體，扁平邊緣的兩對側面分別引出座電極。A.激勵電極 B.保護電極 C.霍爾電極 D.差動電極壓電材料主要有ABD幾種類型。A,石英晶體B.壓電陶瓷C.陶土D.高分子壓電材料電渦流式傳感器是利用電渦流效應來檢測導電物體的各種物理參數，當被測物放在交變磁場當中，會產生趨膚效應。表面電流穿透深度與ACD有關。A.激勵源頻率 B.空氣間隙C.被測件電導率D.被測件磁導率無損探傷的方法很多，可依據具體對象進行選擇。以下檢測方式中，能進行無損探傷的包括ABCDoA.電渦流法A.電渦流法B.磁粉檢測法C.超聲波檢測D.熒光染色滲透法電子秤中所使用的應變片應選擇應變片；為提高集成度，測量氣體壓力應選擇—；一次性、幾百個應力試驗測點應選擇應變片。A.金屬絲式B,金屬箔式C.電阻應變儀D.固態壓阻式壓力傳感器在變極距式電容傳感器中，為了提高靈敏度，應使當dOB，當變極距式電容傳感器的初始極距dO較小時，它的測量范圍DA,大些B,小些C.變大D,變小將超聲波(機械振動波)轉換成電信號是利用壓電材料的 C；蜂鳴器中發出“嘀……嘀……”聲的壓電片發聲原理是利用壓電材料的一DA.應變效應 B.電渦流效應C.壓電效應D.逆壓電效應對港口吊車吊臂深部的缺陷定期探傷，宜采用—探傷；對涂覆防銹漆的輸油管外表面缺陷探傷，宜采用A探傷。A,電渦流 B.超聲波 C,測量電阻值 D.X光大面積鋼板探傷時，耦合劑應選A為宜;機床床身探傷時，耦合劑應選B為宜；給人體做B超時，耦合劑應選.CA.自來水B?機油C?液體石蠟D?化學漿糊16?霍爾元件是N型半導體制成的扁平長方體，扁平邊緣的兩對側面各引出一對電極。一對叫激勵電極用于引入A；一對叫激勵電極用于引入A；另一對叫霍爾電極，用于引出DBA.激勵電流 B.激勵電壓光敏二極管在測光電路中應處于態。A.正向 B.反向屬于外光電效應的器件有.A.光敏二極管 B.光電管屬于內光電效應的器件有.A.光敏二極管B.光電管C.霍爾電流D.霍爾電勢偏置狀態，而光電池通常處于C偏置狀(BC)C.光電倍增管D.光敏電阻(AD)C.光電倍增管D.光敏電阻四、簡答題(26分)1.霍爾效應繇艇金題新棚牖艇以觥蜻謎埔牌肪枇靴廈艮力日郵，私修蜉帆融聯順牖糖融襁瞞%仙般小WSNttllllliltB.MIMlW,2.壓電效應壓電效應:某些晶體，當治者-定方向受到外力作用時，內部會產生極化現象，同時在某兩個桁上產生大小相等符號相反的電荷遣外力抻后，又恢岌到不帶電狀態灣作用力方向改變時,電荷的極性也隨看改變湍體受力所產生的電荷以與外力的大小成正比.這種現象叫壓電效此3.渦流效應當一塊金屬導體放置在一變化的磁場中，到體內就會產生感應電流，這種電流像水中漩渦那樣在導體內轉圈，所以稱之為電渦流或渦流，這種現象就稱為渦流效應。4.熱電效應兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩結點處的溫度不同，一端溫度為T,另一端溫度為TO,則賄賂中就有電流產生，即回路中存在電動勢，成為熱電勢，這種現象稱為熱電效應。5.壓阻效應沿著一塊半導體某一軸向施加一定的應力時，除了產生一定的應變外，材料的電阻率也要發生變化，這種現象稱為半導體的壓阻效應。6.應變效應導體或半導體材料在外界里的作用下，會產生機械變形，其電阻值也將隨著發生變化這種現象稱為應變效應。什么是傳感器？畫出其組成框圖并介紹各個環節的功能。答:傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換成與之有確定關系的、便于精確處理的另外一種量的測量裝置或系統。傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。敏感元件直接感受被測量，并輸

出與被測量成確定關系的某一種量;轉換元件把敏感元件的輸出量轉換成電路參量（電阻、電容、電感）；轉換電路將轉換元件輸出的電路參數轉換成電量輸出。ot—?換件

彗元ot—?換件

彗元轉電傳感器組成框圖如圖所示是超聲波液位計的原理圖，簡述其工作原理。超聲波探頭超聲波液位計的原理圖答：如圖所示是自發自收單換能器方式，換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中，超聲換能器發出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面，反射后再從液面返回同一換能器而被接收頂傳感器組成框圖如圖所示是超聲波液位計的原理圖，簡述其工作原理。超聲波探頭超聲波液位計的原理圖答：如圖所示是自發自收單換能器方式，換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中，超聲換能器發出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面，反射后再從液面返回同一換能器而被接收頂1換能器至液面的垂直距離為L，從發到收經過的時間為，.超聲波在氣體中的傳播速度為八則如圖所示是型壓力傳感器的結構原理圖。彈簧管1的自由端與差動式電感傳感器的銜鐵2相連，銜鐵2位于傳感器兩差動線圈5和6的中間位置。試介紹其工作原理。答:線圈和街鐵構成差動變氣隙自感式電感傳感器,當壓力p發生變化時,彈簧管1的自由端產生位移，使銜鐵2產生移動，'使兩差動線圈5和6的電感值一個增加，一個減少。銜鐵位移的大小決定傳感器輸出信號的大小，銜鐵移動的方向決定輸出信號的相位,傳感器輸出信號的大小和相位與兩差動線圈電感值的變化、銜鐵的位置、壓力之間有一個確定的關系，由此可以測得壓力的大小。畫出霍爾鉗形電流表的工作原理圖，并簡述其工作原理。由安培定律可知，在載流導體周圍會產生一正比于該電流的磁場?霍爾元件在磁場中產生的霍爾電勢：Uh=Kj/B.電流表中演爾元件的靈敏度如、控制電流I為定值，霍爾元件輸出的那爾電勢與磁場成正比，通過對磁場的測量可間接測得電流的大小。雅爾州形電流表的工作蜂理圖1—霜爾元件2—環形鐵心3—導線簡述電容式傳感器的工作原理。根據其原理，電容式傳感器可分為哪幾種類型？【、I日皆 器布-LTF康理，升間用瀘用IRJIAx,R!賽:沏窘式諾刮茲土。二淄果吱波更。■隊迥甬如J句起初宏蓉m面積s、間隙人布打年如￡中弟親一夸板吸乞芟?婦頂卜么，可以將械泌/~￡布■婦染痍瑚換屋~k-訪宏也廷屆忍電1廛戎佬效曷詔Z侔海、司L,電容式傳感器有三種基本類型，即變面積型、變極距型和變介電常數型。熱電偶為什么要進行冷端溫度補償？冷端溫度補償方法有哪些？熱電偶傳感器的輸出電勢大小與冷端和工作端的溫差有關，一般要保持冷端溫度不變。實際應用中，冷端溫度會隨著環境溫度變化而變化，這將給測量帶來誤差，因此需要冷端溫度補償。常用的方法有：冷端恒溫法、計算修正法、儀表機械零點調整法冷和電橋補償法。五、分析設計題（22分）（一）分析題：下圖是汽車進氣管道中使用的熱絲式氣體流速（流量）儀的電橋結構示意圖。在通有干凈且干燥氣體，截面積為A的管道中部，安裝有一根加熱到200°C左右的細鈕絲R1。另一根相同長度的細伯絲R2安裝在與管道相通、但不受氣體流速影響的小室中，請分析其工作原理。若氣體帶有水汽，結果會如何？（10分）P57熱絲式氣體流速（流量）儀的結構示意圖1一進氣管2—鈕絲3—支架4一與管道相通的小室（連通管道未畫出）/?2—與％相同的鉗絲參考答案：1） 當氣體流速v=0時，R1的溫度與R2的溫度相等，電橋處于平衡狀態。當氣體介質自身的溫度發生波動時，R1與R2同時感受到此波動，電橋仍處于平衡狀態，所以設置R2是為了起到溫度補償作用。2） 當氣體介質流動時，將帶走R1的熱量，使R1溫度變低，電橋不平衡，毫伏表的示值與氣體流速的大小成一定的函數關系。圖中的RP1稱為調零電位器，RP2稱為限幅電位器。欲使毫伏表的讀數增大，應將RP2向左調。3）如果被測氣體含有水汽，則測量得到的流量值將偏小，這是因為氣化帶走熱量。

如圖，生產布料的車間用圖示裝置來檢測和控制布料卷取過程中的松緊和張力的程度，請分析其檢測控制工作原理。P84差動變壓器式張力檢測控制系統1一變速傳送電動機2—傳動輻3—導向棍4一張力根5—銜鐵6—破碼7—卷取棍8—布料9一伺服電動機參考答案：①當卷取輻轉動太快時，布料的張力將增大，導致張力輻向上位移，使差動變壓器的銜鐵不再處于中間位置。N21與N1之間的互感量Ml增加，N22與N1的互感量M2減小。因此，U21增大，U22減小，經相敏檢波之后的U0為負值，去控制伺服電機，使它的轉速變慢，從而使張力恒定。②當卷取輻轉動太慢時，布料的張力將減少，導致張力輻向下位移，使差動變壓器的銜鐵不再處于中間位置。N22與N1之間的互感量Ml增加，N21與N1的互感量M2減小。因此，U22增大，U21減小，經相敏檢波之后的U0為正值，去控制伺服電機，使它的轉速變快，從而使張力恒定。振動式粘度計的原理示意圖如圖所示。導磁的懸臂梁6與鐵心3組成激振器。壓電片4粘貼于懸臂梁上，振動板7固定在懸臂梁的下端，并插入到被測粘度的粘性液體中。P155分析該粘度計的工作原理；外界溫度變化測量結果將如何變化？參考答案：P1551）當勵磁線圈接到10Hz左右的交流激勵源Ui上時，電磁鐵心產生20Hz（兩倍的激勵頻率）的交變電壓，并對懸臂梁產生交變吸力。由于它的上端被固定，所以它將帶動振動板7在粘性液體里來回振動。2） 液體的粘性越高，對振動板的阻力就越大，振動板的振幅就越小，所以它的加速度就越小。因此質量塊5對壓電片4所施加的慣