传感器题库2.doc

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压电式传感器
一、选择题：
1、压电式加速度传感器是（ D ）传感器。
A、结构型
B、适于测量直流信号
C、适于测量缓变信号
D、适于测量动态信号
2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A）。
A、晶体不产生压电效应
B、在晶体的电轴x方向产生电荷
C、在晶体的机械轴y方向产生电荷
D、在晶体的光轴z方向产生电荷
3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B）。
A、正压电效应
B、逆压电效应
C、横向压电效应
D、纵向压电效应
4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C）。
A、高，差
B、高，好
C、低，差
D、低，好
5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。
A、正压电效应
B、逆压电效应
C、横向压电效应
D、纵向压电效应
二、简答题
1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？
答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。
2、 压电式传感器为何不能测量静态信号？
因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。
3、 压电式传感器连接前置放大器的作用是什么？
答：前置放大器的作用：一方面把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗，另一方面是放大传感器输出的微弱信号。

三、计算题

1、某石英压电元件x轴向切片d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数εr=4.5，截面积S=8cm2，厚度h=0.6cm，受到纵向压力Fx=10N。试求两极片间输出电压。
解：q=d11Fx=2.31×10-12C/N×10N=2.31×10-11C,
Ca==(8.85×10-12×4.5×8×10-4)/(0.6×10-2)=531×10-14F
Ua=q/Ca=2.31×10-11/(531×10-14)=4.35v

电容式传感器
一、填空题
1、变极距型电容传感器的灵敏度K= 1/d0 。
2、电容式传感器采用 电容器 作为传感元件，将不同的 被测物理量 的变化转换为 电容量 的变化。
3、根据工作原理的不同，电容式传感器可分为 面积变化型电容传感器、 极距变化型电容传感器 和 介质变化型电容传感器 。
4、电容式传感器常用的转换电路有： 二极管双T型交流电桥 、 差动脉冲调制电路 、运算放大电路、 调频电路 和 电调电路 等。
二、选择题
1、电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（B）。
A、变极距式 B、变介电常数式
C、变面积式 D、空气介质变极距式
2、电容式传感器采用差动连接的目的是（D）。
A、改善回程误差 B、提高固有频率
C、提高精度 D、提高灵敏度
3、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（B）。
A、保持不变 B、增大一倍
C、减小一倍 D、增大两倍
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）。
A、灵敏度增加 B、灵敏度减小
C、非线性误差增加 D、非线性误差不变
三、简答题
1、为什么变面积式电容传感器的测位移范围较大?
答：面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型电容式传感器相比，灵敏度较低，适用于较大量程范围的角位移和直线位移的测量。
2变极距型电容传感器的特性是非线性的，采用什么措施可改善其非线性特征？
答：将变极距型电容传感器与运算放大器并接可以改善其非线性特征
四、计算题
1、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙为d0=0.3mm，极板间介质为空气。试求：
如果传感器与工件的间隙减少Δd=10μm，电容的变化量。
解：C0≈=（8.85×10-12×3.14×16×10-6）/(0.3×10-3)=1482.08×10-15F
≈,
则ΔC==(1482.08×10-15×10×10-6)/(0.3×10-3)=4940×10-17F=0.0494pF

2、一个以空气为介质的平板电容式传感器，其中 a=10mm，b=16mm，两极板间距d=1mm。测量时，若上极板在原始位置上向左平移了2mm，求该传感器的电容变化量。

解：C0≈=(8.85×10-12×160×10-6）/(1×10-3)=1416×10-15F
ΔC=-C0Δx/a=-1416×10-15×2×10-3/10-3=-2832×10-15F=-2.832pF

3、一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm，工作初始间隙为0.3mm，空气介质，所采用的测量电路的灵敏度为100mV/pF，读数仪表灵敏度为5格/mV。如果工作时传感器的间隙产生2μm的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？
解：设读数仪表的知识之变化M格
C0==(8.85×10-12×3.14×25×10-6)/(0.3×10-3)=2315.75×10-15F
ΔC=C0Δd/d0=2315.75×10-15×2×10-6/(0.3×10-3)=15438×10-18F=1.5438×10-2pF
ΔU=ΔC×K1=1.5438×10-2×100=1.5438mv
M=ΔU×K2=1.5438×5=7.72格

电阻式传感器
一、填空题
1、与金属箔式应变片相比，半导体应变片的最大优点是 灵敏度高 。
2、应变直流电桥测量电路中，全桥灵敏度是单臂电桥灵敏度的 4 倍。
3、应变直流全桥电路中，相邻桥臂的应变片的应变极性应 一致 （选一致或相反）。
4、将电阻应变片贴在 各种弹性敏感元器件 上可以构成测力、位移、加速度等参数的传感器。
5、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，这种现象称为 金属电阻应变 效应。固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称为 电阻应变 效应。
二、简答题
1、用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施？
答：因为当时你焊应变片的温度和测量时的温度是不一样的 这时候应变片没受载荷就已经有应变了要用温度补偿片减掉温度带来的应变以减少温度对应变片阻值的影响！
2简述电阻应变片产生温度误差的原因及其补偿方法。
答：温度误差：1对电阻温度系数的影响。2,试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
补偿方法：1，桥路补偿方法，效果最好的是电桥补偿方法。2，应变片的自补偿方法
3.什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
答：导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。因此通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。
三、计算题
1、如果将100Ω的应变片贴在弹性试件上，若试件截面积S＝0.5×10－4mm2，弹性模量
E=2×1011N/m2，若由5×104N拉力引起的应变片电阻变化为1Ω，试求该应变片的灵敏系数。
解：δ=Eɛ,则ɛ=δ/E=5×104/2×1011=2.5×10－7m2=0.25mm2
K==×=×=0.2×10－6
2、如题图1-1所示为等强度梁测力系统，为电阻应变片，应变片灵敏度系数，未受应变时，当试件受力时，应变片承受平均应变，求 ：
（1）应变片电阻变化量和电阻相对变化量。

解：k= 则 =1.64×10－3 =1.64×10－3 ×120=0.1968Ω
（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3，求电桥
输出电压是多少。

解：ΔU=×=×1.64×10－3=1.23mv

热电偶
1. 热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的__接触______电动势，另一部分是单一导体的__温差____电动势。
2. 什么是热电势？
答：热电偶的热电势由接触电势和温差电势组成
3. 热电偶中热电势的大小仅与 导体材料 的性质、 接触点的温度 有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。
4. 热电偶中热电势由（BC ）组成。
A、感应电动势 B、温差电动势 C、接触电动势 D、切割电动势
5. 工程（工业）中，热电偶冷端处理方法有（ CD ）
A、热电动势修正法 B、温度修正法 C、0℃恒温法 D、冷端延长法
6. 实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是（ D ）
A、纯金属 B、非金属 C、半导体 D、合金
7. 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？
答：铂、铜、镍、铁,铂在很宽的温度范围内约1200°C以下都能保证上述特性,铜可用来制造-50～150℃范围内工业用电阻温度,镍、铁用于-50~100℃.
8. 什么是中间导体定律和中间温度定律？他们在利用热电偶测温时有什么实际意义？
答：中间导体定律：将由A、B两种导体组成的热电偶的冷端（T0端）断开而接入的三种导体C后，只要冷、热端的T0 、T 保持不变，则回路的总热电势不变。根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致(T0 )仪表的接入就不会影响热电势。而且A、B结点的焊接方法也可以是任意的。中间温度定律EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）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就是利用了热电偶的中间温度定律
9简述热电偶测温原理？
答：EAB(t,t0)=f(t)-f(t0)=f(t)-C= ᵩ(t)
可见：只要测出EAB（T,T0）的大小，就能得到被测温度T，这就是利用热电偶测温的原理
10. 现用一只镍铬—镍硅热电偶测某换热器内温度，其冷端温度为30°C，而显示仪表机械零位为
0°C，这时指示值为400°C，若认为换热器内的温度为430°C，对不对？为什么？正确值为多少？ E（30，0）=1.203mV
镍铬—镍硅热电偶分度表
工作端温度°C
400
410
420
430
440
热电动势mV
16.395
16.818
17.241
17.664
18.088
11． 试比较热电阻与热敏电阻的异同。
答: 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 热敏电阻是利用半导体的热敏性制成的电阻。用在电讯和自动机械的控制系统中，又用来制作温度计。

传感器基础
1． 一个实用的传感器由那几部分构成？各部分的功用是什么？用框图标示出你所理解的传感器系统。
答： 敏感元件：直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，是传感器的核心 。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号。测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
测量电路
转换元件
敏感元件

被测量 电信号
非电信号

辅助电源

2． 传感器的静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？
答：静态参数有：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、迟滞、重复性、可靠性。灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比，传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，所谓传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想直线的程度，又称为非线性误差。稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出与输入曲线不重合的程度。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动时所得特性曲线间不一致的程度。 可靠性是衡量传感器能够正常工作并完成其功能的程度。
3、 什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？
答：当传感器的输入信号是常量，不随时间变化(或变化极缓慢)时，其输出输入关系特性称为静态特性。动态特性是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应特性。当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。
4．某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV，求其灵敏度。
解：其灵敏度
5．传感器的主要功能是（A）
A、检测与转换 B、滤波与放大 C、调制与解调 D、传输与显示

电感式传感器
1． 为什么电感式传感器一般都采用差动形式?
答：为了减小非线性误差，提高灵敏度。实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器
2. 简述变气隙式传感器的工作原理。传感器的灵敏度与那些因素有关，如何提高其灵敏度？
答：传感器由线圈、铁心和衔铁组成，可动线圈与被测物体相连，工作时，被测物体的位移通过可动衔铁的上下移动，将引起空气气息的距离发生变化即气隙磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感量发生变化，实际测量时，正是利用这一变化来判断被测物体的位移量及运动方向的。K=可见，灵敏度K随初始气隙的增大而减小.采用差动式可提高其灵敏度。
3． 涡流式传感器的主要优点是什么?
答：非接触式，测量精度高、体积小、安装方便
4． 电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？
答：电涡流传感器还可以测量厚度、转速、振动、硬度等参数以及进行无损探伤。
5． 比较自感式传感器和差动式传感器的异同。
答：自感式传感器与差动变压器式传感器相同点：
工作原理都是建立在电磁感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等。
不同点：
结构上，自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值变化。差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为传感器互感的变化，传感器本身是互感系数可变的变压器。
6．简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。
答：电感式传感器是建立在电磁感应的基础上，它将输入的物理量（如位移、振动、压力、流量等）转换为自感系数L或互感系数M的变化，再通过测量电路将L或M转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。
根据工作原理不同，电感式传感器可分为自感式、变压器式和涡流式传感器。

霍尔式传感器
1． 说明霍尔效应的原理？
解：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行磁－电转换的磁电式传感器
2． 为什么霍尔元件用半导体薄片制成？
答：因为金属材料中的自由电子浓度n很高，因此RH很小，不宜作霍尔元件。霍尔元件多用载流子迁移率大的N型半导体材料制作。另外，霍尔元件越薄(d越小)，KH就越大，所以通常霍尔元件都较薄。
3． 简述霍尔传感器可能应用的场合。
答：霍尔元件具有结构牢固、工艺成熟、体积小、寿命长、线性度好、频率高、耐振动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点，目前，霍尔传感器是全球使用量排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、计算机、手机以及新兴消费电子领域中。

4． 霍尔电势
答：UH==KHICB
光电式传感器
1． 什么是光电效应？光电效应有哪几种？与之对应的光电器件各有那些？。
解：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成
电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
2． 分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。
解外光电效应，如光电管、光电倍增管等。内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
3． 说明光纤传输的原理。
答：光的全反射定律
4．光纤传感器常用的调制原理有哪些？
答：强度调制、频率调制、相位调制、偏振态调制、波长调制
5．红外线的最大特点是什么？什么是红外传感器？红外传感器的组成。
答：红外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。它在真空中的传播速度为光速，即c =3×108m/s。红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示单元等组成。
6． 光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管在性能上有什么差异？
答：主要的区别是:光敏电阻：随着光线的强弱,电阻值变化;光电池：是随着光线的强弱,产生的电动势发生变化;光敏三极管是利用外照光线的变化,来实现控制电路的通或断;二极管就是正向导电,反向不导电
7．光电传感器的物理基础是光电效应，常用的外光电器件有 光电管 等，常用的内光电器件有 光敏电阻 、 光电池 等。
8．光敏电阻的光电流是指 亮电流 与 暗电流 之差。
9．光敏电阻的光谱特性反映的是光敏电阻的灵敏度与 光波波长 的关系。
10．什么是光电器件的光谱特性？
答： 一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限频率υ0，因此它们可用于不同的光谱范围。除此之外，即使照射在阴极上的入射光的频率高于红限频率υ0，并且强度相同，随着入射光频率的不同，阴极发射的光电子的数量还会不同，即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。
11．光导纤维是利用哪种光学现象进行导光的？光导纤维的数值孔径有何意义？
答：光导纤维是利用光的全反射现象进行导光的。NA=光导纤维数值孔径反映了光纤的集光能力，数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易，数值孔径越大，光信号的畸变也越大

热敏电阻一般是半导体材料，半导体材料的导电性能也就是电阻率受光、热等因素的影响一般很剧烈的，专业点的说法就是，光和热可以作为半导体的激发源，半导体受光，或者热的作用，其载流子的浓度也能会增加好几个数量级，导电性能或者阻抗发生很大变化。反过来可以用这些效应来确定光或者温度的参数。金属当热电阻的意思是，金属的电阻会随温度的增加而变大，主要是温度使得金属原子的振动增加，对电子的散射作用增加

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磊哥一直在努力做最好的