傳感器考試題簡答題

1、三、簡答題（每題 1010 分）301301、試述傳感器的定義、共性及組成。301301 答：傳感器的定義：能感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的 器件或裝置；傳感器的共性：利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性， 將非電量（如位移、速度、加速度、力等）轉(zhuǎn)換為電量（電壓、電流、電容、電阻等）;傳感器的組成：傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。302302、什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性 ？簡述在什么條件下只研究靜態(tài)特性就 能夠滿足通常的需要。302302 答：傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的靜態(tài)特性是指它

2、在穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)）信號作用下的輸入-輸出關(guān)系。 靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、輸出關(guān)系式中不含有時間變量。當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要。303303、 簡述在什么條件下需要研究傳感器的動態(tài)特性？實現(xiàn)不失真測量的條件是什么？303303 答：當(dāng)輸入量隨時間變化時一般要研究傳感器的動態(tài)特性。實現(xiàn)不失真測量的條件是幅頻特性：A A（3 3） = =|H|H（j j3 3 ）| | =A=A（常數(shù)）相頻特性：（3）二 cdocdo （線性）304304、什么叫應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屆電阻應(yīng)變片的工作原理。304304 答：材料的電阻變化是由尺寸變化引起的，稱為

3、應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、 力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連 的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。 輸出的電量大小反映了被測物理量的大小。305305、試簡要說明使電阻應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生溫度誤差的原因，并說明有哪幾種補 償方法。305305 答：溫度誤差產(chǎn)生原因包括兩方面：溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變，試件材料與敏感柵材料的 線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。溫度補償方法基本上分為橋路補償和應(yīng)變片自補償兩大類。311311、 根據(jù)電容式傳感器工作

4、原理， 可將其分為幾種類型？每種類型各有什么特點？ 各適用于什么場合? ?311311、答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3 3 種：變極板間距的變極距型、變極板覆蓋面積的變面積型和變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型。變極板間距型電容式傳感器的特點是電容量與極板間距成反比，適合測量位移 量。變極板覆蓋面積型電容傳感器的特點是電容量與面積改變量成正比，適合測量線位移和角位移。變介質(zhì)型電容傳感器的特點是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，通過改變介質(zhì)的介電常數(shù)實現(xiàn)對被測量的檢測，并通過電容式傳感器的電容量的變化反映出 來。適合于介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變的場合。313313、試說明什么電容電場的邊緣效應(yīng)？如

5、何消除？313313 答：理想條件下，平行板電容器的電場均勻分布于兩極板所圍成的空間，這 僅是簡化電容量計算的一種假定。當(dāng)考慮電場的邊緣效應(yīng)時，情況要復(fù)雜得多， 邊緣效應(yīng)的影響相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個附加電容， 引起了傳感器的靈敏度下降和 非線性增加。為了克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量C C。即增大極板面積，減小極板間距。此外，加裝等位環(huán)是消除邊緣效應(yīng)的有效方法。315315、電渦流式傳感器有何特點？315315 答：特點：渦流式傳感器測量范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，抗十?dāng)_能力強 以及可以非接觸測量等特點；316316、何謂電渦流效應(yīng) 在樣利用電渦流效應(yīng)進行位移測量 ？316316、答：電渦流

6、效應(yīng)指的是這樣一種現(xiàn)象：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金 屆導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，通過導(dǎo)體的磁通將發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電 動勢，該電動勢在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流，并形成閉合曲線，狀 似水中的渦流，通常稱為電渦流。利用電渦流效應(yīng)測量位移時，可使被測物的電阻率、磁導(dǎo)率、線圈與被測物的尺 寸因子、線圈中激磁電流的頻率保持不變， 而只改變線圈與導(dǎo)體間的距離， 這樣 測出的傳感器線圈的阻抗變化，可以反應(yīng)被測物位移的變化。317317、試比較自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同。317317、答：（1 1）不同點：1 1 ）自感式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；2 2）差動

7、變壓器式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。（2 2）相同點：兩者都屆于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、氣隙截面型和螺管 型。318318、簡述電感式傳感器的基本工作原理和主要類型。318318、答：電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，它將輸入的物理量（如位移、振動、壓力、流量、比重等）轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù) L L 或互感系數(shù) M M 的變化， 再通過測量電路將 L L 或 M M 的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，從而將非電量轉(zhuǎn)換 成電信號輸出，實現(xiàn)對非電量的測量。根據(jù)工作原理的不同，電感式傳感器可分為變磁阻式（自感式）、變壓器式和 渦流式（互感式）等種類。323323、什么是正壓電

8、效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？什么是縱向壓電效應(yīng)？什么是橫向 壓電效應(yīng)？323323 答：正壓電效應(yīng)就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部 將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。當(dāng)在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓， 那么壓電片將產(chǎn)生機械振 動，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形， 壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效 應(yīng)，也稱為逆壓電 效應(yīng)。沿石英晶體的 x x 軸 （電軸） 方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為”縱向壓電效應(yīng)”。 沿 石英晶體的 y y 軸（機械軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為”橫向壓電效應(yīng)”。324324、壓電元件在使用時常采用 n n 片申聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。試述在不同聯(lián)

9、接下輸出電壓、 電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合？324324 答：并聯(lián)接法在外力作用下正負(fù)電極上的電荷量增加了n n 倍，電容量也增加了 n n 倍，輸出電壓與單片時相同。適宜測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場 合。申聯(lián)接法上、下極板的電荷量與單片時相同，總電容量為單片時的1/n,1/n,輸出電壓增大了 n n 倍。適宜以電壓作輸出信號且測量電路輸入阻抗很高的場合。325325、簡述壓電式傳感器分別與電壓放大器和電荷放大器相連時各自的特點。325325 答:傳感器與電壓放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正 比，但容易受電纜電容的影響。傳感器與電荷放大器連接的電路，

10、其輸出電壓與壓電元件的輸出的電荷成正比， 電纜電容的影響小。328328、試從材料特性、靈敏度、穩(wěn)定性等角度比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效 應(yīng)。328328 答：石英晶體是單晶結(jié)構(gòu)，且不同晶向具有各異的物理特性。石英晶體受外 力作用而變形時，產(chǎn)生壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體大得多 (即壓電效應(yīng)更明顯)，因此用它做成的 壓電式感器的靈敏度較高。但其穩(wěn)定性、機械強度等不如石英晶體。329:329:如果地面下一均勻的自來水直管道某處 。發(fā)生漏水，則在管道上A A、B B

11、兩 點放兩只壓電傳感器，應(yīng)能檢測到漏水處的位置。試說明其工作原理。329329 答：如果地面下一均勻的自來水直管道某處 。發(fā)生漏水，水漏引起的振動從 O O 點向管道兩端傳播，在管道上 A A、B B 兩點放兩只壓電傳感器，由從兩個傳感器 接收到的由。點傳來的 t t0時刻發(fā)出的振動信號所用時間差可計算出LA或LB。兩者時間差為 t=t= t tA t tB= = ( (LA LB)/v/v乂L=LA+LB，所以人=L+At vA一2L - . ：t vLB330330、試說明壓電傳感器電荷放大器中所說的密勒效應(yīng)”是什么意思？330330 答：密勒效應(yīng)”是說，將壓電傳感器電荷放大器中反饋電容與

12、反饋電阻CF、RF等效到 A0A0 的輸入端時，電容CF將增大（1 1 + + A0A0）倍。電導(dǎo)1/RF也增大了（ 1 1 + + AoAo）倍。331331、簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明其實用價值。331331 答：1 1、中間導(dǎo)體定律；2 2、標(biāo)準(zhǔn)電極定律；3 3、連接導(dǎo)體定律與中間溫度定 律332332、熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？常用的補償方法有哪些？332332 答（1 1）因為熱電偶的熱電勢只有當(dāng)冷端的溫度恒定時才是溫度的單值函數(shù)，而熱電偶的標(biāo)定時是在冷端溫度特定的溫度下進行的，為了使熱電勢能反映所測量的真實溫度，所以要進行冷端補償。（2 2） A:A:補償導(dǎo)

13、線法 B:B:冷端溫度計算校正法 C:C:冰浴法 D:D:補償電橋法。335335、熱電阻傳感器主要分為哪兩種類型？它們分別應(yīng)用在什么場合？335335 答：（l l）鉗電阻傳感器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn) 電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、 標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。（2 2）銅電阻傳感器：價錢較鉛金屆便宜。在測溫范圍比較小的情況下，有很好的 穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易提純，價 格便宜。不足之處是測量精度較鉛電阻稍低、電阻率小。336336、要用熱電偶來測量兩點的平均溫度，若分別用并

14、聯(lián)和申聯(lián)的方式，請簡述 其原理，指出這兩種方式各自的優(yōu)缺點是什么 ？336336 答：在并聯(lián)方式中，伏特表得到的電動勢為 2 2 個熱電偶的熱電動勢的平均電 動勢，即它已經(jīng)自動得到了 2 2 個熱電動勢的平均值，查表即可得到兩點的平均溫 度。該方法的優(yōu)點：快速、高效、自動，誤差小，精度高。缺點：當(dāng)其中有一個 熱電偶損壞后，不易立即發(fā)現(xiàn)，且測得的熱電動勢實際上只是某一個熱電偶的。在申聯(lián)方式中，伏特表得到的電動勢為環(huán)路中 2 2 個熱電偶的總熱電動勢，還 要經(jīng)過算術(shù)運算求平均值，再查表得到兩點的平均溫度。該方法的優(yōu)點 ：當(dāng)其中 有一個熱電偶損壞后， 可以立即發(fā)現(xiàn)；可獲得較大的熱電動勢并提高靈敏度。

15、缺點：過程較復(fù)雜，時效性低，在計算中，易引入誤差，精度不高。337337、請簡單闡述一下熱電偶與熱電阻的異同。337337 答：熱電偶與熱電阻均屆于溫度測量中的接觸式測溫，作用相同，都是測量 物體的溫度、精度及性能都與傳感器材料特性有關(guān)。但是他們的原理與特點卻不 相同。熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電動勢的測溫元件，熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn) 換為電阻值變化的測溫元件。熱電偶的測溫原理基丁熱電效應(yīng)。 將兩種不同的導(dǎo) 體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個接點 處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電 動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，乂稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電動勢 由兩種電動勢組成：溫差電動勢和接觸電動勢。溫差

16、電動勢是指同一導(dǎo)體的兩端 因溫度不同而產(chǎn)生的電動勢，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的 電動勢也不相同，而接觸電動勢是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時， 因為他們的電子 密度不同而產(chǎn)生的一定的電子擴散，當(dāng)它們達到一定的平衡后所形成的電動勢。 接觸電動勢的大小取決丁兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及它們接觸點的溫度。另 外，熱電偶的電信號需要一種特殊的導(dǎo)線來進行傳遞，這種導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線。 熱電阻的測溫原理是基丁導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點有很多：可以遠傳電信號，靈敏度高，穩(wěn)定性強，互換性以及準(zhǔn)確性都比 較好。但是其需要電源激勵，不能夠瞬時測量溫度的變化。熱電阻不需要補償導(dǎo)

17、線，而且比熱電偶便宜。338338、 采用熱電阻測量溫度時，常用的引線方式主要有哪幾種？試述這幾種引線方式各自的特點及適用場合。338338 答：熱電阻常用的引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩線制的特點是結(jié)構(gòu)簡單、費用低，但是引線電阻及其變化會帶來附加誤差。 主要適用丁引線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制的特點是可較好地減小引線電阻的影響，主要適用丁大多數(shù)工業(yè)測量 場合。四線制的特點是精度高，能完全消除引線電阻對測量的影響， 主要適用丁實 驗室等高精度測量場合。339339、什么是光電效應(yīng)和光電器件？常用的光電器件有哪幾大類？339339 答：所謂光電效應(yīng)，是指物體吸收了具有一定能

18、量的光子后所產(chǎn)生的電效應(yīng)。 根據(jù)光電效應(yīng)原理工作的光電轉(zhuǎn)換器件稱為光電器件。常用的光電器件主要有外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件兩大類。340340、試解釋外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。340340 答：外光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)基丁外光電效應(yīng)。所謂外光電效應(yīng)，是指在 光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應(yīng)光電器件主要有光電管和光電倍增 管。內(nèi)光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基丁內(nèi)光電效應(yīng)。 所謂內(nèi)光電效應(yīng)，是指在光 線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象，它可分為光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。內(nèi) 光電效應(yīng)器件主要有光敏電阻、光電池、光敏二極管和 光敏晶體管。341341

19、、什么是光電式傳感器？光電式傳感器的基本工作原理是什么 ？341341 答：光電式傳感器（或稱光敏傳感器）。利用光電器件把光信號轉(zhuǎn)換成電信號（電壓、電流、電阻等）的裝置。光電式傳感器的基本工作原理是基丁光電效應(yīng)的， 即因光照引起物體的電學(xué)特性 而改變的現(xiàn)象。342342、霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)？如何提高霍爾傳感器的靈敏度？342342 答：霍爾電動勢與霍爾電場EH、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度 b b、載流導(dǎo)體或半 導(dǎo)體的厚度 d d、電子平均運動速度 u u、磁場感應(yīng)強度 B B、電流 I I 有關(guān)?；魻杺鞲衅鞯撵`敏度KH=KH=RH=-1。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，KHd ned霍爾元件常制

20、成薄片形。乂因為霍爾元件的靈敏度與載流子濃度成反比， 所以可 采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。349349、何謂光電池的開路電壓及短路電流 ？為什么作為檢測元件時要采用短路電 流輸出形式？349349 答：光電池的開路電壓是指外電路開路時，光電池兩端的電壓；光電池的短 路電流，指外接負(fù)載相對于光電池內(nèi)阻而言是很小的。由于光電池的開路電壓與照度成非線性關(guān)系， 而光電池的短路電流與照度成線性 關(guān)系，且受光面積越大，短路電流也越大。所以當(dāng)光電池作為測量元件時應(yīng)取短 路電流的形式。352352、試說明相位調(diào)制傳感器的工作原理、應(yīng)用及特點。352352 答：其基本原理是利用被測對象對敏感元件的作用

21、，使敏感元件的折射率或 變化，而導(dǎo)致光的相位變化，然后用十涉儀來檢測這種相位變化而得到被測對象 的信息。通常有：利用光彈效應(yīng)的聲、壓力或振動傳感器；利用磁致伸縮效應(yīng)的 電流、磁場傳感器；利用電致伸縮的電場、電壓傳感器以及利用 SagnaSagna 斂應(yīng)的旋 轉(zhuǎn)角速度傳感器（光纖陀螺）等。這類傳感器的靈敏度很高，但由于需用特殊光纖 及高精度檢測系統(tǒng)，因此成本高。1.1. 傳感器的定義和組成框圖.畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng) 中的位置和作用。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用 輸出信號的器件或裝置傳感器。通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用 信號輸出的轉(zhuǎn)換元

22、件以及相應(yīng)的 信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。傳感器處于研究對象 與測試系統(tǒng)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(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號。2.2. 從傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分 辨力強、穩(wěn)定性高、抗十?dāng)_穩(wěn)定性高的傳感器。考慮動態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng) 能很好的追隨輸入量的快速變化， 即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時間或者應(yīng)具有很寬的 頻率響應(yīng)特性。3.3. 直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電

23、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米用哪種電 橋作為測量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。 直流電橋優(yōu)點：高穩(wěn)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(dǎo)線分布參數(shù)影響小。 但是 后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方 面都有改進。直流電橋平衡條件： R Rl/R/R2=R=R3/R/R4 ,R RlR R4=R=R2R R3。4.4. 光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡單說明其原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電 傳感器。答：當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連申具有能量的光子的轟擊， 于是物體材料 中的電子吸收光子能

24、量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng) （如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電 動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效 應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類： 第一類是利用在光線作用下材料中電 子溢出表面的現(xiàn)象，即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管傳感器屆于這一類； 第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻傳感器屆于這一類。第三類是利用在光線作用下光勢壘現(xiàn)象，即光生伏特效應(yīng)， 光敏二極管及光敏三極管傳感器均屆丁這一類。5.5.光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？并分別指出對 應(yīng)類型光纖傳感器的典型光源。答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射， 當(dāng)射入的光線的入射角大丁纖維包層 間的臨界角時，