傳感器期末考試試卷答案

傳感器期末考試試卷答案可靠性高等。18、電容式傳感器的缺點主要有溫度穩(wěn)定性差、易受干擾、需要特殊的電路處理等。19、壓阻式傳感器利用了半導體材料的壓阻效應來實現(xiàn)對物理量的測量。20、壓阻式傳感器的優(yōu)點主要有靈敏度高、響應時間快、線性度好等。二、改錯題（每題3分）1、傳感器是一種將物理量轉換為電信號輸出的裝置。(改為：傳感器是一種將物理量轉換為電信號或其他形式輸出的裝置。)2、金屬材料的應變效應是指金屬材料在受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。(改為：金屬材料的應變效應是指金屬材料在受到外力作用時，產(chǎn)生機械變形，導致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。)3、半導體材料的壓阻效應是半導體材料在受到應力作用后，其電阻率不發(fā)生變化。(改為：半導體材料的壓阻效應是半導體材料在受到應力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應。)4、金屬絲應變片和半導體應變片比較其相同點是它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機械變形，從而導致材料的電阻率發(fā)生變化。(改為：金屬絲應變片和半導體應變片比較其相同點是它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機械變形，從而導致材料的電阻發(fā)生變化。)5、金屬絲應變片和半導體應變片比較其不同點是金屬材料的應變效應以機械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相對變化為輔；而半導體材料則正好相反，其應變效應以機械形變導致的電阻率的相對變化為主，而機械形變?yōu)檩o。(改為：金屬絲應變片和半導體應變片比較其不同點是金屬材料的應變效應以機械形變?yōu)橹?，材料的電阻相對變化為輔；而半導體材料則正好相反，其應變效應以機械形變導致的電阻相對變化為主，而機械形變?yōu)檩o。)6、金屬應變片的靈敏度系數(shù)是指金屬應變片單位應變引起的電阻的相對變化。(改為：金屬應變片的靈敏度系數(shù)是指金屬應變片單位應變引起的應變片電阻的相對變化。)7、固體受到作用力后電阻率不會發(fā)生變化。(改為：固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應。)8、應變式傳感器是利用電容應變片將應變轉換為電容變化的傳感器。(改為：應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器。)9、電容式傳感器利用了將電量的變化轉換為電容的變化來實現(xiàn)對物理量的測量。(改為：電容式傳感器利用了將非電量的變化轉換為電容的變化來實現(xiàn)對物理量的測量。)10、變極距型電容傳感器做成差動結構后，靈敏度提高原來的3倍。(改為：變極距型電容傳感器做成差動結構后，靈敏度提高原來的2倍。)38.熱電阻是一種常用的測溫元件，其中鉑和銅是最常用的材料。在需要測量中低溫區(qū)的場合，工業(yè)上廣泛使用鉑和銅熱電阻。當溫度要求不高且溫度較低時，銅熱電阻也會被廣泛應用。39.熱電阻引線方式有三種：三線制適用于工業(yè)測量和一般精度要求場合；二線制適用于引線不長且精度要求較低的場合；四線制適用于實驗室測量和精度要求高的場合。40.霍爾效應是指在垂直于電流方向加上磁場時，由于載流子受洛侖茲力的作用，在平行于電流和磁場的兩端平面內分別出現(xiàn)正負電荷的堆積，從而使這兩個端面出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象。41.制作霍爾元件應采用半導體材料，因為半導體材料能使截流子的遷移率與電阻率的乘積最大，從而使兩個端面出現(xiàn)電勢差最大。42.在選擇霍爾元件的尺寸時，應根據(jù)元件的輸入電阻、輸出電阻和靈敏度等因素進行合理選擇。43.光電式傳感器根據(jù)工作原理的不同可分為光電效應傳感器、紅外熱釋電傳感器、固體圖像傳感器和光纖傳感器。44.光電式傳感器根據(jù)測量光路組成可分為透射式、反射式、輻射式和開關式光電傳感器。45.光電傳感器的理論基礎是光電效應。46.石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產(chǎn)生的電荷與作用在晶面上的壓強成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無關。47.互感式傳感器是將被測非電量的變化轉換成線圈互感變化的傳感器，根據(jù)變壓器的基本原理制成。次級繞組都用同名端反向形式連接，因此也被稱為差動變壓器式傳感器。48.電阻應變片是一種將被測試件上的應變轉換成電阻的傳感元件。49.影響金屬導電材料應變靈敏系數(shù)K的主要因素是導電材料幾何尺寸的變化。50.傳感器的基本特性通常指的是傳感器輸入和輸出之間的關系特性。51.在傳感器領域，電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器和電渦流式傳感器是應用比較廣泛的基本電量傳感器。52.物質的光電效應通常分為外光電效應、內光電效應和光生伏打效應三類。53.壓電式傳感器的工作原理是基于晶體的壓電效應。54.電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應。55.傳感器的動態(tài)特性包括瞬態(tài)響應特性和頻率響應特性。56.霍爾電勢與半導體薄片的厚度成正比。57.溫度傳感器主要用于檢測物體的溫度。58.傳感器由敏感元件和轉換元件組成。59.紅外測溫儀利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度。C、測量電路的電壓變化D、構件的形變速率變化2、壓電傳感器的輸出信號是(A)。A、電荷或電壓B、電流C、磁場D、光線3、光電效應中，外光電效應是指(A)。A、光子從外部入射到金屬表面，使金屬發(fā)射電子B、光子在半導體內部產(chǎn)生電子空穴對C、光子在光電管內部產(chǎn)生電子空穴對D、光子在光纖中傳輸時發(fā)生的損耗4、熱電偶的工作原理是利用(C)。A、壓電效應B、光電效應C、熱電效應D、電磁感應效應5、光纖按傳輸模式分為(A)。A、單模光纖和多模光纖B、有源光纖和無源光纖C、光學纖維和電學纖維D、單芯光纖和多芯光纖6、熱敏電阻按溫度系數(shù)可分為(B)。A、PTC和NTC兩類B、正溫度系數(shù)型、負溫度系數(shù)型和臨界溫度電阻器C、金屬熱電阻和半導體熱電阻D、單模熱敏電阻和多模熱敏電阻7、電感式傳感器利用(B)將非電量轉換為電量。A、壓電效應B、電磁感應C、光電效應D、熱電效應8、磁敏二極管是利用(A)進行磁電轉換的。A、磁阻效應B、熱電效應C、壓電效應D、光電效應9、光敏二極管是利用(C)制成的光電元件。A、壓電效應B、電磁感應C、PN結單向導電性D、磁阻效應10、傳感器的頻率響應特性通常由(A)組成。A、幅頻特性和相頻特性B、電阻特性和電容特性C、電感特性和電阻特性D、壓電特性和磁電特性1、傳感器的測量誤差來源主要有兩個方面：電阻絲材料的電阻率變化和外接導線的變化。為了減小這些誤差，可以采用補償電路、溫度補償和線性化等方法對傳感器進行校準和調整。2、不能用渦流式傳感器進行測量的是非金屬材料。渦流式傳感器主要用于金屬材料的測量，因為渦流的產(chǎn)生與金屬導電性能有關。3、不能采用非接觸方式測量的傳感器是熱電偶。熱電偶需要與被測物體接觸才能進行溫度測量，因此不能采用非接觸方式。4、通常所說的傳感器核心組成部分是指敏感元件和轉換元件。敏感元件是傳感器的靈敏部分，轉換元件則將敏感元件的信號轉換成電信號或者其他形式的信號輸出。5、基于外光電效應的光電元件是光電管。光電管是一種基于光電效應的元件，它可以將光信號轉換成電信號輸出。6、為提高電橋的靈敏度，可采取的方法是適當提高電橋的電源電壓。提高電源電壓可以增強電橋的信號輸出，從而提高靈敏度。7、一階傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的10%到90%所需的時間是上升時間。上升時間是指傳感器輸出信號從0到最大值所需的時間。8、利用霍爾片，我們可以測量磁場和載流子類型?；魻柶梢酝ㄟ^測量磁場的影響來確定載流子類型，從而實現(xiàn)測量。9、屬于傳感器動態(tài)特性指標的是固有頻率。固有頻率是指傳感器自身振動的頻率，它是傳感器動態(tài)響應的重要指標。10、影響金屬導電材料應變靈敏度系數(shù)K的主要因素是導電材料幾何尺寸的變化。導電材料的幾何尺寸變化會影響導電材料的電阻率，從而影響應變靈敏度系數(shù)K的大小。11、電阻應變片的線路溫度補償方法有補償塊粘貼補償應變片電橋補償法。這種方法通過在電路中加入補償塊或者粘貼補償應變片來實現(xiàn)溫度補償。12、如將變面積型電容式傳感器接成差動形式，其靈敏度將保持不變。差動形式可以減小傳感器的干擾信號，但不會影響靈敏度。13、當變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的靈敏度減小。變間隙式電容傳感器的靈敏度與兩極板間的距離有關，距離增加會導致靈敏度減小。14、電容式傳感器中輸入量與輸出量的關系為線性的有變面積型電容傳感器和變介質型電容傳感器。這兩種傳感器的輸入量與輸出量之間存在線性關系。15、交流電橋的平衡條件為橋路兩側的電勢差相等。只有當橋路兩側的電勢差相等時，電橋才能達到平衡狀態(tài)。1.在溫度為50°C的情況下，熱電勢大小為（B）46mV，選項A、C、D分別為60、56、66mV。2.已知在某特定條件下，材料A與鉑配對的熱電勢為13.967mV，材料B與鉑配對的熱電勢為8.345mV，則在此特定條件下，材料A與材料B配對后的熱電勢為（A）5.622mV，選項B、C、D分別為6.622、7.622、8.622mV。3.電阻應變片的線路溫度補償方法有差動電橋補償法、補償塊粘貼補償應變片電橋補償法和恒流源溫度補償電路法。4.當變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的靈敏度減小和非線性誤差減小，選項A和C不正確。5.在光線作用下，半導體的電導率增加的現(xiàn)象屬于內光電效應和光導效應，選項A和C不正確。6.利用物質的光電效應制成的傳感器稱為光電傳感器。7.將力學量轉換成電壓、電流等電信號形式的傳感器稱為力敏傳感器。8.磁敏傳感器中將被測物理量轉換為電勢的霍爾傳感器是利用霍爾效應原理。9.超聲波傳感器的聲波頻率高于20kHz。10.熱電偶在溫度測量中應用非常廣泛，其工作原理是熱電效應。11.能夠測量大氣濕度的傳感器稱為濕度傳感器。12.為了檢測我們生活環(huán)境周圍的有害的氣體的濃度，常采用氣敏傳感器。13.以下屬于無源型傳感器是電阻式傳感器，選項A、B、C不正確。14.光電傳感器的基本原理是物質的光電效應。15.傳感器的輸出對隨時間變化的輸入量的響應稱為傳感器的動態(tài)響應，選項B、C、D不正確。16.壓磁式傳感器的原理是利用鐵磁材料的壓磁效應，選項A、C、D不正確。7.超聲波在不同介質中傳播時會發(fā)生衰減，其中衰減最大的是空氣（C）。8.可以實現(xiàn)非接觸測量的溫度傳感器是比色高溫計（D）。9.電阻式濕度傳感器最適合測量大氣的濕度（B）。10.用來測量一氧化碳、二氧化硫等氣體的固體電介質屬于氣敏傳感器（D）。17.差動變壓器的零點殘余電壓過大會使其靈敏度下降（C）。4.電容式傳感器測量電路不包括放大器（B）。5.光敏電阻的工作原理基于內光電效應（D）。6.微應變式傳感器的基本效應是壓阻效應（C）。7.通常能夠產(chǎn)生壓磁效應的物質是鐵磁材料（C）。8.超聲波傳感器主要性能指標不包括工作壓力（A）。9.利用半導體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件是熱敏電阻（B）。11.SnO和ZnO半導體材料常用于氣敏傳感器（A）。18.光敏二極管在光照射時產(chǎn)生的電流稱為光電流（C）。7.固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應（B）。8.當超聲波從液體垂直入射到氣體時，反射系數(shù)接近1，此時超聲波會幾乎全部反射（D）。11.可燃氣體報警電路中，主要采用氣敏傳感器（C）。19.電渦流傳感器常用的材料為金屬（D）。4.傳感器動態(tài)特性的特性之一是瞬態(tài)響應（A）。7.光生伏打效應制成的光電器件是光電池（B）。10.利用霍爾效應制成的傳感器是霍爾傳感器（C）。表現(xiàn)出的是傳感器的穩(wěn)定性、準確性和靈敏度等性能。在某些應用場合下，只需研究傳感器的靜態(tài)特性即可滿足常規(guī)的需要。比如在工業(yè)自動化控制中，通常只需要測量物理量的平均值或穩(wěn)態(tài)值，而不需要考慮瞬態(tài)響應。因此，只研究傳感器的靜態(tài)特性即可滿足這些應用需求。但在其他應用場合下，如測量震動、沖擊等動態(tài)信號時，則需要研究傳感器的動態(tài)特性?？赡軐е聹y量結果不準確。在串聯(lián)方式中，兩個熱電偶的電動勢相加，需要通過計算得到平均溫度。該方法的優(yōu)點是可以發(fā)現(xiàn)熱電偶損壞，缺點是計算復雜，需要額外的計算器或計算程序，而且誤差可能會積累導致精度降低。光電效應是指物體吸收光子后所產(chǎn)生的電效應的現(xiàn)象。(1分)光電器件即利用光電效應原理工作的轉換器件。(1分)333.熱電偶三線制測溫時，通過設計電橋實現(xiàn)消除連接導線電阻r帶來的測溫誤差。(1分)當電橋平衡時，可以消除連接導線電阻r的影響。(1分)為了消除r的影響，必須設計對稱電橋，并確保在平衡狀態(tài)下。(1分)336.串聯(lián)方式中，通過伏特表得到的電動勢為環(huán)路中2個熱電偶的總熱電動勢，需要進行算術平均并查表得到兩點的平均溫度。(1分)該方法的優(yōu)點是可以立即發(fā)現(xiàn)其中一個熱電偶損壞，同時可以獲得較大的熱電動勢并提高靈敏度。(1分)但缺點是過程較復雜，時效性低，易引入誤差，精度不高。(1分)339.光電效應是指物體吸收光子后所產(chǎn)生的電效應的現(xiàn)象，而光電器件即利用光電效應原理工作的轉換器件。(1分)340.外光電效應器件的工作基礎是外光電效應，即在光線作用下電子逸出物體表面的現(xiàn)象。(1分)其中的光電器件主要有光電管和光電倍增管。(1分)內光電效應器件的工作基礎是內光電效應，即在光線作用下物體的導電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。(1分)其中的光電器件主要有光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管。(1分)341.光電式傳感器利用光電器件把光信號轉換成電信號的裝置。(1分)其基本工作原理是基于光電效應的現(xiàn)象，即因光照引起物體的電學特性而改變的現(xiàn)象。(1分)極管的光被反射回來，被光敏三極管接收，呈現(xiàn)低阻抗，處于導通狀態(tài)。(3分)通過這種方式，掃描筆可以讀取條形碼上的信息，實現(xiàn)商品信息的快速獲取。(2分)傳感器由敏感元件和轉換元件組成，敏感元件能夠完成預變換作用，轉換元件能夠將感覺到的被測非電量參數(shù)轉換為電量。(2分)溫度傳感器是一種常見的傳感器，具有體積小、響應快、靈敏度高等特點，集成溫度傳感器具有體積小、反應快、線性好、價格低等特點。(2分)當傳感器達到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比即為傳感器的靈敏度。(1分)電渦流傳感器可以通過測量金屬電阻率、磁導率等參數(shù)的變化來實現(xiàn)探傷的目的。(2分)當電渦流傳感器與被測體距離不變時，如有裂紋出現(xiàn)，將會引起金屬的電阻率、磁導率的變化，在裂紋處也可以說有位移的變化。(2分)這些綜合參數(shù)的變化將會引起傳感器參數(shù)的變化，通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達到探傷的目的。(1分)光纖的主要參數(shù)包括數(shù)值孔徑、光纖模式和傳播損耗。(2分)數(shù)值孔徑反映光纖接受光量的多少，是標志光纖接受性能的重要參數(shù)。(1分)光纖模式是光波沿光纖傳播的途徑和方式。(1分)傳播損耗是由光纖纖芯材料的吸收、散射以及光纖彎曲處的輻射損耗造成的。(2分)霍爾電勢是在一塊半導體薄片置于磁場中時產(chǎn)生的電勢，其產(chǎn)生原理是當有電流流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉，在半導體的后端面上電子有所積累，而前端面缺少電子，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(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)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(chǎn)生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢。(3分)極管發(fā)出的光纖被反射到光敏三極管的基極，從而產(chǎn)生電流導通。整個條形碼被掃描后，光敏三極管將條形碼轉換成電脈沖信號。該信號經(jīng)過放大和整形后，形成寬窄與條形碼線的寬窄及間隔相對應的脈沖列。計算機處理脈沖列以完成對條形碼的識讀。常用的溫度傳感器包括熱電偶、熱敏電阻和集成溫度傳感器等。它們的相同點是都是用于測量溫度，不同點在于工作原理和主要特點。熱電偶依據(jù)的是熱電效應，具有種類多、結構簡單、感溫部小、廣泛用于高溫測量的特點。熱敏電阻利用的是半導體電阻隨溫度變化的特性，具有種類多、精度高、感溫部較大、實用價值高的特點。集成溫度傳感器是利用感溫PN的電壓電流特性與溫度的關系，具有精度高、響應快、易于集成和微型化等優(yōu)點。冷端溫度補償接線圖中，圖中依據(jù)了熱電偶的中間導體定律和中間溫度定律，分別指出只要接入的第三導體兩端溫度相同，則對回路的總的熱電動勢沒有影響，熱電偶的熱電勢僅取決于熱電偶的材料和兩個結點的溫度，而與溫度沿熱電極的分布以及熱電極的參數(shù)和形狀無關。將冷端至于冰水槽的主要原因是為了保持冷端溫度穩(wěn)定，以便減小溫度測量誤差。對補償導線的要求包括：不同型號的熱電偶所配用的補償導線不同，連接補償導線時要注意區(qū)分正負極，使其分別與熱電偶的正負極一一對應，補償導線連接端的工作溫度不能超出0~100℃，否則會給測量帶來誤差。對于一臺精度等級為0.5級、量程范圍600~1200℃的溫度傳感器，最大允許絕對誤差為3℃。如果檢驗時某點的最大絕對誤差為4℃，則此傳感器不合格。366、已知某溫度計測量范圍為0~200℃，最大誤差為4℃。求滿度誤差并根據(jù)精度等級標準判斷精度等級。解：滿度范圍為200-0=200，由公式A=ΔA/YFS*100%可得A=4/200*100%=2%。根據(jù)精度等級標準，該溫度計精度特級為2.5級。367、檢定一臺1.5級刻度為0~100Pa的壓力傳感器，發(fā)現(xiàn)50Pa處誤差最大為1.4Pa。問該壓力傳感器是否合格？解：根據(jù)精度定義表達式A=ΔA/AyFS*100%，可得A=1.5%，YFS=100，所以ΔA=A*YFS=1.5。因為1.4<1.5，所以該壓力傳感器合格。374、采用四片相同的金屬絲應變片（K=2），將其貼在實心圓柱形測力彈性元件上。力F=1000kg，圓柱斷面半徑r=1cm，楊氏模量E=2×10^7N/cm，泊松比μ=0.3。求（1）應變片在圓柱上的貼粘位置及相應測量橋路原理圖；（2）各應變片的應變ε=？電阻相對變化量ΔR/R=？解：（1）按題意采用四個相同應變片測力彈性元件，貼的位置如圖374（a）所示。R1、R3沿軸向F受力下產(chǎn)生正應變ε1>，ε3>；R2、R4沿圓周方向貼則產(chǎn)生負應變ε2<，ε4<。四個應變電阻接入橋路位置如圖374（b）所示。從而組成全橋測量電路可以提高輸出電度。（2）ε1=ε3=σ/E=F/(SE)=1000×9.8/(2×3.14×1×2×10^7)=1.56×10^-4=156με，ε2=ε4=-μF/SE=-0.3×1.56×10^-4=-0.47×10^-4=-47με，ΔR1/R1=ΔR3/R3=k1ε=2×1.56×10^-4=3.12×10^-4，ΔR2/R2=ΔR4/R4=-k2ε=-2×0.47×10^-4=-0.94×10^-4。376、采用四個性能完全相同的電阻應變片（靈敏度系數(shù)為K），將其貼在薄壁圓筒式壓力傳感元件外表圓周方向，彈性元件周圍方向應變?yōu)?2-μ)dP/(2(D-d)Eμ)，其中d為筒內徑，D為筒外徑，E為楊氏模量，μ為泊松比，P為待測壓力。要求該壓力傳感器有溫度補償作用，且橋路輸出電壓靈敏度最高。試畫出應變片粘貼位置和相應橋路原理圖輸出電壓表達式。按題意要求，在等邊全橋電路中，四片相同的應變片應該貼在圓周方向上。當四片應變片都受到應變時，橋路輸出信號為零。因此，在設計橋路電路時，需要具備補償環(huán)境溫度變化的功能，并且橋路輸出電壓需要足夠大。為了實現(xiàn)這個目標，可以采用參比測量方式，即將兩片R1和R3貼在有應變的圓筒壁上做為敏感元件，而另外兩片R2和R4則貼在不感受應變的圓筒外壁上作為補溫元件，如圖（a）所示。然后將四個應變片電阻接入圖（b）橋臂位置上。此時，在被測壓力變化時，R1和R3隨著筒壁感受到正應變量ε1>0和ε3>0，并且ε1=ε3；而R2和R4所處的位置在筒壁不產(chǎn)生應變，因此ε2=ε4=0。橋路電壓U只與敏感元件R1和R3有關，因此將R1和R3放在橋壁上可以獲得較高的電壓靈敏度。根據(jù)公式，輸出信號電壓U為k(ε1+ε3)UK1ΔR/ΔRK(2-μ)dU=(+)(ε1+ε3