传感器复习题

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1、1. 传感器通常由直接响应于被测量的 和产生可用信号输出的 以及相应的 组成。2. 传感器一般由 、 、 三部分组成。3. 是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。4.一阶系统的动态表征参数是 、 。5 传感器所能测量到的最小被测量与最大被测量之间的范围称为传感器的 。6. 衡量传感器的静态特性的指标包含 。7. 静态灵敏度:传感器输出的变化量y与引起该变化量的输入变化量x之比即为其 。8. 传感器通常由直接响应于被测量的 和产生可用信号 及相应的 组成.9. 迟滞及重复性10.传感器的功能是通过将被测的 的变化转为相应的 变化的过程而实现的。11.已知某传感器的灵敏度为

2、K0，且灵敏度变化量为K0，则该传感器的灵敏度误差计算公式为Ks. 1. 什么是传感器？请画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。答：传感器：是能够感受规定的被测量并按照一定的规定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、

3、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。1. 光敏传感器的物理基础是 ，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。2 是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象。 3. 光电导效应： 内光电效应： 4. 温度上升，光敏电阻的暗电流（上升or下降） 5. 是在光线作用下，能够使物体产生一定方向电动势的现象。6. 是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。7. NTC热敏电阻分为两类分别是 8. 光敏二极管在测

4、光电路中应处于 状态9.光电器件主要包括 10.光敏二极管、光敏三极管在工作时控制电路的 状态，且光照越强时电路中的电流 设计一个光照强度自动检测显示系统(画出原理框图)，并简要说明它的工作过程?该设计可分为三部分：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。还可加上报警部分。对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用发光二极管来显示，不同的光强对应于不同的发光二极管点亮，就能简单的显示出不同的光强了。1. 是指把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物

5、理量转换为电阻值变化的传感器。2. 是一种利用电阻材料的应变效应， 由 组合起来的传感器。3. 电阻应变式传感器核心元件是 ，它的主要作用是实现 的变换。4.应变式传感器中的测量电路是式将应变片的 转换成 ，以便方便地显示被测非电量的大小。5. 所谓的 是指物体因外力作用而改变形状或尺寸，而外力撤除后能完全恢复其原形的物体，在传感器中应用的弹性元件称为弹性敏感元件。它能把某些形式的 ，然后由各种不同形式的传感元件变换成电量。6. 热敏电阻常数大于零的是 温度系数的热敏电阻。7 电阻应变片的电阻值为 等多种规格，以 最为常用。8半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率 。9. 利用相邻双臂桥检测的应

6、变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小两个桥臂应当 。10.通常用应变式传感器测量 。11.电阻应变片的线路温度补偿方法有 12直流电桥的平衡条件为 。13电阻应变片式传感器一般不适合用来测量的物理量是 。14电桥测量电路的作用是把传感器的参数转化为 参数的输出.15.形成热电势的两个必要条件是 .16.差动变压器式传感器可测出微小位移，如想分辨出位移的方向，则应在电路中加 .17. 应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择 .18.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的 .19. 利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小两个桥臂应当分别用

7、20.差动电桥由环境温度变化引起的误差为 21. 根据热电偶测温系统示意图R如图1表示： 22. 应变片式加速度计由 23. 金属应变片受力后电阻发生变化主要是由 变化引起的；半导体应变片受力后电阻发生变化主要是由 的变化引起的。 例1一应变片的电阻R0=120，弹性模量S=2.05，用作应变为80m/m的传感元件。(1)求R与R/R；(2)若电源电压Ui=6V，求其惠斯通测量电桥(单臂半桥)的非平衡输出电压U0。得其输出电压为例2 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？解：电阻应变片产生温度误差的原因：当测量现场环境温度变化时，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异

8、性而给测量带来了附加误差。电阻应变片的温度补偿方法：通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。1） 电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。电桥补偿法简单易行，而且能在较大的温度范围内补偿，但上面的四个条件不一满足，尤其是两个应变片很难处于同一温度场。2）应变片的自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片。2） 例3 简述热电偶的工作原理。3） 答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。例3

9、简述热电偶的工作原理。答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。4. 简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。答：布置原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；(2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰；(3)考虑温度补偿作用；单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用5.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源

10、，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件6.应变片重量传感器，其弹性体为实心钢圆柱体，直径D=0.1m，材料弹性模量E=21011N/m2，若电阻应变片灵敏系数K=2，R=120。（1） 求钢柱体受100kN拉力时，应变片电阻的绝对变化量。（2） 若应变片沿钢柱圆周方向粘贴多个，使检测电路构成全桥差动，电桥供电电压Us=10V，则受到同样重量的拉力作用时，电桥输出电压为？ 1) 0.0015 转化为 及已知条件可解得 2) 全桥差动中 因此输出电压 1.25 得 V V V 1. 电容式传感器是实现 到 转化的一类传感器。可以应用于压力、位移、振动、角度、加速度等参数的测量中

11、。2.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 和 。3. 在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中电容是 ，电感保持 .4.变极距型电容传感器，初始极距减小传感器灵敏度 5.电容传感器的测量转换电路有三种，分别是 。 6. 根据参数的变换，电容式传感器按原理可分为 。7. 电感式和电容式传感器的测量电路若采用电桥形式，则不能使用 电桥。例1简述平板变间隙型电容式传感器的工作原理：真空介电常数 ：极板间的相对介电常数：真空介电常数 :极板间距A:有效面积； 当被测量使得式中的A， 或 发生变化时，电容量C也随之变化，如果保持其中两个参数不变而仅仅改变另一个参数，就可把被

12、测参数的变化转换为电容量的变化，因此电容量变化的大小与被测参数的大小成比例。故可将电容式传感器分为三种：变、 变A、变 ，实际中常常采用的 型。例2 变极距电容传感器的测量电路为运算放大器，如图所示，传感器的起始电容Cx0=20pF，定动极板距离d0=1.5mm,C0=10pF,Rf极大，输入电压ui=5sint.求当电容传感器动极板上输入一位移量x=0.015mm使d0减少时，电路输出电压UO为多少？ 由测量路得 解： 得 u0=2.475sin(t+)V1. 电感传感器利用 将被测非电量转换成，进而由测量电路转换为 的变化量。 2.对变隙式差动变压器，当衔铁 时，变压器的输出电压与输入电压

13、的关系是 。 3. 是指金属导体置于交变磁场中会产生电涡流，且该电涡流所产生磁场的方向与原磁场方向相反的一种物理现象。 4.电涡流传感器的测量电路主要有 . 5.所谓零点残余电压,是指差动变压器的衔铁位于 时的 。理想情况是在零点时,两个次级线圈感应电压大小相等方向相反,差动输出电压为零。6.涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是 。涡流传感器 测量大位移量。7.对处于钢板表面的缺陷宜采用 那种方法探伤.例2 螺线管式自感传感器采用差动结构是什么？ 例3 电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状

14、，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。例 3 如图1所示的电感式传感器的类型为差动变压器式螺管电感传感器,它属于 式传感器，图中1为 ，1所代表的两个元件应该 串接连接？ 2 3 例4影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。1. 压电式传感器是基于 的传感器。它将被测量变化转

15、换成由于材料受机械力产生的 或 变化的传感器。 压电式传感器用于 。它的优点是 。2. 正压电效应 逆压电效应3. 石英晶体沿 方向施加作用力不会产生压电效应，没有电荷产生。4.压电式传感器具有 等优点，但不能测量随时时间变化缓慢的被测量。特别是不能测量 。5. 压电传感器里常见的三种压电元件为。10. 使用压电式传感器可以测量高频变化的力（？）11. 压阻效应12. 压电陶瓷是一种 例1 压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。答不正确。其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数

16、测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。例2 简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。 例4压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。1.对传感器接口电路的要求： 2.传感器的典型接口电路有。 3. 衡量

17、ADC性能的主要参数。例1 .采用逐次逼近法的模/数转换器主要由哪几部分组成？答：由电压比较器、数/模转换器、顺序脉冲发生器、数码寄存器和逐次逼近寄存器组成。1. 是利用电磁感应原理(磁电作用)将导体在磁场中相对运动（如振动、位移、转速等）转换成电信号（感生电动势）的一种传感器。 2.光纤传感器是利用光导纤维的 ，把被测量转换为 改变的传感器。 3. 是利用超声波的特性研制而成的传感器。 4.物联网的三大特征 。5. 多传感器信息融合 。6.物联网核心关键技术有 。 7.多传感器数据融合包括： 。8.在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用 9传感器来检测传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是