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1、试题一、问答题:（每题0分，共0分） 1、传感器的静态特性是什么？主要的技术指标有哪些？ 2、应变式电阻传感器全桥差动测量电路有何优点与功能？ 3、传感器的静态参数及意义？ 4、具备何条件后，才能在热电偶回路中接入第三导体；接入导体后对温度检测是否有影响？ 5、已知铜热电阻的输入输出特性方程为。求：（1）当初时温度（t = 0）时，热电阻Rt = ? （2）出灵敏度的表达式K = ？ 6、电阻应变片传感器常用来检测哪些物理量。 7、霍尔式传感器的工作原理？ 8、光敏二极管工作时，其输入信号和输出分别是何物理量？ 9、简述外光电效应及红限的含义。 10、从原理上分析应变式传感器与压阻式传感器的区
2、别。 11、应变片减小或补偿温度误差的方法是什么？ 12、电磁流量计中的磁场产生方法有哪几种？ 13、光敏电阻在光照射下，电阻率和电导率分别发生什么样的变化？ 14、根据平板电容公式，其电容量C可由哪些物理量来确定？哪种物理量可与C成线性关系？ 15、传感器的理想静态特性是研究哪些变量间存在的关系？这种关系具有何种特征？ 16、用函数表达式来描述中间温度定律。 17、一般传感器的输入与输出关系呈何种规律？其灵敏度是否为变量？写出灵敏度的表达式。 18、简述光电传感器的组成及其优点。 19、简述电容式传感器的优缺点。 20、传感器的动态特性指标都与什么变量相关？ 21、什么是回程误差？出现回程误
3、差的主要原因是什么？ 22、石英晶体按晶体结构，存在空间三个相互垂直的轴向，分别为什么轴向？其中那些轴向会产生压电效应？ 23、在电感式传感器中的变压器式交流电桥四桥臂上，有哪些元件？如何安装与连接？ 24、液位数据采集实验中所用的液位变送器是输出模拟信号，还是数字信号，请说明你的判断根据。 25、电容传感元件可用来制成哪些传感器？试举一应用例子。 26、光敏电阻的工作原理？ 27、什么是热电偶？热电偶的热电极、冷端、热端是如何定义的？ 28、传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 29、什么是传感器的动态特性？ 30、普通光电器件都有哪些主要特性和参数？ 31、画出传感器有几个基本功能单元框
4、图？并说明各单元的作用。 32、光敏电阻的主要参数。 33、电感式传感器常用测量电路有哪些，分别指出电路的名称。 34、真值是否能被精确测量得出准确的数值？举出你使用真值的例子。 35、某一液位传感器量程为06M，若是标准电流输出信号，其输出范围值为多少？是何单位？若量程为012M，标准电压输出信号范围值为多少？是何单位？ 36、简要说明金属应变片与半导体应变片在工作原理上的区别? 37、中间温度定律的含义及实际应用？ 38、阐述变磁阻式传感器的基本组成、各主要结构的名称、所起的作用。 39、如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？ 40、磁电感应式传感器工作原理？ 41、什么是热电效应？
5、42、热电偶测量回路串有毫伏计，该回路电势的总和是否为零？热电势主要是由哪种电势所产生的？ 43、什么是霍尔效应，画图说明。 44、某一压力传感器量程为06Mpa，若是标准电流输出信号，其输出范围值为多少？是何单位？若量程为012Mpa，标准电流输出信号范围值为多少？是何单位？ 45、传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？ 46、试说明温差电势产生的过程？ 47、Pt100和Cu50分别代表什么传感器？ 48、试说明热电偶回路的总电势和哪些因素有关？画图辅助说明。 49、中间导体定律的含义及实际意义？ 50、什么是光敏电阻的亮电阻和暗电阻？两种电阻的电阻值通常在什么范围？ 51、将热电偶
6、中间温度定律公式转换成分度表的表达形式（即公式右边每个热电势温度的下限用0来表示）。 52、什么是传感器的标定？ 53、简述应变片式传感器的工作原理。 54、试说明接触电势产生的过程？ 55、什么是灵敏度？ 56、流经光敏二极管的电流流向是何方向？有光照射时，电流发生何种变化？无光照射时，电流发生何种变化？ 57、说明变磁阻式传感器的原理？ 58、什么是超声换能器？ 59、电阻应变片在测量中，从被测量到输出量有哪些转换过程？ 60、简述应变计受环境温度的影响因素。答案一、问答题:（每题0分，共0分） 1、答：传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输出与输入的 关系称为传感器的静态特性
7、。描述传感器静态特性主要指标有：灵敏度、 线性度、迟滞。 2、答：优点是能使测量电路的灵敏度最大，进一步改善线性度；四桥臂上的应变片还能完成自补偿功能。 3、（1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； （2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量y与引起输出量增量y的输入量增量x的比值； (3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象。 (4）传感器的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化时，所得特性曲线不一致的程度。 (5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。漂
8、移包括零点漂移和灵敏度漂移等。 4、答：只要第三种导体连接端的温度相同，就可将其接入热电偶回路中；接入导体后对温度检测没有影响。 5、答：（1）（2） 6、答：可以检测力、位移和加速成度等物理量。 7、霍尔效应 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，该电势称霍尔电势，半导体薄片称霍尔元件。 8、答：输入信号为光的照度，输出量为电流。 9、当物质受到外界光线照射时，内部电子由于吸收了光子的能量而产生电子溢出物体表面的现象叫做外光电效应。红限的含义：只有光子的频率达到某一频率f0以上时，电子吸收光子能
9、量克服逸出功，获得动能才能逸出物体表面，若ff0，则无论光强多大，也不会有电子逸出。这个临界频率称之为红限频率。且满足爱因斯坦光电方程：。 10、金属应变片发生应变以后，使导体的几何尺寸发生改变，因而阻值发生变化；对半导体来说，它的电阻取决于有限数目的载流子空穴和电子的迁移。加在一定晶向上的外界应力，引起半导体能带的变化，使载流子的迁移率产生较大的变化，因而使半导体电阻率产生相应的变化。 11、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
10、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。 12、电磁流量计的工作原理是流动的流体切割磁力线而感应出电动势，再通过测电动势的方法来测流体流量，因此产生磁力线的磁场至关重要。磁场强度不但要强，而且还要恒定、均匀。通常有3种激磁方式产生磁场：直流激磁、交流激磁、恒定电流方波激磁。 13、答：光敏电阻在光照射下，电阻率变小，电导率变大。 14、答：电容量C可由极板间的介质的介电常数、两极板间的距离和两极板相互覆盖的有效面积来确定。其中极板间的介质的介电常数和两极板相互覆盖的有效面积分别C成线性关系。 15、 答：传感器输出量与输入量保持一定的函数关系，被测量与输
11、出量成单值、线性的函数关系。 16、 17、答：一般传感器的输入与输出关系呈线性规律，其灵敏度为常量。 灵敏度的表达式为 18、答：光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 19、优点：(1) 温度稳定性好(2) 结构简单(3) 动态响应好（4）可以实现非接触测量，具有平均效应 缺点：（1）输出阻抗高，负载能力差（2）寄生电容影响大 20、答：与时间相关。 21、 答：实际测量系统在相同的测量条件下，当输入量由小增大，或由大减小时，对于同一输入
12、量所得到的两个输出量的差值，称为回程误差。出现回程误差的主要原因是传感器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动等因素。 22、答：有光轴、电轴和机械轴，其中电轴和机械轴会产生压电效应。 23、一相邻桥臂安装变压器两个副边线圈，并将其反相串联在一起；相对另一相邻桥臂安装两个差动输出的电感线圈。 24、答：液位数据采集实验中所用的液位变送器是输出模拟信号。 变送器的产品铭牌标有输出信号电压15V的字样。 25、 答：电容传感元件根据变极距原理可用来制成电容测厚传感器，也可制成荷重传感器。 26、光敏电阻又称光导管，是内光电效应器件，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻器
13、以硫化隔制成，所以简称为CDS。 光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。 27、通常把两种不同金属的这种组合叫做热电偶，A、B叫做热电极，温度高的接点叫做热端或工作端，而温度低的接点叫做冷端或自由端。 28、（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性
14、能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 29、答：动态特性是指传感器在测量动态信号时，输出对输入的响应特性。 30、答：光照特性
15、；光谱特性；伏安特性；温度特性；频率特性等 31、 敏感元件是根据特定的物理效应将被测量转换后续功能单元能够接受的中间变量；转换电路经相应的信号处理将中间量变成电参量；最后经输出电路处理成标准的电信号。 32、（1）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。（2）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。 33、答：常用测量电路有交流电桥式测量电路、变压器式交流电桥和谐振式测量电路。 34、答：真值是一个理想的数值，是无法测得到的。如圆周率，其数值大小是计算得出的，而无法测出其真值。 35、答：标准
16、电流输出范围是420mA，仍为15V。 36、金属应变片发生应变以后，使导体的几何尺寸发生改变，因而阻值发生变化；对半导体来说，它的电阻取决于有限数目的载流子空穴和电子的迁移。加在一定晶向上的外界应力，引起半导体能带的变化，使载流子的迁移率产生较大的变化，因而使半导体电阻率产生相应的变化。应变片相对灵敏度系数代入得到泊松比；压阻系数；E弹性模量。对于金属丝构成的应变片，一般可改为（几何变形），k值约为2左右，半导体材料值很大，约为60170，因此对半导体材料而言，一般认为。 37、在热电偶回路中，两接点温度为T，T0时的热电势，等于该热电偶在接点T、Ta和Ta、T0时的热电势之和。其实际应用表
17、现为：只要给出自由端0时的热电势和温度关系，就可求出冷端为任意温度T0的热电偶电动势。它是制定热电偶分度表的理论基础。在实际热电偶测温回路中，利用热电偶这一性质，可对参考端温度不为0的热电势进行修正。 38、答：变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。在铁芯和衔铁有气隙，衔铁与铁芯相互之间距离的变化，会引起磁路中磁阻的变化，导致电感线圈的电感值也随之变化。所以，衔铁或铁芯的位移变化与电感线圈的电感值变化成一定的函数关系。 39、答：非线性随相对位移的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距与灵敏度、线性度相矛盾，所以变极距式电容传感器只适合小位移测量；为提高传感器的灵敏度和改
18、善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动结构。 40、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生电动式的，它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是有源传感器。 41、两种不同的金属A和B构成的闭合回路，如果将它们的两个接点中的一个进行加热，使其温度为T，而另一点置于室温T0中，则在回路中会产生热电势，这一现象称为热电效应。 42、答：根据基尔霍夫第二定律，回路电势的总和为零。热电势主要是由接触热电势产生的。 43、在霍尔元件的两端通过控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应。
19、 44、答：标准电流输出范围是420mA，仍为420mA。 45、静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 46、 温差电势（又称汤姆森电势）是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，因此，在导体两端便形成温差电势。 47、Pt100代表铂热电阻传感器，Cu50代表铜热电阻传感器。 48、与接触电势和温差电势
20、有关，总电势如图所示 49、中间导体定律：在热电偶测温回路内，接入第三种导体，只要其两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。利用热电偶进行测温，必须在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后是否会影响回路中的热电势，中间导体定律说明不会影响总体的热电势。 50、暗电阻，无光照时的电阻为暗电阻，暗电阻电阻值范围一般为0.5200M；亮电阻、受光照时的电阻称亮电阻，亮电阻的阻值一般为0.520K。 51、答：设 则根据热电偶中间温度定律可得： 52、答：标定指利用标准设备产生已知标准量，或用基准量来确定传感器输出电量与输入非电量之间关系的过程。 53、答：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件
21、在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 54、两种不同金属A和B接触时，在接触处便发生电子的扩散。若金属A的自由电子浓度大于金属B的自由电子浓度，则在同一瞬间由金属A扩散到金属B中去的电子将比由金属B扩散到A中去的电子多，因而金属A因失去电子而带正电，金属B因得到电子而带负电。由于正、负电荷的存在，在接触处便产生电场。该电场将阻碍扩散作用的进一步发生，同时引起反方向的电子转移。扩散和反扩散形成矛盾运动。 上述过程的发展，直到扩散作用和阻碍其扩散的作用的效果相同时，也
22、即由金属A扩散到金属B的自由电子与金属B扩散到金属A的自由电子（形成漂移电流）相等时，该过程便处于动态平衡，在这种动态平衡状态下，A和B两金属之间便产生一定的接触电势。 55、答: 灵敏度指输出的变化量与输入的变化量之比,即 56、答：流经光敏二极管的电流流向是反向电流，即从光敏二极管的阴极流向阳极。有光照射时，电流增加；无光照射时，电流减少。 57、铁芯与衔铁距离的变化会使磁路的磁阻发生变化，从而使自感系数发生变化。 58、超声波流量计的传感器称为超声换能器。它主要由传感元件、声楔等组成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。 59、答：被测试件受力被测试件发生弹性变形应变片电阻变化。 60、答：影响因素分为两部分：（1）敏感栅金属丝电阻本身随温度变化产生的温度误差（2）试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加形变而造成的电阻变化。