传感器复习试题.docx

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1、传感器复习题1.1. 什么是传感器按国标定义，“传感器”应假设何说明含义答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理局部总称为传感器。我们对传感器的定义：一种能把特定信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义的角度来对传感器定义是：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件。我国国家标准（GB7665-87）对传感器的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。定义说明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出：传感器的输出与

2、输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。1.2. 传感器有哪几局部组成试述它们的作用及相互关系。答：1）组成：由敏感元件、转换元件、根本电路组成。（2）关系及作用：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取及检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号。其作用于地位特别重要1.4. 传感器假设何分类按传感器检测的范畴可分为哪几种答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理传感器、化学传感器、生物量传感器三大类，含12个小类。按照传感器的检测对象可分为：力

3、学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。1.7. 请列举出你用到或者看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器,应该出现哪种状况（答案非标准，自己看着写即可。）答：11）烟雾报警器，水位报警，温度报警，湿度报警；烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而到达报警目的。（2）声光控开关一一控制电灯的亮和灭。在没有安装其他开关的情况下，会造成电灯常亮或者常灭状态；在安装其他开关的情况下，要人去翻开或关闭开关，电灯才能照明或息灭。（3）电冰柜一一控制冰箱内的温度是否需要继续制冷。如果没有传感器将会导致冰箱内部温度继续单级制冷，会导致冰箱内的东西冻坏，乃至冰箱

4、损坏。2.1、 传感器的静态特性是什么由哪些性能指标描述答：静态特性是当输入量为常数或者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。传感器的静态特性由其静态特性曲线反映出来。静态特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静态特性来选择适宜的传感器。2.2、 传感器线性度是假设何确定确实定拟合直线有哪些方法答：（1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进展比照，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度。（2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度（理论拟合）；端基线性度（端点连线拟合）；独

5、立线性度端点平移拟合）；最小二乘法线性度。（3）线性度/是表征实际同学与拟合直线不吻合的参数。（4）传感器的非线性误差是以一条理论直线作为基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统的提出线性度，当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。2.3、 传感器动态特性的主要技术指标有哪些他的意义是什么答：（1）传感器动态特性主要有：时间常数t；固有频率a1；基尼系数（2）含义：t越小系统需要到达稳定的时间越少；固有频率口越高响应曲线上升越快；当为常数时响应特性取决于阻尼比阻尼系数J越大，过冲现象减弱，当。1时，无过冲，不存在震荡基尼比直接影响过冲量和振荡次数。dv2.

6、5、有一温度传感器微分方程为30+3y=015x,其中y为输出电dt压（mv）,X为输入温度（C）,试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。解：对微分方程两边进展拉氏变换，Y（s）（30s+3）=0.15X（S）则该传感器系统的传递函数为：该传递函数的时间常数t=10,灵敏度k=0.0526、有一温度传感器，当被测介质温度为t1,测温传感器显示为t2时可用以下方程表示：t=t2+Mdbd).当被测介质温度从25C突然变化到300时。测温传感器的时间常数TO=I20s,试求经过350s后该传感器的动态误差。解：动态误差由稳态误差暂态误差组成，先求稳态误差：对方程两边去拉氏变换得：Tus)=T1(S)

7、ToST1(S)则传递函数为：=T1(x)ToS+1对于一阶系统，阶跃输入下的稳态&=0误差，再求暂态误差：当t=350s时，暂态误差为：e(t)=(300-25)350/120=14.88oC故所求动态误差为:e=&+e=14.88oC3、何为电阻应变效应假设何利用这种效应制成应变片答：导体在受到拉力或压力的外界作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。当外力作用时，导体的电阻率夕，长度/,截面积S都会发生变化，从而引起电阻值R的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。3.2、 什么是应变片的灵敏系数它

8、与金属电阻丝的灵敏系数有何不同为什么答：金属丝灵敏系数左。主要由材料的几何尺寸决定的，受力后材料的几何尺寸变化为(1+2)，电阻率的变化为(A/7/夕)e,而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及灵敏栅的横向效应，虽然长度一样，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片(粘合剂试件上)以后，灵敏系数降低了。3.4、 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同半导体应变片灵敏系数范围是多少金属应变片灵敏系数范围是多少为什么有这种差异，说明其优缺点。举例说明金属电阻丝应变片与半导体应变片的一样的和不同点。答：金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利

9、用半导体材料的压阻效应，金属电阻丝的灵敏系数可近似写为：k0=1+2幺，即左。15-2;半导体灵敏系数近似为：ko（7/p）1=延50-IOOo3.5、 一应变片的电阻R=120Q,灵敏系数k=205,用作应变为800m/相传感元件。求：/?和AH/R；假设电源电压u=3V,初始平衡时电桥的输出电压UOo3.6、 在以钢为材料的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Q的金属应变片R1和R2（如图328a所示），把这两应变片接入电桥（见图328bb）。假设钢的泊松系数4=0.285应变片的灵敏系数K=2,电桥电源电压u=2V,当试件受轴向拉伸时,测得应变片RI的电阻变化值AR=04

10、8试求：向应变；电桥的输出电压。4.1、 假设何改善单级式变极距型电容传感器的非线性答：非线性随相对位移A5/S的增加而增加，为保证线性度应限制相对位移的大小；起始极距抗与灵敏度、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善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动构造。4.2、 为什么高频工作时的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变化答：低频时容抗XC较大，传输线的等效电感1和电阻R可忽略。而高频时容抗XC减小，等效电感和电阻不可忽略，这时候在传感器输出端相当于一个串联谐振，有一个谐振频率/o存在，当工作频率o谐振频率时，串联谐振阻抗最小，电流最大，谐振对

11、传感器的输出起破坏作用，使电路不能正常工作，通常工作频率IOMHZ以上就要考虑电缆线等效电感的影响。4.4、电容式传感器有哪几类测量电路各有什么特点差动脉冲宽度调制电路用于电容传感器测量电路具有什么特点（前2问）答：（书本51页）1（1）交流不平衡电桥；（2）二级管环形检波电路；（3）差动脉冲宽度调制电路；（4）运算法测量电路；2（1）非平衡电桥的根本原理是通过桥式电路来测量电阻,根据电桥输出的不平衡电压,再进展运算处理,从而得到引起电阻变化的其它物理量,如温度、压力、形变等；（2）书本56页；（3）书本57页；（4）估计在57页底部。5.1、 何谓电感式传感器电感式传感器分为哪几类各有何特点

12、答：电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化，它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。电感式种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。工作原理：自感、互感、涡流、压磁。5.2、 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。答：电感式传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。5.4、说明产生差动电感式传感器零位剩余电压的原因及减小此电压的有效措施。答：差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压AU。，铁芯处

13、于中间位置时，最小不为零的电压称为零点剩余电压,产生零点剩余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感M、电感1、内阻R）不完全一样，几何尺寸也不完全一样，工艺上很难保证完全一致。为减小零点剩余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进展补偿:串联电阻：并联电阻，电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；加反响支路，初、次级间参加反响，减小谐波分量；相敏检波电路对零点剩余误差有很好的抑制作用。5.10、什么叫电涡流效应说明电涡流式传感器的根本构造与工作原理。电涡流式传感器的根本特性有哪些它是基于何种模型得到的答：1）块状金属导体属于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体

14、内部会产生一圈圈闭合的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中，电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就好产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场，由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化，通过检测与阻抗有关的参数进展非电量检测。3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的外表薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的，涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸线圈

15、直径）有关。4）回路方程的建设是吧金属上涡流所在范围内、近似看成一个单匝短路线圈作为等效模型。5.1K电涡流式传感器可以进展哪些物理量的检测能否可以测量非金属物体，为什么答：1）是能引起R八1八M变化的物理量，均可以引起传感器线圈心的变化，可以进展非电量的检测；如被测体（金属）的电阻率夕，导磁率，厚度d,线圈与被测体之间的距离X,鼓励线圈的角频率W等都可以通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z发生关系，使Ri、1变化；假设控制某些参数不变,只改变其中一个参数，便可使阻抗Z成为这个参数的单值函数。2）电涡流传感器不可以直接测量非金属物体，这是由于传感器本身特性决定的。6.1、 试述磁电感应式传感器的工作原理和构造形式。答：工作原理：根据电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线，线圈内产生感应电动势e,e的大小与穿过线圈的磁通中变化率有关。构造形式：变磁通式和恒磁通式两种构造型式6.4、 什么是霍尔效应答：通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。6.5、 霍尔元件常用材料有哪些为什么不用金属做霍尔元件材料答：1）任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件，只有半导体材料适于制作霍尔元件，又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型半导体制造。2）金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率