传感器与检测技术复习题
一、 选择填空
1、传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置（国标定义）。
2、信号调理电路的作用是对传感器输出的微弱信号进行滤波、放大、线性化等环节，以方便检测系统后续处理或显示。
3、计量是指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量。
4、测量是以确定量值为目的的一系列操作。
5、标准表是各级计量部门专门用于精确计量、校准送检样品和样机的仪表。
6、实验室表是指用于各类实验室中的仪表，它的使用环境条件较好，故往往无特殊的防水、防尘措施。 7、工业用表是长期安装使用于实际工业生产现场上的检测仪表与检测系统。有可靠的防护，能抵御恶劣的环境条件。
8、测量误差是指测量结果不能准确地反映被测量的真值而存在的一定偏差。 9、工业检测仪表（系统）常以最大引用误差作为判断其精度等级的尺度。 10、示值是指检测仪表指示或显示的数值。
11、最大引用误差是检测系统基本误差的主要形式，故也常称为检测系统的基本误差。 12、用最大引用误差百分数的分子来表示检测仪器的精度等级，精度等级用符号G表示。 13、在相同条件下，多次重复测量同一被测参量时，其测量误差的大小和符号保持不变；或在条件改变时，误差按某一确定的规律变化，这种测量误差称为系统误差。
14、在相同条件下多次重复测量同一被测参量时，测量误差的大小与符号均无规律变化，这类误差称为随机误差。
15、粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差。 16、正常的测量数据应是剔除了粗大误差的数据。 17、通常的测量结果中仅包含系统误差和随机误差。
18、按被测参量与时间的关系可分为静态误差和动态误差两大类。 19、被测参量不随时间变化时所测得的误差称为静态误差。
20、被参测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。 21、系统误差的特点是测量误差出现具有规律性，其产生原因一般可通过实验和分析研究确定与消除。
22、测量不确定度是指测量结果不能肯定的程度。
23、灵敏度是指测量系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比。
24、线性度是反映测量系统实际输出、输入关系曲线与理想直线的偏离程度，通常用最大非线性引用误差来表示。 25、重复性表示检测系统或传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
26、工程上习惯把压强称为压力。
27、以绝对真空作为参考点的压力称为绝对压力。
28、由地球表面空气层重力所形成的压力，称为大气压力。
29、以大气压力为参考点，大于或小于大气压力的压力称为表压力。 30、任意两个压力之差称为差压。
31、铂热电阻Pt100代表的含义是0度阻值＝100Ω。
32、两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等时，回路里会产生热电势，这种现象称为热电效应。。
33、压力法测量液位是依据液体重量所产生的表压力进行测量的。
34、流量是指单位时间内流体流经管道某处横截面的数量，又称瞬时流量。
35、瞬时流量通常可分为体积流量和质量流量；其相应单位分别是m3／s和kg／s。 36、在某一段时间内流体流经管道某处横截面的总量称为累积流量。 37、差压式流量计基于流体在通过设置于流通管道上的节流元件时产生的压力差与流体流量之间的确定关系，通过测量差压值求得流体流量。 38、电磁流量计的测量介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及石油制品的流量测量。 39、超声流量计既可以测量液体，也可以测量气体。
40、物位传感器根据具体用途分为液位、料位、界位传感器。
1、通常传感器由＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿三部分组成。
2、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称为＿＿＿＿＿＿效应；半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称为＿＿＿＿＿效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应。
3、螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为＿＿＿＿＿＿＿＿电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电路。
4、把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿＿效应，这个电动势称为＿＿＿＿＿＿＿电势。
5、在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称为＿＿＿＿＿＿＿＿效应；入射光强改变物质导电率的现象称为＿＿＿＿＿＿＿＿效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称为＿＿＿＿＿＿＿＿效应。
6、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称为＿＿＿＿＿＿＿传感器。
7、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应；若两金属类型相同两端温度不同，加热一端时电路中电动势E =＿＿＿。
8、传感器的输入输出特性指标可分为____________和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的____________指标，而频率响应特性是传感器的____________指标。 9、变磁阻式传感器的灵敏度与气隙的关系是气隙越小，灵敏度越____________。 10、光敏电阻的光电流是指____________与____________之差。
11、热电偶所产生的热电动势是由__________电动势和_________电动势组成。 12、磁电式传感器是利用_______________产生感应电势的。而霍尔式传感器为 _______________在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。
13、感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。 14、光栅式位移传感器有测量线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅。
二、选择题
1、迟滞特性是表示实际曲线（ ）
A偏离拟合直线的程度 B接近真值的程度 C正反行程不重合程度
次测量不重合程度
2、压电式传感器属于下列哪一类型传感器（ ）
A参量型 B发电型 C电感型 D 电容型
3.变间隙式电容传感器测量位移量时,传感器灵敏度随下列哪一因素的变小（ ）
A间隙的减小 B间隙的增大 C电流的增大 D电压的增大
4、为消除压电传感器的联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响,可采用（ ）
A电压放大器 B相敏检波器 C 电荷放大器 D滤波器 5、半导体应变片的工作原理是基于（ ）
A金属应变效应 B光电效应 C压阻效应 D热电效应 6、半导体应变片的灵敏度和电阻应变片的灵敏度相比（ ）
A半导体应变片的高 B电阻应变片的高 C二者相等 D不能确定 7、光敏电阻的光谱响应从（ ）
A紫外区到可见光区 B紫外区到红外区 C可见光区到红外区 D红外区到微波区 8、使用热电偶分度表必须满足热电偶冷端温度为（ ）
A 0℃ B –20℃ C +20℃ D +25℃ 9、两压电晶体串联后其总的电容量为（ ）
A C ' =C/2 B C ' =C C C ' =2C D C ' =3C 10、光敏电阻的响应时间除与元件材料有关外，还与（ ）。
A. 给定的偏压值有关 B.光照强弱有关 C. 元件材料 D.亮电阻有关
11、变气隙式自感法感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（ ）。
A 增加 B 减小 C 不变）
12、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（ ）外是线性的。32
A 变面积型 B 变极距型 C 变介电常数型
13、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（ ）是 线性的关系。
A 面积型 B 变极距型 C 变介电常数型
14、在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M的大小与一次侧线圈的匝数 成（ ）
A 正比 B 反比 C 不成比例
三、简答题
1、简述霍尔电动势产生的原理。1
2、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么?怎样减小和消除它的影响? 1）产生基波分量的主要原因是:传感器两线圈的电气参数和儿何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。
2）造成高次谐波分量的主要原因是:磁性材料磁化曲线的非线性，同时由于磁滞损耗和两线圈磁路的不对称，造成两线圈中某些高次谐波成分不一样，不能对消，于是产生了零位电压的高次谐波。此外，激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰，也会产生高次谐波。
3、什么是电涡流效应？
根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置十变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电祸流，以上现象称为电涡流效应。 4、在热电阻温度测量系统中，热电阻的外引线有两线制、三线制和四线制，说明原理并画电路图。
5、什么是压电效应？
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使’''r变形时，内部就产生极化现象，同时在1言的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，义重新恢复不带电状态的现象口当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。这种现象称为压电效应。 6、什么是逆压电效应(电致伸缩效应)？
当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。 7、什么是霍尔效应?霍尔电势与哪些因素有关?
1）通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势。
2）霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔系数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。
8、应变电桥的单臂电桥、半桥及全桥灵敏度有什么区别？画出电路图
9、如图所示，Rt是Pt100铂电阻，简述下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用。
10、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。
四、分析题
1、分析下图所示自感传感器，当动铁心左右移动（x1,x2发生变化）时自感L的变化情况。（已知空气气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。
2、 Pt100和Cu50各代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。
3、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。
4、用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为600℃，而冷端温度t0为65℃，则实际温度为665℃，对不对？为什么？应如何计算？
5、制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？为何霍尔元件都比较薄？ 6、霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？ 五、计算及证明题
1、用镍铬━镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电动势为 -1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少摄氏度？ 镍铬-镍硅热电偶分度表 测量端温度℃ -20 -10 -0 +0 +10 +20 0 -0.77 -0.39 -0.00 0.00 0.40 0.80 1 -0.81 -0.43 -0.04 0.04 0.44 0.84 热 2 -0.84 -0.47 -0.08 0.08 0.48 0.88 电 3 -0.88 -0.51 -0.12 0.12 0.52 0.92 动 4 -0.92 -0.55 -0.16 0.16 0.56 0.96 势 5 -0.96 -0.59 -0.20 0.20 0.60 1.00 (mV) 6 -0.99 -0.62 -0.23 0.24 0.64 1.04 7 -1.03 -0.66 -0.27 0.28 0.68 1.08 8 -1.07 -0.70 -0.31 0.32 0.72 1.12 9 -1.10 -0.74 -0.35 0.36 0.76 1.16 2、图为一直流电桥，图中E=4V，R1= R2=R3= R4=12Ω ，试求： 1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为△R1=1.2Ω时，电桥输出电压Uo=？
2） R1、R2都是金属应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出的电压Uo=？
3）题（2）中，如果R2与R1感受应变的极性相反，且△ R1= △R2=1.2Ω，电桥输出的电压Uo=? （习题3-5）
3、已知变隙式电感传感器的铁芯截面积A =1.5cm2，磁路长度l= 20cm，相对磁导率μ1 = 5000，
气隙δ０=0.5cm，△δ=士0.1mm，真空磁导率μ0=4π×10-7H/m，线圈匝数W = 3000，求单端式传感器的灵敏度△L/△δ。若将其做成差动式结构形式，灵敏度将如何变化？（习题4-8） 4、有一个以空气为介质的变面积型平板电容式传感器。其中a=8mm, b=12mm，俩极板间距离为1mm。一块极板在原始位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度K(己知空气相对介电常数为1F/m，真空时的介电常数为8.854 × 10-12 F/m )。（习题5-4） 5、1）试证明热电偶的中间导体定律。
2）将一只灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?
６、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变
时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片应变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-(E/2)(ΔR/R)。 c R2 R1
b Ucd a
R3 R4
d
E ７、已知超声波探头垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中的传播速度为工460m/s,测得时间为28μs，试求物位高度。（习题10-5）