1、傳感器與檢測技術課程復習題庫第一章 傳感器的基本概念 （P1-16)1、什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？它們的作用及相互關系如何？P12（P16習題1）答：傳感器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應）與檢測功能，并使之按照一定規律轉換成與之對應的有用輸出信號的元器件或裝置。傳感器由敏感元件、轉換元件和其他輔助部件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應）與被檢出被測對象的待測信息（非電量）的部分；轉換元件是指傳感器中能將敏感元件所感受（或響應）出的信息直接轉換成電信號的部分；信號調節電路是能把轉換元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路；輔助電路通常

2、包括電源，即交、直流供電系統。但并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉換元件，如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉換元件。加附圖1-1。2、什么叫做傳感的靜態特性？（筆記）答：傳感的靜態特性是傳感器在靜態信號的作用下所表現出來的特性。主要體現在如下幾個方面：（1）線性度。就是指傳感器的輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度。（2）靈敏度。是指傳感器在穩態下輸出增量與輸入增量的比值。（3）重復性。表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得其輸出特性曲線不一致性的程度。（4）遲滯現象。表明傳感器在正向行程和反向行程期間，輸出輸入特性曲線不重合的程度。（5）分辨率。是在規

3、定測量范圍內所能檢測輸入量的最小變化量。（6）穩定性。（7）漂移。是指在外界的干擾下，輸出量發生與輸入量無關的、不需要的變化。3、什么叫傳感器的動態特性？（筆記）傳感器在動態信號的作用下所表現出來的特性。4、傳感器的靜態特性有哪些性能指標？它們各自公式是什么？(P10-12、P16習題3）答：線性度：靈敏度：重復性：遲滯現象：分辨率：傳感器的分辨率是在規定測量范圍內所能檢測輸入量的最小變化量，有時也用該值相對滿量程輸入值的百分數表示。以及穩定性和漂移。5、傳感器數學模型的一般描述方法有哪些？（P16習題5）答：傳感器數學模型可分為靜態和動態數學模型。其中，傳感器靜態數學模型一般多用多項式來描述

4、，而動態數學模型通常采用微分方程和傳遞函數等來描述。第2章 電阻式傳感器 (P17-37)1、何為線繞式電位器的階梯特性？（P18-19)答：電刷在變阻器的線圈上移動時，電位器的阻值隨電刷從一圈移動到另一圈是不連續變化的，故輸出電壓Uo也不連續變化，而是階梯式地變化。每一次電壓解壓將產生一次小階躍，小階躍電壓U即為線繞式電位器實際輸出特性，工程上將其理想化為階梯狀特性曲線，這就是線繞式電位器的階梯特性。2、何謂線繞式電位器的電壓分辨率及行程分辨率？（P19）答：線繞電位器的電壓分辨率是指在電刷行程內電位計輸出電壓階梯的最大值與最大輸出電壓之比的百分數。從電位器的電刷行程來說，又有行程分辨率，即

5、是電位計輸出行程階梯的最大值與最大值輸出行程之比的百分數。3、敘述P21 圖2-7 光電式電位器的工作原理。（P21）答：如圖2-7，光電電位器的結構原理是在基體（氧化鋁）上沉淀一層硫化鎘（CdS）或硒化鎘（CdSe）光電導層，然后在基體上沉淀一條金屬導電條作導電電極，并在光電導層1之下沉積一條薄膜電阻3，并使電阻帶和導電電極5之間形成以間隙，當電刷的窄光束4照射在此間隙上時，就相當于把電阻帶和導電電極接通，在外電源E的作用下，負載電阻上便有電壓輸出；而在無光束照射時，因其暗電阻極大，可視為電阻帶與導電電極之間的斷路，這樣輸出的電壓隨著光束位置的移動而變化。4、 什么叫應變效應？（P21）答：

6、導體或半導體材料在受到外界力（拉力或壓力）作用時，產生形變，機械變形導致其阻值變化，這種因形變而使其阻值發生變化的現象稱為“應變效應”。5.什么叫做金屬絲繞式應變片的靈敏度系數？P22其物理意義是什么？P23金屬絲繞式應變片的靈敏度系數是指：單位應變所能引起的電阻相對變化即Ks。物理意義是：單位應變所引起的電阻相對變化。6. 什么叫做壓阻效應？P24 其應變片的靈敏系數是什么？P24壓阻效應：半導體材料在受到外力作用時，其電阻率發生顯著變化的現象。應變片的靈敏系數7. 金屬電阻應變片測量外力的原理是什么?（授課PPT）金屬電阻應變片測量外力的原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外界力（拉

7、力或壓力）作用時，產生機械變形，機械變形導致其阻值變化。外力正比于應力，應力正比于應變，應變正比于電阻的變化，電阻的變化正比于測量電路的輸出電壓。因而，可通過測量電路的輸出電壓指示外力的大小。8. 應變片測量電橋的非線性誤差的計算方法P27(P37習題3） 解：非線性誤差的計算9. 在應變片的測量電路中，單臂、半橋、全橋3種電路的輸出電壓及靈敏度有何關系？P26至P281. 電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，供橋電壓愈高，電橋電壓靈敏度愈高。2. 供橋電壓確定之后，當R1=R2,R3=R4時，電橋的電壓靈敏度最高。3. 當電源電壓E和電阻相對變化一定時，電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與橋

8、臂阻值大小無關。單臂、半橋、全橋3種電路的輸出電壓的倍數關系？單臂、半橋、全橋3種電路的靈敏度的倍數關系？10. P37 1.線繞電位器的負載特性在什么情況下才呈現線性特性？為什么？ 答：當電位器的負載0時，負載特性的一般形式為Y=(1+/-/)當=/,即時，Yr,與X才滿足線性關系，即線繞電位器式傳感器的負載特性為線性。第三章 電容式傳感器P38至571. 電容式傳感器可分為哪三大類型呢？P38至41答：電容式傳感器可分為:1.變極距型電容式傳感器 2.變極板面積型電容式傳感器 3.變介質型電容式傳感器。2. 差動變極距電容式傳感器有哪些優點？P43至44 差動變極距電容式傳感器的非線性誤差

9、r比單一電容傳感器的非線性誤差r1大大地降低，靈敏度也比單一的電容傳感器提高一倍，同時還能減小靜電引力給測量帶來的影響，能有效地改善由于溫度等環境影響帶來的誤差。3.畫出電容式傳感器的等效電路圖，并說明等效電路中各元件的作用。P44等效電路中各元件的作用:Rp為并聯損耗電阻，它代表板極間泄漏電阻和介質損耗；Rs代表串聯損耗，即引線電阻，電容支架和極板的電阻；電感L由電容器本身的電感和外部引線電感組成。傳感器的有效電容Ce與傳感器的固有電感L和角頻率W有關。（圖畫不了）4.敘述電容式傳感器的運輸放大器式電路的作用與特點。P47由于運算放大器的放大倍數K非常大，而且輸入阻抗很高，運算放大器的這一特

10、點可以作為電容傳感器的比較理想的測量電路。運算放大器的輸出電壓與動極板機械位移成線性關系，運算放大器電路解決了單個變極板距離式電容傳感器的非線性問題。由于實際使用的運算放大器的放大倍數和輸入阻抗總是一個有限值，所以，該測量電路仍然存在一定的非線性誤差；當放大倍數，輸入阻抗足夠大時，這種誤差是相當小的，可以使測量誤差在要求范圍之內，因此這種電路仍不失其特點。5.分析脈沖寬度調制電路的工作過程及特點，并畫出A、B、C、D點的電壓及、的波形圖。P48至50 答：1）工作過程：設傳感器為差動電容C1和C2，T=0-T=0+50%.50%.當雙穩態觸發器處于某一狀態，如Q=1，非Q=0，A點的高電位通過

11、R1對C1充電，直至C點充電電位高于參比電位Ur時，比較器A1輸出正跳變信號，此時，因非Q=0，B點為低（零）電位，電容器C2上已充電流，通過R2而放電，比較器A2的“-”端電位高于“+”端，比較器輸出負跳變，激勵觸發器翻轉，使非Q=1，Q=0,于是，B點為高電位，對C2充電：A點為低電位，C1放電，當比較器A1的“+”端電位低于A1“-”端參比電壓Ur時同，產生觸發脈沖使觸發器翻轉，如此交替激勵，觸發器兩端輸出極性相反、寬度取決于C1和C2的脈沖。 2）特點：1、不像調幅線路那樣，需對元件提出線性要求： 2、效率高，信號只要經過低通濾波器就有較大的直流輸出； 3、不需要解調器： 4、由于低通

12、濾波器的作用，對輸出矩形波純度要求不高； 5、電路結構基本上下對稱 6：周期性工作。6. 計算P41圖3-7變介質電容式傳感器的總電容，并說明該傳感器的工作原理P41?第四章電感式傳感器1、敘述變磁阻式傳感器的結構與工作原理？答：它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成鐵芯和銜鐵都由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成。在鐵芯和活動銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為。傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度發生變化，從而使磁路中磁阻變化，導致電感線圈的電感值變化，這樣可以判別被測位移的大小。2、差動自感傳感器有何優缺點？答：優點：差動式電感傳感器的非線性在+-工作范圍內要比單感傳感器小很多其靈敏度比單個線圈

13、的傳感器提高一倍。缺點：也具有一定的非線性誤差3、敘述互感式傳感器的結構和工作原理答：它由初級線圈P、兩個次級線圈S1/、S2和插入線圈中央的圓柱形鐵芯B組成，結構形式又有三段式和兩段式等之分。次級線圈S1/、S2反極性串聯。當初級線圈P加上某一頻率的正弦交流電壓U1后，次級線圈產生感應電壓為U1和U2，它們的大小與鐵芯在線圈內的位置有關。U1和U2反極性連接便得到輸出電壓U0。當鐵芯位于線圈中心位置時，則U1=U2，U0=0當鐵芯向上移動時，則U1U2，U00,M1大，M2小當鐵芯向下移動時，則U10,M1小，M2大。當鐵芯偏移中心位置時，則輸出電壓U0隨鐵芯偏移中心位置程度，使U1或U2逐

14、漸增大，當相位相差180。4、何謂差動變壓器的零點殘余電壓？零點電壓產生的原因是什么？答：實際上，鐵芯位于中心位置，輸出電壓并不為零，而是U0，U0被稱為零點殘余電壓。產生的原因有很多，不外乎是變壓器的制作工藝和導磁體安裝等問題，U0一般在幾十毫安以下。5、如何從輸出量辨別差動變壓器中鐵芯的移動方向？答：實際測量中，常常采用差動整流電路和相敏檢波電路。差動整流電路是把差動變壓器的兩個次級電壓分別整流，然后將它們整流的電壓或電流值作為輸出。無論兩個次級線圈的輸出瞬時電壓如何，流經兩個電阻R的電流總是從a到b,從c到d，故整流電路的輸出電壓為U0=Uab-Udc。當鐵芯在中間位置時，U0=0，鐵芯

15、在零位以上或以下時，輸出電壓的極性相反，于是零點殘余電壓會自動抵消。相敏檢波電路可以由流過電表的平均電流的大小和方向來判別差動變壓器的位移大小和方向。6、敘述電渦流式傳感器的結構與工作原理。答：結構有金屬板和電感線圈組成，工作原理是當通有一定交變電流的電感線圈L靠近金屬導體時，在金屬周圍產生交變磁場，在金屬表面將產生電渦流I1，根據電磁感應理論電渦流也將形成一個方向相反的磁場。在金屬導體表面感應的渦流鎖產生的電磁場又反作用于線圈L上，力圖改變線圈電感量的大小，其變化程度與線圈L的尺寸大小，距離x和密度，ur有關。結構圖7、電渦流式傳感器為何稱為電感式傳感器？答：因為電感式傳感器是利用電磁感應把

16、被測的物理量轉換成線圈的自感系數L或互感系數M的變化，再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現非電量到電量的轉換。而由電渦流式傳感器的等效電路，根據克希霍夫定律可列出如下方程：，解得當線圈與被測金屬體靠近時的線圈的等效阻抗:，由此式看到，電渦流式傳感器等效電路參數均是互感覺系數M和電感L、的函數，故把這類傳感器歸為電感式傳感器。8、電渦流式的滲透深度與傳感器線圈的激勵信號頻率的關系如何據此傳感器可分為哪兩類渦流傳感器？答：根據傳感器的端部的線圈通以交變電壓的頻率范圍為（一般為1MHz2MHz）、產生的磁通能否通過導板的厚度（即集膚效應）及其結構可分為高頻反射式和低頻透射式傳感器兩類。9、

17、舉出電渦流傳感器在機械方面應用的3個實例。答：（1）位移測量：當被測材料中的電阻率P、導磁率U、激磁頻率f確定后，等效阻抗Z只與被測件間的距離x有關，通過適當的測量電路，可以得到輸出電壓與距離x的關系。第六章？第七章1、光電效應包括哪幾種效應？各效應對應的物理器件有哪些？P131 答：光電效應包括外光電效應和內光電效應；內光電效應又分為光電導效應和光生伏特效應光電外光電效應對應的物理器件是光電管和光電倍增管；內光電效應器件：光敏電阻、光電池和光敏二極管和光敏三極管。2、敘述光電管的工作原理與過程？P131135 答：工作原理：在光線作用下，物質（光電材料）內的電子逸出物質表面向外發射。 過程：

18、光電管有真空光電管和充氣光電管兩類。兩者結構相似，它們由一個陰極和一個陽極構成，并且密封在一只玻璃管內。陰極裝在管內壁上，其上涂有光電發射材料，陽極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的中央。當光照在陰極上時，中央陽極可以收集從陰極上逸出的電子，在外電場作用下形成電流I，。其中，充氣光電管內充有少量的惰性氣體如氬或氖，當充氣光電管的陰極被光照射后，光電子在飛向陽極的途中，和氣體的原子發生碰撞而使氣體電離，從而增大了光電流。結構圖3、敘述光電倍增管的工作原理與過程？P135137 答：光電倍增管除光電陰極外，還有若干倍增電極。使用時各個倍增電極上增電極上均加上電壓。陰極電位最低，從陰極開始，

19、各個倍增電極依次升高，陽極電位最高。同時這些倍增電極用次級發射材料制成，這種材料在具有一定能量的電子轟擊下，能夠產生更多的“次級電子”。由于相鄰兩個倍增電極之間有電位差，因此存在加速電場，對電子加速。從陰極發出的光電子，在電場的加速下，打到第一個倍增電極上，引起二次電子發射。每個電子能從這個培增電極上打出36倍次級電子；被打出來的次級電子再經過電場的加速后，打在第二個倍增電極上，電子數又增加36倍，如此不斷倍增，陽極最后收集到的電子數將達到陰極發射電子數的105_108倍。即光電倍增管的放大倍數可達到幾萬倍到幾億倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管高幾萬倍以上。結構圖4、何謂光電管的暗電流？P

20、137 答：一般在使用光電倍增管時，必須把管子放在暗室里避光使用，使其只對入射光起作用；但是由于環境溫度、熱輻射和其他因素的影響，即使沒有光信號輸入，加上電壓后陽極仍有電流，這種電流稱為暗電流。5、光電阻的暗電阻、亮電阻分別是何含義？P138 文珍答：暗電阻：光敏電阻在未受到光照射時的阻值稱為暗電阻; 亮電阻：光敏電阻在受到光照射時的電阻稱為亮電阻。第八章1、什么叫做霍爾效應？P195 答：一塊半導體薄片，其長度為L，寬度為b，厚度為d，當它被置于磁感應強度為B的磁場中，如果在它相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導體另外兩邊將產生一個大小與控制電流I和磁感應強度B乘積成正比的電勢,即=IB,其中為霍爾元件的靈敏度。這一現象稱為霍