1、精選優質文檔-傾情為你奉上傳感器期末試題整理作者：黃小勝1 什么是熱電效應？熱電偶測溫回路的熱電動勢由哪兩部分組成？由同一種導體組成的閉合回路能產生熱電勢嗎？答：1）兩種不同類型的金屬導體兩端分別接在一起構成閉合回路，當兩個結點有溫差時，導體回路里有電流流動會產生熱電勢，這種現象稱為熱電效應。2）熱電偶測溫回路中熱電勢主要是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。3）熱電偶兩個電極材料相同時，無論兩端點溫度如何變化無熱電勢產生。2 為什么熱電偶的參比端在實際應用中很重要？對參比端溫度處理有哪些方法？答： 1）實際測量時利用這一性質，可對參考端溫度不為零度時的熱電勢進行修正。2）因為熱電偶的分度表均是以

2、參考端T =0為標準的，而實際應用的熱電偶參考端往往T0，一般高于零度的某個數值，此時可利用中間溫度定律對檢測的熱電勢值進行修正，以獲得被測的真實溫度。3 解釋下列有關熱電偶的名詞：熱電效應、熱電勢、接觸電勢、溫差電勢、熱電極、測量端、參比端、分度表。答：（略）4 某熱電偶靈敏度為0.04mV/，把它放在溫度為1200處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50，試求熱電勢的大小？解：已知：熱電偶靈敏度為0.04mV/，把它放在溫度為1200處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50，則中間溫度為：1200-50=1150；熱電勢為： 0.04mV/×1150=46mV或：EAB（T,0）

3、= EAB（T,1200）+ EAB（50,0）= 1200×0.04mV/-50×0.04mV/=46mV5 某熱電偶的熱電勢在E(600,0)時，輸出E=5.257 mV，若冷端溫度為0時，測某爐溫輸出熱電勢E=5.267 mV。試求該加熱爐實際溫度是多少？解：已知：熱電偶的熱電勢E（600.0，0）=5.257 mV，冷端溫度為0時，輸出熱電勢E=5.267 mV，熱電偶靈敏度為：K = 5.257 mV/600 = 0. mV/該加熱爐實際溫度是：T= E/K = 5.267 mV/0. mV/0 = 601.147 什么是超聲波？其頻率范圍是多少？答：1）超聲波是

4、人耳無法聽到的聲波。人耳聽見的聲波稱機械波，頻率在16Hz20kHz，一般說話的頻率范圍在100Hz8kHz之間，低于20Hz頻率的波稱為次聲波，高于20kHz頻率的波稱超聲波，頻率在300MHz300GHz之間的波稱為微波。2）超聲波頻率范圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲。8 超聲波在通過兩種介質界面時，將會發生什么現象？答：當超聲波從一種介質入射到另一種介質時，在界面上會產生反射、折射和波形轉換。9什么是內光電效應？什么是外光電效應？說明其工作原理并指出相應的典型光電器件。答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發生相應的電效應（如電阻率變化、

5、發射電子或產生電動勢等）。這種現象稱為光電效應。1）當光線照在物體上,使物體的電導率發生變化，或產生光生電動勢的現象叫做內光電效應，內光電效應又分為光電導效應和光生伏特效應。入射光強改變物質導電率的物理現象稱光電導效應，典型的光電器件有光敏電阻；光照時物體中能產生一定方向電動勢的現象叫光生伏特效應，光電池、光敏晶體管。2）在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發射的現象稱為外光電效應，典型的光電器件有光電管、光電倍增管。10普通光電器件有哪幾種類型？各有何特點？利用光電導效應制成的光電器件有哪些？用光生伏特效應制成的光電器件有哪些？8.2答：（略）11普通光電器件都有哪些主要特性和參數？答

6、：光照特性；光譜特性；伏安特性；溫度特性；頻率特性等12 什么是壓電效應？什么是正壓電效應和逆壓電效應？答：某些電介質在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態；而當作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。這種現象稱為正壓電效應。如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。13石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應有何不同之處？為什么說PZT壓電陶瓷是優能的壓電元件？比較幾種常用壓電材料的優缺點，說出各自適用于什么場合？答：1）石英晶體整

7、個晶體是中性的，受外力作用而變形時沒有體積變形壓電效應，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。壓電陶瓷PZT是一種多晶鐵電體，原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理后，留下了很強的剩余極化強度，才能使其呈現出壓電特性。2）比較石英晶體、，壓電陶瓷的縱向壓電常數大的多，是它們的上百倍。所以壓電陶瓷制作的傳感器靈敏度高。常用的優能壓電陶瓷是鋯鈦酸鉛（PZT），它具有很高的介電常數，工作溫度可達250。、3）（略）14 壓電傳感器能否用于靜態測量？試結合壓電陶瓷加以說明。7.3答：1）由壓電傳感器的等效電路可見，要保證輸出信號與輸入作用力間的線性關系，只有在負載電阻較大，工

8、作頻率較高時，傳感器電荷才能得以保存補充，需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的，故壓電傳感器只能作動態測量，不宜作靜態信號測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，并給測量電路一定的電流。2）（略）15 電壓放大器和電荷放大器本質上有何不同，電荷放大器和電壓放大器各有何特點？它們各自適用于什么情況？ 7.5答：（略）16試述磁電感應式傳感器的工作原理和結構形式。6.1（略）17 什么是霍爾效應？6.4答：通電的導體（半導體）放在磁場中，電流與磁場垂直，在導體另外兩側會產生感應電動勢，這種現象稱霍爾效應。18霍爾元件常用材料有哪些？為什么不用金屬做霍爾元件材料？6.5答：

9、1）任何材料在一定條件下都能產生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件。只有半導體材料適于制作霍爾元件。又因一般電子遷移率大于空穴的遷移率，所以霍爾元件多采用N型半導體制造。2）金屬材料電子濃度雖然很高，但電阻率很小很小，使霍爾電勢很小，因此不適于做霍爾元件材料。19 霍爾元件不等位電勢產生的原因有哪些？6.6答： 霍爾電勢不為零的原因是，霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等電位面上；激勵電極接觸不良，半導體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因。20某一霍爾元件尺寸為，,，沿方向通以電流，在垂直于和的方向加有均勻磁場，靈敏度為，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。6.7解：21 試分析霍爾元件輸出接有負載時，

10、利用恒壓源和輸人回路串聯電阻進行溫度補償的條件。6.8（略）22 何謂電感式傳感器？電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點？答：電感式傳感器是一種機-電轉換裝置，電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實現非電量電測的一種裝置，傳感器利用電磁感應定律將被測非電量轉換為電感或互感的變化。它可以用來測量位移、振動、壓力、應變、流量、密度等參數。電感式傳感器種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、感應同步器。工作原理：自感、互感、渦流、壓磁。23 提高電感式傳感器線性度有哪些有效的方法。答：電感傳感器采用差動形式，轉換電路采用相敏檢波電路可有效改善線性度。24 說明產生差動電感式傳感器零位殘余電壓的

11、原因及減小此電壓的有效措施。5.4答：差動變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時，在零點附近總有一個最小的輸出電壓，將鐵芯處于中間位置時，最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。產生零點殘余電壓的主要原因是由于兩個次級線圈繞組電氣系數（互感 M 、電感L、內阻R）不完全相同，幾何尺寸也不完全相同，工藝上很難保證完全一致。為減小零點殘余電壓的影響，除工業上采取措施外，一般要用電路進行補償：串聯電阻；并聯電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量；加反饋支路，初、次級間加入反饋，減小諧波分量；相敏檢波電路對零點殘余誤差有很好的抑制作用。25 為什么螺線管式電傳感器比變間隙式電傳感器有更大的測位移范圍？

12、5.5答：螺線管式差動變壓器傳感器利用互感原理，結構是：塑料骨架中間繞一個初級線圈，兩次級線圈分別在初級線圈兩邊，鐵心在骨架中間可上下移動，根據傳感器尺寸大小它可測量1100mm范圍內的機械位移。變間隙式電感傳感器是利用自感原理，銜鐵的與鐵芯之間位移（氣隙）與磁阻的關系為非線性關系，可動線性范圍很小，因此測量范圍受到限制。26 電感式傳感器測量電路的主要任務是什么？變壓器式電橋和帶相敏整流的交流電橋在電感式傳感器測量電路中各可以發揮什么作用？采用哪種電路可以獲得理想輸出。5.6（略）27 概述變間隙式差動變壓器的結構、工作原理和輸出特性，試比較單線圈和差動螺線管式電傳感器的基本特性，說明它們的

13、性能指標有何異同？5.7（略）28 差動變壓器式傳感器的測量電路有幾種類型？試述差動整流電路的組成和基本原理。為什么這類電路可以消除零點殘余電壓？5.8反串電路和橋路兩種。29 概述差動變壓器式傳感器的應用范圍，并說明用差動變壓器式傳感器檢測振動的基本原理。5.9（略）30 什么叫電渦流效應？說明電渦流式傳感器的基本結構與工作原理。電渦流式傳感器的基本特性有哪些？它是基于何種模型得到的？5.10答：1）塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運動時，導體內部會產生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現象叫做電渦流效應。2）形成渦流必須具備兩個條件：第一存在交變磁場；第二導電體處

14、于交變磁場中。電渦流式傳感器通電后線圈周圍產生交變磁場，金屬導體置于線圈附近。當金屬導體靠近交變磁場中時，導體內部就會產生渦流，這個渦流同樣產生交變磁場。由于磁場的反作用使線圈的等效電感和等效阻抗發生變化，使流過線圈的電流大小、相位都發生變化。通過檢測與阻抗有關的參數進行非電量檢測。3）因為金屬存在趨膚效應，電渦流只存在于金屬導體的表面薄層內，實際上渦流的分布是不均勻的。渦流區內各處的渦流密度不同，存在徑向分布和軸向分布。所以電渦流傳感器的檢測范圍與傳感器的尺寸（線圈直徑）有關。4）回路方程的建立是把金屬上渦流所在范圍近似看成一個單匝短路線圈作為等效模型。31 電渦流式傳感器可以進行哪些物理量

15、的檢測？能否可以測量非金屬物體，為什么？5.11答：1）凡是能引起變化的物理量，均可以引起傳感器線圈 的變化，可以進行非電量檢測；如被測體（金屬）的電阻率，導磁率，厚度，線圈與被測體之間的距離，激勵線圈的角頻率等都可通過渦流效應和磁效應與線圈阻抗發生關系，使變化；若控制某些參數不變，只改變其中一個參數，便可使阻抗成為這個參數的單值函數。2）電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體，這是由于傳感器本身特性決定的。32 如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？答：非線性隨相對位移的增加而增加，為保證線性度應限制相對位移的大小；起始極距與靈敏度、線性度相矛盾，所以變極距式電容傳感器只適合小位移測量；為

16、提高傳感器的靈敏度和改善非線性關系，變極距式電容傳感器一般采用差動結構。33 差動式變極距型電容傳感器，若初始容量，初始距離，當動極板相對于定極板位移了時，試計算其非線性誤差。若改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差有多大？解：若初始容量，初始距離，當差動式變極距型電容傳感器動極板相對于定極板位移了時，非線性誤差為：改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差為：34 電容式傳感器有哪幾類測量電路？各有什么特點？差動脈沖寬度調制電路用于電容傳感器測量電路具有什么特點？答：變壓器電橋、雙T二極管交流電橋、差動脈沖寬度調制、運算放大器、調頻35 何為電阻應變效應？答：導體在受到拉力或壓力的外界力

17、作用時，會產生機械變形，同時機械變形會引起導體阻值的變化，這種導體材料因變形而使其電阻值發生變化的現象稱為電阻應變效應。36 什么是應變片的靈敏系數？它與金屬電阻絲的靈敏系數有何不同？為什么？答：金屬絲靈敏系數主要由材料的幾何尺寸決定的。受力后材料的幾何尺寸變化為，電阻率的變化為。而實際應變片的靈敏系數應包括基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應。雖然長度相同，但應變狀態不同，金屬絲做成成品的應變片（粘貼到試件上）以后，靈敏系數降低了。37 為什么增加應變片兩端電阻條的橫截面積便能減小橫向效應？答：敏感柵越窄，基長越長的應變片，橫向效應越小，因為結構上兩端電阻條的橫截面積大的應變片橫向效應較小。38

18、 一應變片的電阻R=120，靈敏系數k=2.05，用作應變為的傳感元件。求：和； 若電源電壓U=3V，初始平衡時電橋的輸出電壓U0。 一應變片的電阻R=120，靈敏系數k=2.05，用作應變為的傳感元件。求：和； 若電源電壓U=3V，初始平衡時電橋的輸出電壓U0。解： 39 圖3-31為一直流電橋，負載電阻RL趨于無窮。圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，試求： R1為金屬應變片，其余為外接電阻，當R1的增量為R1=1.2時，電橋輸出電壓U0=? R1、R2為金屬應變片，感應應變大小變化相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓U0=? R1、R2為金屬應變片，如果感應應變大小相反，且R1=

19、R2 =1.2，電橋輸出電壓U0=?解:40傳感器的靜態特性是什么？由哪些性能指標描述？它們一般可用哪些公式表示？答：靜態特性是當輸入量為常數或變化極慢時，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標有線性度、遲滯、重復性、分辨力、穩定性、溫度穩定性、各種抗干擾穩定性。傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來，靜特性曲線由實際測繪中獲得。人們根據傳感器的靜特性來選擇合適的傳感器。41傳感器的線性度是如何確定的？確定擬合直線有哪些方法？傳感器的線性度表征了什么含義？為什么不能籠統的說傳感器的線性度是多少。2.2答：1）實際傳感器有非線性存在，線性度是將近似后的擬合直線與實際曲線進行比較，其中存在偏差，這個最大偏差稱為傳感器的非線性誤差