传感器总复习题2012.6

总 复 习 题

第一章

1.自动检测系统的组成：信息的获取、转换、处理、输出。 2.传感器一般组成：敏感元件、转换元件、转换电路 3传感器的发展方向。1不断提高传感器的性可靠性扩大应用范围2开发新型传感器3开发传感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工艺

3.传感器静态输入-输出特性存在着非线性，通常用一条直线近逼似，该直线称为拟合直线。拟合方法：理论拟合、过零旋转拟合、断点连线拟合、端点平移拟合、最小二乘法。 4.传感器的静态特性？性能指标？用公式表征这些指标？

答：输入量不随时间变化，或者变化很慢时，传感器输出与输入的关系。

性能指标：①线性度 ②灵敏度 ③迟滞： ④重复性 ⑤精度 ⑥零点漂移 ⑦温度漂移

5.传感器的动态特性、分析方法

答：动态特性指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应，反应输出值真实再现变化着的输入量的能力。对于线性系统，其数学模型用常系数微分方程表示。

分析方法：研究其动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因及改善措施。研究从时域和频域两方面，采用瞬态响应法(对所加激励信号的响应)、频率响应法(对正弦输入信号的相应)。 6.传感器标定？标定原因？

答：在明确输入--输出变换对应的前提下，利用某种标准或标准器具对传感器进行标度成为标定。

原因：任何一种新研制或生产的传感器在制造、装配完毕后都必须进行一系列实验，对其技术性能进行全面的检定，以确定传感器的实际性能。 第二章电阻式传感器

*原理：非电量变化转换为电量变换。*应用：测形变，压力，力，位移，加速度，温度。*分类：变阻器式、电阻应变式、压阻式、热电阻式。

1. 应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应变化的现象。 灵敏系数：单位应变所引起的电阻值相对变化K0=

2.电阻应变式传感器组成。弹性元件、电阻应变片(丝式、箔式、薄膜)、测量电路

3.你所知电阻式传感器。电阻应变片式传感器；热电阻式；金属热电阻、半导体热电阻；光敏电阻式

4.常用的弹性梁有哪些? 等截面悬臂梁（结简，加工易，应变片易粘贴，灵敏度高）、等强度悬臂梁（纵向粘贴位置误差为零，不随位置发生改变）、双端固定梁（） 5.应变电阻的标准规格有：60、120、200、350、500、1000Ω。

6.应变片灵敏度小于金属电阻灵敏系数的原因：敏感栅存在横向效应。

? 横向效应：应变片的敏感栅除了有纵向丝栅外，还有圆弧或直线型的横栅。横栅部分

将纵向丝栅部分的电阻抵消了一部分，从而降低了整个电阻应变片的灵敏度。 ? 减小措施：纵栅越窄、越长，横栅越宽越短，横向效应越小。 7.应变电阻传感器的温度误差及其补偿方法。

? 温度误差：温度变化引起敏感栅阻值变化所产生的测量误差。 ? 产生原因：（1）电阻温度系数的影响；（2）试件材料和电阻丝材料线膨胀系数的影响 ? 补偿方法：⑴自补偿法 (①单丝自补偿法 ②组合双丝自补偿法)、⑵电桥补偿法 8. 应变电阻传感器的测量电路的构成：电压输出桥，直流放大器

1

9. 应变式传感器的弹性元件：柱式，悬臂式，环式，框式

10. 单臂、半桥、全桥性能的对比。单臂电桥会产生线性误差；半桥电路消除了非线性误差，使电桥输出灵敏度比单臂工作时提高一倍，同时还起到温度补偿作用。全桥电压灵敏度比单臂(/半桥)提高了4(/2)倍，非线性误差得到消除，温度补偿。

U0?(?R/R)?U/2 输出电压：U0?(?R/R)?U 11. 电阻变化：U0?(?R/R)?U/4 应变：

10.压阻效应：单晶体半导体材料在沿某一轴受外力作用时，其电阻率发生很大变化的现

象。*目前使用最多的是单晶体硅半导体。半导体压阻效应比较明显。 11.半导体电阻应变片的特点：（灵敏度高、线性度差、温度稳定性差） 分为体型、扩散型

12. 扩散型压阻式压力传感器：是在半导体基片的一定位置上扩散杂质形成的4个应变电阻。扩散型压阻式压力传感器测量电路（直流电桥）。直流电桥平衡条件：①R1R4= R2R3 ②R1/R2= R3/R4

13.我们实验用来测量气体压力用的是哪种传感器？压阻式传感器 14.压阻传感器的供电电路：恒压源（电桥输出电压受环境温度影响）、恒流源（环境温度对其无影响） 第三章

1.自感传感器的类型，电感与被测量的关系。P55

? 原理：被测量转换成自感L的变化；应用：自感式位移~、自感式压力~、 ? 变气隙式自感传感器L1： L1?L02??0W2?rrC2lC?WL3???L2?K'S?0S? 变面积式自感传感器L2： l21?l??0? 螺线管式自感传感器L3：

2.电感传感器可分为：自感传感器，互感式传感器，磁电式传感器等

2.差动变压器原理：被测量变化转换为线圈互感量变化；分类：螺管式、变隙式、变面积式；

应用：直接测位移。力、力矩、差动、振动、加速度、压变、液变

3.互感式传感器即差动变压器由初级线圈，次级线圈，铁心三部分组成，工作时，初级线圈接入激励电压电压，次级线圈产生感生电压。这种传感器的次级线圈有两个，且按同名端反向串联方式连接。

4.差动变压器电路的连接方式。次级绕组用差动形式

5.零点残余误差：差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。

产生原因：①两个二次测量线圈等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值相位同时相同。②铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能相互抵消。危害：传感器输出特性在零点附近不灵敏，限制分辨率的提高，将使线性度变坏。消除方法: ①在设计和工艺上,力求做到磁路对称、线圈对称。②采用拆圈的实验方法减小零点残余电压。③在电路上进行补偿。 6.我们做的差动变压器实验测量了什么物理量？微小位移

7.电容传感器原理：电容随面积S两平行板距离d及介电常数ε的变化而变化。典型的电容传感器中的电容通常做成平板和圆通。按测量所改变的电容量的参数分为变介电常数型。按被测位移可分为线位移和角位移；按结构可分为单一和差动。

8.类型：①变极距型电容传感器 ②变面积型电容传感器 ③变介质型电容式传感器；应用：测压力 差压 液位 振动 位移 a 成分含量

9.举例说明电容传感器的应用：(1) 电容式压差传感器(2) 电容式加速度。。 (3) 电容式振动位移传感器 (4)容栅式传感器

2

10.差动结构的传感器较单一结构的有什么优点？灵敏度提高1倍，提高线性度

11.电涡流传感器工作原理：电涡流传感器利用电涡流效应，将位移、厚度、材料损伤等非电量转换为电阻抗（电感、Q值）的变化，从而进行非电量的测量。分类（反射式、透射式涡流传感器）。

10.电涡流：当导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内产生感应电流，电流在导体内闭合。涡流穿透深度与激磁电流的频率f有关。h=

12. 电涡流传感器能测的物理量？①位移测量、②振幅测量、③厚度测量、④转速测量、⑤涡流探伤

13. 电涡流传感器的特点。测量范围大、灵敏高、结简、抗干扰能力强、可非接触测量 4.第四章光电式传感器：将非电量转换为光量，响应快，结构简单，可靠性高

1.光电效应：①外光电效应：光线作用下能使物体的电子逸出表面的现象，如光电管，光电倍增管

②内光电效应光线作用下能使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻。

③光生伏特效应光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象，光电池，光敏晶体管。

? 光电管测强光，放大了电流和噪声。光电倍增管测弱光。 ? 光电材料：氧化锌、CaSb、Ag-O-Cs、半导体

2.光敏电阻的主要参数。光敏电阻通常用于测量光的强度还是作为光开关来使用？光电开关

? 参数：①暗电阻：光敏电阻在室温下，全暗一定时间后测量的电阻，此时流过的电流

叫做暗电流。

③光电流：亮电流与暗电流只差。暗电阻越大，亮电阻越小越好。

3.光敏二极管、光敏三极管的符号，两者性能上的主要区别。

4.画出光敏二极管、光敏晶体管测光量电路。

5.选择和使用光电器件时，需要考虑器件的哪些特性。

⑴光谱特性、⑵伏安特性、⑶光照特性、⑷温度特性、⑸频率响应

6.从硅和锗二极管的光谱特性、硒和硅光电池的光谱特性，可以看出他们分别适合测什么波长范围的光信号。

? 硅光电池光谱相应峰值500nm附近；光谱相应波长400~1200nm，测红外光 ? 硒光电池光谱相应峰值800nm附近；光谱相应波长380~750nm，测可见光

7.数字式传感器：将输入量转化为数字量输出。编码器：将角位移或线位移转换为数字量，对应角度数字编码器（码盘）、直线位移编码器（码尺）。编码器分：电触式，电容式，感应式，光电式

8.光电码盘：用光电方法把测角位移转换为数字代码表示的电信号。组成：光源 柱面镜 码盘 狭缝 光电元器件

9.二进制码盘、循环码码盘的优缺点。

? 二进制码盘优点：n个码道有2^n种不同编码，容量2^n

缺点：由于微小的制作误差，只要有一个码道延后或提前刻划造成误码（粗大误差） ? 循环码码盘。优点：不存在粗大误差；缺点：它是无权码，需加译码器将循环码变成

二进制码，才能得到转角。 ? 消除粗大误差的办法。（1）双读数头法（2）循环码代替二进制码

10．电荷耦合器件的最小单元的构成。电子势阱是怎样产生的？势阱下的电荷如何实现

3

定向转移的。

11.CCD：线器件列图像器件和面型图像。

12.光栅传感器的结构：光源、透镜、光栅（主光栅和指示光栅）、光电接收元件。作用：测位移及其相关的v,a,振动，质量。分类：按形状用途①长光栅（测线位移）②圆光栅（角位移）

13.莫尔条纹的特点。（1）放大作用 （2）莫尔条纹移动与栅距成比例（3）平均效应： 通过莫尔条纹测得的位移精度比光栅本身的精度要高。这是用光栅测量和普通标尺测量的主要差别。

14.为了判别光栅的移动方向需要怎样设置光电元件。

15.主光栅与指示光栅有顺时针夹角，主光栅右右移，莫尔条纹上移，反之。逆时针夹角时，主右莫下，主左莫上。 16.采用细分技术的原因。四细分的最小分辨力是多少？四细分时四个或两个光电元件如何放置。 ? 原因：细分就是在莫尔条纹变化一周期时，不只输出一个脉冲，而是输出若干个脉冲，

以提高分辨力。 ? W/4

16.光纤传感器的原理：被测量的状态转换为可测的光信号。由光发送器，敏感元件，光接收器，信号处理系统及光纤组成。 17.光纤传感器的分类。

? 光纤在传感器中的作用分类：①功能型 ②非功能型 ③拾光型 ? 光受被测量调制的形式分类：

(a)强度调制型光纤传感器（非干涉型） (b) 偏振调制光纤传感器（同a） (c) 频率调制光纤传感器（同a） (d) 相位调制光纤传感器（干涉型） 第五章

? 磁电式传感器的理论依据：电磁感应定律，用来测震动、转速 ? 霍尔元件的工作原理：霍尔效应，用于测量位移、压力。

? 压电式传感器工作原理：压电效应，测振动，加速度等动态物理量

2.霍尔效应：将半导体薄片（N型）置于磁场B中，薄片平面与磁场垂直，在半导体两侧面通以电流 I，则在半导体另外两侧面产生电势UH 。

3.依据霍尔效应制作的传感器是什么传感器？霍尔元件的符号、电极名称。 ? 霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器 ? 符号： 电极名称:p142 ? 霍尔常数取决于载流子密度。

? 霍尔电势与半导体厚度 d 成反比：为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片

3.霍尔电势的表达式：U?1IBne?d;霍尔常数R?1RHHne，霍尔元件灵敏度KH?Hd

4.当压电元件受到外力作用时，可以等效为一个电荷源和电容的并联，或者等效为一个电源u=Q/C和一个电容C的串联。

5.压电式传感器不能测量静态：当作用在压电元件的力是静态时，则前置放大器的输入电压等于0,。因为电荷会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。这就从原理上决定了压电式传感器不能测量静态物理量

6.例举霍尔元件可测量的物理量：电流、磁场、位移、压力

7.试述电流钳的工作原理：穿过铁芯的被测电路导线就成为电流互感的一次线圈，其中通过电流便在第二次线圈中感应出电流。从而使儿媳线圈相连接的电流表便有指示——

4

UIBneUH?1neUIBne测出被线路的电流。

6.霍尔传感器测量位移的工作原理。

? 霍尔元件在某一方向上磁感应强度B线性变化的磁场中移动时，其输出UH变化反映

了霍尔元件的位移?x，利用这一原理可对位移进行电测量。 7.不等位电势的产生及其补偿。

? 不等位电势：两个霍尔元件安装时不在同一个电位面上。*消除很困难，只能补偿 ? 补偿：将霍尔元件视为一个4臂电阻电桥，不等位电势相当于电桥的初始不平衡输出

的电压，调节4臂电阻令电桥平衡，不等位电势即可为零。 8.极化：某些电介质，沿一定方向施加压力，拉力使它产生形变

9.正压电效应：某些物质在沿某一方向收到拉力或压力发生变化时，其表面会产生电荷，若将外力去掉，它们又回到了不带电荷的状态。逆压电效应：在压电材料的极化方向上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象压电材料：石英、钛酸钡、锆钛酸铅

9. 压电传感器对测量电路要求:负载电阻RL很大,才能减少放电，减少电荷的损失，减小测量误差。

10.压电传感器测量电路有：电压放大电路、电荷放大电路 11.电压放大电路在测量时存在什么问题？

? 输出电压与电缆有关。①连接电缆不能太长。否则降低传感器的电压灵敏度。②更换

电缆会带来测量误差。

第六章1.常用的金属热电阻有哪些? 它们各自的优缺点。

⑴ 铂热电阻。优点：检测精度高性能稳定，复现性好。缺点：贵金属，价格高。⑵ 铜热电阻。优点：灵敏度比铂电阻高，容易提纯、加工，价格便宜。缺点：易于氧化。（湿度小、无腐蚀场合）。（3）凯装热电阻。优点：尺寸小，响应速度快，抗振，可挠，使用方便。使用安装在复杂结构部位。 2.热敏电阻优点：温度系数比金属大 电阻率大 结构简单 机械性能好。缺点：线性度差。 2.半导体热敏电阻的种类，它们的用途。

? ①正温度系数PTC：用于彩电消磁、电气设备过热保护、发热源定温控制

②负温度系数NTC：用于自动控制及电子线路的热补偿线路中。 ③临界温度系数CTR：用于温度开关。

3．热电阻的三线制、四限制接法。其目的何在。 ? 工业用热电阻采用三线制 ? 精密测量用四线制，消除热电阻与测量仪器之间连接导线电阻的影响，还消除了测量

线路中寄生电势引起的测量误差

4.热电效应：导体或半导体材料的电阻率随温度变化的特性。

? 热电偶：两种不同金属构成的闭合回路，当两个接触端温度不同，回路会产生热电

势。

? 热电势：①两种材料的接触电势、②单一材料的温差电势、

? 热电偶冷端处理的方法有①.补偿导线法；②.热电偶冷端恒温法，③计算修正法，④冷端补偿电桥法。

? 热电势存在两个条件：①两种不同金属材料组成热电偶；②其两端存在温差。 5.热电偶的基本定律。这些定律分别解决了什么问题？ ? 匀质导体定律：衡量热电偶质量的重要指标之一 ? 中间导体定律：为测量仪表的接入提供了理论依据。

? 连接导体定律：为在工业测量温度中使用补偿导线提供理论基础。

5

7.使用补偿导线时注意问题。

? 补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。

? 补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）使用； ? 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同； ? 不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；

? 补偿导线正、负极需分别与热电偶正、负极相连； 8.AD590、LM135分别是什么器件。它们温度特性如何。

? AD59：电流输出型集成温度传感器；LM135：电压输出型集成温度传感器 。

6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8bt2.html