传感器期末复习题及答案

传感器期末复习题及答

案

Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

传感器复习题

1变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（B）。

A 正比关系

B 反比关系

C 无关系

2、下列不属于电容式传感器测量电路的是（ D）

A．调频测量电路 B．运算放大器电路

C．脉冲宽度调制电路 D．相敏检波电路

3、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（ C ）

A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上

B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C．周围环境温度变化

D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配

4、下面不属于不等位电势U0产生原因的是（ C ）。

A、霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；

B、半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或几何尺寸不均匀；

C、元件由金属或绝缘体构成；

D、激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。

5、关于霍尔传感器说法不正确的是（ A ）

A、霍尔片越厚，霍尔传感器输出灵敏度越大

B、霍尔片越薄，霍尔传感器输出灵敏度越大

C、霍尔传感器可以作测量元件

D、霍尔传感器可以作开关元件

6、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（ B ）

A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同

B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同

C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变

D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半

7、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（ C ）原理。

A. 磁阻效应

B. 压阻效应

C. 正压电效应

D. 逆压电效应

8、在运算放大器放大倍数很大时，压电传感器输入电路中的电荷放大器的输

出电压与（ A ）成正比。

A．输入电荷 B.反馈电容

C．电缆电容 D.放大倍数

9、石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（ D ）

A．不产生压电效应 B. 产生逆向压电效应

C. 产生横向压电效应 D．产生纵向压电效应

10、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ A ）

A．与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变

B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压增大1倍

C．与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍

D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变

11．下列光电器件中，基于光电导效应工作的是（ B ）

A．光电管 B．光敏电阻

C．光电倍增管 D．光电池

12、封装在光电隔离耦合器内部的是（D）

A．一个发光二极管和一个发光三极管

B．一个光敏二极管和一个光敏三极管

C．两个发光二极管或两个光敏三极管

D．一个发光二极管和一个光敏三极管

13、光电二极管工作是需（ B ）

A、加正向工作电压

B、加反向工作电压

C、不需加电压

D、正、反电压都可以

14、有关光敏电阻的描述，正确的是（ A ）

A、暗电阻大

B、亮电阻大

C、一样大

D、无法比较

15、基于外光电效应的光电器件有（ A ）

A、光电倍增管

B、光电池

C、光敏电阻

D、发光二极管

16、利用内光电效应原理制成的光电元件是（ D ）。

A．光电管 B．光电倍增管

C．光电池 D．光敏电阻

17、下列器件中是基于外光电效应制成的是 C 。

A 光敏电阻

B 光电池

C 光电倍增管

D 光敏晶体管

18光敏电阻的特性是（ D ）

A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小

C．无光照时暗电流很大D．受一定波长范围的光照时亮电流很大

19、基于光生伏特效应工作的光电器件是（ C ）

A ．光电管 B.光敏电阻

C ．光电池 D.光电倍增管

1.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，这种现象称霍尔效应，这个电动势称为霍尔电势。外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。

2.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为正压电效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称逆压电效应。

3.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应；入射光强改变物质导电率的现象称光电导效应；半导体材料吸收光能后在PN 结上产生电动式的效应称光生伏特效应。

4.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，这种现象称热电效应；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 =0。

5、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。

6、热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A T

T B

A 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ?+-。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。

7、压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。

8、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量增加。

9. 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零点残余电压；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）可采用相敏检波电路。

1．什么是霍尔效应霍尔电势与哪些因素有关

在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。

2．什么叫做热电动势、接触电动势

热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。

接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。

3什么是压电效应什么是正压电效应和逆压电效应

某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应

4．比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处简述其各自的特点。

霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。

磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。

磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。

5传感器的静态特性是什么由哪些性能指标描述

静特性是当输入量为常数或变化极慢时，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。

6. 何为电阻应变效应怎样利用这种效应制成应变片

导体在受到拉力或压力的外界力作用时，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ρ、长度l 、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。

7.传感器各部分代表什么含义

①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器：能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,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。

④变送器：能输出标准信号的传感器

8什么是应变片的灵敏系数它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同为什么

金属丝灵敏系数0k 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(12)μ+，电阻率的变化为()//ρρε?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。虽然长度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。

9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别，说明其优缺点。举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。

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

012k μ≈+，即0 1.52k ≈～；半导体灵敏系数近似为 ()0//k E ρρεπ≈?=≈50～100。

10如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性

非线性随相对位移0/δδ?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0δ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结构。

11何谓电感式传感器电感式传感器分为哪几类各有何特点

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。

电感式传感器种类：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。

1某一霍尔元件尺寸为10L mm =， 3.5b mm =, 1.0d mm =，沿L 方向通以电流1.0I mA =，在垂直于L 和b 的方向加有均匀磁场0.3B T =，灵敏度为22/()V A T ?，试求输出霍尔电势及载流子浓度。

解：

2.在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2（如图所示），把这两应变片接入电桥。若钢的泊松系数0.285μ=，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R1的电阻变化值10.48R ?=Ω。试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。

解1：

1）11

/R R k ε?= 则轴向应变为：

2）电桥的输出电压为：

解2：

3.设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V ， R1=R2=R3=R4=100Ω。

（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为△R1=Ω时，试求电桥的输出电压Uo 。

（2）R1，R2都是应变片，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，试求电桥的输出电压Uo 。

（3）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为△R1=△R2=Ω，但极性相反，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo 。

解：

（1）V R R R R R R R R E U 01.0)(433211110≈??

????+-+?+?+= （2）0)()(4332211

110=??????+-?±+?±?±=R R R R R R R R R E U （3）当R1受拉应变，R2受压应变时：

当R1受压应变，R2受拉应变时：

4.如图所示自感传感器当动铁心左右移动时自感L 变化情况（已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S ，磁导率为μ，线圈匝数W 不变）。 解：动铁心不移动时，10212x b W L δμ=，20

222x b W L δμ=，b 为铁心厚度。 则总的自感)(222210

220210221x x b W x b W x b W L L L +=+=+=δμδμδμ （1）动铁心左移x ?时，x x x ?-=1'1，x x x ?+=2'2

则)(22102'102'

1x x b W x b W L ?-==δμδμ，)(22202'202'2x x b W x b W L ?+==δμδμ 所以L x x b W x b W x b W L L L =+=+=+=)(2222102'202'102'

2'1'δμδμδμ （2）同理，当动铁心右移x ?时，x x x ?+=1'1，x x x ?-=2'2

由上可知，无论动铁心怎么左右移动，自感L 是不变的。

5已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数2k =）, 将其粘贴在梁式测力弹性元件上，如图所示。在距梁端0l 处应变计算公式为

设力100F N =，0100l mm =，5h mm =，20b mm =，52210/E N mm =?。求：

①说明是一种什么形式的梁。在梁式测力弹性元件距梁端0l 处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应的测量桥路原理图；②求出各应变片电阻相对变化量；③当桥路电源电压为6V 时，负载电阻为无穷大，求桥路输出电压U 0是多少

解：

①梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个； ②5202;100;100;5;2;210/k F N l mm h mm b mm E N m ======? ③060.072R V U V R ?=?

=桥路电压6时,输出电压为： 6差动式变极距型电容传感器，若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动

极板相对于定极板位移了0.75mm δ?=时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大

解：若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动极板相对于定极板位移了0.75mm δ?=时，非线性误差为：

改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差为：

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