传感器试题库2013

1.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。

2.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为外光电效应，内光电效应，热释电效

应三种。

3.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。

4.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计和箔式应变计结构。

5.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。

6.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量

的变化值之比，用公式表示 k（x）=Δy/Δx 。

7.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性

度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。

8.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。

9.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。

10.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电

阻补偿法。

11.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。

12.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。

13.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内

光电效应。

14.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。

15.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以

及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2)

16.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。

17.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器

18.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k(x)=输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x

19.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变；蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有

足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。

20.应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为柱式传感器、轮辐式传感器、悬梁式传感器和

环式传感器

21.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电阻两部分组成。

22.应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计

23. 长为l 、截面积为A 、电阻率为ρ的金属或半导体丝，其电阻为：A

l R ρ

=。 24. 传感器是静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度阈值、迟滞差、稳定性（5） 25. 温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法（4） 26. 在应变计设计过程中，为了减少横向效应，可采用直角线栅式应变计或箔式应变计。

27. 光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，其中内光电效应可以分为光电导效应、光生伏特效应。 28. 应变计根据敏感元件的材料不同，可分为金属式和半导体式。 29. 应变测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。 30. 内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。 31. 光敏电阻的温度特性的公式是α=

%100)(2

121

2?--R T T R R （R 1为在一定光照下，温度为T 1时的阻值；R 2为在一定光照下，

温度为T 2时的阻值）

32. 电阻应变计，也称应变计或应变力，是一种能将机械构件上的应变的变化转换成电阻变化的传感元件。 33. 一个高阶系统的传感器总可以看成是由若干个零阶系统、一阶和二阶系统组合而成的。 34. 敏感光栅越窄，基长越长的应变计，其横向效应引起的误差越小 (大/小)。 35. 应变式传感器的基本结构通常可以分为两部分，弹性敏感元件和应变计。 36. 应变计自补偿方法包括：选择式自补偿应变计和双金属敏感栅自补偿应变计。 37. 入射光强改变物质导电率的物理现象叫做光电导效应。

38. 依据传感器的输出信号形式，传感器可分为模拟式传感器，数字式传感器。 39. 传感器线性度公式max

100%t FS

e Y ?=±

? ，其中，Y FS 表示的是传感器满量程输出平均值。 40. 两个各有G 1(s)和G 2(s)传递函数的系统串联后，如果其阻抗匹配合适，相互之间不影响彼此的工作状态，那么其传递函

数为 G(s)= G 1(s)? G 2(s) 。

41. 实验表明，金属线材的应变计实际灵敏度k 恒（＞、＜或＝）理论灵敏度系数k 0 , 其原因除了粘合剂、基片传

递变形失真外，主要原因是存在横向效应。

42. 光电倍增管是利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。它由光电阴极、若干倍增极和阳极

三部分组成。

43. 根据传感器感知外界信息所依据的基本效应，可将传感器分为三大类，分别是：物理传感器、化学传感器、生

物传感器

44. 输入逐渐增加到某一值，与输入逐渐减小到同一入值时的输出值不相等，叫做迟滞现象。迟滞差表示这种不相

等的程度。其值以满量程的输出ＹFS 的百分数表示。

45. 由于环境改变而带来的温度误差，称为应变计的温度误差，又称热输出

46. 悬臂梁作为弹性敏感原件，根据其界面形状不同，一般可分为等截面梁和等强度梁。 47. 线性度和灵敏度是传感器的静态指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。 48. 金属电阻的应变效应是金属电阻应变片工作的物理基础。

49. 测量加速度的传感器种类很多，目前使用最广泛、最普遍的是压电加速度传感器 50. 热敏电阻有三种类型，即正温度系数型、负温度系数型、临界温度系数型 51. 光

52. 传感器按工作原理分为：应变式，电容式，电感式等。 53. 传感器灵敏度定义为：()y k x x

? 54. 内光电效应分为：光电导效应和光生伏特效应。 55. 光电二极管是利用PN 结单向导电性的结构光电器件

56. 从传感器机理上来说，光纤传感器可分为振幅型和相位型两种。

57. 当某些晶体沿一定方向伸长或者压缩是，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应＿＿。 58. 温度传感器从使用上分大致可以分为接触型和非接触型两大类

59. 辐射能量的最大值所对应的波长随温度的升高想短波方向移动，用公式表达为＿＿。

60. 光强调制型光纤传感器利用（1）光纤微弯效应（2）被测信号改变光纤对光波的吸收特性（3）被测信号改变光

纤的折射率（4）两相位光纤间通过有倏逝波的耦合（5）发送光纤与接收光纤之间相对横向或纵向位移以改变接收光强五种方式来实现光强调制

61. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍

。

62. 传感器灵敏度定义为：()y k x x

? 63. 光电二极管是利用PN 结单向导电性的结构光电器件

简答题

1、什么是压电效应？压电传感器有哪些？

答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应成为压电效应。压电传感器有压电加速度传感器、压电谐振式传感器、声表面波传感器。 2、电阻应变计产生温度误差的原因是？

答：（1）敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

（2）试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一，使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

3、什么叫线性度？

其定义为: 传感器的输出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比, 称为该传感器

的“非线性误差”或称“线性度”, 也称“非线性度”。通常用相对误差表示其大小:

max100% t

=±?

4、简述温度补偿方法有哪些？:

(1)电桥补偿法。

(2)辅助测温元件微型计算机补偿法。

(3)应变计自补偿法。

(4)热敏电阻补偿法。

5、温度传感器从使用上分为什么？各自有何不同。

温度传感器从使用上大致分文接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达到测温的目的。

6、应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点:

(1)测量范围广、精度高。

(2)性能稳定可靠,使用寿命长。

(3)频率响应特性较好。

(4)能在恶劣的环境条件下工作。

(5)易于实现小型化、整体化

7、晶体的压电效应和反向压电效应的定义。

答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时,在其表面上会产生电荷(束缚电荷),这种效应称为压电效应。压电效应是可逆的,即晶体在外电场的作用下要发生形变,这种效应称为反向压电效应。

8、光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。

答：光电效应可分为：

外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。它们的光电发射极，即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。

内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。光敏电阻即属此类。

光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势。光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。

9、简述光敏电阻的特点：

灵明度高光谱响应范围宽体积小重量轻机械强度高耐冲击抗过载能力强耗散功率大寿命长

10、箔式应变计与丝式应变计相比有什么优点？

答：（1）工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀，大批量生产时，阻值离散程度小。

（2）可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长的应变计。

（3）敏感栅截面积为矩形，表面积大，散热好，在相同截面情况下能通过较大的电流。

（4）厚度薄，因此具有良好的可挠性，它的扁平状箔栅有利于形变的传递。

（5）蠕变小，疲劳寿命高。

（6）横向效营小。

（7）便于批量生产，生产效率高。

11、应变计的零漂的定义以及产生零漂的原因？

答：恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是，敏感栅通过工作电流后的温度效应，应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充分等。

12、对光电器件灵敏度的理解？

答：光电器件对辐射通量的反应成为灵敏度，也成为响应。反应用电压或电流表示，对可将光常用的有流明灵敏度和勒克斯灵敏度。

流明灵敏度Slm=光电流（A）/光通量（lm）

勒克斯灵敏度Slx=光电流（A)/受光面照度（lx）

13、什么是传感器的灵敏度

灵敏度是描述传感器的输入量（一般为电学量）对输入量（一般为非电学量）敏感程度的特性参数。其定义为：传感器的变化值和相应的被测量（输入量）的变化值之比，用公式表示为：

K（x）=输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x

14、金属式应变片和半导体式应变片在工作原理上有什么不同？

答：金属应变片是通过变形改变丝栅的几何尺寸，而它的电阻率一般不变，半导体应变片是基于压阻效应而工作的，就是说沿半导体晶轴的应变，使它的电阻率有很大的变化，从而产生电阻变化。

15、什么是电桥补偿法？

在被测试件上安装一工作应变计，在另外一个于被测试件的材料相同，但不受力的补偿件上安装一补偿应变计。补偿件于被测试件处于完全相同的温度场内。测量时，使两者接入电桥的相邻臂上，由于补偿片R B是与工作片R1完全相同的，且都贴在相同的试件上，并处于相同的温度下，这样，由于温度变化使工作片产生的电阻变化ΔR1t与补偿片的电阻变化R Bt相等，因此，电桥输出U sc与温度无关，从而补偿了应变计的温度误差。

16、简要说明光电式传感器的应用和特点:

光电传感器是将光信号转化为电信号的光敏器件，可用于检测直接引起光强变化的非电量，如光强，辐射测温，气体成分分析等，也可用于测量能转换为光量变化的其他非电量，如零件线度，表面粗糙度，位移，速度，加速度。具有非接触，相应快，性能可靠等优点。

17、什么是零漂和蠕变？

答：（1）恒定温度下，粘贴在试件上的应变计，在不承受载荷的条件下，电阻随时间变化的特性称为应变计的零漂。零漂的主要原因是，敏感栅通过工作电流后的温度效应,应变计的内应力逐渐变化，粘接剂固化不充分等。

（2）粘贴在试件上的应变计，保持温度恒定，在某一恒定机械应变长期作用下，指示应变随时间变化的特性，称为应变计的蠕变。粘合剂的选用和使用不当，应变计在制造过程中产生的内应力等，是造成应变计产生蠕变的主要原因。18、什么是光电效应？

答：半导体材料的电学特性受到光的照射而发生变化。光电效应分为外光电效应和内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

19、简述光敏电阻的结构原理。

答：光敏电阻的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值；在有光照时，党光子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子-空穴对，使电阻降低；光线越强，激发出的电子-空穴对越多，电阻值越低；光照停止后，自由电子与空穴复合，导电性能下降，电阻恢复原值。

20、简述应变计对粘贴剂的要求。

答：有一定的粘结强度。能准确传递应变。蠕变小。机械滞后小。耐疲劳性能好。具有足够的稳定性能。对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用。有适当的储存期。应有较大的温度使用范围。

21、传感器技术发展迅速的原因

答：（1）电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展

（2）政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植

（3）国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场

（4）在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺

22、温度传感器的分类？

答：温度传感器从使用上大致可分为接触型和非接触型两大类，前者是让温度传感器直接与待测对象接触，后者是使温度传感器与待测对象离开一定距离，检测从待测对象放射出的红外线，从而达到测温的目的。

23、什么是电阻应变效应？

是指金属导体的电阻在导体受力产生变形（伸长或缩短）时发生变化的物理现象。当金属电阻丝受到轴向拉力时，其长度增加而横截面变小，引起电阻增加。反之，当它受到轴向压力时则导致电阻减小

24、内光电效应分为几种，简述他们产生的原因？

光电导效应：入射光强改变是物质导电率的物理现象叫光电导效应

光生伏特效应：半导体材料吸收光能后，在PN节上产生电动势的效应。

25、为什么PN结会产生光伏特效应

光照到PN结上时，如果光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能够从低价带跃迁到导带，成为自由电子，二价带则相应成为自由空穴。这些电子-空穴对在PN结的内部电场作用下，电子被推向N区外侧，空穴被推向P

区外侧，使N区带上负电，P区带上整点。这样，N区和P区之间就产生的电位差，于是PN结两侧便产生了光生电动势。

26、什么是传递函数？在数学上的定义是什么？

答：

m m1

m m110

110

b s b s

n n

b s b

a s a s a s a

++++

（）

初始值为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

27、传感器存在灵敏度界限的原因？

答：一个是输入的变化量通过传感器内部被吸收，因而反应不到输出端上去。第二个原因是传感器输出存在噪声。28、光电管的频率响应是什么？

答：光电管的频率响应是指，一定频率的调制光照射时，光电管输出的光电流（或负载上的电压）随频率的变化关系。

29、简述压电谐振传感器工作原理。

压电谐振式感器是利用压电晶体谐振器的共振频率随被测物理量变化进行测量的

30、什么是晶体压电效应？请举例说明。

答：当某些晶体沿一定方向伸长或压缩时，在其表面上会产生电荷，这种效应称为压电效应。一些晶体当不受外力作用时，晶体的正负电荷中心相重合，单位体积中的电距等于零，晶体对外不呈现极性，而在外力作用下晶体形变时，正负电荷的中心发生分离，这是单位体积的电锯不再等于零，晶体表现出极性。另外一些晶体由于具有中心对称的结构，无论外力如何作用，晶体正负电荷的中心总是重合在一起，因此这些晶体不会出现压电效应。

31、简要分析存在灵敏度界限的原因，并举例说明。（5分）

答：一是输入的变化量通过传感器内部被吸收，反应不到输出端上去，即内部损耗了。二是传感器输出存在噪声，如果传感器的输出值比噪声电平小，就无法把有用信号和噪声分开。如果不加最起码的输入值是得不到有用的输出值的。

32、传递函数有哪些功用？（5分）

答：（1）传递函数的功用之一：在方块图中用作表示系统的图示符号。

（2）另一方面,当组成系统的各个元件或环节的传递函数已知时,可以用传递函数来确定该系统的总特性,可用单个环节的传递函数的乘积表示系统的传递函数。

（3）对于复杂系统的求解, 我们可以将其化成简单系统的组合, 其解则为简单系统解的组合。

计算题（10分）

用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计的灵敏度为5pC/g，电荷放大灵敏度为50mV/pC，当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V，试求机器的振动加速度。（g为重力加速度）

解：由题意知，振动测量系统（压电式加速度计加上电荷放大器）的总灵敏度

K=K1*K2=5pC/g*50mV/pC=250mV/g=U/a

式中U为输出电压，a为振动系数的加速度。

当输出电压为2V时，振动加速度为

a=U/K=2*10^3/250=8(g)

频率响应特性可由频率响应函数表示。设输出信号x （t ）=sin ωt L{x （t ）}=ω/s2+ω2求稳态响应。

Y （s ）=k ω/[τ(s+1/τ) (s2+ω2)] 求变换其中Φ=-arctan ωπ

稳定响应y （t ）=ksin （ωt+φ）/（1+ω2τ2）

1. 1，如图所示，设R 1为电桥工作臂，受应变时，其电阻变化为△R 1，R 2，R 3，R 4均

为固定桥臂。在起始时，电桥处于平衡状态，此时Usc=0.当有△R1时，求电桥输出电压？

答：因为)

1)(1(3

412111

34R R R R R R R R R R U Usc ++?+??=，

设n= 12R R ，起始电桥处于平衡状态，所以3412R R R R =

，略去分母中的1

1R R ?项，得1

)

1(R R n n U Usc ??+

根据上图所示，已知此电路为直流电桥，R1=1，R2=2，R3=3，求R4？根据R1R4=R2R3，得 R4=R2R3/R1=6

一、填空题（每题3分）

1、传感器静态性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性。

2、静态特性指标其中的线性度的定义是指。

3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指。

4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A ＝ΔA/Y FS ＊100％。

5、最小检测量和分辨力的表达式是。

6、我们把

叫传感器的迟滞。

7、传感器是重复性的物理含意是。

8、传感器是零点漂移是指。 9、传感器是温度漂移是指

。

10、传感器对随时间变化的输入量的响应特性叫传感器动态性。 11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有时间常数。

12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。

14、传感器确定拟合直线有切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。

16、传感器确定拟合直线端基法是将把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0作为传感器特性的拟合直线。

17、传感器确定拟合直线最小二乘法是用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法。

18、确定一阶传感器输入信号频率范围的方法是由一阶传感器频率传递函数 ω(jω)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量

结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2

,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π)。

22、传感器的差动测量方法是指若某传感器的位移特性曲线方程为y 1，让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y 2则Δy=y 1－y 2=方法称为差动测量法。

23、传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。 25、传感器的传递函数的定义是 H(S)=Y(S)/X(S) 。 26、用电位器式传感器测位移属于零阶传感器。

27、将热电偶直接插入水中测温，此传感器属于一阶传感器。

K X ?=

?CN M K =

max max

100%100%H

H F S F S H H Y Y δδ

????=±?=±?2或23100%K

F S Y δδ

δ?-=±????0

F S

100%Y Y

零漂＝max 100%

F S T Y ????　max

*100%L

F S Y Y σ??=±

28、将热电偶置于保护套后插入水中测温，此传感器属于二阶传感器。 29、幅频特性是指传递函数的幅值随被测频率的变化规律。 30、相频特性是指传递函数的相角随被测频率的变化规律。

31、传感器中超调量是指超过稳态值的最大值?A （过冲）与稳态值之比的百分数。 32、我们制作传感器时总是期望其输出特性接近零阶传感器。 33、零阶传感器的幅频特性是直线。

34、当待测频率远小于传感器的固有频率时，传感器测得的动态参数与静态参数一致。 35、当待测频率远大于传感器的固有频率时，传感器没有响应。

36、当待测频率等于传感器的固有频率时，传感器测得的动态参数会严重失真。 37、传感器是能感受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。

38、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。

41、传感器技术的共性，就是利用物理定律和物质的物理、化学及生物的特性将非电量转换成电量。 44、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为常数。

45、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

46、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 47、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 48、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

49、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 50、金属箔应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同点是金属应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同，金属丝应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属箔式应变片的灵敏度。 53、采用应变片进行测量时要进行温度补偿的原因是（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变。

55、对电阻应变式传感器常用温补方法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法三种。 59、固态压阻器件受温度影响会产生2种温度漂移是零点温度漂移和灵敏度温度漂移。 60、固态压阻器件零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）进行补偿。

61、固态压阻器件灵敏度漂移可以用在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度进行补偿。

62、直流电桥根据桥臂电阻的不同可以分成等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥。

68、仅单臂工作的直流第一对称电桥的电桥灵敏度为。 69、仅单臂工作的直流第二对称电桥的电桥灵敏度为。

70、某位移传感器，当输入量变化5mm 时，输出电压变化300mY ，其灵敏度为 60mV/mm 。 71、单位应变引起的电阻的相对变化称为电阻丝的灵敏系数。

72、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，这种现象称应变效应。 73、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。

76、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

R R

U =?4

2g E R k k

R U =??++

80、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电桥电路。

81、对第二对称电桥为了减小或消除非线性误差的方法可以采用增大桥臂比的方法。

82、为了消除温度误差可以采用半差动电桥和全差动电桥。

84、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。

85、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成反比关系。

86、移动电容式传感器动极板，导致两极板有效覆盖面积A发生变化的同时，将导致电容量变化，传感器电容改变量ΔC与动极板水平位移成线性关系。

89、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的2倍。而非线性误差转化

为平方反比关系而得以大大降低。

90、电容式传感器信号转换电路中，运放电路适用于单个电容量变化的测量，二极管环形检波电路和宽度脉冲调制电路用于差动电容量变化的测量。

93、电容式传感器有优点主要有测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、结构简单，适应性强。

99、电容式传感器主要缺点有寄生电容影响较大、当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。101、分布和寄生电容的存在对电容传感器影响是改变传感器总的电容量、使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。

104、减小分布和寄生电容的影响一般可以采取的措施有采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。

105、若单极式变极距型电容传感器采用差动式结构可以使非线性误差减小一个数量级。

107、驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，使屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压。

110、球—平面型电容式差压变送器在结构上的不同点是利用可动的中央平面金属板与两个固定的半球形状的上下电极构成差动式电容传感器。

111、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的一种传感器。

112、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的互感系数的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。

114、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种: 差动整流电路和相敏检波电路。

116、变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁3部分组成。

119、变磁阻式传感器测量电路包括交流电桥、变压器式交流电桥和谐振式测量电路。

122、差动电感式传感器结构形式主要有变气隙式、螺线管式两种。

124、差动变压器结构形式主要有变隙型、螺线管型两种。

126、差动变压器结构形式不同，但工作原理基本一样，都是基于线圈互感系数的变化来进行测量的，实际应用最多的是螺线管式差动变压器。

128、电涡流传感器的测量电路主要有调频式和调幅式两种。

130、电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。

134、电涡流传感器从测量原理来分，可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。

136、电感式传感器可以分为自感式、互感式、涡流式三大类。

139、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。

142、压电式传感器是一种典型的自发电型传感器(或发电型传感器) ，其以某些电介质的压电效应为基础，来实现非电量检测的目的。

144、压电式传感器使用电荷大器时，输出电压几乎不受连接电缆长度的影响。

145、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电荷放大器和电压放大器两种形式。

147、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，这种现象称为极化效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称电致伸缩效应。

149、压电式传感器的前置放大器两大作用是进行阻抗变换和放大信号。

152、压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。

153、电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。

160、热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电势构成，另一部分是单一导体的温差电势。 162、补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是中间温度定律。 163、常用的热电式传感元件有热电偶和热敏电阻。

165、在各种热电式传感器中，最为普遍是以将温度转换为电势或电阻变化。

167、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件，热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。

169、热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。

170、热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。

173、热电阻引线方式有三种，其中三线制适用于工业测量，一般精度要求场合；二线制适用于引线不长，精度要求较低的场合；四线制适用于实验室测量，精度要求高的场合。

175、霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差的现象。

176、制作霍尔元件应采用的材料是半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。

179、应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择霍尔元件的尺寸。

182、霍尔片不等位电势是如何产生的原因是重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上。 186、CCD 的突出特点是以电荷作为信号。 187、光纤工作的基础是光的全反射。

188、按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为光电效应传感器、红外热释电传感器、固体图像传感器和光纤传感器。 192、按照测量光路组成，光电式传感器可以分为透射式、反射式、辐射式和开关式光电传感器。 196、光电传感器的理论基础是光电效应。

198、通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三大类。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；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。

2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。

3、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。

4.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. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的（2分）

8. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。（2分）

2、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，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。

5、热电偶所产生的热电热是由两种导体的接触电热和单一导体的温差电热组成。

2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②____半导体__体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应形成的，而②的电阻变化主要是由温度效应造成的。半导体材料传感器的灵敏度较大。

3.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线

308题图性关系。假定电位器全长为Xmax ，其总电阻为Rmax ，它的滑臂间的阻值可以用Rx=

max R max

X X

?来计算。假定加在电位

器A 、B 之间的电压为Vmax ，则输出电压为Vx=max V max X X ?。

其电阻灵敏度R I =At )h b (2+ρ。电压灵敏度R U =At

)

h b (2I +ρ?。（7分）

5.磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量电流，磁场，位移，压力。（6分） 8.测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征（5分）

三、简答题（每题10分）

301、试述传感器的定义、共性及组成。

301答：①传感器的定义：能感受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；②传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；③传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。

302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。

302答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的静态特性是指它在稳态(静态或准静态)信号作用下的输入－输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。

当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。

303、简述在什么条件下需要研究传感器的动态特性?实现不失真测量的条件是什么? 303答：当输入量随时间变化时一般要研究传感器的动态特性。实现不失真测量的条件是

幅频特性: A(ω) = |H(j ω) | =A(常数) 相频特性:Φ(ω) = -ωto (线性)

304、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 304答：材料的电阻变化是由尺寸变化引起的，称为应变效应。

应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

306、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善?

306、答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。

308、试说明如图所示的应变式加速度传感器的工作原理。

308答：测量时，根据所测振动体加速度的方向，把传感器固定在被测部位。当被测点的加速度沿图中箭头a 所示方向时，悬臂梁自由端受惯性力F=ma 的作用，质量块向箭头α相反的方向相对于基座运动，使梁发生弯曲变形，应变片电阻发生变化，产生输出信号，输出信号大小与加速度成正比。

309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2，两边压力分别为F1、F2。图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电

容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。试分析： (1)当两边压力相等F1＝F2时负载电阻RL 上的电压Uo 值； (2)当F1＞F2时负载电阻RL 上的电压Uo 的大小和方向(正负)。 309、解：

310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。

310答：当初始状态时，液面高度h=0,则

02ln

r C π

ε=

，当液面高度为h 时，则

由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。

311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?

311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。

变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。

变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。

变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。

313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？

313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量Co 。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。

323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应?

323答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。

沿石英晶体的x 轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。沿石英晶体的y 轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为"横向压电效应"。

324、压电元件在使用时常采用n 片串联或并联的结构形式。试述在不同联接下输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合?

324答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了n 倍，电容量也增加了n 倍，输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。

串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的1/n ，输出电压增大了n 倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。

325、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。

第333题图

327题图纵向效应型加速度传感器的截面图

A B O 点 LA LB

地面

L 329题图

325答:传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出的电荷成正比，电缆电容的影响小。

326、为什么压电式传感器通常用来测量动态或瞬态参量？

326答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。

327、试说明图示的纵向效应型加速度传感器的工作原理。

327答：当传感器感受振动时，因为质量块相对被测体质量较小，因此质量块感受与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力，此力为F=ma 。同时惯性力作用在压电陶资片上产生电荷为 Q=d33F=d33ma

此式表明电荷量直接反映加速度大小。

328、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。

328答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。石英晶体受外力作用而变

形时，产生压电效应。

压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定

温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。

压电陶瓷的压电系数比石英晶体大得多(即压电效应更明显) ，因此用它做成的压电式感器的灵敏度较高。但其稳定性、机械强度等不如石英晶体。

329：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O 发生漏水，则在管道上A 、B 两点放两只压电传感器，应能检测到漏水处的位置。试说明其工作原理。

329答：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O 发生漏

水，水漏引起的振动从O 点向管道两端传播，在管道上A 、

B 两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O

点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA 或LB 。两者时间差为 Δt= tA －tB=（LA －LB ）/v 又L=LA +LB ，所以

330、试说明压电传感器电荷放大器中所说的“密勒效应”是什么意思？

330答： “密勒效应” 是说，将压电传感器电荷放大器中反馈电容与反馈电阻CF 、RF 等效到A0的输入端时，电容CF 将增大（1＋A0）倍。电导1/RF 也增大了（1＋A0）倍。

332、热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？

332答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。（2）A ：补偿导线法B ：冷端温度计算校正法C ：冰浴法D ：补偿电桥法。

333、试说明如图所示的热电偶三线制测温时，是如何消除连接导线电阻r 带来的测温误差的。 333答：当电桥平衡时，可写出下列关系式，即

由此可以得出

设计电桥时如满足R1=R2则图中右边含有r 的项完全消去，这种情况下连线阻r 对桥路平衡毫无影响，即可以消除热电阻测量过程中r 的影响。但必须注意，只有在对称电桥(R1=R2的电桥) ，且只有在平衡状态下才如此。 2

2v t L L v t L L B A ??-=

??+=

第334题图

334、试说明如图所示的热电偶四线制测温时，是如何消除连接导线电阻r 带来的测温误差的。

334答：由恒流源供给已知电流I 流过热电阻R ，使其产生压降u ，再用电位差计测出u ，便可利用欧姆定律得

此处供给电流和测量电压分别使用热电阻上四根导线，尽管导线有电阻r ，但电流在导线上形成的压降r·I 不在测量范围之内。电压导线上虽有电阻但无电流，因为电位差计测量时不取电流，所以四根导线的电阻r 对测量均无影响。四线制和电位差计配合测量热电阻是比较完善的方法，它不受任何条件的约束，总能消除连接导线电阻对测量的影响，当然恒流源必须保证I 稳定不变，而且其值的精确度应该和R1的测量精度相适应。

335、热电阻传感器主要分为哪两种类型?它们分别应用在什么场合?

335答: (l)铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。

(2)铜电阻传感器：价钱较铅金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铅电阻稍低、电阻率小。

336、要用热电偶来测量两点的平均温度，若分别用并联和串联的方式，请简述其原理，指出这两种方式各自的优缺点是什么?

336答：在并联方式中，伏特表得到的电动势为2个热电偶的热电动势的平均电动势，即它已经自动得到了2个热电动势的平均值，查表即可得到两点的平均温度。该方法的优点：快速、高效、自动，误差小，精度高。缺点：当其中有一个热电偶损坏后，不易立即发现，且测得的热电动势实际上只是某一个热电偶的。

在串联方式中，伏特表得到的电动势为环路中2个热电偶的总热电动势，还要经过算术运算求平均值，再查表得到两点的平均温度。该方法的优点:当其中有一个热电偶损坏后，可以立即发现；可获得较大的热电动势并提高灵敏度。缺点：过程较复杂，时效性低，在计算中，易引入误差，精度不高。

337、请简单阐述一下热电偶与热电阻的异同。

337答：热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温，作用相同，都是测量物体的温度、精度及性能都与传感器材料特性有关。但是他们的原理与特点却不相同。热电偶是将温度变化转换为热电动势的测温元件，热电阻是将温度变化转换为电阻值变化的测温元件。热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电动势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电动势由两种电动势组成：温差电动势和接触电动势。温差电动势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电动势，不同的导体具有不同的电子密度，所以他们产生的电动势也不相同，而接触电动势是指两种不同的导体相接触时，因为他们的电子密度不同而产生的一定的电子扩散，当它们达到一定的平衡后所形成的电动势。接触电动势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及它们接触点的温度。另外，热电偶的电信号需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线称为补偿导线。热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点有很多：可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好。但是其需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。热电阻不需要补偿导线，而且比热电偶便宜。

338、采用热电阻测量温度时，常用的引线方式主要有哪几种?试述这几种引线方式各自的特点及适用场合。 338答：热电阻常用的引线方式主要有：两线制、三线制和四线制。

两线制的特点是结构简单、费用低，但是引线电阻及其变化会带来附加误差。主要适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。

三线制的特点是可较好地减小引线电阻的影响，主要适用于大多数工业测量场合。

四线制的特点是精度高，能完全消除引线电阻对测量的影响，主要适用于实验室等高精度测量场合。

339、什么是光电效应和光电器件?常用的光电器件有哪几大类?

339答：所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为光电器件。

常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。

340、试解释外光电效应器件和内光电效应器件各自的工作基础并举例。

340答：外光电效应器件的工作基础基于外光电效应。所谓外光电效应，是指在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。相应光电器件主要有光电管和光电倍增管。

343题图：光电元件的应用形式之一 (a) 被测物是光源(b)被测物能吸收光通量

344题图：光电元件的应用形式之一

(c)被测物是有反射能力的表面(d)被测物遮蔽光通量

1一被测物2一光电元件3一恒光源 345题图霍尔式位移传感器的磁路结构示意

内光电效应器件的工作基础是基于内光电效应。所谓内光电效应，是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象，它可分为光导效应和光生伏特效应。内光电效应器件主要有光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏晶体管。

341、什么是光电式传感器?光电式传感器的基本工作原理是什么?

341答：光电式传感器(或称光敏传感器) 。利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、电流、电阻等)的装置。光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的，即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。

342、霍尔电动势与哪些因素有关?如何提高霍尔传感器的灵敏度?

342答：霍尔电动势与霍尔电场EH 、载流导体或半导体的宽度b 、载流导体或半导体的厚度d 、电子平均运动速度u 、磁场感应强度B 、电流I 有关。

霍尔传感器的灵敏度KH =

d ned R

。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形。又因为霍尔元件

的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。

343、试分别说明右下图的二种光电式传感器的工作原理。

343答：①光辐射源本身是被测物如图 (a) ，被测物发出的光通量射向光电元件。这种形式的光电传感器可用于光电比色高温计中，它的光通量和光谱的强度分布都是被测温度的函数。

②恒光源是白炽灯(或其他任何光滑、)见图 (b) ，光通

量穿过被测物，部分被吸收后到达光电元件上。吸收量决

定于被测物介质中被测的参数。例如，测量液体、气体的透明度、混浊度的光电比色计。

344、试分别说明右下图的二种光电式传感器的工作原理。 344答：(c)被测物是有反射能力的表面(d)被测物遮蔽光通量。恒定光源发出的光通量到被测物，见图 (c)，再从被测物体表面反射后去封到光电元件上。被测体表面反射条件决定于表面性质或状态，因此光电元件的输出信号是注测非

电量的函数。例如，测量表面光洁度、粗糙度等仪器中的传感器等。

（d ）从恒光源发射到光电元件的光通量遇到被测物，被遮蔽了一

部分，见图（d ）。由此改变了照射到光电元件上的光通量。在某

些测量尺寸或振动等仪器中，常采用这种传感器。

345、试说明图示的霍尔式位移传感器的工作原理。

345答：在极性相反、磁场强度相同的两个磁钢气隙中放置一块霍尔片，当控制电流恒定不变时，则磁场在一定范围内沿x 方向的变化率 dB/dx 为一常数，如图(b)所示。

当霍尔元件沿x 方向移动时，霍尔电势的变化为式中K 一一霍尔式位移传感器输出灵敏度。由上式可知，霍尔电势与位移量x 成线性关系，并且霍尔电势的极性反映了元件位移的方向。实践证明，磁场变化率越大，灵敏度越高;磁场变化率越小，则线性度越好。H 式还表示当霍尔元件位于磁钢中间位置时，即x=0时，UH=0，这是由于在此位置元件同时受到方向相反、大小相等的磁通作用的结果。基于霍

尔效应制成的位移传感器一般可用来测量 1-2 mm 的小位移，其特点是惯性小，响应速度快。

346、试说明图示的霍尔压力传感器的工作原理。

346答：作为压力敏感元件的弹簧管，其一端固定，另一端安装霍尔元件。当输

入压力增加时，弹簧管伸长，使处于恒定磁场中的霍尔元件产生相应位移，霍尔元件的输出即可反映被测压力的大小。

351、什么是霍尔效应?为什么说只有半导体材料才适于制造霍尔片?

351答：当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。霍尔电动势：

霍尔电动势与霍尔电场EH 、载流导体或半导体的宽度b 、载流导体或半导体的厚度d 、电子平均运动速度u 、磁场感应强度B 、电流I 有关。

霍尔传感器的灵敏度KH =

d ned R

。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形。又因为霍尔元件

的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。

四、计算题

361、一台精度等级为0.5级、量程范围600~1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格？

361解：根据精度定义表达式A= \* MERGEFORMAT △A/ YF.S ×100%，并由题意已知：A=0.5%，YF.S=（1200—600）℃，得最大允许绝对误差

A=A.YF.S=0.5%×（1200—600）=3℃

此温度传感器最大允许绝对误差为3℃。检验某点的最大绝对误差为4℃，大于3℃，故此传感器不合格。

363、某玻璃水银温度计微分方程式为40

dQ dt +2Q0=2×10-3 Qi ，式中为水银柱高度（m ）；Qi 为被测温度（℃）。试确定该

温度计的时间常数和静态灵敏度系数。

363解：该温度计为一阶传感器，其微分方程基本形式为1

00dY

a a Y

b X dt +=，此式与已知微分方程比较可知时间常数与静态

灵敏度系数，即：

103

3004

210102

m C

a s a

b K a τ--==?===

364、某压电式加速器计动态特性可用下述微分方程描述；

2310102 3.010 2.251011.010q dq q a t dt ?+?+?=??，式中q 为输出电荷量（PC ）；a 为输入加速度（m/s2 ）. 试确定该加速度计的静态灵敏度系数K 值；测量系统的固有振荡频率ω0 及阻尼比数ξ。

364解：该加速度计为二阶传感器，其微分方程基本形式为：

221002Y dY a a a Y b X t dt ?++=?

此式与已知微分方程式比较可得：

静态灵敏度系数K=0

0b a =11.0×1010 /2.25×1010 =4.89pC/（m/s2 ）

固有振荡频率W0 =

500

2.25* 1.5/1

1010rad s

===?

计算题365题图

0.707

2 1 ωτ

0.1

B /A

l 13R R

阻尼比ξ=31

02 3.0100.01

22 2.25101

=??

365、已知某一阶传感器的传递函数ω（p ）=1/（τp+1），τ=0.001s 。求该传感器输入信号工作频率范围。

365解：由题目可知该一阶传感器的频率传递函数ω（j ω）=1/（1+j ωτ）,幅频特性

B/A=|ω(j ω)|=1/2

1+(j )ω 。曲线如图所示。由图可知当B/A>0.707时输出信号失真较

小，测量

结果比较精确，故取此范围为工作段。则

B =

又ωτ=1，即ω=1/τ=2*f 故

f =

所以输入信号工作范围0~159Hz 。

366、已知某温度计测量范围0~200℃。检测测试其最大误差△Ymax=4℃，求其满度相的误差，并根据精度等级标准判断精度等级。

366解：YFS=200－0=200 由A=ΔA/YFS ＊100％有 A ＝4/200＊100％＝2％。精度特级为2.5级。

367、检定一台1.5级刻度0~100Pa 压力传感器，现发现50Pa 处误差最大为1.4Pa ，问这台压力传感器是否合格？ 367解：根据精度定义表达式：A ＝ΔA/AyFS*100%,由题意可知：A ＝1.5％，YFS ＝100 所以 ΔA ＝A YFS ＝1.5 因为 1.4＜1.5 所以合格。

368、检验一台量程为0~250mmH2O 的差压变送器，当差压由0上升至100 mmH2O 时，差压变送器读数为98 mmH2O ；当差压由250 mmH2O 下降至100 mmH2O 时差压变送器读数为103 mmH2O ，问此仪表在该点迟滞（变差）是多少？ 368解：Δhmax ＝103－98＝5 YFS ＝250－0＝250

故δH ＝Δhmax/YFS*100%＝2% 故此在该点的迟滞是2％。

369若一阶传感器的时间τ=0.01s ，传感器响应幅值差在10%范围内，此时ωτ最高值为0.5，试求此时输入信号的工作频率范围？

369解：因为传感器响应幅值差值在10％以内，且W τ≤0.5，W ≤0.5/τ，而w=2πf, 所以 f=0.5/2πτ≈8Hz

即传感器输入信号的工作频率范围为0∽8Hz

372、如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4m2，弹性模量 E=2×1011N/m2，若有F=5×104N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试求该应变片的灵敏度系数？ 372解：由题意得应变片电阻相对变化量△R/R=1/100。

根据材料力学理论可知：应变ε =σ/E （ σ为试件所受应力， σ =F/S ），故应变 ε =F/S·E=5×104/0.5×10-4×2×1011=0.005 应变片灵敏度系数

K=△R/R/ ε =1/100/0.005=2

373、一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁上、下面各贴两片相同的电阻应变片

F F R 1 R 3

R 2 R 4 计算题374题图 F

F R 1 R 3

R 2 R 4 计算题375题图（K=2）如图（a ）所示。已知l=100mm 、b=11mm 、t=3mm ，E=2×104N/mm2。现将四个应变片接入图（b ）直流桥路中，电桥电源电压U=6V 。当力F=0.5kg 时，求电桥输出电压UO=？

373解：由图（a ）所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下面各两片。当重力F 作用梁端部后，梁上面R1和R3产生正应变电阻变化而下表面R2和R4则产生负应变电阻变化，其应变绝对值相等，即 ε1= ε 3=│- ε 2┃=┃- ε 4┃ 电阻相对变化量为

△R1/R1=△R3/R3=┃-△R2/R2┃ =┃-△R4/R4┃=△R/R=K· ε 现将四个应变电阻按图（b ）所示接入桥路组成等臂全桥电路，其输出桥路电压为 UO=U?*△R/R=K ε?*U

=K?*ε?*6Fl/bt2E

=2×6×（6×0.5×9.8×100）/（11×32×2×104） =0.0178=17.8mv

374、采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图（a ）所示，力F=1000kg 。圆柱断面半径r=1cm ，杨氏模量E=2×107N/cm2，泊松比μ =0.3。求（1）画出应变片在圆柱上贴粘位置及相应测量桥路原理图；（2）各应变片的应变ε =？电阻相对变化量△R/R=？ 374解：（1）按题意采用四个相同应变片测力弹性元件，贴的位置如图374（a ）所示。 R1、R3沿轴向受力F 作用下产生正应变 1＞0， ε 3＞0； R2、R4沿圆周方向贴则产生负应变 ε 2＜0， ε 4＜0。

四个应变电阻接入桥路位置入图（b ）所示。从而组成全桥测量电路可以提高输出电压灵敏度。（2） ε1＝ε 3＝σ/E ＝F/(SE)＝1000×9.8/（2×3.14×12×2×107）＝1.56×10－4＝156 μ ε ε2＝ ε4＝－ μ F/SE ＝－0.3×1.56×10－4 =－0.47×10－4＝－47 μ ε

△R1/R1＝△R3/R3＝k1 ε ＝2×1.56×10－4 =3.12×10－4 △R2/R2＝△R4/R4＝－k2 ε＝-2×0.47×10－4＝-0.94×10－4

375、采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图（a ）

所示，力F=1000kg 。圆柱断面半径r=1cm ，杨氏模量E=2×107N/cm2，泊松比μ =0.3。应变片在圆柱上贴粘位置及相应测量桥路原理如图所示，若各应变片的应变为ε1＝ε 3＝156 μ ε， ε2＝ε4＝－47 μ ε，

（1）若供电桥压U=6V ，求桥路输出电压UO ＝？

（2）此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。 375解：

（2）此种测量方式可以补偿环境温度变化的影响。因为四个相同电阻应变在

同样环境条件下，感受温度变化产生电阻相对变化量相同，在全桥电路中不影响输出电压值，即故

376、采用四个性能完全相同的电阻应变片（灵敏度系数为K ），将其贴在薄壁圆筒式压力传感元件外表圆周方向，弹性元件周围方向应变，

312412012341211(1)()()42R R R R R R U U U

R R R R R R ??????=-+-=-441(3.12100.9410)6 1.222mV --=?+??=12341234t t t t t

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