《传感器与检测技术》练习题

一、填空题1、传感器的一般定义：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。

2、标准误差的估算一般采用称贝塞尔公式，此公式为：。

3、根据测量误差的性质及产生的原因，可分为三类：系统误差、随机误差与粗大误差。

4、传感器（变送器）输出的标准信号，即国际电工委员会确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准是：4-20mADC 的直流电流信号和 1~5VDC 的直流电压信号。

5、对某一量进行一系列等精度测量，一般以全部测得值的算术平均值作为最后测量结果。

算术平均值的计算公式为：6、随机误差分布的特点是：（1）对称性、（2）抵偿性、（3）单峰性、（4）有界性。

7、修正值与误差值大小相等符号相反。

8、测量误差有以下三的表示方法：绝对误差、相对误差和引用误差。

9、在测量中作为测量对象的特定量，也就是需要确定量值的量，称为被测量。

10、从技术的层面看，检测技术研究的主要内容是测量原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。

11、在电阻应变片的桥式测量电路中，全桥电路的灵敏度是单臂电桥电路的 4 倍12、半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。

13、电感式传感器可分为：自感式传感器、互感式传感器和电涡流式传感器三类14、单一式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P54 。

15、差动式变气隙型自感式传感器的输入——输出特性可表示为： P55 。

16、电容式传感器的等效电路如图：其中R P为并联损耗电阻，R S为引线电阻，L为电容器本身的电感与外部引线电感。

17、自感式传感器的等效电路如图：其中R S为总的等效损耗电阻，C为电容，L为自感线圈自身的纯电感。

18、如图能产生压电效应的石英晶体切片，纵向轴z称为光轴，垂直于光轴的x轴称为电轴，与z轴和x轴同时垂直的y轴称为机械轴。

19、能产生压电效应的石英晶体切片沿X轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为纵向压电效应。

20、能产生压电效应的石英晶体切片沿Y轴方向施加作用力，晶体表面产生电荷，这种压电效应称为横向压电效应。

21、压电元件采用并联的连接方式，其电容是单片电容的2倍，其电荷量是单片电荷量的2倍，其电压与单片电压相等。

22、光敏电阻在不受光照射的电阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

23、光敏电阻在受光照射的电阻值称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

24、由于光照射时光敏三极管产生的光电流相当于三极管的基极电流，所以集电极电流是光电流的β倍。

因此光敏三极管比光敏二极管的灵敏度高。

25、光栅测量系统包括三大部分：光栅光学系统、实现细分、辨向和显示等功能的电子系统、相应的机械结构。

26、若热电偶两电极材料相同，则所产生的热电势为 0 。

27、若热电偶两接点温度相同，则所产生的热电势为 0 。

28、50 0C= 122 0F= 323.15 K29、过程控制系统包括：控制器、执行器、被控过程和测量变送四个基本部分。

30、频率高于20KH Z的声波称为超声波，频率低于20H Z的声波称为次声波。

31、光敏二极管在电路中处于反向工作状态。

32、把置信区间和置信概率两者结合起来称之为随机变量的置信度，即在置信区间内随机变量取值的概率。

33、在置信区间外随机变量取值的概率称为置信概率。

34、置信区间为2倍的标准误差的宽度，即σ±时，置信概率为2/3 。

35、按测量手段分类，测量方法可分为三类：直接测量、间接测量和联立测量。

36、现代信息技术的三大支柱技术是：传感器技术、通信技术和计算机技术。

二、单项选择题1、实验与理论证明：热电偶回路的总热电势主要是（B）。

A 温差电势B 接触电势C 感应电势D 霍尔电势2、莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量、位移方向具有（ A ）。

A 对应关系B 何不关联的关系C 指数规律关系D 反比例关系3、对于不同的被测量以及不同的物理量，要评定其测量精度的高低，应采用（B）来评定较为确切。

A 绝对误差B 相对误差C 引用误差D 系统误差4、在电阻应变片的桥式测量电路中，要提高灵敏度应采用（C）A 单臂电桥电路B 双臂电桥（半桥）电路C 全桥电路D 只要是电桥电路都可以5、电感式传感器的测量电路中，带相敏整流的交流电桥与变压器电桥相比较，其优点是：（ D）A 误差较小B 精度较高C 比较方便D 既能判别位移的大小又能判别位移的方向6、电涡流式传感器的优点是（C）。

A 误差较小B 精度较高C 可实现非接触式测量D 可提高分辨率7、如图的电容式传感器二极管环形电桥测量电路，其激励信号（输入信号）与输出信号分别是（C）A 直流电压、直流电压B 工频交流电压、直流电压C 数百KH Z的交流电压、直流电压D 交流电压、交流电压8、使用两个压电元件，要提高其输出电压，应采用的连接方式是（B）A 并联连接B 串联连接C 反向并联D 串、并联连接都可以9、在热电偶回路中，若中间导体两端的两端温度相同，那么接入中间导体后，热电偶回路的总热电势（A）。

A 不变B 减小C 增大D 无法预料10、如图的反射式光电传感器测转速的实验装置示意图，调制盘上有4个反射点，若频率计显示的频率为200H Z，则调制盘的转速为（）A 100转/分B 200转/分C 3000转/分D 1800转/分11、如图的AD590基本测温电路，当温度为77 0C时AD590的输出电流为350μA若电位器调节至50Ω，则输出电压为（）A 300毫伏B 0.3伏C 35伏D 0.35伏12、与热电偶的热电势有关的因素是：（D）。

A 热电偶的材料有关，接点温度无关B 热电偶的材料无关，接点温度有关C 热电偶的材料无关，接点温度无关D 热电偶的材料有关，接点温度也有关13、构成热电偶必须用（A）A 两种性质不同的导体B 电子—空穴对浓度大的半导体C 纯净的半导体D 电阻率小的金属14、用来表示检测仪器精度等级（准确度等级）的是（C）。

A 绝对误差B 相对误差C 标准偏差D 引用误差15、光栅移动一个栅距，莫尔条纹的光强变化规律也经历了一个周期，为一近似的（C）。

A 指数规律B 正比例规律C 正弦规律D 反比例规律三、简答题1、画出非电量检测系统的组成框图，并简要说明各部分的功能。

P42、什么是传感器？传感器由哪几部分组成？P26传感器是将外界信息按一定规律转换成电量的装置。

由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。

3、传感器的静态特性是什么？试列举描述传感器静态特性的三个指标（参数），并详细说明其含义。

P28~30静态特性表示测量仪表在被测物理量处于稳定状态时的输入—输出特性。

线性度：表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。

灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。

4、电阻式传感器是如何定义的？试列举一种电阻式传感器的测量电路（画出电路图，并说明其工作原理）。

电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转换成电阻值，通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。

电位器式传感器。

P35~365、常用的温度单位（温标）有哪些？请详细说明。

P118~119经验温标：根据某些物质的体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式确定的温标。

又分为华氏温标（T）和摄氏温标（t），它们的关系为T=1.8t+32。

热力学温标：是一种理想而不能真正实现的温标，它是国际单位制中7个基本物理单位之一，用符号T表示，单位是开（K），它与摄氏温度的关系为t=T-273.15。

绝对气体温标：从理想气体状态方程入手，复现的热力学温标称为绝对气体温标。

由波义耳定律有PV=RT，一定质量的气体压强（P）该气体的体积（V）普适常数（R）热力学温度（T），当气体的体积为恒定时，其压强就是温度的单值函数，即有T2/T1=P2/P1=nR/V。

国际温标：国际温标是一个国际协议温标，选择了一些纯物质的平衡态温度作为温标的基准点，规定了不同温度范围内的标准仪器，建立了标准仪器的示值与国际温标关系的补插公式，应用这些公式可以求出任何两个相邻基准点温度之间的温度值。

6、什么是测量误差？误差的表示方法有几种？误差如何分类？P9~12由于在检测过程中使用的工具本身的准确性有高低之分，检测环境等因素发生变化也会影响测量结果的准确性，使得从检测仪表获得的被测值与被测变量真实值之间会存在一定的差距，这一差距称为测量误差。

表示方法有三种：绝对误差、相对误差、引用误差。

根据测量误差的性质及产生原因，测量误差可分为三种：随机误差、系统误差、粗大误差。

7、简述随机误差的数值特征，并说明这些数值特征的意义。

P14~15用于描述随机误差分布特征的数值叫做随机误差的数值特征，随机误差的数值特征主要有两个：算术平均值和标准差。

算术平均值通常是随机误差的分布中心，可以作为等精度多次测量的结果；标准差则是分散性指标，可以描述测量数据和测量结果的精度。

8、简述热电偶工作原理。

P120热电偶工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。

热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度。

9、简述热电偶三个基本定律：均质导体定律、中间导体定律、标准电极定律。

P123~124均质导体定律：由同一种均质导体（或半导体）组合的闭合回路，不论导体（或半导体）的截面和长度如何以及各处的温度如何，都不能产生电动势。

中间导体定律：在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响。

标准电极定律：如果将导体C（热电极，一般为纯铂丝）作为标准电极，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，那么在相同结点温度（T,T0）下，任意两导体A、B组成的热电偶，其热电势可由下式求得：E AB(T,T0)=E AC(T,T0)+E CB(T,T0)。

10、简述电涡流式传感器的工作原理。

P67~6811、名词解释：（1）压电效应：(P88)某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。

当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。