传感器与检测技术总复习

填空：1•传感器是把外界输入的非电信号转换成（电信号）的装置。

2•传感器是能感受规定的（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。

3. 传感器一般由（敏感元件）与转换元件组成。

（敏感元件）是指传感器中能直接感受被测量的部分（转换元件）是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。

4. 半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的（压阻效应）。

5. 半导体应变片与金属丝式应变片相比较优点是（灵敏系数）比金属丝高50~80 倍。

6. 压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其（电阻率p ）发生变化的现象。

7. 电阻应变片的工作原理是基于（应变效应）,即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。

8. 金属应变片由（敏感栅）、基片、覆盖层和引线等部分组成。

9. 常用的应变片可分为两类：（金属电阻应变片）和（半导体电阻应变片）。

半导体应变片工作原理是基于半导体材料的（压阻效应）。

金属电阻应变片的工作原理基于电阻的（应变效应）。

10. 金属应变片有（丝式电阻应变片）、（箔式应变片）和薄膜式应变片三种。

11. 弹性敏感元件及其基本特性：物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为（变形）,而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为（弹性变形）。

12. 直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K J下降，这种现象称为（横向效应）。

13. 为了减小横向效应产生的测量误差，现在一般多采用（箔式应变片）。

14. 电阻应变片的温度补偿方法1）应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片（称之为温度自补偿应变片）来补偿的，应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿）。

15. 产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。

1）（电阻温度系数）的影响2）试件材料和电阻丝材料的（线膨胀系数不同）的影响16. 写出三种能够测量加速度的传感器（电阻应变片式传感器）（电容传感器） （压电传感器）17. 根据电容式传感器工作原理可以将电容传感器分成三类 （变介电常数型）、变面积型和（变极距型）优点是散热条件好，允许通过的电流较大，可制成各种所需的形状，便于批量生产。

（X ）2. 单臂电桥，顾名思义就是只有一个应变片的测量电路就是单臂桥，相反就不是 单臂（X ）3. 直流电桥平衡条件是其相邻两臂电阻的比值应相等。

（V ）4. 电容传感器因为极板间添加的是绝缘物质所以不能测量导电性液体 （）5. 压电陶瓷与天然晶体是具有相同性质的压电效应的压电材料。

（X ）6. 压电陶瓷极化后才具有压电特性，未极化时是非压电体。

（V ） 选择： 1. 演示位移传感器的工作原理如右图示， 物体M 在导轨上平移时，带动滑动变阻 器的金属滑杆p ,通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小 x 。

假设电压 表是理想的，则下列说法正确的是（ ）A 物体M 运动时，电源内的电流会发生变化B 物体M 运动时，电压表的示数会发生变化C 物体M 不动时，电路中没有电流D 物体M 不动时，电压表没有示数 2. 下列不属于按输出信号分类的传感器是（B ）A 开关型传感器B 能量转换型传感器C 模拟型传感器D 数字型传感器3. 应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择以下哪种 类型的测量转换电路。

（C ）A.单臂半桥B.双臂半桥C.差动全桥D.有温度补偿的单臂桥 4. 按照工作应变片的个数分类的是（C ）A.直流电桥B.对称桥C.差动全桥D.电源对称桥 5. 通常用应变式传感器测量（C ）。

A 温度 B 密度 C 加速度 D 电阻 6. 测量温度不可用传感器（B ）。

A.热电阻 B.热电偶 C.电阻应变片 D.热敏电阻 7. 下列属于按被测量分类的传感器是 （D ）18.电容传感器测量液位时的电容值 c 与（液位高度h 成线性）关系，所以可以用 作液位传感器_Ri19.交、直流电桥的平衡条件是什么 R1R4=R2R R2 判断： R 4金属电阻应变片的敏感栅有丝式、 箔式和薄膜式三种。

其中丝式电阻应变片的A温度补偿应变片B压电传感器C模拟传感器D重量传感器8. 下列加速度传感器的那个部分是敏感元件其中，1是等强度梁2是质量块3 外壳4应变片（A）2 41—等强度梁；2^质量块3—壳体；4—电阻应变敏感元体A .1 和2 B. 3 C .2 D.1BA. 25~200mmB. 25~200 卩mC. 25~200nmD. 25~200cm9. 云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于1000 kV/mm,而空气仅为3 kV/mm因此有了云母片，极板间起始距离可大大减小。

一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在20~100pF之间，极板间距离在25~200卩m的范围内。

最大位移应小于间距的（B 1/10），故在微位移测量中应用最广。

A. 1/5B. 1/10C. 1/20D. 1/210. 在压电片的x方向施加压力时，以下选项正确的是（A ）A在X轴的正方向出现正电荷；B在X轴的正方向出现负电荷；C在Y轴的正方向出现正电荷D在Y轴的正方向出现正电荷11. 那些材料适合做霍尔元件（C ）A绝缘材料B金属材料C N型半导体D P型半导体大题：1. 应当指出，若要实现完全补偿，上述分析过程必须满足以下4个条件：①在应变片工作过程中，保证R3=R4②R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数a、线膨胀系数B、应变灵敏度系数K和初始电阻值Rd③粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。

④两应变片应处于同一温度场。

2. 金属电阻应变片的材料对电阻丝（敏感栅）材料应有如下要求：①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②P值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；④与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；⑤机械强度高，具有优良的机械加工性能。

3. 电阻应变片的测量电路测量电路的分类：按工作应变片个数来分：1）、单臂电桥2）、双臂电桥（差动半桥）3）、全桥（差动全桥）讨论：单臂电桥、双臂电桥、全桥谁的灵敏度最高1. 测量电路的灵敏度---单臂电桥U oE R i 4 R i当R 仁R2=R3=R #，电桥电压灵敏度最高，此时有: 测量电路的灵敏度 双臂电桥（差动半桥） 当R 仁R2=R3=R #，电桥电压灵敏度最高，此时有: K UE R ,2 R, 测量电路的灵敏度—全桥（差动全桥） UoUo E £KU 当R 仁R2=R3=R 时，电桥电压灵敏度最高，此时有： 4.克服非线性误差方法：差动测量电路为了减小和克服非线性误差, 电桥如图所示，在试件上安装两个工作应变片， 接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路， 常采用差动 一个受拉应变，一个受压应变, 所示 o 如图 (a)o o(b) （a ） （a ）半桥差动电桥（b ）全桥差动电桥 5、 应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差， 称为应变片的温度误差。

产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。

产生温度误差的原因：1）电阻温度系数的影响2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同的影响 1.电阻应变片的温度补偿方法：1） 应变片的自补偿法：应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿） 2） 桥路补偿法（线路补偿）①在应变片工作过程中，保证R3=R4②R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数a、线膨胀系数B、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0b③粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。

④两应变片应处于同一温度场。

7. 今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如下图所示。

该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=,试求此时这四个应变片的电阻值。

已知：应变片灵敏系数K=;应变片空载电阻R0=120Q o8. 电容式传感器的工作原理和结构平板电容器，由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑C（边缘）效应，其电容量为：9. 变介电常数型电容传感器概述：测量液位高度2. 当动极板沿长度方向平移△ x时，电容相对变化量为这种形式的传感器其电容量C与（水平位移厶x ）呈线性关系1. --------------------------------------- 变面积型电容式传感器角位移型结构简单，没有可动部分，电容值1. 变面积型电容式传感器c与液位高度h（成线性关系）C o a动极板定极板可以看出，传感器的电容量C与（角位移B ）呈线性关系p1. 测量电路电容传感器的等效电路（自学） 减小误差的方法：1） 减小温度、湿度等变化所产生的误差，保证绝缘材料的绝缘性能 2） 消除和减小边缘效应（p83）3） 消除和减小寄生电容的影响（p83）1.对于变极距型电容传感器采用运算放大器测量电路时的输出电压与 （极板间距离d ）成线性关系。

1.压电元件受力后,（表面电荷与外力成正比关系） 1.（压电陶瓷制作传感器灵敏度比压电晶体高）1.压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，材料的内部晶粒有许多自发极化的 （电畴），他有一定的极化方向。

逆压电效应 1.压电效应是可逆的在介质极化的方向施加电场时，电介质会产生形变，将电能转化成机械能，这种 现象称（逆压电效应）.2. 所以压电元件可以将机械能一一转化成（电能）也可以将电能一一转化成机械1.涡流效应原理： 闭合铁芯（或一大块导体）处于交变磁场中，交变的（磁通 量）使闭合铁芯（或一大块导体）中产生感应电流，形成（涡电流。

1.d g d o1.变极距型电容传感器为了提高灵敏度 却随着d0的减小而增大。

1.怎样减少非线性误差在实际应用中， 米用（差动式结构）。

,应减小起始间隙 为了提高灵敏度, 1.差动测量法灵敏度得到一倍的改善线性度得到改善d o100%dO ,但（非线性误差） 减小非线性误差，大都 d d o100%22d o2•假如铁芯（或导体）是纯铁（纯金属）的，则由于电阻很小，产生的涡电流很大，电流的（热效应）可以是铁（或金属）的温度达到很高的，甚至是铁（或金属）的熔点，使铁熔化。

3. 导体的外周长越长，交变磁场的（频率越高），涡流就越大1.发射线圈①1和接收线圈①2分别放在被测材料G的上下低频（音频范围）电压el加到线圈3 1的两端后,在周围空间产生一交变磁场,并在被测材料G中产生涡流，此涡流损耗了部分能量，使贯穿3 2的磁力线减少,从而使3 2产生的感应电势e2减小。