传感复习题部分答案

简答和计算题3．超声波的波型有几种是根据什么来分类的答：超声波的波型有纵波、横波、表面波（亦称瑞利波）、兰姆波。

依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分。

4.简述电容式传感器的工作原理。

答：两平行极板组成的电容器，其电容量为 c=sє/d。

当被测量的变化使式中的任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。

电容式传感器检测被测量的变化，并将其转化为电容量的变化，通过测量电路又转化为电压量或是电流量的变化，从而测量出被测量的大小。

5.什么是应变效应什么是压阻效应什么是横向效应答：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应。

压阻效应：对半导体施加一定的应力时，其电阻率产生变化的现象；横向效应：应变片由于纵向应变和横向应变的影响，电阻值减小。

6.试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。

答：相同点：在一定条件下能改变自身的物理性质，并且将其转变成电阻的变化。

不同点：材料不同，灵敏度不同。

半导体基于压阻效应，也就是受到压力时其电阻值会发生变化，但半导体应变片的灵敏系数比金属应变片要大很多，用于大信号输出的场合，但是机械强度低，受温度影响大。

金属应变片机械轻度高，灵敏度低，成本也低。

8单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。

答：为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。

比单臂工作时灵敏度提高一倍，同时具有温度补偿的作用。

9. 涡流式传感器的主要优点是什么电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量答：优点：能对位移，厚度，表面温度，速度，应力，材料损伤等进行非接触式连续测量，具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用广泛。

10. 寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。

试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。

金属壳体，专用屏蔽线11.简述电容式传感器的优缺点。

电容式传感器测量电路的作用是什么答：优点：温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可以实现非接触测量具有平均效应。

缺点：输出阻抗大，负载能力差，寄生电容较大。

12.简述正、逆压电效应。

能否用压电传感器测量静态压力为什么串联连接和并联连接的特点各是什么答：某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时，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，当外力去掉时，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。

反之，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，变形随之消失，称为逆压电效应。

并联形式，其输出电容C΄为单片电容C的两倍，但输出电压U’等于单片电压U，极板上电荷量q’为单片电荷量q的两倍，串联形式，输出的总电荷q’等于单片电荷q，而输出电压U΄为单片电压U的二倍，总电容C΄为单片电容C的一半。

13.说明霍尔效应的原理霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。

设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。

答：一个金属（导体）薄片或半导体薄片，当在它的两端通过控制电流I并且同时在薄片的垂直方向上加上磁感应强度为B的磁场时，在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势U H，这种现象叫做霍尔效应。

灵敏度和厚度有关，厚度越小，灵敏度越高，但是考虑到厚度对其他因素的影响，厚度不是越小越好。

能来测量位移、转速等。

液位控制系统原理，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。

当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。

14.磁敏式传感器与电感式传感器有何不同答：磁敏式传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成。

而电感式传感器是一种机电转换装置，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。

15.什么是热电势、接触电势和温差电势答：两种不同的导体或半导体A 和B 组合成闭合回路，若导体A 和B 的连接处温度不同，则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种电动势叫做热电动势，是由接触电势和温差电势组成。

接触电势：在不同金属的接触面形成的电位差，温差电势在单一导体因为两端的温度不同而产生的电动势。

16. 说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。

试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。

现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温。

其冷端温度为30℃，动圈显示仪表(机械零位在0℃)指示值为400℃，则认为热端实际温度为430℃，对不对答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。

根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。

二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。

它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。

三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。

只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。

四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t 、t 0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t 、t n 和t n 、t 0时的相应热电动势的代数和。

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。

热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。

这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合；二是补偿导线法。

将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)。

根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。

修正公式为：)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法。

不对。

17. Pt100和Cu50分别代表什么传感器分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。

答：Pt100表示0℃时电阻为100欧姆，Cu50表示0℃时电阻为50欧姆。

18. 试比较热电阻与热敏电阻的异同。

答：均能制成温度传感器，热电阻材料是金属，热敏电阻材料是半导体，热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，其热电特性是线性的；半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多，适于在-100℃～300℃之间测温，其热电特性是非线性的。

19. 什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。

在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。

当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。

根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类。

21、哪些传感器可选作小位移传感器22、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么涡流式传感器能否测量大位移量为什么答：优点：能对位移，厚度，表面温度，速度，应力，材料损伤等进行非接触式连续测量，体积小，结构简单，不怕油等介质污染。

涡流传感器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。

23、电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量答：厚度，表面温度，速度，应力。

24.电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移若能测量理由是什么不能测量理由是什么应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。

答：电涡流传感器不能测量塑料物体移动的位移，因为检测对象错误。

塑料不能产生涡流，要在塑料上加装金属材质的物体。

25.压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么答：加速度传感器要通过质量块把加速度转换为力作用在压电片上26、某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径，工作初始极板间距离，介质为空气。

问：（1）如果极板间距离变化量，电容的变化量是多少答：c=εs/d（2）如果测量电路的灵敏度，读数仪表的灵敏度（格／mV）在时，读数仪表的变化量为多少27.画出传感器系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。

答：传感器由敏感元件，转换元件，和测量电路组成。

敏感元件是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，转换元件是将非电量直接转换为电量的器件，测量电路是将输出的电量变成便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路。

度效应，简述产生这种现象的原因。

答：①环境温度变化时，由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在，引起应变片电阻相对变化；②环境温度变化时，敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同，应变片产生附加的拉长(或压缩)，引起电阻的相对变化。

29.如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路，图中1为玻璃盘，2为镀金层，3为金属膜片，介绍其工作原理。

答：电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成。

两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极，夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极。

当两边压力相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等，转换电路输出U0＝0；当P1＞P2(或P2＞P1)时，膜片弯向右侧(或左侧)，Cdb＜Cab(或Cab＞Cdb)，U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号。

35什么是粗误差粗误差可以通过什么手段来消除答：如果由于刻划误差等原因，某一较高位提前或延后改变，就会造成粗误差。

消除粗误差的方法有双读数头法；循环码代替二进制码。

36. 什么是中间温度定律什么是中间导体定律使用K型热电偶，基准接点为0°C，测量接点为30°C和900°C时，温差电动势分别为和。

试计算当基准接点为30°C，测温接点为900°C时温差电动势。

(1) 中间温度定律热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为T、T n和接点温度分别为T n、T0时的相应热电动势的代数和。

(2) 中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。