传感器技术复习

《传感器技术》复习题
1、自动测控系统由哪几部分组成？
一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。

2、自动测控系统通常可分为开环与闭环两种自动测控系统。

3、传感器的定义是什么？
能感受规定的被测量并按照一定的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。

4、画出传感器组成框图并说明各部分的作用。

敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；
转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。

5、传感器的特性与技术指标是什么？
1）静态特性：传感器的静态特性主要由下列几种技术指标来描述。

（1）线性度：传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。

（2）灵敏度：传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。

（3）重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。

（4）迟滞现象：传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。

（5）分辨力：在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量。

（6）稳定性：稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。

（7）漂移：在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。

2）动态特性：（1）阶跃响应特性（2）频率响应特性
6、传感器的静态数学模型
7、传感器静态数学模型有三种有用的特殊形式： 1)理想的线性特性
2)仅有偶次非线性项
3)仅有奇次非线性项
8、传感器的动态数学模型 1） 微分方程
2）传递函数
y =a 0+a 1x +a 2x 2+…+a n x n
+++=55331x a x a x a y
+++=44221x a x a x a y x
a y 1=x
b dt
dx
b dt x d b dt x d b y a dt dy a dt y d a dt y d a m m m m m m n n n n n n 0111101111++++=++++------ 0
11011)()()(a s a s a b s b s b s X s Y s H n n n n m m m m ++++++=
=----
9、当T为100℃，T0为0℃时，鉻合金—铂热电偶的E（100℃，0℃）=+3.13mV，铝合金—铂热电偶E（100℃，0℃）为-1.02mV，求鉻合金—铝合金组成热电偶的热电势E（100℃，0℃）。

解：设鉻合金为A，铝合金为B，铂为C。

即E AC（100℃，0℃）=+3.13mV
E BC（100℃，0℃）=-1.02mV
则E AB(100℃,0℃)=+4.15mV
10、热力学温度（T）和摄氏温度（t）的换算公式为
t(℃)=T（K）-273.15K
11、热电偶测温基本电路
（b）表示两个热电偶并联测量两点平均温度
（c）为两热电偶正向串联测两点温度之和
（d）为两热电偶反向串联测量两点温差
12、热电偶绝缘套管怎样选择？
热电偶的工作端被焊接在一起，热电极之间需要用绝缘套管保护。

通常测量温度在1000℃以下选用粘土质绝缘套管，
在1300℃以下选用高铝绝缘套管，
在1600℃以下选用刚玉绝缘套管。

13、集成温度传感器按输出量不同可分为哪几类？
集成温度传感器按输出量不同可分为：电流型、电压型和频率型（输出信号为振荡信号，其频率随测量温度而变化）三大类。

14、热敏电阻可分为几种类型？
热敏电阻可分为三种类型，即：正温度系数（PTC）热敏电阻、负温度系数（NTC）热敏电阻、在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器（CTR）。

15、电阻应变片的测量电路有哪几种？
a-半桥式(单臂工作);b-半桥式(双臂工作) c-全桥式(双臂工作) d-全桥式(四臂工作)
16、弹性敏感元件的特性
1）刚度2）灵敏度3）弹性滞后4）弹性后效5）固有振荡频率
17、电阻应变片的分类
a—丝绕式（u型）；b—短接式（H型）；c—箔式；d—半导体应变式
18、根据平板电容器的原理，电容传感器分为（变极距型、变面积型、变介电常数型）
19、电容式传感器测量电路有哪几种？
a—单臂接法；b—差动接法；c---二极管双T网络d---充放电脉冲电路e--运算放大器电路
20、电感传感器的基本原理是什么？常用的有几类
电感传感器的基本原理是电磁感应原理。

利用电磁感应将被测非电量（如压力、位移等）转换成电感量的变化输出。

常用的有自感式和互感式两类。

21、什么是光电效应？
光电元件的理论基础是光电效应
外光电效应：光照射于某一物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。

逸出来的电子称为光电子。

（光电管和光电倍增管）
内光电效应：光照射于某一物体上，使其导电能力发生变化，这种现象称为内光电效应，也称光电导效应。

（光敏电阻、光敏二极管和光敏晶体管）
光生伏打效应：在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏打效应。

（光电池）
22、光电元件的特性
1）光照特性2）光谱特性3）伏安特性4）频率特性5）温度特性6）响应时间
23、气体传感器的性能必须满足哪些条件？
气体传感器的性能必须满足下列条件：
（1）能够检测并能及时给出报警、显示与控制信号；
（2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感；
（3）性能稳定性、重复性好；
（4）动态特性好、响应迅速；
（5）使用、维护方便，价格便宜。

在汽车中应用的哪些气体传感器？
控制燃空比，需用氧传感器；
控制污染，检测排放气体，需用CO、NOx、HCl、O2等传感器；
内部空调，需用CO、烟、湿度等传感器。

24、对于污染环境需要检测的气体有SO2、H2S、NOX、CO、CO2等，因为需要定量测量，宜选用电化学气体传感器。

25、湿度是指物质中所含水蒸气的量，目前的湿度传感器多数是测量气氛中的水蒸气含量。

通常用绝对湿度、相对湿度和露点（或露点温度）来表示。

26、含水量检测有哪些方法？
通常将空气或其它气体中的水分含量称为“湿度”，将固体物质中的水分含量称为“含水量”。

1）称重法：将被测物质烘干前后的重量GH 和GD 测出，含水量的百分数便是：
2）称重法：固体物质吸收水分后电阻变小，用测定电阻率或电导率的方法便可判断含水量。

3）电容法：水的介电常数远大于一般干燥固体物质，因此用电容法测物质的介电常数从而测含水量相当灵敏，造纸厂的纸张含水量便可用电容法测量。

4）红外吸收法：水分对波长为1.94μm 的红外射线吸收较强，并且可用几乎不被水分吸收的1.81μm 波长作为参比。

由上述两种波长的滤光片对红外光进行轮流切换，根据被测物对这两种波长的能量吸收的比值便可判断含水量。

5）微波吸收法：水分对波长为1.36cm 附近的微波有显著吸收现象，而植物纤维对此波段的吸收要比水小几十倍。

利用这一原理可构成测木材、烟草、粮食、纸张等物质中含水量的仪表。

27、传感器信号检测电路
完成传感器输出信号处理的各种接口电路统称为传感器检测电路。

常用电路：阻抗匹配器、电桥电路（直流电桥、交流电桥）、放大电路、电荷放大器
28、噪声的抑制方法
a.选用质量好的传感器和其他元器件。

b.屏蔽
c.接地
%100⨯-=
H
D
H G G G W
d.隔离
e.滤波
29、插卡式电源开关电路如图所示，说明工作原理。

当住宿人员回到房间时，把住宿卡插入该电源开关，房间总电源接通，然后才能打开房间内的所有电气设备开关。

住宿人员外出，取走住宿卡，房间总电源切断，房间内的所有电气设备都打不开。

光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成。

住宿卡插入光断路器的凹槽内，正好挡住光线，光敏晶体管截止，光断路器输出高电平，使VT1和VT2导通，继电器K工作，接通房间内的总电源。

住宿人员外出，取走住宿卡，光线无阻挡，光敏晶体管导通，光断路器输出低电平，使VT1截止。

C3起延时作用，C3上充的电放完后，VT2截止，继电器K断开，切断房间总电源。

30、如图为应变片全桥测量电路，推导出输出电压U0表达式。

31、某光电开关电路如图(a）所示，施密特触发反向器CD40106的输出特性如图(b)所示。

（1）请分析电路珠工作原理。

（2）列表说明各元件的作用。

（3）光照从小到大逐渐增加时，继电器K的状态如何改变？反之当光照由大变小时继电器的状态如何改变？
32、热释电传感器的原理框图如图所示。

（1）热释电传感器输出电压14 mVpp（峰峰值为20mV），两级电压放大倍数为1000，电源电压为5V，画出热释电传感器调理电路原理图。

（2）说明热释传感器的负载电阻的作用。