传感器技术与应用试题一及答案

传感器技术与应用试题一及答案

一、填空：

1、传感器就是把非电量转换成电量的装置。

2、传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成。

3、按照其被测量，传感器可分为力、位移、速度、加速度传感器等。

4、传感器的静态特性主要由测量范围、量程、精度、灵敏度、线性度、分辨率、重复性、迟滞、漂移、稳定性等量来描述。

5、检测技术主要研究被测量的测量原理、测量方法、检测系统和数据处理等方面的内容。

6、检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。

7、线性电位器式传感器又可分为直线位移式的和角位移式的，分别用来测直线位移和角位移。

8、常用的线绕式电位器通常由电阻丝、电刷及骨架构成。

9、应变效应是指导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将产生机械变形，进而导致其电阻值的变化。

10、电容式传感器有变面积式电容传感器、变极距式电容传感器、变介质式电容传感器、电容栅式传感器四种。

二、判断题：

1、电位器是一种把线位移或角位移转换成电阻或电压输出的传感元件。（√）

2、电阻应变片的温度误差补偿方法有自补偿法、线路补偿法、计算补偿。（╳）

3、自感式传感器由线圈和衔铁两部分组成。（╳）

4、电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器，它主要实现接触测量。（╳）

5、变面积式电容传感器的是非线性的。（╳）

6、压电效应产生的电荷大小和极性与施加力大小和方向无关。（╳）

7、热电偶两端的热电动势是由两种导体的接触电荷和单一导体的温差电动势所组成。（╳）

8、热电动势是热电效应产生的电动势，它包括接触电动势和温差电动势。（√）

9、光电传感器能够将光量的变化转换为电量的变化，其基本原理就是光电效应。（√）

10、微波以波的形式向四周辐射，当波长远小于物体尺寸时，微波具有似光性；当波长和物体尺寸有相同数量级时，微波又有近于声学的特性。（√）

三、简答题：

1、简述传感器的发展趋势？

答：（1）发现利用新现象、新效应；

（2）开发新材料；

（3）采用高新技术；

（4）拓展应用领域；

（5）提高传感器的性能；

（6）传感器的微型化与低功耗；

（7）传感器的集成化与多功能化；

（8）传感器的智能化与数字化；

（9）传感器的网络化。

2、什么是测量误差？

答：在检测过程中，被测对象、检测系统、检测方法和检测人员都会受到各种变动因素的影响。而对被测量的转换，有时也会改变被测对象原有的状态。这就造成了检测结果和被测量的客观真值之间存在一定的差别，这个差值称为测量误差。简言之，测量误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。测量误差的主要来源可以概括为工具误差、环境误差、方法误差和人员误差等。

3、电阻应变片的主要特性有哪些？

答：1. 横向效应

2. 机械滞后、零漂和蠕变

3. 温度效应。

4、压电效应？

答：压电效应就是指当沿着一定方向对某些物质施力(拉力或压力)而使其变形时，在它的两个表面上会出现电荷的聚集，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。

四、问答题：

1、测量方法有几种？

答：1) 直接测量、间接测量和组合测量

（1）直接测量。在使用仪表进行测量时，对仪表读数不需要经过任何运算，就能直接表示测量所需要的结果，称为直接测量。

（2）间接测量。有的被测量无法或不便于直接测量，这就要求在使用仪表进行测量时，首先对与被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量，然后将测量值代入函数关系式，经过计算得到所需的结果，这种方法称为间接测量。

（3）组合测量(又称联立测量)。经过求解联立方程组，才能得到被测物理量的最后结果，则称这样的测量为组合测量。

2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量

偏差式测量是用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的量值。零位式测量使用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态，在测量系统平衡时，用已知的标准量决定被测量的量值的测量方法。微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。

3) 等精度测量与非等精度测量

在整个测量过程中，若影响和决定测量精度的全部因素(条件)始终保持不变，即在同样的环境条件下，对同一被测量进行多次重复测量，称为等精度测量。

用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差很大的情况下对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。

4) 静态测量与动态测量

被测量在测量过程中认为是固定不变的，这种测量称为静态测量。若被测量

在测量过程中是随时间不断变化的，这种测量称为动态测量。

在实际测量过程中，一定要从测量任务的具体情况出发，经过认真的分析后，再决定选用哪种测量方法。

2、压阻式传感器工作原理是？

答：固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，进而引起电阻的变化，这种效应称为压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。对于半导体应变片，有

ρ

ρεμ?++=?)21(R R 其中由材料几何尺寸变化而引起电阻的变化很小，可忽略不计,故0)21(≈+μ，而ρρ

?很大。也就是说，半导体材料电阻的变化主要由半导体材料

电阻率的变化所造成的，则

ρ

ρ?≈?R R 又因半导体电阻率相对变化量，所以

l

l E l ??πρρ

＝ 式中，l π为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类、应力方向、杂质浓度及环境温度有关，E 为半导体材料的弹性模量。因此

l l l E l

l E R R εππρρ=?=?≈? 上式说明，半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的，而电阻率ρ的变化是由应变引起的。

由此可见，当半导体应变片受到外界应力的作用时，其电阻(率)的变化与受到应力的大小成正比，这就是压阻传感器的工作原理。

五、计算题：

1、现有0.5级的0～300℃和1.0级的0～100℃的两个温度计，欲测量80℃的温度，试问选用哪一个温度计好？为什么？

解：0.5级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量80℃可能出现的最大示值相对误差分别为

()%875.1%10080

5.1%1005

.10300%5.011111=?=?==-?=A ?=?χχγγχχm m m m 1.0级温度计测量时可能出现的最大绝对误差、测量80℃时可能出现的最大示值相对误差分别为

()%25.1%10080

1%1001

0100%0.122222=?=?==-?=A ?=?χχγγχχm m m m 计算结果，显然用1.0级温度计比0.5级温度计测量时，示值相对误差反而小。因此在选用仪表时，不能单纯追求高精度，而是应兼顾精度等级和量程。

2、镍铬-镍硅热电偶，工作时其自由端温度为30℃，测得热电势为39.17mV ，求被测介质的实际温度。

解：由t 0=0℃，查镍铬-镍硅热电偶分度表，E （30，0）=1.2mV ，又知E （t ，30）=39.17mV

所以E （t ，0）= E （30，0）+E （t ，30）=1.2mV+39.17mV=40.37mV 。 再用40.37mV 反查分度表得977℃，即被测介质的实际温度。