(完整版)传感器考试题简答题

三、简答题（每题10分） 301、试述传感器的定义、共性及组成。 301答：①传感器的定义：能感受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；②传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；③传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。 302答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的静态特性是指它在稳态(静态或准静态)信号作用下的输入－输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。 当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。 303、简述在什么条件下需要研究传感器的动态特性?实现不失真测量的条件是什么? 303答：当输入量随时间变化时一般要研究传感器的动态特性。 实现不失真测量的条件是 幅频特性: A(ω) = |H(jω) | =A(常数) 相频特性:Φ(ω) = -ωto (线性) 304、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。 304答：材料的电阻变化是由尺寸变化引起的，称为应变效应。 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

305、试简要说明使电阻应变式传感器产生温度误差的原因，并说明有哪几种补偿方法。 305答：温度误差产生原因包括两方面： 温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。 温度补偿方法基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介 电常数发生改变的场合。 313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？ 313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量Co。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。 315、电涡流式传感器有何特点？ 315答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点； 316、何谓电涡流效应?怎样利用电涡流效应进行位移测量? 316、答：:电涡流效应指的是这样一种现象：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，通过导体的磁通将发生变化，产生感应电 动势，该电动势在导体内产生电流，并形成闭合曲线，状似水中的涡流，通常称为电涡流。 利用电涡流效应测量位移时，可使被测物的电阻率、磁导率、线圈与被测物的尺寸因子、线圈中激磁电流的频率保持不变，而只改变线圈与导体间的距离，这样测出的传感器线圈的阻抗变化，可以反应被测物位移的变化。 317、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 317、答： (1)不同点： 1 )自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化； 2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。 (2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管型。 318、简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。 318、答：电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，它将输入的物理量(如位移、振动、 压力、流量、比重等)转换为线圈的自感系数L或互感系数M的变化，再通过测量电路将L 或M的变化转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。 根据工作原理的不同，电感式传感器可分为变磁阻式(自感式)、变压器式和涡流式 (互感式)等种类。 323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应? 323答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。 当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电 效应。 沿石英晶体的x轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。沿石英晶体的y轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为"横向压电效应"。 324、压电元件在使用时常采用n片串联或并联的结构形式。试述在不同联接下输出电压、 电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合? 324答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了n倍，电容量也增加了n倍， 输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。 串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的1/n，输出电压增大了n倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。 325、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。 325答:传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。 传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出的电荷成正比，电缆电容的影响小。 328、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。 328答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。石英晶体受外力作用而变形时，产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。 压电陶瓷的压电系数比石英晶体大得多(即压电效应更明显) ，因此用它做成的压电式 感器的灵敏度较高。但其稳定性、机械强度等不如石英晶体。

329：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，则在管道上A、B两点放两只压电传感器，应能检测到漏水处的位置。试说明其工作原理。 329答：如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或LB 。 两者时间差为 Δt= tA－tB=（LA－LB）/v 又L=LA +LB ，所以

330、试说明压电传感器电荷放大器中所说的“密勒效应”是什么意思？ 330答： “密勒效应” 是说，将压电传感器电荷放大器中反馈电容与反馈电阻CF、

22vtLLvtLLBA

RF等效到A0的输入端时，电容CF将增大（1＋A0）倍。电导1/RF也增大了（1＋A0）倍。 331、简述热电偶的几个重要定律，并分别说明其实用价值。 331答：1、中间导体定律；2、标准电极定律；3、 连接导体定律与中间温度定律 332、热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？ 332答（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。 （2）A：补偿导线法B：冷端温度计算校正法C：冰浴法D：补偿电桥法。 335、热电阻传感器主要分为哪两种类型?它们分别应用在什么场合? 335答: (l)铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。 (2)铜电阻传感器：价钱较铅金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铅电阻稍低、电阻率小。 336、要用热电偶来测量两点的平均温度，若分别用并联和串联的方式，请简述其原理，指出这两种方式各自的优缺点是什么? 336答：在并联方式中，伏特表得到的电动势为2个热电偶的热电动势的平均电动势，即它已经自动得到了2个热电动势的平均值，查表即可得到两点的平均温度。该方法的优点：快速、高效、自动，误差小，精度高。缺点：当其中有一个热电偶损坏后，不易立即发现，且测得的热电动势实际上只是某一个热电偶的。 在串联方式中，伏特表得到的电动势为环路中2个热电偶的总热电动势，还要经过算术运算求平均值，再查表得到两点的平均温度。该方法的优点:当其中有一个热电偶损坏后， 可以立即发现；可获得较大的热电动势并提高灵敏度。缺点：过程较复杂，时效性低，在计算中，易引入误差，精度不高。 337、请简单阐述一下热电偶与热电阻的异同。 337答：热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温，作用相同，都是测量物体的温度、精度及性能都与传感器材料特性有关。但是他们的原理与特点却不相同。热电偶是将温度变化转换为热电动势的测温元件，热电阻是将温度变化转