1、传感器填空传感器填空(总8页)传感器概述1.传感器一般有（敏感元件）、（转换元件）以及辅助部件组成。2.非线性误差通常用（相对误差）来表示，即（相对误差 ）公式来表示。3. 传感器的动态模型通常采用（传递函数）和（微分方程）来表示。4. 传感器的静态特性指标之一是（线性度 ）5. 利用光电效应的传感器属于（物性型）传感器。6. 在时域内研究、分析传感检测系统的瞬态响应时，通常采用的激励信号是（正弦信号 阶跃信号 ）。7. 通过实际测试获得传感器的静态特性曲线后，在非线性误差不太大的情况下，总是采用（直线拟合）的方法来线性化。8. 简述改善传感器性能的技术途径。 改善传感器的性能，可采用的技术途
2、径有：差动技术，平均技术，补偿与修正技术，屏蔽、隔离与干扰抑制，稳定性处理等。9. 有一传感器，其微分方程为：30dy/dx3y，其中y为输出电压(mv)，x为输入温度()，则时间常数10s ，静态灵敏度k 。10. 灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。 它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度,也叫稳定性。重复性的高低与许多随机因素有关,也与产生迟滞的原因相似,它可用实验获得。迟滞特性表征传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量
3、减小）行程间输出-一输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值MAX与满量程输出FS的百分比表示。11. 静态灵敏度的表达式为(KY/X )，传感器的输出曲线的(斜率)是灵敏度。12. 传感器的特性主要是指（输出与输入）之间的关系，当输入量（动态信号）时，这一关系称为动特性13. 传感器直接感受被测量的是（敏感）元件，其输出就是（转换）元件的输入。14. 传感器的特性主要是指（输出与输入）之间的关系，当输入量（静态信号）时，这一关系称为静特性。15. 二阶传感器的频率响应特性好坏主要取决于传感器的（固有频率）和（阻尼比）。16. 传感器在正、反行程输出输入曲线不重合的特性称为（迟
4、滞）。磁电式1. 霍尔电势与电流强度、磁感应强度成（正比），与载流体厚度成（反比）2, 何谓霍尔效应？说明霍尔灵敏度系数的物理意义。1 ）若在金属或半导体薄片两端通以控制电流I，在与薄片方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势UH， UH 的大小正比于控制电流 I和磁感应强度 B ，这一现象称为霍尔效应。 （2）KH=RH/d，称为霍尔片的灵敏度系数。它与载流材料物理性质和几何尺寸关。3. 如图所示，请回答： （1）该电路是什么电路，有什么作用？（2）a、b和c、d分别是什么极，在常用电路中如何区别 （3）图中1、2分别是什么 1）该电路是霍尔传感器
5、利用恒流源并在输入回路并联电阻进行温度补偿的电路。 （2）a、b是控制极（也称输入极），c、d是霍尔极（也称输出极）。在常用电路中a、b连红色导线，c、d连绿色导线。（3）图中1是恒流源、2是并联的补偿电阻。4. 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生(电动势)，这种物理现象称为(霍尔效应)。5. 何谓霍尔传感器的不等位电势？它产生的主要原因有哪些（1）当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。 （2）产生这一现象的原因有： 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面
6、上； 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀6. 霍尔元件的 ，则Kh = 1/(ned),Rh = 1/(ne)。7. 霍尔元件一般多采用（N型半导体）8. 霍尔元件制造时，控制电极不能对称焊在霍尔片两侧，会造成不等位电势。（错）9. 通过采用恒压源供电和在输入回路并联电阻可以减小霍尔元件的温度误差。（错） 电感式1. 差动式自感传感器与单线圈的相比，线性度（得到改善），灵敏度（增加）2. 自感式传感器的气隙厚度减小可增大灵敏度，但会使（非线性误差）增大，同时会使（测量范围）减小，因此它们是矛盾的，设计时需综合考虑。3. 电涡流传感中，由于有导体影响，线圈的阻抗的有效电阻（增大），等效电感（减小
7、）。（填增大、减小、不变）4. 提高自感式传感器的灵敏度可以采用哪些措施采用这些措施会有什么影响（1 ）从提高灵敏度的角度看，初始空气隙0应尽量小。其结果是被测量的范围也变小。同时，非线性也将增加。（2）如采用增大空气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度，则必将增大传感器的几何尺寸和重量。这些矛盾在设计传感器时应适当考虑。5. 电感式传感器的核心部分是（可变电感）和（可变互感）6. 简述电涡流传感器的工作原理（1）根据法拉第电磁感应原理, 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, 导体内将产生呈涡旋状的感应电流, 此电流叫电涡流, 以上现象称为电涡流效应。被测金属导体
8、的电涡流效应会导致传感器线圈的等效阻抗发生变化（2）而电涡流效应既与被测体的电阻率、磁导率以及几何形状有关, 又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率有关, 还与线圈与导体间的距离x有关。（3）如果保持其它参数不变, 而只改变其中一个参数, 传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量, 即可实现对该参数的测量。电容式1 如果将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（增大一倍）2. 当变极距型电容式传感器两极板间的初始距离d增大时，将引起传感器的（灵敏度减小）3.用电容式传感器测量固体或不导电的液体物位时，应该选用（变介电常数型）。4电容式传感器中
9、输入量与输出量的关系为线性的有（变介电常数型电容式传感器）。5.电容式传感器的不足之处是 、 、 。输出阻抗高负载能力差寄生电容影响大6.变面积型电容式传感器，减小极板间距d和增大极板宽度b可提高灵敏度，但d减小受(击穿电压)限制，b增大受(面积)限制。7.电容式传感器和电阻式传感器相比，有哪些优点？答案 温度稳定性好。 结构简单，适应性强。 动态响应好。 可以实现非接触测量，具有平均效应。8.为减小变间隙型电容传感器的非线性，可以采用的方法有： 、 。 采用差动形式 采用运算放大器式电路光电式1.莫尔条纹是如何形成的它有哪些特性1）莫尔条纹是由两块光栅叠加形成的，两光栅的栅线透光部分与透光部
10、分叠加，光线透过形成亮带；两光栅中一光栅透光部分分别与另一光栅的不透光部分叠加，互相遮挡，光线透不过形成暗带，这种光学图案称为莫尔条纹。 （2）特性：运动对应关系；位移放大作用；误差平均效应。2. 常见的光源可分为四大类，试写出两类x、y热辐射光源 激光器 气体放电光源 电致发光元件3简述光栅传感器的特点？1）精度高； （2）大量程兼有高分辨力； （3）可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化；（4）具有较强的抗干扰能力。4. 光电式传感器一般有x、y和z组成辐射源 光学通路 光电器件5. 在光线作用下，物体x的逸出表面，称为y。电子 外光电效应6. 简述光电传感器的工作原理及组成（1）
11、光电传感器的工作原理是：被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待测信息调制到光波上，通常改变光波的强度、相位、空间分布和频谱分布等，然后通过光电器件转换为电信号，电信号经后续电路的解调分离出被测信息，从而实现对被测量的测量。 （2）光电传感器一般由辐射源，光学通路和光电器件组成。7. 在自动化测控系统中，光敏电阻一般用作x，光电二极管一般用作y。 光电开关元件 线性检测元件8. 何谓光电效应常用的光电器件有哪些（1）通常光照射到物体表面后产生的光电效应分为：外光电效应、内光电效应。在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外发射的现象,称为外光电效应。受光照物体(通常为半导体材料)电导率发生变化
12、或产生光电动势的效应称为内光电效应。内光电效应按其工作原理分为两种:光电导效应和光生伏特效应。 （2）基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等；基于光电导效应的光电器件有光敏电阻和反向工作的光敏二极管、光敏三极管；以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。9. 在光线作用下，物体的x发生变化或产生y的现象，称为内光电效应。电阻率 电动势10. 如果入射光频率高于物体的红限频率，但光线很微弱，仍然不会有光电子射出。（错）11. 激光具有高方向性、高单色性和高亮度三个重要特性。（对）12. 光电管、光敏二极管都是基于外光电效应的光电器件。（错）13. 当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定
13、时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（光照特性） 14. 光敏电管、光敏晶体管都是基于外光电效应的光电器件。（错）温度传感器1.热电偶的热电势 中，A、B称为x， 称为y。热电极 热端和冷端2. 热电偶基本定律中，（均质导体定律）可检查材料的均匀性3. 在下列传感器中，其敏感元件又是转换元件的是（热电偶）4. 一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。（对）5. 热电效应产生的热电势由x和y组成。接触电势 温差电势6. （中间温度定律）是制定热电偶分度表的理论基础7. 在实验室测量金属的熔点时，冷端温度补偿采用（冰浴法）
14、。8. 热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的长度、粗细无关。（对 ）9. 应用热电偶的（参考电极定律），可大大简化其选配工作。10. 接触电势与x和y有关。导体的材料 温度11. 简述热电偶的中间导体定律、中间温度定律及其应用。1）中间导体定律：一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势 。 （2）中间温度定律：如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度分别为T1、T2时,则其
15、热电势为EAB(T1, T2)；当接点温度为T2、T3时，其热电势为EAB(T2, T3)；当接点温度为T1、T3时，其热电势为EAB(T1, T3)，则EAB（T1, T3）=EAB（T1, T2）+EAB（T2, T3）。该定律对于冷端温度不是0时，如何使用分度表的问题提供了依据。12. 为何要对热电偶进行冷端补偿？（1）热电偶的热电势不仅与测量端温度有关，而且与参考端温度有关。只有当参考端温度温度恒定时，热电势才会与测量端温方便，最好恒定在00C。 （2）而实际测温时，受测量端温度和环境温度的影响，参考端温度温度很难恒定，要恒定在00C就更加困难了，这时需进行冷端补偿。压电式切型的石英晶
16、体受1作用时，在X方向会产生电荷，这种现象称为(纵向压电效应)。2. 为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（电荷放大器）。3. 由两片压电晶体并联构成的传感器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。（错）4. 由于外力作用而使压电材料产生电荷，故压电传感器可作动态和静态测量。（错）5. 压电式传感器的工作原理是以某些物质的 为基础，它是一种(压电效应 有源型)传感器6. 对石英晶体，下列说法正确的是（沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生）7. 由两片压电晶体串联构成的传感器适用于测量缓变信号及电压量输出信号。（错）8. 下列传感器中，属发电式传
17、感器的是（压电式传感器）9. 压电晶体不是任何方向都存在压电效应，哪个方向有正压电效应，这个方向上不一定有逆压电效应。（错）10.垂直于石英晶体的X轴的面上(压电效应)最强；在电场作用下，沿Y轴的(机械变形)最明显11. 对能量转换有意义的石英晶体变形(厚度变形)和(长度变形)。（任写两种12. 对于石英晶体，其晶片的X，Y切型是如何规定的？1）有关晶片的切性及其符号是这样规定的：在直角坐标中，如切片的原始位置是厚度平行与X轴，长度平行与Y轴，宽度平行与Z轴，以此位置旋转出来的切型为X切族。 （2）如切片的厚度、长度和宽度分别平行与Y、X、Z轴，以此位置旋转出来的切型为Y切族。 （3）并规定逆
18、时针旋转为正切型，顺时针旋转为负切型。13. 电荷放大器的最大特点是x和y。x输出电压与电缆电容无关 y具有良好的低频特性14. 何为压电效应石英晶体的有效变形方式有哪些（1）某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷， 当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。这种现象称压电效应。 （2）厚度变形（纵向压电效应），长度变形（横向压电效应），面剪切变形，厚度剪切变形，弯曲变形。15. 与压电元件配套的测量电路的前置放大器的作用为x和y。把高阻抗输入变换为低阻抗输出 放大压电元件的微弱信号应变片式1. 导电材料中，灵敏度系数以结构尺寸
19、的变化为主的是（金属材料），以电阻率的相对变化为主的是（半导体材料）2. 直流电桥的平衡条件为（对边电阻乘积相等）3. 应变片产生温度误差的原因是什么（1）用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，称应变片的温度误差，又称热输出。（2）它主要有两个部分组成：一是敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。二是试件材料的线膨胀引起的附加误差。4. 金属材料的静态灵敏度由两部分组成，分别是（材料的几何尺寸变化引起的）和（电阻率变化引起的）5. 应变片主要有（敏感栅）、（基底）和引线、盖层，粘结剂等组成。6. 应变式传感器是利用金属的
20、（应变电阻）效应，将测量物体变形转换成电阻变化，再经（转换电路）变成电压输出。7. 应变式传感器采用交流电桥，电桥平衡需满足（电阻平衡），还需满足（电容平衡）。8. 常用金属应变片分为那几类各有何优点1）金属电阻应变片根据敏感栅结构的不同可分为有丝式、 箔式和薄膜式三种。（2）丝式应变片结构简单，制作方便，性能稳定。成本低，所以最为常见。（3）箔式应变片优点是散热条件好, 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。9. 应变片中，实现应变电阻转换的敏感元件是（敏感栅）。10. 电阻应变片的线路温度补偿方法有（补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法）11. 影响压阻式电阻传感器的应变灵
21、敏度系数的主要因素是（材料电阻率的变化）。12. 由（弹性元件）、应变片以及一些附件（补偿元件、保护罩等）组成的装置称为应变式电阻传感器。13. 应变式电阻传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器，这些参数包括（位移 加速度 ） 14. 全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（4倍）15. 利用相邻两桥臂检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小，（两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片）16. 所谓电阻应变效应，就是导体或半导体在受到外力作用下，会产生（机械变形），从而导致其（电阻值）发生变化的现象
