传感器习题及答案.doc 8页

'习题一一、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，而很大。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，则又因半导体电阻率相对变化量，所以式中，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 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t0=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。习题二一、填空：1、传感器的基本用途可归结为：（1）生产工程的测量与控制；（2）环境监测与保护；（3）交通运输与资源探测；（4）医疗卫生和家用电器。2、在过程工业中，需要经常检测的“四大参数”为湿度、压力、流量和液面。此外还包括密度、粘度等参数。与“四大参数”相比，这些参数的检测和控制更困难。3、压力传感器中按原理主要有如下几种：电容式、电感式、电阻应变片式、压阻半导体式、压电式等传感器。其中电容式压力传感器灵敏度高、稳定性好，可以测量从声压到几十兆帕的压力。4、声即声音，通常指人耳能感觉到的空气振动。广义而言，声音是各种弹性介质中的机械波，包括人耳不能感知的振动。介质可以是各种气体、液体和固体。5、超声具有方向性好、穿透力强、在液体、固体中衰减很小、能量易于集中等优点。因此超声可用于工业检测、探伤、测距、测速、清洗、焊接、医学成像诊断、碎石等。在工业、农业、国防、医药卫生和科学研究等方面得到广泛的应用。6、光是由粒子即光子所组成，这种粒子具有一定的质量、能量和动量。因此,光既具有波动的本性，又具有粒子性。7、光电效应分为内光电效应和外光电效应。8、光敏三极管有PNP型和NPN型两种。光敏三极管的结构与一般三极管很相似，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，并且其基极通常不连接引线。9、工程上把红外线所占据的波段分为四部分：近红外、中红外、远红外和极远红外。10、工业上，常采用冷端自动补偿法，也就是电桥补偿法。这种补偿方法是在热电偶和测量仪表间接入一个不平衡电桥，也称为冷端温度补偿器。 二、判断：1、人耳能听到的声音的频率范围一般为20Hz~20kHz，称为可听声。频率高于20kHz的声称为超声。（√）2、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。（√）3、微波在空间传播的形式实质上是交变电流，它由一定能量的、不连续的“能量子”所组成。（╳）4、发射微波信号时，先由波导管将微波振荡器产生的振荡信号传输到天线，再通过天线向外发射。为了使发射的微波具有尖锐的方向性，天线需要具有特殊的结构。如喇叭形天线、抛物面天线、介质天线与隙缝天线等。（√）5、开关型集成霍尔传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种光敏传感器。（╳）。6、霍尔式压力传感器就是一种将非电量转换成位移量的传感器。（√）7、所谓光电效应是指在光的照射下一些金属、金属氧化物或半导体材料释放电子的现象。（√）。8、光的波长越短，即频率越低，其光子的能量也越大；反之，光的波长越长，其光子的能量也就越大（╳）。9、红外传感器是用来检测物体红外辐射的敏感器件。所谓红外辐射就是红外光，红外光是太阳光谱的一部分，其波长范围为0.76～10000μm。（╳）10、若把两个热电极的一个端点焊接在一起组成热端，就构成了热电偶。（√）三、简答题：1、简述传感器测试电路基本组成？答：2、画出传感器在伺服控制系统中的应用组成图答： 3、简述过程工业控制用传感器的要求？答：过程工业控制用传感器的要求有三点。(1)智能化。(2)高可靠性和稳定性。(3)高精度和优异的动态特性。4、简述超声波探伤仪。答：超声波探伤仪，采用超声波原理可对金属及非金属材料与缺陷特征值进行检测，例如可检测钢板中存在的缺陷，可对焊缝、锻件、铸件、复合材料进行探伤。超声波探伤是无损检测技术的重要组成部分。以超声波原理制成的探伤仪器称为超声波探伤仪。超声波探伤仪种类繁多，而其中的脉冲波探伤仪是最常用的一种，其基本工作原理为：探伤仪向被测试件发射脉冲波，由被测试件底部反射回来的声波与在被测试件中遇到缺陷所反射回来的声波的幅度是有区别的，根据反射回来的声波来判断缺陷状况。5、微波的特点？答：(1)、微波的频率较高，传播指向性强；(2)、微波的波长短，因此遇到各种障碍物容易被反射；(3)、微波的穿透力较强，不易受环境因素影响，例如烟雾、灰尘、强光等；(4)、介质对微波的吸收作用与介质的介电常数有关，其中水对微波的吸收作用最强。四、问答题：1、传感器选用的基本原则是什么？答：传感器选用的基本原则可以总结为两点。（1）与测量条件有关的因素。1)测量的目的；2)测试对象的选择；3)测量范围；4)输入信号的幅值5)频带宽度；6）精度要求；7）环境条件(湿度、温度、振动等)（2）与传感器有关的技术指标。1）传感器的类型2)灵敏度、3)输入信号的幅值4)频带宽度5)精度；6）价格 以上是有关选择传感器时主要考虑的因素。此外传感器的安装方法也是实际使用中常常需要考虑的问题之一。总之，如何正确合理的选用传感器，是传感器应用之前必须要认真分析和重点关注的问题之一。2、工业应用中怎样实现传感器信号的远距离传输？答：工业自动化中，信号常常需要远距离传输，而直接传送电压信号，由于传输线越长，电阻越大，因此远距离时，传送的信号容易被衰减。从而导致接收端测得的信号不准确。此外长距离传送电压信号，在传输线上必然引入干扰，这种干扰往往使后级电路不能正常工作。因此，信号的远距离传输是传感器在工业自动化应用中必需关注的问题之一。目前的解决途径有两种方法。(1)选用电流输出型传感器(适用于功耗较大的敏感元件)；如图1所示。(2)采用高精度电流输出型模块，将电压信号转换成4～20mA电流信号输出(见图2)。图1标准4~20mA两线制传感器的应用图2信号转换模块的应用两线制传感器既可采集电流信号、亦可采集电压信号。不管传输线长短。在负载电阻(一般取300Ω)上，测得的信号电压不会随传输线长度的改变而变化。对于已经采用电压输出信号的传感器，为了保证信号的远距离传输不受衰减和干扰，可以选用高精度转换模块，将电压输出改为电流输出后再进行远距离传输。五、计算题：温度传感器对某温度进行12次等精度测量，测量数据（℃）如下20.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，20.50，20.49，20.47，20.49，20.51，20.51要求对该组数据进行分析整理，并写出最后结果。解：1）记录填表将测量数据xi(i=1、2、3、……12)按测量序号依次列在表格中。 2）计算①求出测量数据列的算术平均值。②计算各测量值的残余误差。当计算无误时，理论上有，但实际上，由于计算过程中四舍五入所引入的误差，此关系式往往不能满足。本题中。③计算标准误差。由于，于是（3）判别坏值本题采用拉依达准则检查坏值，因所有测量值的剩余误差均满足，显然数据中无坏值。（4）写出测量结果所以，测量结果可表示为（ºC）。'