【2017年整理】传感器简答题

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1、、简答题：1、 Pt100 和 Cu50 各代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。分别代表铂电阻热电式传感器（100） ，铜电阻热电式传感器(50). 热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时，环境温度变化时其连接导线电阻也变化所造成的测量误差。2、 Pt100 和 Cu50 各代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。答：铂电阻和铜电阻热电势传感器。三线连接法的作用是使电桥不会产生温度误差；四线连接法使调零电位器的接触电阻和指示电表串联，接触电阻的不稳定不会破坏电桥的的平衡和正常的工作状

2、态。3、 用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，其仪表示值为 600，而冷端温度 t0 为 65，则实际温度为 665，对不对？为什么？应如何计算？答：对。查表知镍铬-镍硅热电偶 K=1，T=Tz+KTn=600+165=6654、 压电式传感器的 前置放大器 的作用是什么？电压式与电荷式前置放大器各有何特点？答：作用是将输出电压放大，并与输入电压或输入电流成正比。电压放大器将压电式传感器的高输出阻抗经放大器变换为低阻抗输出，并将微弱的电压信号进行适当放大，但其所接配的压电式传感器的电压灵敏度将随电缆分布电容及传感器自身电容的变化而变化，而且电缆的的更换得引起重新标定的麻烦。电荷放大器是一种具有深度电容

3、负反馈的高增益运算放大器，其虽然允许使用很长的电缆，并且电容 Ce 变化不影响灵敏度，但它比电压放大器价格高，电路较复杂，调整也比较困难。5、 系统的 系统响应 带宽与传感器的响应带宽无关，请问这种说法正确吗？试述理由。答：不正确。传感器的响应带宽会限制系统的系统响应带宽。6、 温度对光电流影响不大，所以光电传感器在使用中不需要进行温度补偿，此观点正确否，为什么？答：不正确。因为半导体材料容易受温度影响，而其直接影响光电流的值，所以还需要温度补偿装置。7、 光纤传感器 的工作原理。 （4 分）答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上

4、产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型）与非功能型（或称结构型、传光型）两大类。功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能。非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器。8、什么是 光电效应 ？试说明 光纤传感器 的工作原理。(15 分)答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等） 。这种现象称为光电效应。工作原理：利用外界物理因素改变光

5、纤中光的强度，相位，偏振态或波长从而对外界因素进行测量和数据传输。9、 光导纤维导光的原理是什么？按其传输模式分为哪两种类型？传感型（功能型）和传输型光纤传感器按照其特点应该选用哪种光纤？答：光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反射，直至传递到另一端面。按其传输模式分为单模和多模传感型（功能型）光纤传感器应该选用单模光纤，传输型光纤传感器应选用多模光纤。.10、按照传感型（功能型）和传输型光纤传感器的特点应该选用哪种光纤（单模/多模） ，为什么？答：功能型(或称物性型、传感型 )光纤不仅作

6、为光传播的波导而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数据传输。可分为振幅调制型、相位调制型及偏振态调制型。多模单模皆可非功能型(或称结构型、传光型 ) 其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其它敏感元件才能组成传感器。多模。11、 试列出你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量，哪些用于接触式测量，测量何种物理量？（各3 种）答：非接触式测量：a) 热电式传感器：测量温度 b) 光纤传感器：测量光信号c) 核辐射传感器：测量核辐射粒子接触式测量：a) 电位器式压力传感器：测量压力 b) 应变片式电阻传感器：测量电阻值c)

7、 应变式扭矩传感器：测量扭矩12、 光电池 的工作原理，指出它应工作在电流源还是电压源状态。答：光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式；是有源器件。它有较大面积的 P 一N 结，当光照射在 P 一 N 结上时则在结的两端出现电动势。它应工作在电压源状态。13、 直流电桥和交流电桥 有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，

8、线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。14、 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何 选用传感器 。答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性.15、传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行 标定 工作，请问标定的意义？答：确定传感器静态特性指标和动态特性参数(传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。静态标定的目的是确定传感器静态

9、特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。)16、为什么要对应变片式电阻传感器进行 温度补偿 ，分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。 答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。方法：自补偿法 线路补偿法17、简述 霍尔电动势 产生的原理。 （6 分）答：一块长为 l、宽为 d 的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流 I 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 Uh。这种现象称为霍尔效应，

10、也是霍尔电动势的产生原理。 （一块半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流 I 流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势 UH。 ）18、 制作霍尔元件 应采用什么材料？为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为 2 ：1？答：制作霍尔元件应采用半导体材料。如果磁场与薄片法线有 夹角，那么UH=kHIBcos,霍尔元件越薄（即 d 越小）

11、 ，kH 就越大，所以一般霍尔元件都很薄。又因为实际测量中 UH=(kHIB/d)f(l/b) 当 l/b=2 时，f(l/b)=0.93 为最大值，这时 UH 也可取到最大值，所以长宽比 l/b 一般为 2：11）制作霍尔元件应采用什么材料，为什么？2）为何霍尔元件都比较薄，而且长宽比一般为 2 ：1？3）某霍尔元件 l b d 为 1.0 0.35 0.1 cm3, 当方向通以电流 I=1.0 mA, 在垂直 lb方向加有均匀磁场 B=0.3T, 传感器的灵敏系数为 22 V/A T, 试求其霍尔电势及载流子浓度。答：1）采用半导体材料。因为其灵敏度高，输出霍尔电势大。2）因为元件越薄，灵

12、敏度系数越大。3） VIBkUH06. 20184.edUIBpedIUHH19、 霍尔元件 能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流法。 （10 分）答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。温度补偿方法：a 分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b 电桥补偿法20、简述 热电偶 的工作原理。 （6 分）答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应” 。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两

13、个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。21、热电偶产生的热电势由哪几种电势组成，答：热电动势接触电动势温差电动势22、 1）试证明热电偶的中间导体定律。2）将一只灵敏度为 0.08mv/ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为 50,毫伏表的输出为 60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?3） 热敏电阻的电阻-温度特性有什么不同?答：1）证明： ),(),(00TETABABC),(),()( 0000 TETElBlACB = ),(0AB2) 2508.6T3）热敏电阻的电阻温度系数

14、大，电阻与温度的关系近似于线性或为平滑曲线。23、什么叫做 热电动势 、 接触电动势 和 温差电动势 ？说明 热电偶测温原理 及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10 分）答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A 、B 串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生

15、的一种电势。热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应” 。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。热电偶三定律a 中间导体定律热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。b 中间温度定律任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为 T，冷端为 时的热电势等于该热电偶热端为 T0冷端为 时的热电势与同一热电偶热端为 ，

16、冷端为 时热电势的代数和。nTnT0应用：对热电偶冷端不为 时，可用中间温度定律加以修正。C0热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。c 参考电极定律如果 A、B 两种导体（热电极）分别与第三种导体 C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T， ）时分别为 ， ，那么爱相同温度下，又 A、B 两热电00,TEAC0,B极配对后的热电势为 0,TECB实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。误差因素：参考端温度受周围环境的影响措施：a 恒温法 b 计算修正法（冷端温度修正法） c 仪表机械零点调整法C0d 热电偶补偿法 e 电桥补偿法 f 冷端延长线法24、以 石英晶体 为例简述 压电效应 产生的原理。 （6 分）答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时