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2018传感器与检测技术简答题

1.传感器是如何定义的？有哪几部分组成？

传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，由敏感元件和转换元件组成。

2.什么是传感器的静态特性？静态特性指标有哪些？并说明它们的含义。 传感器的静态特性是它在稳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-输出关系中不含时间变量。静态特性指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。

3.什么是传感器的动态特性？其动态特性指标有哪些？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励的响应特性，即输出对时间变化的输入量的响应特性。零阶系统常采用灵敏度K，一阶系统常采用时间常数τ，二阶系统常采用固有频率ω，阻尼比ξ等来描述。 4.测量误差分类有哪些？各自有什么特点？

①系统误差：由固定原因造成的，重复测定时，具有单向性、重现性和重复性，是可校正的。

②随机误差：由不确定因素造成，可通过多次测量求平均值的方法来减小误差。具有有界、单峰、对称、呈对称分布的特点。

③粗大误差：由操作不当引起的误差，应重新测量。 5.简述电阻应变效应。

指金属导体的电阻在导体受力产生形变时发生变化的物理现象。当金属电阻丝受到轴向拉力时，长度增加而横截面变小，引起电阻增加。反之，受到轴向压力时电阻减小。

6.常见的电阻应变片分为哪两类？各自特点是什么？

①金属电阻应变片：工作原理是基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化； ②半导体电阻应变片：工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 7.减小电阻应变片测量电桥非线性误差的方法有哪些？

①提高桥臂比；②采用差动电桥；③采用高内阻的恒流源电桥；

8.电阻应变片的温度误差是如何产生的？可以通过哪些方法加以消除？ 产生原因：当测量环境温度发生变化，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数的差异性给测量带来了附加误差。

补偿方法：电桥补偿法和应变片自补偿法。

9.试分析差动测量电路在应变电阻式传感器测量中的好处。

① 单臂电桥测量电路存在非线性误差，而半桥差动和全桥差动电路均无非线性误差；

② 半桥差动电路的电压输出灵敏度比单臂电桥提高了一倍。全桥差动电路的电压输出灵敏度是单臂电桥的4倍。 10.简述自感式传感器的工作原理。

自感式传感器是利用线圈自感量的变化来实现测量的。当被测量变化时，使衔铁发生位移，引起磁阻变化，导致电感线圈的电感量变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向，这种传感器又称变磁阻式传感器。

11.什么是零点残余误差？其产生原因是什么？如何消除？ 零点残余误差是指衔铁位于中间位置时的差动输出电压。

产生原因：①（线圈）传感器的两个二次绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导

致产生的感生电动势幅值不等、相位不同，构成零点残余电压的基波；

②（铁心）由于磁性材料磁化曲线的非线性，产生了零点残余电压的高次谐波； ③（电源）励磁电压本身含高次谐波。 消除方法：

①尽可能保证传感器的几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称；②采用适当的测量电路，如差动整流电路。

12.什么是电涡流效应？举例说明电涡流传感器的应用，并分析其原理。 线圈通入交变电流，线圈下方导体会产生感应电流，电流的方向沿圆周方向转圈。这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。

电涡流式传感器用于测量振动，位移，厚度，转数，温度，硬度等参数，还可以进行无损探伤。电涡流传感器能准确测量被测体与探头端面之间静态和动态的相

对位移变化。 13.简述电涡流传感器无损探伤原理。 当材料有缺陷时，其电阻率或磁导率发生改变，使电涡流传感器线圈等效阻抗发生变化。

14.简述电容式传感器的分类和工作原理。

原理：两平行极板组成的电容器，电容量为：C=εS/d，当被测量的变化使ε、S和d任意参数变化时，电容C也就随之变化。

分类：变极间距式电容传感器，变正对面积式电容传感器，变介电质常数式电容传感器。

15.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？

① 正压电效应：对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化而使其表面出现电荷集聚的现象；

② 逆压电效应：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的现象。 16.简述压电式传感器前置放大电路的作用及两种形式的优缺点。 作用：放大微弱信号，进行阻抗变换。

①电压放大器：适用于动态测量，更换导线灵敏度要重新标定；

②电荷放大器：适合高低频测量，灵敏度与导线长度无关，只与反馈电容有关。 17.什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关？

① 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势。 ② 霍尔电势 ：UH?EHb?vBb??IB?RHIB?KHIBnedd

霍尔电势与霍尔电场EH、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I 有关。 ③ 霍尔传感器的灵敏度：KH?RH??1 。

dned为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。 18.热电偶的工作原理是什么?

热电偶测温是基于热电效应的基本原理。根据热电效应，任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度不同的热源中，则

在该回路中会产生热电动势，在一定条件下，产生的热电动势与被测温度成单值函数关系。因此，只需测得热电动势，就可间接获得被测温度。 19.热电阻和热敏电阻的比较。

①热电阻：电阻率随温度升高而增大，具有正温度系数。电阻温度系数大，电阻大，热容量小，具有稳定的物理和化学性质；

②热敏电阻：是一种半导体材料制成的敏感元件，电阻随温度的变化而变化，能直接将温度的变化转换为能量的变化。

20.什么是中间导体定律、中间温度定律、标准导体定律、均质导体定律？ ① 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，连接导线及显示仪表等均可看成中间导体对待。

② 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t0时的热电势等于该热电偶热端为t冷端为tc时的热电势与同一热电偶热端为tc，冷端为t0时热电势的代数和。

③标准导体定律:如果A、B两种导体分别与第三种导体C组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体A、B组成的热电偶产生的热电势为

EAB(t,t0)?EAB(t,tc)?EAB(tc,t0)

④均质导体定律：如果组成热电偶的两个热电极的材料相同，无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总热电动势均为0。

21.试分析两线制、 三线制和四线制接法在热电阻测量中的原理及其特点。 ①两线制：结构简单、费用低，但是引线电阻及其变化会带来附加误差。主要适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。

②三线制：可较好地减小引线电阻的影响。主要适用于大多数工业测量场合。 ③四线制：精度高，能完全消除引线电阻对测量的影响。主要适用于实验室等高精度测量场合。

22.什么是光电效应、内光电效应、外光电效应？这些光电效应的典型光电器件各自有哪些？

①光电效应:当光照射在某些物体上时，光能量作用于被测物体而释放出电子，即物体吸收具有一定能量的光子后所产生的电效应。

②外光电效应:在光的照射下，材料中的电子溢出物体表面的现象。光电器件有光电管和光电倍增管。 ③内光电效应：指物体受到光照后所产生的光电子只在物体内部运动，而不会逸出物体的现象。

23.什么是系统误差？系统误差分为哪些类型？ 在测量条件一定下，测量值中含有固定不变或按一定规律变化的误差。系统误差分为定值系统误差和变值系统误差。

24.什么是随机误差？随机误差有什么特征？产生原因是什么？ ①对同一被测量进行多次重复测量时，绝对误差的绝对值和符号不可预知的随机变化，但误差的总体而言，具有一定统计规律性，这类误差称为随机误差。 ②随机误差特征：单峰性、有界性、对称性。

③产生原因：测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。