安徽大学：《自动检测技术》课程作业复习题（部分含答案）

《传感器与检测技术》复习题 一、填空： 1、力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性 2、确定静态标定系统的关键是选用被测非申量（或电量）的标准信呈发生器 和标准测试系统。 3、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应 大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即 外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类：第二类是利用在光 线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。光敏电阻传感器属 于这一类。第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即光生伏特效应，光趣 二极管及光敏三极管传感器属于这一类。 4.电势组成的，其表达式为Eab(T,To)= 在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶 之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度 较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内 部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁 磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。 6.热电偶所产生的热电势是由势和单一导体的温差电势组成。在热电偶温 度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入

《传感器与检测技术》复习题 一、填空： 1、 力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。 2、确定静态标定系统的关键是选用被测非电量(或电量)的标准信号 发生器 和 标准测试系统 。 3、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应 大致有三大类：第一类是利用在光线作用下 材料中电子溢出表面的_现象，即 外光电效应， _光电管以及光电倍增管_传感器属于这一类；第二类是利用在光 线作用下 材料电阻率发生改变的 现象，即 内光电 效应。 光敏电阻 传感器属 于这一类。第三类是利用在光线作用下 光势垒 现象，即_光生伏特 效应，光敏 二极管及光敏三极管_ 传感器属于这一类。 4.电势组成的，其表达式为 Eab（T，To）= 在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶 之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度 较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内 部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁 磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。 6. 热电偶所产生的热电势是由势和单一导体的温差电势组成。在热电偶温 度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线 和热电偶之间，接入

延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的 地方，以减小冷端温度变化的影响。 7.红外线是波长大致为 之间的电磁波，红外气体分析仪主要利 用其中1^25μm之间的一小段光谱。 8.在电阻应变片公式，R=(1+2μ)E+KEe中，K代表纵向压阻系数。 9电流时的霍尔电势的大小为」 10、涡流式厚度检测仪可分为 两种。 11、压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内 部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些 铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。 12、动态标定的目的，是检验测试传感器的指标。 13、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转 换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 14、差电热组成 15、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为绝对误差、相对误差 和引用误差三类，其中绝对误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来 减小它对测量结果的影响。 16、电子显示仪表分为模拟式、数字式和屏幕显示三大类

延长线 ，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的 地方，以减小冷端温度变化的影响。 7. 红外线是波长大致为 之间的电磁波，红外气体分析仪主要利 用其中 1~25μm 之间的一小段光谱。 8.在电阻应变片公式，R=(1+2μ)ε+KPEε 中，KP代表 纵向压阻系数 。 9 电流时的霍尔电势的大小为 。 10、涡流式厚度检测仪可分为 两种。 11、压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内 部产生机械压力，从而引起极化现象 ，这种现象称为正压电效应 。相反，某些 铁磁物质在外界磁场的作用下会产生 机械变形 ，这种现象称为 负压电效应 。 12、动态标定的目的，是 检验测试传感器的 指标。 13、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转 换元件以及相应的信号调节转换电路组成。 14、差电热组成 。 15、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为_绝对误差_、 相对误差 和 引用误差 三类，其中_绝对误差 可以通过对多次测量结果求 平均 的方法来 减小它对测量结果的影响。 16、电子显示仪表分为模拟式 、 数字式 和屏幕显示三大类

17、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①金属材料和②半导体 材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由电阻 应变效应形成的，而②的电阻变化主要是由压阻效应造成的。 18、氧化锆氧量分析仪根据浓差电池原理设计而成。氧浓差电池由两个“半 电池”构成：一个“半电池”是已知氧气分压的铂参比电极，另一个“半电池” 是含氧量未知的测量电极： 19、磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电 势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势 的。 20、容积式流量计。 二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正 确答案的序号填在题目的括号内)。 1.（C)传感器可用于医疗上-50℃~150℃之间的温度测量。 A.金属辐射式B.热电偶D.比色计C.半导体三极管 2.信号传输过程中，产生干扰的原因是(C) A.信号是缓变的C.干扰的耦合通道B.信号是快变的D.信号是交流的 3.差动电桥由环境温度变化引起的误差为(0) 4.非线性度是表示校准曲线(B)的程度。 A.接近真值B.偏离拟合直线D.重复性C.正反行程不重合

17、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属_ 材料和②_半导体_ 材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由_电阻 应变效应_形成的，而②的电阻变化主要是由 压阻效应 造成的。 18、氧化锆氧量分析仪根据浓差电池原理设计而成。氧浓差电池由两个“半 电池”构成：一个“半电池”是已知氧气分压的铂参比 电极，另一个“半电池” 是 含氧量未知的测量 电极。 19、磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端产生感应电 势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应（霍尔效应）而输出电势 的。 20、容积式流量计。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正 确答案的序号填在题目的括号内)。 1. ( C )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。 A.金属辐射式 B.热电偶 D.比色计 C.半导体三极管 2. 信号传输过程中，产生干扰的原因是( C ) A.信号是缓变的 C.干扰的耦合通道 B.信号是快变的 D.信号是交流的 3.差动电桥由环境温度变化引起的误差为( 0 ) 4. 非线性度是表示校准曲线( B )的程度。 A.接近真值 B.偏离拟合直线 D.重复性 C.正反行程不重合

5.将电阻应变片贴在(C)上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数 的传感器。 A.质量块C.弹性元件B.导体D.机器组件 6。半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率(A) A.迅速下降C.保持不变B.上升D.归零 7.半导体应变片具有(C)的优点。 A.可靠性高C.灵敏度高B.温度稳定性好D.接口电路复杂 8.结构型传感器是依靠传感器(D)的变化实现信号变换的。 A.材料物理特性B.体积大小C.电阻值D.结构参数 三、简答题： 1、简述霍尔电动势产生的原理。 答：一块长为1、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 。这种现象称为霍尔效应，也是霍尔电动热的产生原理。 2、简述热电偶的工作原理。 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

5. 将电阻应变片贴在( C )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数 的传感器。 A.质量块 C.弹性元件 B.导体 D.机器组件 6. 半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( A ) A.迅速下降 C.保持不变 B. 上升 D.归零 7. 半导体应变片具有( C )的优点。 A. 可靠性高 C. 灵敏度高 B.温度稳定性好 D.接口电路复杂 8. 结构型传感器是依靠传感器( D )的变化实现信号变换的。 A.材料物理特性 B.体积大小 C.电阻值 D.结构参数 三、简答题： 1、 简述霍尔电动势产生的原理。 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，也是霍尔电动热的产生原理。 2、 简述热电偶的工作原理。 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

3、以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。 答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象 同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态： 而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力 的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场， 晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。石 英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它 具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 4、简述电阻应变片式传感器的工作原理 答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时， 它的电阻值相应发生变化。 5。在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可 以确定那些静态特性？ 答：在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特 性：灵敏度，非线性度，回程误差。 6.什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？ 答：①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

3、 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。 答：石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象 同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态； 而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力 的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对石英晶体施加一定变电场， 晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。石 英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它 具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 4、 简述电阻应变片式传感器的工作原理 答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时， 它的电阻值相应发生变化。 5. 在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可 以确定那些静态特性? 答：在静态测量中，根据绘制的定度曲线，可以确定测量系统的三个静态特 性：灵敏度，非线性度，回程误差。 6. 什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？ 答：①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

②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。 ③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。 7、简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿 作用。 答：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳：(2)在复合载荷下测量，能 消除相互干扰：(3)考虑温度补偿作用： 单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。 8、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。 9、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：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、固有颜率和阻尼比等

②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。 ③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。 7、简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿 作用。 答：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；(2)在复合载荷下测量，能 消除相互干扰；(3)考虑温度补偿作用； 单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。 8、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。 9、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：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

10、涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡 流传感器能否测量大位移量？为什么？ 答：优点：能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。涡流传感 器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。 三、计算题 1、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中2=R 3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，△R=0,桥 路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输 出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-(E/2)(△R/R)。 2.aE下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算 已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值 解：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。图中 G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，R为零位调节电阻。热电阻都通过电 阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂， 当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化 也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考 温度（如0？C)时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电 桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。 3.1)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1×b×d为1.0×0.35×0.1cm3

10、涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡 流传感器能否测量大位移量?为什么? 答：优点：能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。 涡流传感 器不能测量大位移量，只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。 三、计算题 1、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中 R2=R 3=R 是固定电阻，R1 与 R4 是电阻应变片，工作时 R1 受拉，R4 受压，ΔR=0，桥 路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输 出电压 Ucd 表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。 2. a E 下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算 已知 Rt 是 Pt100 铂电阻，且其测量温度为 T=50℃，试计算出 Rt 的值 解：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。 图中 G 为指示电表，R1、R2、R3 为固定电阻，Ra 为零位调节电阻。热电阻都通过电 阻分别为 r2、r3、Rg 的三个导线和电桥连接，r2 和 r3 分别接在相邻的两臂， 当温度变化时，只要它们的 Rg 分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化 也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使 R4=Ra+Rt0 为电阻在参考 温度（如 0?C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电 桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。 3. 1）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=1.0mA,在垂直1b方向加有均匀磁场B=0.3T,传感器的灵 敏系数为22V/AT,试求其霍尔电势及载流子浓度。 4.1)有一数字温度计，测量范围为-50℃~150℃，精度0.5级，求当示 值分别为-20℃，100℃时的绝对误差和示值相对误差。2)欲测量250V电压，要 求测量示值相对误差不大于±0.5%，问选用量程为250V电压表，其精度为那 一级？若选用量程为300V和500V的电压表，其精度又分别为那一级？3)已知待 测电压为400N左右，现有两只电压表，一只1.5级，测量范围0~500V;另一只0. 5级，测量范围0~1000V,问选用那只表测量较好？为什么？

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。 4.1）有一数字温度计，测量范围为 –50 ℃ ～150℃,精度 0.5 级, 求当示 值分别为-20℃,100℃时的绝对误差和示值相对误差。2）欲测量 250 V 电压，要 求测量示值相对误差不大于 ±0.5%, 问选用量程为 250 V 电压表,其精度为那 一级? 若选用量程为300 V和500 V的电压表,其精度又分别为那一级?3)已知待 测电压为 400V 左右,现有两只电压表,一只 1.5 级,测量范围 0～500V; 另一只 0. 5 级, 测量范围 0～1000V,问选用那只表测量较好?为什么?