《传感器原理与应用》综合练习答案(期末考试)

一、填空题

1．热电偶中热电势的大小仅与  金属        的性质、   接触点温度       有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。

2．按热电偶本身结构划分，有    普通      热电偶、铠装热电偶、  微型       热电偶。

3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由  不平衡         电桥提供一个  电位差        随冷端温度  变化        的附加电势，使热电偶回路的输出  不随       冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。

4．硒光电池的     光谱峰值     与人类相近，它的   入射光       波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。

5．硅光电池的光电特性中，光照度与其 短路电流         呈线性关系。

6．压电式传感器的工作原理是基于某些   介质       材料的压电效应。

7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己    极化    方向。经过   极化      过的压电陶瓷才具有压电效应。

8．压电陶瓷的     压电常数       比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其        是其它压电材料无法比的。

9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量    频率小     的被测量。特别不能测量     静态量      。

10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受 洛伦茨力         作用发生   位移       的结果。

11．霍尔元件是N型半导成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫      激励       电极用于引入   激励电流        ；另一对叫  霍尔       电极，用于引出   霍尔电势    。

12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）   利用输入回路的串联电阻       减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极  采用恒流源       ，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。

13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成   磁物理量的变化    ；另一部分是霍尔元件和   测量电路        。

14．磁电式传感器是利用  霍尔效应       原理将 磁参量        转换成感应电动势信号输出。

15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为        磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中          ，线圈感应电动势输出。

16．热敏电阻正是利用半导体的          数目随着温度变化而变化的特性制成的

   热      敏感元件。

17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化 阻值变化        的特点制成的一种热敏元件。

18．热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的             。它是热敏电阻测温的基础。

19．热敏电阻的基本类型有： 负温度系数           缓变型、  正温度系数           剧变型、  临界温度         型。

20．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于             温度范围的温度控制，而在某一           温度范围内的温度控制中却是十分优良的。

21．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于            型，适用于温度监测和温度控制。

22．金属电阻受应力后，电阻的变化主要是由   形状      的变化引起的；而半导体电阻受应力后，电阻的变化主要是由          发生变化引起的。

23．对于简单的拉伸和压缩来说，当半导体电阻上的作用应力与电流方向一致时，其电阻率的         与         成正比。

24．当半导体材料在某一方向承受应力时，它的   电阻率      发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。用这个原理制成的电阻称固态  半导体应变片        。

25．固体受到压力后，其电阻率发生一定变化，所有固体材料都有这个特点，其中以  金属     材料最为显著。

26．为了增大灵敏度，压敏电阻常常扩散（安装）在薄的    基片      上。压力的作用先引起    电阻相对变化     ，随之使压敏电阻承受应力。

27．扩散压阻器件是在硅膜片适当位置上扩散出           相等的压敏电阻，然后将它们接成          而成。

28．扩散硅压阻器件中，有一种圆形          与其支撑的          合为一体，称为圆形硅杯膜片结构。

29．湿敏电阻主要由    基体          、电极和绝缘基片组成。

30．碳湿敏电阻是在绝缘基片上制备两个电极，然后在电极之间喷涂一层含有             的有机胶状纤维素而成。

31．湿敏电阻的工作原理是   利用湿敏材料          在吸收了环境中的水分后，引起两电极间           的变化而工作的。

32．磁敏二极管工作时加   正向偏置       电压。由于它的磁灵敏度很高，特别适用于测量   裂纹         。

33．由磁敏二极管的工作原理知道，用   外加正偏压       控制其集电极电流的变化方向（增加或减小）；用

     磁场变化        控制其集电极电流的变化量。

34．磁敏二极管和三极管具有比霍尔元件高数百甚至数千的    磁场灵敏度       ，因而适用于   弱磁场        的测量。

35．气敏元件接触气体时，由于其表面    的氧化和还原反应        ，致使其电阻率发生明显变化。

36．气敏电阻的材料不是通常的硅或锗材料，而是   氧化锡           。

37．气敏元件工作时，需要    工作温度           比环境温度高得多，为此气敏元件结构上有     加热器      。

38．电阻应变片的工作原理就是依据应变效应，建立导体　电阻值　　　　　　与变形之间的量值关系而工作的。

39．当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的   

    电阻相对变化       与试件主应力的   半导体应变片应变值    之比

40．螺线管式差动变压器传感器中，  电压           是评定差动变压器性能的主要指标之一，它的存在会造成传感器在零位附近               降低和测量误差增大。

41．差动螺线管式电感传感器主要由两个 差动连接       的螺线管和初始状态处于对称位置的    

   螺丝管      组成。因而两个螺线管的初始电感相等。

42．电涡流传感器的配用电路有 调频式           电路、     调幅式  电路（任写两个）。

43．电涡流式传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈                 

的距离，否则会使          降低和非线性误差加大。

44．采用热电阻作为测量温度的元件是将  温度      的测量转换为   电阻      的测量。

45．电位器的种类繁多，按工作特性可分为        性和       性两种。

46．差动变压器传感器不仅可以直接用于        测量，还可以用于测量与       有关的任何机械量。

47．测量仪表的精确度是  精密度  和    准确度 两者的总和。精确度简称  精度       。

48．螺线管式差动变压器传感器主要由线圈组合、   铁芯        和  衔铁          组成。

49．传感器变换的被测量的数值处在         下，传感器            的关系称为传感器的静特性，其主要技术指标有：   线性度      、灵敏度、迟滞和重复性等。

50．当应变片主轴线与试件轴线方向一致且受一维应力时，应变片灵敏系数K是应变片的   

           与试件主应力的       之比

51．闭磁路变隙式单线圈电感传感器的           与灵敏度及线性度是相矛盾的。

52．电涡流式传感器工作时，要求线圈距被测物无关的金属物体至少有一个线圈           

的距离，否则会使          降低和非线性误差加大。

53．电容式传感器中，变介电常数式多用于    液面高度            的测量。

54．电位器的种类繁多，按工作特性可分为        性和       性两种。

55．差动螺线管式电感传感器主要由两个        的螺线管和初始状态处于对称位置的    

         组成。因而两个螺线管的初始电感相等。

56．电涡流传感器的主体是         。因而它的性能对整个测量系统的性能产生重要影响。

57．电容式传感器中，变面积式常用于较大的  位移         的测量。

58．光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用    光敏二极管        替代的结果。通常基极不引出，只有两个电极。

59．光电管由一个光电阴极和一个阳极封装在真空的玻璃壳内组成，其技术性能主要取决于

              。

60．振弦式传感器是经被拉紧的钢弦作为传感元件，其    周期         与弦的张紧力的平方根成正比。

61．振筒式传感器用薄壁圆筒将被测气体           或密度的变化转换成频率的变化。

62．所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的              。

63．振弦式传感器的原理结构中，振弦的一端用夹紧块固定在         上，另一端用夹紧块固定在   弹性感压膜片       上。

．对某种物体产生           有一个                      的，称为红限。

65．光敏二极管的结构与普通二极管相似，其管芯是一个具有  光敏特征           的PN结。它是在    反向        电压下工作的。

66．振筒式传感器中，激励器与拾振器通过                ，加上放大器和反馈网络组成一个振荡系统，所以振筒是由              材料制成的。

67．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除　　非线性误差　　　　　　，同时还能起到　　　提高电压灵敏度　　　　　的作用。

68．螺线管式差动变压器传感器中，按线圈绕组排列方式的不同，分为一节式、　　　　　　　　　　　。通常采用　　　　　　　　　。

69．电涡流传感器的整个测量系统由　线圈和导体　　　　　　两部分组成。利用两者的　　　耦合来完成测量任务。

70．测量是借助专用的技术和设备，通过　实验　　　和　计算　　　，取得被测对象的某个量的大小和符号。

71．常用的非线性电位器结构以　　　　　　式和　　　　　　式居多。

72．传感器一般由　敏感元件　　　　　　　和　　转换元件　两个基本部分组成。

73．工业上和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是　　铂电阻　　　和　铜电阻　　　。

74．分辨率是显示仪表能够检测到被测量             的本领。一般模拟式仪表的分辨率规定为            分格数值的一半；数字式仪表的分辨率规定为           的数字。

75．螺线管式差动变压器传感器的导磁外壳的功用主要是提供            。

76．电阻应变片的初始电阻R0是指应变片未粘贴时，在室温下测得的         电阻。

77．电涡流传感器工作时，被测物体电阻率ρ和相对导磁率μr越      ，则传感器的灵敏度越      。

78．铜热电阻在一些测量精度要求 不太高       ，且温度较低的场合，用来测量-50—150         ℃范围的温度。

二、选择题

1．一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（   C    ）。

A．增加                                   B．减小

C．增加或减小不能确定                     D．不变

2．实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是（  A    ）。

A．纯金属      B．非金属        C．半导体         D．合金

3．工程（工业）中，热电偶冷端处理方法有（   AD    ）。

A．热电势修正法                        B．温度修正法

C．0 C恒温法                          D．冷端延长法

4．热电偶可以测量（  C    ）。

A．压力        B．电压        C．温度          D．热电势

5．压电式传感器目前多用于测量（  BD    ）。

A．静态的力或压力                      B．动态的力或压力

C．速度                                D．加速度

6．压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（  AD     ）。

A．前者比后者灵敏度高得多

B．后者比前者灵敏度高得多

C．前者比后者性能稳定性高得多

D．后者比前者性能稳定性高得多

7．霍尔效应中，霍尔电势与（   AC     ）。

A．激磁电流成正比                    B．激磁电流成反比

C．磁感应强度成正比                  D．磁感应强度成反比

8．热敏电阻测温的基础是根据它们的（  B     ）

  A．伏安特性             B．热电特性

C．标称电阻值           D．测量功率

9．负温度系数缓变型热敏电阻有较好的感温特性，适用于一定范围的          检测；正温度剧变型和临界温度型热敏电阻属于         型，适于温度监测和温度控制。

10．对于固态压敏电阻的简单拉伸和压缩来说，当作用应力 与电流方向一致时，它的电阻率相对变化率与（      ）。

A．半导体材料的弹性模量成正比

B．半导体材料的弹性模量成反比

C．作用应力 成正比

D．作用应力 成反比

11．利用扩散硅压阻器件可以制成小型的（  B    ）传感器。

A．温度      B．压力        C．加速度       D．流量

12．通常用应变片式传感器测量（ C     ）。

A．温度                        B．密度

C．加速度                      D．电阻

13．差动变压器式传感器的结构形式很多，其中应用最多的是（ B     ）。

A．变间隙式

B．变面积式

C．螺线管式

14．通常用振弦式传感器测量（       ）。

A．温度                      B．扭矩

C．电流频率                  D．大位移

15．差动变压器传感器配用的测量电路主要电路有（      ）。

A．差动相敏检波电路            B．差动整流电路

C．直流电桥                    D．差动电桥

16．若使电涡流传感器的灵敏度高，被测物体的电阻率ρ和相对磁导率μ r应该是（     ）。

A．ρ大                           B．ρ小

C．μ r大                          D．μ r小

17．当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的物理量是（        ）。

A．红限                                B．量子效率

C．逸出功                              D．普朗克常数

18．光敏三极管工作时（     A     ）。

A．基极开路、集电结反偏、发射结正偏

B．基极开路、集电结正偏、发射结反偏

C．基极接电信号、集电结正偏、发射结反偏

19．在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于（         ）。

A．外光电效应                          B．内光电效应

D．光电发射

20．振弦式传感器中，把被测量转换成频率的关键部件是（          ）。

A．激励器                              B．拾振器

C．永久磁铁                            D．振弦

21．用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（      ）。

A．接线方便

B．减小引线电阻变化产生的测量误差

C．减小桥路中其它电阻对热电阻的影响

D．减小桥路中电源对热电阻的影响

22．单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（      ）。

A．大量程角位移

B．小量程角位移

C．大量程直线位移

D．小量程直线位移

23．变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d0之间是（  B      ）。

A．正比关系                  B．反比关系

C．无关系

24．利用电涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和灵敏度，其激磁线圈（半径为ra）与被测物体间的距离x应该满足（      ）。

A．ra≈x B．ra>>x

C．rax

25．通常用电容式传感器测量（    A   ）。

A．电容量                    B．加速度

C．电场强度                  D．交流电压

26．应变片的主要参数有（      ）

A．初始电阻值                B．额定电压

C．允许工作电压              D．额定功率

27．为了使螺线管差动变压器传感器具有较好的线性度，通常是（ A    ）

A．取测量范围为线圈骨架的1/10～1/4

B．取测量范围为线圈骨架的1/2～2/3

C．激磁电流频率采用中频

D．激磁电流频率采用高频

三、问答题

1. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？

答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。

2．解释下列名词术语：

1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。

答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器：能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或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。

④变送器：能输出标准信号的传感器

3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？

答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

4．电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？

答：①种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。

②原理：自感、互感、涡流、压磁。

5．试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。

答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。

6．分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？

答：①原因是改变了空气隙长度

②改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非线性减少。

7．简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。

答：应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。

8．根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？

答：①原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=εS/D 式中ε为两个极板间介质的介电常数，S为两个极板对有效面积，D为两个极板间的距离。由此式知，改变电容C的方法有三：

其一为改变介质的介电常数；

其二为改变形成电容的有效面积；

其三为改变各极板间的距离；

而得到的电参数的输出为电容值的增量这就组成了电容式传感器。

②类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。

电容传感器的应用：可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。

9．有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变片式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。

答：可选用差分式电容压力传感器，通过测量筒内水的重力，来控制注水数量。或者选用应变片式液径传感器。

10．总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。

答：①优点：a温度稳定性好；b结构简单、适应性强；c动响应好。

②缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应；b输出阻抗高、负载能力差；c寄生电容影响大。

③输出特性非线性：电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。

使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。

11.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？

答：某些电介质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。

压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料

结构和应用特点：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。

使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。

12.石英晶体X、Y、Z轴的名称是什么？有哪些特征？

答：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。压电陶瓷是一种多晶铁电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，就是以强电场使“电畴”规则排列，而电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强的剩余极化。

当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正负电荷。在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也会随时间发生变化—老化，铁电体老化将使压电效应减弱。

13．磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？

答：a.磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。b.磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。c. 磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。

14. 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？

答：a.霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。b.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。c.温度补偿方法：分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。电桥补偿法

15. 简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。

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。霍尔组件多用N型半导体材料，且比较薄。霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。 

16.发电机是利用导线在永久磁铁的磁场中作旋转运动而发电的。无论负载怎样消耗这个电能，永久磁铁不会变弱，这是什么道理？

答：发电机供应给负载的电能是，为转动这个发电机所供应得机械能（火力或水力）变换而来的能量。磁铁持有的能量未被消耗，所以磁铁不会变弱。

17.叙述电荷耦合器件（CCD）的结构和存储电荷与转移电荷的工作过程。

答：CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的SiO2，再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片,CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用。

18. 光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？

答：①吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关，当光的频率与分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。②散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去，不能传输到终点，从而造成散射性损耗。③辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲b微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。

19. 光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？

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。

优点：a具有优良的传旋光性能，传导损耗小；b频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好；c能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送

功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，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。

20.在用光开关检测物体的系统中，由受光器的受光次数，可计算通过输送带上物体的个数，那么，用输送带搬运两种高度的物体时，画出能分别计算两种高度的物体个数的系统组成图。答：在运输带两边分别设置发光器A和B，受光器A'和B'。高度低的物体通过时，（下图（a）），受光器A'受光但B'不受光（表1中分别用符号Ο和Ⅹ表示）。若是高低物体，则A'和B'都不受光（表1中分别用Ⅹ和Ⅹ表示）。因此可得b图的体统组成图。受光时（符号Ο）输出是0V（L水平），不受光（符号Ⅹ）时输出是6V（H水平）。因此，表1变成表2 。结果，分别数一数输出a,b为L，H时（低的物体）或者H，H时（高的物体）即可。这是用逻辑电路和计数电路完成的。

21.为什么多数气敏传感器要加加热器工作？加热器有哪些作用。

答：加热电极，可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度；烧掉金属网罩上的灰尘和油滋，提高响应速度。

22.分析下图 酒精测试仪电路工作原理。

解：①气敏传感器；

②加热电极，可加速还原反应提高气敏传

感器灵敏度；

③调节测量系统的测量范围和满度值。

23.超声波在介质中传播有那些特性？

答：⑴超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，特别是不透光的固体能穿透几十米；

⑵当超声波从一种介质入射到另一种介质时，在界面上会产生反射、折射和波形转换；

由于超声波的这些特性，使它在检测技术中获得广泛应用。如：超声波测距、测厚、测流量、无损探伤、超声成像等等。

⑶超声波为直线传播方式，频率越高绕射越弱，但反射越强，但反射能力越强，利用这种性质可以制成超声波测距传感器。

⑷超声波在空气中传播速度较慢，为340m/s，这一特点使得超声波应用变得非常简单，可以通过测量波的传播时间，测量距离、厚度等。

⑸声波在介质中传播时随距离的增加能量逐渐衰减。

24.简述超声波测量流量的工作原理。

答：与电磁流速计一样，超声波流速计是一种没有阻碍流动的障碍物的流体测量法。若流动方向与声波一致，传给流体的声波速度增加；相反，声波速度减小，这称为多普勒效应。

25.什么是核辐射传感器？

答：核辐射传感器是基于射线通过物质时产生的电离作用，或利用射线能使某些物质产

生荧光，再配以光电组件，将光信号转变为电信号的传感器。

26．简述核辐射传感器的功能及优缺点。

答：核辐射传感器可以实现气体成分、材料厚度、物质密度、物位、材料内伤等的测量。

但是要注意放射性辐射的防护。

27．核辐射传感器能用于哪些非电量的测量？试举例说明之。

答：可用来检测厚度、液位、物位、转速、材料密度、重量、气体压力、流速、温度及

湿度等参数。

28．如何防护放射性辐射？

答：尽量减小辐射强度，也要考虑辐射类型和性质。在实际工作中要采取多种方式来减少射线的照射强度和照射时间，如采用屏蔽层，利用辅助工具，或是增加与辐射源的距离等各种措施。

29．高温加热的钢板为红色，当温度继续升高时变为白色，试说明原因。

答：与温度相对应，物体放射出具有一定波长分布的光，高温时，所有波长的能量增大，波长分布的峰值向短波长方向移动。对应于黑体的波长分布可由普朗克分布规则求得。1000。C的钢板，波长分布的峰值在近红外区域，发出的光波长在0.6μm以上，属于可视光的红光区域，因此看到的光呈现红色。温度升高使得波长分布的峰值向短波方向移动。可视光的短波成分增加，可视光所有波长成分混合使钢板颜色接近白色。

30．（1）采用超声波或光脉冲信号，由从对象反射回来的脉冲的时间进行距离检测，空气中的音速为340m/s，软钢中纵波的因素为5900 m/s，光的速度为3*108 m/s，求这三种情况下1 ms的往复时间对应得距离。根据计算结果，比较采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统速度快几倍？（2）根据（1）的结果，讨论利用脉冲往复时间测距，采用超声波和光波各有什么特点。

答：（1）1ms的时间内超声波在空气和软钢中的传播距离分别为0.17m和3.0m，而光的传播距离为1.5*105 m，故要求有105倍高的处理速度。

（2）采用光时，1μm的处理速度只能测量100m以上的距离，不能进行近距离测量。如果要求分辨力为1m，则要求10ns的处理速度。所以光脉冲法用于远距离分辨率要求不高的场合，而超声波用于近距离测量。

31．热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？

答：热电阻传感器分为以下几种类型：

①铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。

②铜电阻传感器：价钱较铂金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铂电阻稍低、电阻率小。

③铁电阻和镍电阻：铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、电阻率较大，故可作成体积小、灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，而且电阻值与温度的线性关系差。目前应用不多

32．什么叫热电动势、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。

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。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。

④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。

⑤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T 时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为Tn时的热电势与同一热电偶热端为Tn，冷端为T0时热电势的代数和。

应用：对热电偶冷端不为0度时，可用中间温度定律加以修正。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，T0）时分别为EAC（T，T0）和EBC（T，T0），那么受相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为

EAB（T，T0）= EAC（T，T0）- EBC（T，T0）

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。

⑥误差因素：参考端温度受周围环境的影响减小误差的措施有：

a 0oC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

d 热电偶补偿法

e 电桥补偿法

f 冷端延长线法。

33．试比较电阻温度计与热电偶温度计的异同点。

答：电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温度。热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的。前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换为电势大小。

相同点：都是测温传感器，精度及性能都与传感器材料特性有关。

34．试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性并说明其用途。

答：伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流I与其上电压降U之间的关系。当电流很小时不足以引起自身发热，阻值保持恒定，电压降与电流间符合欧姆定律。当电流I>Is时，随着电流增加，功耗增大，产生自热，阻值随电流增加而减小，电压降增加速度逐渐减慢，因而出现非线性的正阻区ab。电流增大到Is时，电压降达到最大值Um。此后，电流继续增大时，自热更为强烈，由于热敏电阻的电阻温度系数大，阻值随电流增加而减小的速度大于电压降增加的速度，于是就出现负阻区bc段。研究伏安特性，有助于正确选择热敏电阻的工作状态。对于测温、控温和温度补偿，应工作于伏安特性的线性区，这样就可以忽略自热的影响，使电阻值仅取决于被测温度。对于利用热敏电阻的耗散原理工作的场合，例如测量风速、流量、真空等，则应工作于伏安特性的负阻区。

四．电路分析（每题5分，共20分）

１．下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：

▪当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值； 

▪当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。

２．图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。

问：①TGS—812是什么传感器？

②2、5脚是传感器哪个部分，有什么

作用？

③分析电路工作原理，调节电位器

RP有什么意义?

３．图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。分析电路工作原理：

①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是

导通还是截止？

②二极管是一个什么器件，在电路中起到什么

作用？

③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？

４．下图是电阻应变仪电路框图，电桥采用交流供电，应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz，振荡频率4KHz。请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。

5、下图是一红外测温装置，测量温度高于1000℃，红外探测器是热释电元件，利用热辐射测温。请回答下列器件各起到什么作用？（10分）

o光学系统：透镜_____________；滤光片_____________ ； 

o步进电机与调制盘_____________； 

o温度传感器_____________ 

o红外探测器_____________。