传感器常见问题答案

一、简答题

1、 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。

2、 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。

3、 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：布置原则有：(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

4、 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。 5、 传感器的定义和组成框图？画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置

和作用。 答：传感器是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。

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。

组成框图：自动控制系统原理框图：

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。

8、 压电式传感器的前置放大器的作用是什么？电压式放大器有何特点？

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。

9、 压电式传感器更适用于静态测量，此观点是否正确，分析原因。

答：不正确。其工作原理是基于压电材料的压电效应，具有使用频率宽，灵敏度高、

信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点，因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种，它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。

10、 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：①在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数αt 及栅丝与试件膨胀系数（βg 与βs ）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。

②方法：自补偿法 线路补偿法

11、 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。

12. 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皀大將，就可测得温庤的大小。

4 简述电阻应变片式传感器的工䝜冟理

答：电阻应变片的工作原理是基于电阻嚔变效应，即在导䭓产生机械变幢时，它的电阹值相应叐焛又化。

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=R3=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)。 证明：R 1=R +∆R R 4=R -∆R

E

U cd =U cb -U db =

R R +∆R +R

E -E 2

R R -∆R +R ⋅∆R R

E =-

2R ∆R 4R -∆R

2

2

E

略去∆R 的二次项, 即可得U cd =-

2、设7次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 10.1 15厘米，若忽略粗大误差和系统误差，试求在99.73%的置信概率下，对被测物体长度的最小估计区间。

答：忽略最后一个值，平均值x

n

=

9. 8+10+10. 1+9. 9+10. 3+10. 1

6

=10. 03

，

p 1=9. 8-10. 03=-0. 23, p 2=-0. 03, p 3=0. 07, p 4=-0. 13, p 5=0. 27, p 6=0. 07

δ=

54

∑

i =1

p i 12=0. 18

，

n -

则最小估计区间x =x +3δ=10. 03±3⨯0. 18=9. 49~10. 57。

3、光纤传感器的主要优点是什么？求n1=1.46，n2=1.45的阶跃型光纤的数值孔径值；如果外部介质为空气n0=1，求光纤的最大入射角。

答：优点：抗电磁干扰能力强；灵敏度高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器，可以制造传感各种不同物理信息的器件；光纤传感器可用于高压，电气噪声，高温，腐蚀或其他恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。

NA =(n -n )

21

22

=(1. 46

2

-1. 45)

2

2

=0. 17

NA =n 0sin θc , ∴sin θc =NA =0. 17, ∴θC =9. 82°

4、（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=1.0 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，灵敏度系数越大。

20

3）U H =k H ⋅IB =0. 0066V U H =IB ∴p =IB =2. 84⨯10

ped H ed 5、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=R3=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 表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时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 表示应变片应变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-(E/2)(ΔR/R)。

证：R 1=R +∆R , R 4=R -∆R

U cd =U cb -U db =

R R +∆R +R

E -

R R -∆R +R

E 2⋅∆R R

E =-

2R ∆R 4R

2

E

-∆R

2

E

略去∆R 的第二项，即可得U cd =-

y =kx +b , ∆i =y i -(kx i +b )

答：

k =

n ∑x i y i -n ∑x i

2∑x ∑y -(∑x )

i

2i

i

, b =

(∑x i y i -

n ∑x i

2

2

∑x ∑x -(∑x )

i

2i

i

y i )

带入数据得：k=0.67 b=0.25

∴y =0. 67x +0. 25

∆1=0. 238, ∆2=-0. 35, ∆3=-0. 16, ∆4=-0. 11, ∆5=-0. 126, ∆6=-0. 914

∆L max y FS

0. 355

γL =±

⨯100%=±=±7%

拟合直线灵敏度 0.67,线性度 ±7%