傳感器原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)題及答案1

一、名詞解釋

1.傳感器2.傳感器的線性度3.傳感器的靈敏度4.傳感器的遲滯5.絕對誤差6.系統(tǒng)誤差

7.彈性滯后8.彈性后效9.應(yīng)變效應(yīng)10.壓電效應(yīng)11.霍爾效應(yīng)12.熱電效應(yīng)13.光電效應(yīng)

14.莫爾條紋15.細(xì)分

二、填空題

1.傳感器通常由、、三部分組成。

2.按工作原理可以分為、、、o

3.按輸出量形類可分為、、o

4.誤差按出現(xiàn)的規(guī)律分、、。

5.對傳感器進(jìn)行動態(tài)的主要目的是檢測傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)。

6.傳感器的過載能力是指傳感器在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過

的能力。

7.傳感檢測系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式，向方向發(fā)展。

8.已知某傳感器的靈敏度為K0,且靈敏度變化量為△1?）,則該傳感器的靈敏度誤差計算公式為

rs=?

9.為了測得比柵距W更小的位移量，光柵傳感器要采用技術(shù)。

10.在用帶孔圓盤所做的光電扭矩測量儀中，利用孔的透光面積表示扭矩大小，透光面積減小，則

表明扭矩o

11.電容式壓力傳感器是變型的。

12.一個半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為180,半導(dǎo)體材料的彈性模量為l.SX105Mpa,其中壓阻系數(shù)JiL

為Pa-lo

13.圖像處理過程中直接檢測圖像灰度變化點(diǎn)的處理方法稱為。

14.熱敏電阻常數(shù)B大于零的是溫度系數(shù)的熱敏電阻。

15.若測量系統(tǒng)無接地點(diǎn)時，屏蔽導(dǎo)體應(yīng)連接到信號源的o

16.目前應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有、、。

17.根據(jù)電容式傳感器的工作原理.電容式傳感器有、、

三種基本類型

18.熱敏電阻按其對溫度的不同反應(yīng)可分為三類、、o

19.光電效應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生結(jié)果的不同，通常可分為、、三種類型。

20.傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出與輸入的比值。對

線性傳感器來說，其靈敏度是。

21.用彈性元件和電阻應(yīng)變片及一些附釁可以組成應(yīng)變片傳感器，按用途劃分用應(yīng)變式_

傳感器、應(yīng)變式傳感器等（任填兩個）。

22.采用熱電阻作為測量溫度的元件是將的測量轉(zhuǎn)換為的測量。

23.單線圈螺線管式電感傳感器主要由線圈、和可沿線圈軸向

___________________組成。

24.利用渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性度和較好的靈敏度，應(yīng)該讓

的距離大大小于O

25.空氣介質(zhì)變隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實(shí)際中大都采用

式電容傳感器

26.振筒式傳感器是以均勻作為敏感元件，將被測氣體壓力或密度的變化轉(zhuǎn)換

成0

27.由光電管的光譜特性看出，檢測不同顏色的光需要選用不同的光電管，以便利用光譜

特性的區(qū)段。

28.按熱電偶本身結(jié)構(gòu)劃分，有熱電偶、鎧裝熱電偶、熱電偶。

29.硒光電池的光譜響應(yīng)區(qū)段與相近，因而得到應(yīng)用。

30.熱敏電阻正是利用半導(dǎo)體的數(shù)目隨著溫度變化而變化的特性制成的

敏感元件。

31.當(dāng)半導(dǎo)體材料在某一方向承受應(yīng)力時，它的發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體壓

阻效應(yīng)。用這個原理制成的電阻稱固態(tài)。

32.磁敏二極管工作時加電壓。由于它的磁靈敏很高，特別適用于測

量o

33.我們學(xué)過的參量式傳感器有、等。

34.可以測量加速度的傳感器有、、等。

35.形成干擾的三因素是、、o

四、問答題

1.傳感器有哪些組成部分？在檢測過程中各起什么作用？

2.傳感器有哪些分類方法？各有哪些傳感器？

3.彈性敏感元件在傳感器中起什么作用？

4.彈性敏感元件有哪幾種基本形式？各有什么用途和特點(diǎn)？

5.何謂電阻式傳感器？它主要分成哪幾種？

6.試比較金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)。

7.熱電阻傳感器有哪幾種？各有何特點(diǎn)及用途？

8.簡要說明氣敏、濕敏電阻傳感器的工作原理，并舉例說明其用途。

9.電感式傳感器的工作原理是什么？能夠測量哪些物理量？

10.變氣隙式傳感器主要由哪幾部分組成？有什么特點(diǎn)？

11.概述電渦流式傳感器的基本結(jié)溝與工作原理。

12.電容式傳感器有什么主要特點(diǎn)？可用于哪些方面的檢測？

13.根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為哪幾種類型？各自用途是什么？

14.常用壓電材料有那幾種？

15.霍爾電動勢的大小、方向與哪些因素有關(guān)？

16.試說明熱電偶的測溫原理。

17.光電效應(yīng)有哪幾種類型？與之對應(yīng)的光電元件各有哪些？簡述各光電元件的優(yōu)缺點(diǎn)。

18.光柵的莫爾條紋有哪幾個特性？

19.抑制干擾有哪些基本措施？

一、1.能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)化成可用輸出信號的器件和裝置

2.是指傳感器輸出、輸入的實(shí)際特性曲線和擬合直線之間的最大偏差與輸出量程范圍之百分比。

3.歪指傳感器在穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出變化量與輸入變化量的比值，用K來表示。

4.表明傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中輸出、輸入曲線不重合的程度。

5.是示值與被測量真值之間的差值

6.是指誤差的數(shù)值是一個常數(shù)或按一定的規(guī)律變化的值

7.在實(shí)際中，彈性元件在加、卸載的正、反行程中變形曲線一般是不重合的，這種現(xiàn)象稱為彈性滯后。

8.當(dāng)載荷從某一數(shù)值變化到另一數(shù)值時，彈性變形不是立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定的時間間隔內(nèi)

逐漸完成變形的，這一現(xiàn)象稱為彈性后效。

9.導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）時，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。

10.某些電介質(zhì)在沿一定的方向上受到外力的作用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產(chǎn)

生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

11.金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為3的磁場中，當(dāng)有電流/通過時，在垂直于電流和磁場的方向

上將產(chǎn)生電動勢U〃，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

12.將兩種不同的導(dǎo)體A和B連成閉合回路，當(dāng)兩個接點(diǎn)處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢。

13.光電效應(yīng)是物體吸收到光子能量后產(chǎn)生相應(yīng)電效應(yīng)的一種物理現(xiàn)象。

14.把兩塊柵距相同的光柵刻線面相對重合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線之間形成一

個很小的夾角，然后將這對光柵放置在光路中，在兩塊光柵的柵線重合處，因有光從縫隙透過形成亮帶,

在兩光柵柵線彼此錯開處，由于光線被遮擋而形成暗帶，這種比光柵柵距寬得多的由亮帶和暗帶形成的

明、暗相間的條紋稱為莫爾條紋。

15.使光柵每移動一個柵距，莫爾條紋變化一周期時，不只是輸出一個脈沖，而是輸出均勻分布的n個

脈沖，從而使分辨力提高到W/n,細(xì)分后計數(shù)脈沖的頻率提高了。

二、1.敏感元件、傳感元件、測量轉(zhuǎn)換電路2.參量傳感器、發(fā)電傳感器、數(shù)字傳感器、特殊傳感器

3.模擬式、數(shù)字式和開關(guān)式4.系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差5.標(biāo)定（或校準(zhǔn)或測試）6.測量范圍

7.智能化8.（AK0/K0）X100%9.細(xì)分10.增大11.極距（或間隙）12.1X10—913.微分法14.負(fù)

15.對地低阻抗端（或接地端）16.壓電晶體、壓電陶瓷、有機(jī)壓電材料

17.變間隙型、變面積型、變介電常數(shù)型

18.負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTK）

19.外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)20.變化量、變化量、常數(shù)21.力、壓力（加速度）

22.溫度、電阻23.鐵磁性外殼、移動的活動鐵芯24.線圈與被測物、線圈半徑25.差動

26.薄壁圓筒、頻率27.光電陰極材料、靈敏度較高28.普通、薄膜29.人類30.載流子、溫度

31.電阻率、壓敏電阻32.正向、弱磁場33.電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器

34.電容式傳感器、壓電式傳感器、差分變壓器式傳感器35.干擾源、干擾途徑、接收電路

四、1.答：傳感器通常由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

各部分在檢測過程中所起作用是：敏感元件是在傳感器中直接感受被測量，并輸出與被測量成一定

聯(lián)系的另一物理量的元件，如電阻式傳感器中的彈性敏感元件可將力轉(zhuǎn)換為位移。傳感元件是能將敏感

元件的輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電參量的元件，如應(yīng)變片可將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻量。測量轉(zhuǎn)換電路

可將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電量信號。

2.答：按工作原理分有參量傳感器、發(fā)電傳感器、數(shù)字傳感器和特殊傳感器；按被測量性質(zhì)分有機(jī)械量

傳感器、熱工量傳感器、成分量傳感器、狀態(tài)量傳感器、探傷傳感器等；按輸出量形類分有模擬式、數(shù)

字式和開關(guān)式；按傳感器的結(jié)構(gòu)分有直接式傳感器、差分式傳感器和補(bǔ)償式傳感器。

3.答：彈性敏感元件在傳感器技術(shù)中占有很重要的地位，是檢測系統(tǒng)的基本元件，它能直接感受被測物

理量（如力、位移、速度、壓力等）的變化，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為本身的應(yīng)變或位移，然后再由各種不同形

式的傳感元件將這些量變換成電量。

4.答：彈性敏感元件形式上基本分成兩大類，即將力變換成應(yīng)變或位移的變換力的彈性敏感元件和將壓

力變換成應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件。

變換力的彈性敏感元件通常有等截面軸、環(huán)狀彈性敏感元件、懸臂梁和扭轉(zhuǎn)軸等。實(shí)心等截面軸在

力的作用下其位移很小，因此常用它的應(yīng)變作為輸出量。它的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、測量范

圍寬、可承受極大的載荷、缺點(diǎn)是靈敏度低?？招膱A柱體的靈敏度相對實(shí)心軸要高許多，在同樣的截面

積下，軸的直徑可加大數(shù)倍，這樣可提高軸的抗彎能力，但其過載能力相對弱，載荷較大時會產(chǎn)生較明

顯的桶形形變，使輸出應(yīng)變更雜而影響精度。環(huán)狀敏感元件一般為等截面圓環(huán)結(jié)構(gòu)，圓環(huán)受力后容易變

形，所以它的靈敏度較高，多用于測量較小的力，缺點(diǎn)是圓環(huán)加工困難，環(huán)的各個部位的應(yīng)變及應(yīng)力都

不相等。懸臂梁的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，輸出位移（或應(yīng)變）大，靈敏度高，所以常用于較小力的

測量。扭轉(zhuǎn)軸式彈性敏感元件用于測量力矩和轉(zhuǎn)矩。

變換壓力的彈性敏感元件通常有彈簧管、波紋管、等截面薄板、波紋膜片和膜盒、薄壁圓筒和薄壁

半球等。彈簧管可以把壓力變換成位移，且彈簧管的自由端的位移量、中心角的變化量與壓力p成正比,

其剛度較大，靈敏度較小，但過載能力強(qiáng)，常用于測量較大壓力。波紋管的線性特性易被破壞，因此它

主要用于測量較小壓力或壓差測量中。

5.答：電阻式傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成電阻值，再經(jīng)相應(yīng)測量電路處理后，在顯示器記錄儀上顯示或記

錄被測量的變化狀態(tài)的一種傳感器。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏電阻、氣敏電阻及濕敏

電阻等電阻式傳感器。

6.答：金屬絲式應(yīng)變片的蠕變較大，金屬絲易脫膠，但其價格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的一次性試驗(yàn)。

半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料作敏感柵而制成的。當(dāng)它受力時，電阻率隨應(yīng)力的變化而變化。它的

主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高（靈敏度比絲式、箔式大幾十倍），橫向效應(yīng)小。主要玦點(diǎn)是靈敏度的熱穩(wěn)定性差、

電隹與應(yīng)變間非線性嚴(yán)重。在使用時，需采用溫度補(bǔ)償及非線性補(bǔ)償?shù)却胧?/p>

7.答：熱電阻可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩類。前者稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。以熱電阻

或熱敏電阻為主要器件制成的傳感器稱為熱電阻傳感器或熱敏電阻傳感器。

熱電阻傳感器主要是利用電阻隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度的。其主要優(yōu)點(diǎn)是：測量精度

高；有較大的測量范圍，尤其在低溫方面；易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。熱電阻傳感器之所以

有較高的測量精度，主要是一些材料的電阻溫度特性穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好。

熱敏電阻按其對溫度的不同反應(yīng)可分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）、正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和

臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）三類，CTR一般也是負(fù)溫度系數(shù)，但與NTC不同的是，在某一溫度范圍內(nèi)，

電阻值會發(fā)生急劇變化。這三類熱敏電阻的電阻率P與溫度t之間的相互關(guān)系均為非線性。NTC熱敏電

阻主要用于溫度測量和補(bǔ)償，測溫范圍一般為-50~350℃,也可用于低溫測量（-130℃~0C）、中溫測量

（150℃~750℃）,甚至更高溫度，測量溫度范圍根據(jù)制造時的材料不同而不同。PTC熱敏電阻既可作為溫

度敏感元件，又可在電子線路中起限流、保護(hù)作用。CTR熱敏電阻主要用作溫度開關(guān)。

8.答：氣敏傳感器，是利用半導(dǎo)體氣敏元件同被測氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)的變化，以此來檢測待

定氣體的成分或濃度的傳感器的總稱。實(shí)際測量時，可用氣敏傳感器把各種氣體的成分或濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)

換成電阻、電壓或電流的變化量，并通過相應(yīng)測量電路在終端儀器上顯示。它的傳感元件是氣敏電阻，

這是一種用金屬氧化物（如氧化錫Sn02＞氧化鋅ZnO或FeA^）的粉末材料并添加小量催化劑及添加劑,

按一定配比燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。氣敏傳感器可測量還原性氣體和測量氧氣濃度的兩大類，例如石油

蒸汽、酒精蒸汽、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。

濕敏電阻傳感器是利用材料的電氣性能或機(jī)械性能隨濕度而變化的原理制成的。它能把濕度的變化

轉(zhuǎn)化成電阻的變化，它的傳感元件是濕敏電阻。濕敏電阻傳感器的應(yīng)用很廣，例如，大規(guī)模集成電路生

產(chǎn)車間，當(dāng)其相對濕度低于30%RH時，容易產(chǎn)生靜電而影響生產(chǎn)；一些粉塵大的車間，當(dāng)濕度小而產(chǎn)生

靜電時，容易產(chǎn)生爆炸；許多儲物倉庫（如存放煙草、茶葉和中藥材等）在濕度超過某一程度時，物品易

發(fā)生變質(zhì)或霉變現(xiàn)象；居室的濕度希望適中；而紡織廠要求車間的濕度保持在60%RH~75%RH；在農(nóng)業(yè)生

產(chǎn)中的溫室育苗、食用菌培養(yǎng)、水果保鮮等都需要對濕度進(jìn)行檢測和控制。

9.答：電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈的電感（或互感）變化的一

種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。利用電感式傳感器可以把連續(xù)變化的線位移或角位移轉(zhuǎn)換成線圈的自感或互感的連續(xù)

變化，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換電路再變成電壓或電流信號以供顯示。它除了可以對直線位移或角位移進(jìn)行直接

測量外，還可以通過一定的感受機(jī)構(gòu)對一些能夠轉(zhuǎn)換成位移量的其他非電量，如振動、壓力、應(yīng)變、流

量等進(jìn)行檢測。

10.答：變氣隙式自感式傳感器由鐵心線圈、銜鐵、測桿及彈簧等組成。變氣隙式傳感器的線性度差、

示值范圍窄、自由行程小，但在小位移下靈敏度很高，常用于小位移的測量。

11.答：成塊的金屬物體置于變化著的磁場中，或者在磁場中運(yùn)動時，在金屬導(dǎo)體中會感應(yīng)出一圈圈自

相閉合的電流，稱為電渦流。電渦流式傳感器是一個繞在骨架上的導(dǎo)線所構(gòu)成的空心繞組，它與正弦交

流電源接通，通過繞組的電流會在繞組周圍空間產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)導(dǎo)電的金屬靠近這個繞組時，金屬導(dǎo)

體中便會產(chǎn)生電渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、磁導(dǎo)率、厚度、繞組與金屬導(dǎo)體的距離，以及

繞組勵磁電流的角頻率等參數(shù)有關(guān)。如果固定其中某些參數(shù)不變，就能由電渦流的大小測量出另外一些

參數(shù)。由電渦流所造成的能量損耗將使繞組電阻有功分量增加，由電渦流產(chǎn)生反磁場的去磁作用將使繞

組電感量減小，從而引起繞組等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)Q值的變化。所以凡是能引起電渦流變化的非

電量，例如金屬的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、繞組與導(dǎo)體的距離等，均可通過測量繞組的等效電阻R、

等效電感L、等效阻抗Z及等效品質(zhì)因數(shù)Q來測量。這便是電渦流式傳感器的工作原理。電渦流式傳感

器的結(jié)構(gòu)比較簡單，主要是一個繞制在電架上的繞組，目前使用比較普遍的是矩形截面的扁平繞組。

12.答：電容式傳感器具有以下特點(diǎn)：功率小，阻抗高，由于電容式傳感器中帶電極板之間的靜電引力

很小，因此，在信號檢測過程中，只需要施加較小的作用力，就可以獲得較大的電容變化量及高阻抗的

輸出；動態(tài)特性良好，具有較高的固有頻率和良好的動態(tài)響應(yīng)特性；本身的發(fā)熱對傳感器的影響實(shí)際上

可以不加考慮；可獲取比較大的相對變化量；能在比較惡劣的環(huán)境條件下工作；可進(jìn)行非接觸測量；結(jié)

構(gòu)管單、易于制造；輸出阻抗較高，負(fù)載能力較差；寄生電容影響較大；輸出為非線性。

電容式傳感器可用于直線位移、角位移、尺寸、液體液位、材料厚度的測量。

13.答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式傳感器有三種基本類型，即變極距（d）型（又稱變間隙

型）、變面積（A）型和變介電常數(shù)（￡）型。變間隙型可測量位移，變面積型可測量直線位移、角位移、尺

寸，變介電常數(shù)型可測量液體液位、材料厚度。

14.答：應(yīng)用于壓電式傳感器中的壓電材料通常有三類：一類是壓電晶體，它是單晶體，如石英晶體、

酒石酸鉀鈉等；另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷，它是人工合成的多晶體，如鈦酸鋼等；第三類是有

機(jī)壓電材料，是新型的壓電材料，如聚偏二氟乙烯等。

15.答：霍爾電動勢的大小正比于激勵電流/與磁感應(yīng)強(qiáng)度8,且當(dāng)，或3的方向改變時，霍爾電動勢

的方向也隨著改變，但當(dāng)/和B的方向同時改變時霍爾電動勢極性不變。

16.答：兩種不同材料構(gòu)成的熱電變換元件稱為熱電偶，導(dǎo)體稱為熱電極，通常把兩熱電極的一個端點(diǎn)

固定焊接，用于對被測介質(zhì)進(jìn)行溫度測量，這一接點(diǎn)稱為測量端或工作端，俗稱熱端；兩熱電極另一接

點(diǎn)處通常保持為某一恒定溫度或室溫，稱冷端。熱電偶閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢由溫差電勢和接觸電勢

兩種電勢組成。熱電偶接觸電勢是指兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，在熱電極接點(diǎn)

接觸面處產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象；擴(kuò)散的結(jié)果，接觸面上逐漸形成靜電場。該靜電場具有阻礙原擴(kuò)散

繼續(xù)進(jìn)行的作用，當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時，在熱電極接點(diǎn)處便產(chǎn)生一個穩(wěn)定電勢差，稱為接觸電勢。其數(shù)值

取決于熱電偶兩熱電極的材料和接觸點(diǎn)的溫度，接點(diǎn)溫度越高，接觸電勢越大。

17.答：光電效應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生結(jié)果的不同，通?？煞譃橥夤怆娦?yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種類型。

光電管和光電流倍增管是屬于外光電效應(yīng)的典型光電元件。光電倍增管的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，比光電

管高出幾萬倍以