2202传感器与检测技术自考真题及复习资料

传感器与检测技术知识点整理DX代表单项选择题GN代表概念题JD代表简答题JS代表计算题

（重点看不涉及数字的题（概念性的题）。

第1章：概述

一、传感器的定义。DX，GN

工程中通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件称作传感器。

二、传感器的分类。DX，GN

1.物性型传感器：依靠敏感元件材料本身物理化学性质的变化来实现信号变换的传感器。属于物性型传感器有：光电式和压电式，如：电阻应变片，压电式加速度计，光电管等。

2.结构型传感器：依靠传感器结构参量的变化实现信号转换。属于结构型传感器的有：电感式，电容式，光栅式。如：电容传感器，涡流传感器，差动变压器式等。

五套

3.按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（光电式传感器）

三、传感器的特性与主要性能指标。DX，GN，JS

1.静态指标：线性度，灵敏度，重复性等。

（1）线性度：指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。

（2）灵敏度：输出的变换量与输入的变换量之比。

（3）重复性：指测量系统在输入量按同一方向做全量程连续多次测试时所得输入、输出特性曲线不重合程度。

2.动态指标：属于传感器动态性能的有：固有频率，

四、传感器及检测系统基本特性的评价指标与选用原则。DX，GN，JD

1.灵敏度

（1）测试系统的灵敏度越高，则其测量范围：越窄

（2）对于理想的定常线性系统，灵敏度是（常数）

（3）传感器灵敏度的选用原则。①尽量选用灵敏度高的传感器②尽量选用信噪比大的传感器③当被测量是向量时要考虑交叉灵敏度的影响④过高的灵敏度会缩小其适用的测量范围

2.线性度

（1）非线性度是表示校准曲线( 偏离拟合直线 )的程度。

3.稳定性

（1）测试装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力称( 稳定度 ) 4.精确度

（1）精度：也称为精确度，是反映测量系统误差和随机误差的综合误差指标，即准确度和精密度的综合偏差程度。

（2）传感器精确度的选用原则。① 尽量选用精确度高的传感器，同时考虑经济性 ② 对于定性试验，要求传感器的精密度高 ③ 对于定量试验，要求传感器的精确度高 ④ 传感器的精确度越高，价格越昂贵。

五、其他知识点。DX ，GN ，JD

1.可靠性：是指在使用环境和运行指标不超过极限的情况下，系统特性保持不变的能力。

2.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.在非电量电测法中,总是将被测信号转换成( 电信号 )

4.传感器测量方式的选用原则。① 工作方式不同对传感器要求也不同 ② 对运动部件，往往需要非接触测量 ③ 对自动控制与检测系统应进行在线测量 ④ 对危险的工作场合，应采用遥测装置。

5.测量装置有效地辨别紧密相邻量值的能力称( 分辨力 )

6.通常物性型传感器的工作频率范围 ( 较宽 )

7.传感器响应特性的选用原则。① 响应特性必须满足不失真测量条件 ② 延迟时间越短越好 ③ 物性型传感器响应较快，可工作频率范围宽；结构型传感器固有频率低，可工作频率较低 ④ 充分考虑被测物理量的变化特点。

8.电参数型传感器：被测量变化导致电阻、电感、电容发生变化的敏感元件统称为电参数型传感器。

9.按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（ 光电式传感器 ）

第2章：位移检测传感器

一、参数型位移传感器。DX ，MC ，JD ，JS

1. 测量范围大的电容式位移传感器的类型为（ 容栅型 ）

2. 有一电容测微仪，其电容圆形极板半径为4mm ，工作初始间隙mm d

3.00=，空气介质。

求：①通过测量得到的电容变化量为pF 3103-?±，则传感器（电容）与工件之间间隙变化的距离是多少？

②如测量电路的灵敏度pF mv K /1001=，读数仪器灵敏度52=K 格/mv ，则此时仪器示值变化多少格？（真空介电常数m F /1085.820-?=ε ，空气介质1=ε） ：① d C d S

S d ??=?-=200ε 201δ

εεδ???-==A d dC S

② )(61.0)

004.0(1085.8)10103()103.0(21212323020um S C d d =?????±??-=???-=?---πε ③ C m K K S ?=?=/21

④ 5.1)103(1005321±=?±??=???=-C K K m 格

3. 对差动变压器式传感器进行静态定标时，铁芯向上和向下运动时零点不一致的原因是( 零点残余电压 )

4. 差动变压器零点残余电压：由于两个次级线圈结构不对称，以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀，线圈间分布电容等原因所形成的现象。

5. 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？

能实现非接触测量，结构简单，不怕油等介质污染。

6. 涡流传感器能否测量大位移量?为什么?

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。

二、大位移传感器。DX ，JS

1.光栅式

莫尔条纹光栅传感器的输出是( 数字脉冲式 )

2.感应同步器

（1）（ 感应同步器）常用于测量大位移。

（2）直线式感应同步器由哪两个绕组组成？

由固定绕组和滑动绕组组成。

（3）鉴相式测量电路的作用是什么？

检测感应电动势的相位，从而根据相位确定位移量的大小和方向。

第3章：力、扭矩和压力传感器

一、测力传感器。DX ，GN ，JD ，JS

1. 电阻应变式

（1）将电阻应变片贴在( 弹性元件 )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。

（2）金属丝应变片在测量某一构件的应变时,其电阻的相对变化产生的原因是( 几何尺寸变化 )

（3）半导体应变片的工作原理是基于( 压阻效应 )

（4）半导体应变片具有( 灵敏度高 )等优点。

（5）半导体应变片的特点。

① 灵敏度高；② 由于机械滞后小、横向效应小及体积小等特点，扩大了使用范围；③温度稳定性能差；④灵敏度分散度大，非线性误差大。

（6）金属电阻应变片与半导体应变片的区别？

金属电阻应变片是利用导体形变引起电阻的变化，而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

（7）应变片在弹性元件上的布置原则及几种电桥接法具有温度补偿作用。 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；④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）应变片的温度补偿法：消除由温度引起的影响，或者对它进行修正以求出仅由载荷作用引起的真实应变的方法。

（9）利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ 两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 ）。

（10）直流电桥同一桥臂增加应变片数,则电桥灵敏度( 不变 )

（11）有人在使用电阻应变仪时发现灵敏度不够，于是在半桥双臂各串联一片电阻应变片，问是否提高灵敏度？为什么？

① 不能提高灵敏度； ② 因为电桥灵敏度只与供桥电压和电阻的相对变化有关。

（12）用电阻应变片接成全桥，测量某一构件的应变，已知其变化规律为

t B t A t 100cos 10cos )(+=ε，

如果电桥激励电压t E e 10000sin 0=，试求此电桥的输出信号频谱并画幅值图。JS

解：① 电桥输出电压0)(e t S e y ??=ε， S —应变片灵敏度

② )]sin()[sin(2

1cos sin βαβαβα-++=? ③ ]9900sin 10100[sin 21]9990sin 10010[sin 21)

100cos 10cos (10000sin t t B S E t t A S E t B t A t E S e y +??++??=+??= ④

（13）有一拉力传感器用钢柱作为敏感元件，其上贴有一电阻应变片，已知钢柱的截面积为1平方厘米，弹性模量为20?Pa 1010，应变片的灵敏度系数为2。若测量电路对应变片电阻相对变化量R dR /的分辨力为710-，试计算该传感器能测出的最小拉力。

解：①ε

R dR S =

②8min 105-?==

S R dR ε ③E A

F ?==εσσ; ④)(110110201054108min min N A E F =?????=??=--ε 可测最小拉力1牛顿

（14）有一钢板，原长1米，钢板弹性模量为26/101.2cm Kgf ?，使用BP-3箔式应变片电阻为120Ω，灵敏度系数为2，测出拉伸应变为300 u ε，求钢板伸长l ?，应力σ，电阻相对变化R R /?及电阻变化R ?。

解：①)(10310300146m l l --?=??=?=?ε

② )/(630101.210300266cm kgf E =???=?=-εσ

③ 6610600103002--?=??=?=?εS R

R ④ )(102.71060012026Ω?=??=??=?--εS R R

2．压电式

（2）压电式传感器最好采用电荷放大器的原因是( 可忽略导线电容和分布电容 )

（3） 压电式传感器与一般电压放大器连接使用时,中间加一级前置放大器,该放大器主要用来( 实现高阻抗输入、低阻抗输出 )

（4）压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。

①传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。②传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电荷成正比，电缆电容的影响小。

（5）进行某次动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nc/MPa,将它与增益为0.005v/nc 的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/v 。试计算这个测量系统的总灵敏度。又当压力变化为 3.5MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？（3-10）

解： ①321S S S S ??=

②V mm S nc V S MPa nc S /20/005.0/9.90321===

③MPa mm S /09.9=

④mm MPa MPa mm y 8.315.3/09.9=?=?

二、扭矩传感器。JD

1.压磁式扭矩仪的工作原理。

压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应，当轴受扭矩作用时，轴的磁导率发生变化，从而引起线圈感抗变化，通过测量电路即可确定被测扭矩大小。

2.举例说明两类扭矩的测量原理。

（1）轴类零件受扭矩作用时，在其表面产生切应变，可通过测量该应变检测扭矩，如电阻应变式扭矩传感器。（2）弹性转轴受扭后，两端面的相对转角只与所承受的扭矩有关，且呈比例关系，可通过测量扭转角测量扭矩，如电容式或光电式扭矩传感器。

三、压力传感器。DX

（1）通常采用的弹性式压力敏感元件有（ 波纹管 ）

第4章：速度、加速度传感器

一、速度传感器。DX ，JD ，JS

1．可变磁阻式传感器中，铁芯磁阻比空气隙磁阻( 小得多 )

2. 磁电式速度计输出电量大小正比于( 线圈与壳体的相对速度 )

3.磁电式速度计工作频率范围比本身固有频率( 高 )

4．磁电式绝对速度传感器的弹簧刚度m N K /3200=，测得其固有频率Hz f n 20=，欲将n f 减为10Hz ，刚度应为多少？可否将此类结构传感器固有频率降至1Hz 或者更低？会产生什么问题？

解：① m

k f n π21

= 固有频率 ② m N k k k f f /800)20

10(3200,2221

21=?== ③ 若n f 降到1Hz ，则m N k /8)20

1(

320022=?= ④ 结构型传感器由于刚度太小无法实现。 5. 已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时，转速测量误差是多少?

解：(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f 等于齿轮的齿数Z 与转速n 的乘积。