传感器答案(部分)

第一章

1. 衡量传感器静态特性主要指标有哪些？说明它们的含义。

答：线性度、回差（滞后）、重复性、灵敏度、分辨力、阀值、稳定性、漂移、静态误差（精度）

2. 计算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？

答：理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，它与实际测试值无关。

端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。

“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正、负偏差相等并且最小。

最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。

3. 分析改善传感器性能的技术途径和措施。

答：（1）结构、材料与参数的合理选择

（2）差动技术

（3）平均技术

（4）稳定性处理

（5）屏蔽、隔离与干扰抑制

（6）零示法、微差法与闭环技术

（7）补偿、校正与“有源化”

（8）集成化、智能化与信息融合

第二章：

1. 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。

答：金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主；半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。

3. 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。

答：原因：无论是输出电压还是电流，实际上都与△i R /i R 呈非线性关系。

措施：差动电桥补偿法、恒流源补偿法

4. 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？

答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构

成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。

要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。

第三章

2. 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于何场合？各有什么优缺点？

答：变气隙式灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米到几百微米的位移。

变面积式灵敏度较低，但线性范围较大，除E 型与四极型外，还常做成八极、十六极型，一般

可分辨零点几角秒以下的微小角位移，线性范围达±10°.

螺管式可测量几纳米到一米的位移，但灵敏度较前两种低。

5. 试述造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。

答：（1）环境温度的变化会引起自感传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移以及线性度和相位的

变化，造成温度误差。应注意线膨胀系数的大小与匹配，采用弱磁不锈钢等材料作线圈骨架，

或采用脱胎线圈。

（2）当温度变化时，差动变压器初级线圈的参数尤其铜阻的变化影响较大。应提高初级线圈的

品质因数，或采用稳定激励电流的方法减小温度误差。

6. 比较恒频调幅式、变频调幅式和调频式三种测量电路的优缺点，并指出它们的应用场合。

答：

第四章

1. 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？

答：变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。

变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。

变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。

2. 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差。

答：原因：灵敏度S 与初始极距00的平方成反比，用减少00的办法来提高灵敏度，但00的减小会导

致非线性误差增大。

措施：采用差动式结构

3. 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特重要？设计应用中如何解决这些问题？

答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受

外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感

器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。

解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术

5. 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？

答：在实际应用中，特别在高频激励时，尤需考虑电容器及引线电感L 的存在，会使传感器有效电

容变化，从而引起传感器有效灵敏度的变化，在这种情况下，每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。

6. 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。

答：

第五章

1.为什么磁电式传感器要考虑温度误差？用什么方法可减小温度误差？

答：温度的变化，将导致线圈匝长及导线电阻率的变化、磁阻的变化及磁导率的变化等。

采用热磁补偿合金来实现温度补偿。

第六章

1.何谓压电效应？何谓正压电效应和逆压电效应？

答：压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。 正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。

2.压电材料的主要特性参数有哪些？试比较三类压电材料的应用特点。

答：参数：压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点

压电石英的特点：（1）压电常数小，其时间和温度稳定性极好，常温下几乎不变

（2）机械强度和品质因数高

（3）居里点573℃，无热释电性，且绝缘性、重复性均好

压电陶瓷的特点：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛

应用，具有热释电性。

新型压电材料：压电半导体既具有压电特性，又具有半导体特性

有机高分子压电材料质轻柔软，抗拉强度较高、蠕变小、耐冲击，热释电性和稳定

性好，且便于批量生产和大面积使用。

3.原理上，压电式传感器不能用于静态测量，但实用中，压电式传感器可能用来测量准静态量，为什么？ 答：当用压电式传感器测力时，常用双片或多片石英晶片作压电元件，它刚度大，动态特性好；测量范围宽，可测310 N~410KN 范围内的力；线性及稳定性高，可测单向力，也可测多向力。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。

2.常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？

答：铂、铜、镍、铁

铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出-输入特性接近线

性，测量精度高。

铜容易提纯，在-50~+150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出-输入特性接近线性，价格

低廉，适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。

3.热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时须注意什么？

答：与热电阻相比，热敏电阻的特点是：（1）电阻温度系数大，灵敏度高，约为热电阻的10倍；（2）

结构简单，体积小，可以测量点温度；（3）电阻率高，热惯性小，适宜动态测量；（4）易于维护和进行远距离控制；（5）制造简单，使用寿命长。

注意：热敏电阻特性的严重非线性，是扩大测温范围和提高精度必须解决的关键问题。常利用温

度系数很小的金属电阻与热敏电阻串联或并联，使热敏电阻阻值在一定范围内呈线性关系。

6.什么是中间温度定律？有什么实际意义？

答：当导体A 说A ’、B 与B ’材料分别相同时，回路的总热电势等于AB E （T ，n T ）与AB E (n T ,0T ）

的代数和。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础只要求得参考温度为0℃时的“热电势-温度”关系，就可以求出参考温度不等于0℃时的热电势。

7.热电式传感器除了用来测量温度外，是否还能用来测量其他量？

答：测量管道流量、热电式继电器、气体成分分析仪、金属材质鉴别仪

第八章

2.何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？

答：在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。

半导体受到光照射时会产生光生电子-空穴对，使导电性能增强，光线愈强，阻值愈低。这种光

照后电阻率变化的现象称为光电导效应。

光生伏特效应是光照引起PN 结两端产生电动势的效应。当光照射到结区时，光照产生的电子-

空穴对在结电场作用下，电子推向N 区，空穴推向P 区；电子在N 区积累和空穴在P 区积累使PN 结两边的电位发生变化，PN 结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光生伏特效应。

3.试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光倍增管在使用性能上的差别。

答：

4.通常用哪些主要特征来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？

答：（1）光照特性：光电器件的灵敏度可用光照特性来表征，它反映了光电器件输入光量与输出光电

流之间的关系。

（2）光谱特性：为了提高光电传感器的灵敏度，可根据光谱特性合理选择相匹配的光源和光电器

件。

（3）响应时间：光电器件的响应时间反映它的动态特性。响应时间小，表示动态特性好。

（4）峰值探测率：探测器件的性能常用峰值探测率表征，探测率越大，噪声等效功率小，光电器

件性能好。

（5）温度特性：温度变化不仅影响光电器件的灵敏度，同时对光谱特性也有很大影响。

（6）伏安特性：它是传感器设计时选择电参数的依据。

6.简述CCD 图像传感器的工作原理及应用。

答：电荷耦合器件(CCD)是一种新型光电转换器件,它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时,其存储的信号电荷便可在CCD 内作定向传输而实现自扫描。

CCD 图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪，以及工业领域等