传感所有简答题.doc

三、什么是系统误差？产生系统误差的原因是什么？减少系统误差有哪几种方法？（20 分） 答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现，则把这种误差称为系统误差 减小系统误差的方法： ①引入更正值法②替换法 ③差值法④正负误差相消法⑤选择最佳测量方案 1、简述霍尔电动热产生的原理 （6 分） 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，也是霍尔电动热的产生原理 四、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？请详细推导分流法 （10 分） 答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等 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 温度补偿方法：a 分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况 b 电桥补偿法 1、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。

2、以石英晶体为例简述压电效应产生的原理 （6 分） 答：石英晶体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，如对石英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 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 3、简述电阻应变片式传感器的工作原理（6 分） 答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化 3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程 （10 分）答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数（）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与tsg与真实应变同数量级的误差 4、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研 究传感器的动态特性？（10 分） 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。

静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输 出特性 在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性 5、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系 （10 分）答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值 当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值 7、如图所示，Rt 是 Pt100 铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用 （6 分） 答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成 图中 G 为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra 为零位调节电阻热电阻都通过电阻分别为 r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和 r3 分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的 Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥 在零位调整时，应使 R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如 0C）时的电阻值三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻 相连，可能导致电桥的零点不稳 6、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的大小，就可测得温 度的大小 1、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理 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 热电势因而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 2、热电偶产生的热电势由哪几种电势组成，试证明热电偶的标准电极定律。

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 热电势因而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 2、光纤传感器的工作原理 （4 分） 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光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物性型、传感型） 与非功能型（或称结构型、传光型）两大类功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器3、传感器的定义答：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传感器通常由直接响应于被测 量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的 信号调节转换电路组成。

4、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 5、直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式 传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？ 答：根据电源不同分为直流和交流电桥直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线 分布参数影响小但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂交流电桥在这些方面都有改进直流电桥平衡条件： R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3 6、光电效应可分为哪三种类型，简单说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器 答：当用光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变 化、发射电子或产生电动势等） 这种现象称为光电效应光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有 三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管以及光电倍增管传感器属于这一类；第二类是利 用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象，即内光电效应。

光敏电阻传感器属于这一类第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即光 生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管传感器属于这一类 7、光电池的工作原理，指出它应工作在电流源还是电压源状态 答：光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式；是有源器件它有较大面积的 P 一 N 结，当光照射在 P 一 N 结上时则在结的两端 出现电动势它应工作在电压源状态。