传感器原理考试试题
1、有一温度计，它的量程范围为0--200℃，精度等级为0.5级。
该表可能出现的最大误差为__±1℃______，当测量100℃时的示值相对误差为_±%1_______。
2、传感器由___敏感元件___ 转换元件_、______测量电路_三部分组成
3、热电偶的回路电势由_接触电势、温差电势_两部分组成，热电偶产生回路电势的两个必要条件是_即热电偶必须用两种不同的热电极构成；热电偶的两接点必须具有不同的温度。
4、电容式传感器有变面积型、变极板间距型、变介电常数型三种。
5．传感器的输入输出特性指标可分为_静态量_和____动态量_两大类，线性度和灵敏度是传感器的__静态_量_______指标，而频率响应特性是传感器的__动态量_指标。
6、传感器静态特性指标包括__线性度、__灵敏度、______重复性_______及迟滞现象。
7、金属应变片在金属丝拉伸极限内电阻的相对变化与_____应变____成正比。
8、当被测参数A、d或ε发生变化时，电容量C也随之变化，因此，电容式传感器可分为变面积型_、_变极距型_和_变介质型三种。
9、纵向压电效应与横向压电效应受拉力时产生电荷与拉力间关系分别为
F y。
和q y=−d11a
b
10、外光电效应器件包括光电管和光电倍增管。
1、何为传感器的动态特性？动态特性主要的技术指标有哪些？
（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；
（2）动态指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。
2、传感器的线性度如何确定？拟合直线有几种方法？
传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；。
四种方法：理论拟合，端基连线拟合、过零旋转拟合、最小二乘法拟合。
3、应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用的温度补偿方法有哪些？（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；
（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。
4、分布和寄生电容对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影
响？
寄生电容器不稳定，导致传感器特性不稳定，可采用静电屏蔽减小其影响，分布电容和传感器电容并联，使传感器发生相对变化量大为降低，导致传感器灵敏度下降，用静电屏蔽和电缆驱动技术可以消除分布电容的影响。
5、热电偶测温时为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪些？
答：热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。
因此，常采用一些措施来消除冷锻温度变化所产生的影响，如冷端恒温法、冷端温度校正法、补偿导线法、补偿电桥法。
三、计算题
1、下图为圆形实芯铜试件，四个应变片粘贴方向为R1、R4 轴向粘贴，R
2、R3 圆周向粘贴，应变片的初始值R1=R2=R3=R4=100Ω，灵敏系数k=2，铜试件的箔松系数μ= 0.285，不考虑应变片电阻率的变化，当试件受拉时测得R1 的变化ΔR1 = 0.2Ω。
如电桥供压U = 2V，试写出ΔR2、ΔR
3、ΔR4 输出U0（15分）
2、一冶炼系统由利用“热电效应”制成的K型热电偶测温。
已知冷端环境温度为30°C而此时热表读到的被测温度为800°C（10分）
附：分度号K热电偶输出（mV）
（1）简述“热电效应”。
（5分）
（2）用计算校正法修正后的真实被测温度。
（5分）
答：将两种不同性质的导体A 、B 串接成一个闭合回路，如图所示，如果两接合点处的温度不同(T 0 T),则在两导体间产生热电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。
答：热电效应—两种不同的导体或半导体形成闭路，其两个节点分别置于不同温度的热源中，则该回路会产生热电动势。
（5分） （2）用计算校正法修正后的真实被测温度。
（5分
E(T,0) = E(800,30) + E(30,0) = 33.28 + 1.20 = 34.48 mV 查表：得 T = 829℃（5分）
3、运动参数测试系统采用应变计测量压力。
为校准传感器，在同一工作条件下，按同一方向在全测量范围0—200kP 内对此传感器做了20次测试，发现所得输入输出特性曲线具有一定的不一致性。
经系统维修并调整成电压输出后，可得传感器方程为：
4220
810 1.210dV
V F dt +⨯=⨯
⑴简述这种现象反映了此传感器的什么性能，如何表示。
⑵求此传感器系统时间常数和静态灵敏度。
⑶此时重新检验测试出其最大误差为ΔFmax=0.8kP ，试判断其精度等级。
解：重复性。
反映了结果偶然误差的大小。
%10032⨯-±
=FS
Y σ
σδ ，1
)
(1
2
--=∑=n Y Y n
i i
σ
⑵求此传感器系统时间常数和静态灵敏度。
解：a 0=80×104
a 1= 20,
b 0=1.24×102
τ= a 1/ a 0=20 /80×104
=2.5×10-3
(s) , (2分) K= b 0/ a 0=1.2×102
/80×104
=1.5×10-3
(2分)
⑶此时重新检验测试出其最大误差为ΔFmax=0.8kP ，试判断其精度等级。
解：%100⨯∆±
=FS
Y A
A ＝0.8/200×100% = 0.4%. 属0.5级。
4、分析电容传感器测量电路的脉冲宽度调制电路工作原理。
(15分)
解：
C1、C2为差动式电容传感器, 电阻R1=R2, A1、A2为比较器。
当双稳态触发器处于某一状态, Q=1, Q =0, A 点高电位通过R1对C1充电, 时间常数为τ 1 = R1 C1, 直至F 点电位高于参比电位U F , 比较器A1输出正跳变信号。
与此同时, 因 Q = 0, 电容器C2上已充电流通过VD2迅速放电至零电平。
A1正跳变信号激励触发器翻转, 使Q = 0, Q = 1, 于是A 点为低电位, C1通过VD1迅速放电, 而B 点高电位通过R2对C2充电, 时间常数为τ2=R2C2, 直至G 点电位高于参比电位U F 。
（6分）
C1=C2 C1 C2
（图形说明2分）
5、分析电阻应变式传感器桥式测量电路输出电压0U 与电压变化量R
dR
间的关系。
(15分)
解：
u A U o u B U o u AB
u G U o
u A U u B U u U u U u U (a )(b )
()()E R R R R R R R R E R R R E R R R U 432141324
34
2120++-=+-+=（2分）
当电桥平衡时，即3241,
0R R R R U O == （1分）
若不平衡，假设每个电阻的变化量分别为
11R R ∆+，22R R ∆+，33R R ∆+，44R R ∆+，则： ()()()()
E R R R R R R R R R R R R R R R R U 44332211441133220)
()(∆++∆+∆++∆+∆+∆+-∆+∆+=
（2分）
忽略分母中R ∆项、分子中R ∆的二次交叉项，整理得：
()()
()()E R R R R R R R R R R R R R R E
R R R R R R R R R R R R U ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆-∆-∆+∆++=++∆-∆-∆+∆=
4411223343214
143214
14132320 （2分）
因为3241R R R R =，所以：
()()()()
2
212
143242121432141R R R R R R R R R R R R R R R R R R +=+⋅+=++ 所以
()E R R R R R R R R R R R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆-∆+∆+=
4411223
32
212
10 （1分）
若R R R R R ====4321
()412304R R R R R
E
U ∆-∆-∆+∆=
取
R
R R dR ∆= ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--+=
4411223304R dR R dR R dR R dR R E U （2分）。
