1-1 何为传感器静态特性，静态特性技术指标有哪些
传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。 -2 何为传感器动态特性，动态特性技术指标有哪些
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）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数 对二阶传感器：固有频率、阻尼比。 1-3 传感器的等级精度是如何确定的
传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A＝ΔA/YFS＊100％ 1-4 传感器的线性度是怎样确定的，拟合刻度直线有几种方法
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；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二乘法1-5 一阶传感器怎样确定输入信号频率范围
由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωτ),确定输出信号失真、测量结果在 所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωτ)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π). 1-6 什么是传感器的差动测量方法，有何特点
若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+??.让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋??，则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+a5x5??),这种方法称为差动测量法。其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。
。
第二章 2-1 什么是金属材料的应变效应，什么是半导体材料的压阻效应
1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 （2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。2-2 比较金属丝应变片与半导体应变片相同点和不同点
相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。
2-3 什么是金属丝应变片的灵敏度系数，它与金属丝灵敏度函数有何不同
金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。
2-4 采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿，常用温补方法有哪些
因为（1）金属应变片的电阻丝本身具有一定温度系数，从而使其产生附加的热应变；
电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同，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
2-5 固态压阻器件的结构特点是什么，受温度影响会产生哪些温度漂移，如何进行补偿
固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。（2）受温度影响，会产生零点温度漂移（主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起）和灵敏度温度漂移（主要灵敏度系数随温度漂移引起）。（3）对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）；对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度的。 2-6 直流电桥是如何分类的，各类桥段输出电压与电桥灵敏度关系如何
1）直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥； （2）等臂电桥在R＞＞ΔR的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系；第一对称电桥（邻
臂电阻相等）的输出电压等同于等臂电桥；第二对称电桥（对臂电阻相等）的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。
2-17 压阻式传感器电桥恒压供电和恒流供电各自的特点是什么
压阻式传感器电桥恒压供电可以实现灵敏度温度补偿，而恒流供电可以实现温度补偿。
第三章 3-1 电容式传感器有哪些优点与缺点
①测量范围大。②灵敏度高。③动态响应时间短。④机械损失小。⑤结构简单，适应性强。①寄生电容影响较大。②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。
3-2 分布和寄生电容的存在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。答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器电容变的不稳定，对传感器产生严重干扰。可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术3-3 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？
答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级，并使其灵敏度提高一倍。 3-4 何为驱动电缆技术，采用的目的是什么
驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术”。它能有效地消除芯线与屏蔽层之间的寄生电容。其中，外屏蔽线则是用来接地以防止其他外部电场干扰，起到一般屏蔽层的作用。内、外屏蔽层之间仍存在寄生电容则成为1：1放大器的负载，所以，该1：1放大器是一个具有极高输入阻抗（同相输入）、放大倍数为1、具有容性负载的同性放大器。这种“驱动电缆技术”的线路比较复杂，要求也比较高，但消除寄生电容的影响极好，它在传感器输出电容变化只有1PF时仍能正常识别、工作。 3-5 差动脉冲宽度调制电路用于电容传感器测量电路，具有什么特点
差动脉冲宽度调制电路通过双稳态出发器的Q端、Q端依次借R1、R2、D1、D2对差动C1、C2充放电，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C1、C2调制的方波脉冲。差动电容的变化使充电时间不同，从而使双稳态触发器输出端的方波脉冲宽度不同。因此，A，B两点间输出直流电压USC也不同，而且具有线形输出特性。此外调宽线路还具有如下特点：与二极管式线路相似，不需要附加解调器即能获得直流输出；输出信号一般为100KHZ-1MHZ的矩形波，所以直流输出只需低通滤波器简单地引出。由于低通滤波器的作用，对输出波形纯度要求不高，只需要一电压稳定度较高的直流电源，这比其他测量线路中要求高稳定度的稳频、稳幅交流电源易于做到。 3-6 球—平面型电容式差压变送器在结构上有何特点？
答：利用可动的中央平面金属板与两个固定的半球形状的上下电极构成差动式电容传感器。 3-7 为什么高频工作时的电容式传感器其连接电缆的长度不能任意变化？
答：因为连接电缆的长度变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。
第四章 4-1 何为电感式传感器，电感式传感器分为几类，各有何特点
电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、比重等参数。
根据转换原理不同可分为自感式和互感式两种，互感器传感器利用互感特性，一般包含两个以上的电感元件，且电感元件之间有较紧密的电磁耦合。自感传感器利用自感特性，利用的是被测量变化引起电感值变化的特性。
根据结构形式不同，可分为气隙型和螺管型两种.气隙型电感传感器的主要特性是线性度和灵敏度，行程小。螺管式传感器的灵敏度低，但线性范围大，易受外部磁场干扰，线圈分布电容大。
4-2 说明差动式电感传感器与差动变压式传感器工作原理的区别
差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。4-3 说明差动变压器零点残余电压产生的原因并指出消除残余电压的方法 由于差动变压器两个次级组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M，
自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。上述因素使得两个次级线圈中的感应电势不仅数值上不等，相位也存在误差，因相位误差所产生的零点残余电压，无法通过调节衔铁的位移来消除；高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦（主要是三次谐波）磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。同样可以分析，由于磁化曲线的非线性影响，使正弦磁通产生尖顶的电流波形（亦包含三次谐波）。消除方法：（1）、从设计和工艺上保证结构对称性；（2）、选用合适的测量线路；（3）、采用补偿线路。 4-4 如何提高差动变压器的灵敏度
1）、由4－62式K1=（N2/N1）*A 可知，增大匝数比可提高灵敏度；
（2）、由4－61式K1正比于e1可知，增大初级线圈激励电压可提高灵敏度；（3）、若在低频率段，K1正比于频率f，可以增加频率来提高灵敏度。 4-5 电涡流式传感器有何特点，画出应用于测板材厚度的原理框图
涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；
示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D。而他们与板的上，下表面分别相距X1和X2，这样板厚t=D－(X1+X2),当两个传感器在工作时分别测得X1和X2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D对应的设定电压再相减，就得到与板厚相对应的电压
值。
第五章 5-1 何谓压电效应，正压电效应传感器能否测静态信号，为什么
某些电介质，当沿着一定方向对其施加力而使它形迹时，内部产生极低化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。
不能，传感器内部不可能没有泄漏，外界测量电路的输入电阻也不可能无穷大，它们都将将压电材料产生的电荷泄漏掉，只有外力以较高频率不断地作用，传感器的电荷才得以补充，所以正压电式不能测量静止电荷。
5-2 石英晶体的压电效应有何特点，标出图中压电片上电荷的极性，并结合下图说明什么叫纵向压电效应，什么叫横向压电效应
1 在压电效应中，其作用力与电荷之间呈线性关系2晶体在那个方向上有正压电效应，则在此方向上一定存在逆压电效应3石英晶体不是在任何方向上都存在压电效应的
（2）b图在上表面为负电荷，（c）图上表面为负电荷；（d）图上表面为正电荷。（3）通常将沿电轴X－X方向的作用力作用下产生的电荷的压电效应称为“纵向电效应’；
将沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的效应称为“横向压电效应”
5 -3 压电式传感器的前置放大器作用？比较电压式和电荷式前置放大器各有何特点，说明为何电压灵敏度与电缆长度有关?而电荷灵敏度与电缆长度无关？
压电式传感器前置放大器的作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低阻抗输出，二是放大压电式传感器的输出弱信号。 (2)电压放大器特点是输出电压与输入电压成正比。而电荷放大器的特点是压电器件其输出电压与输入电荷成正比。
3）因为由（5－21式）可知电缆长度改变时，Cc将改变，因而电压灵敏度也发生变化。而由(5－24)式知当A0足够大时，传感器本身的电容和电缆长短将不影响电荷放大器的输出，输出电压只决定于输入电荷及反馈回路的电容和电阻.
5-4 压电元件在使用时常采用多片串接或并接的结构形式，试述在不同接法下输出电压、电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？ 1）并联：C′＝2C，q′=2q,U′=U,因为输出电容大，输出电荷大，所以时间常数，适合于测量缓变信号，且以电荷作为输出的场合。 （2）串联:q′=q,U′=U,C′=C/2,特点：输出电压大，本身电容小，适合于以电压作为输出信号，且测量电路输出阻抗很高的场合 5-5 何为电压灵敏度和电荷灵敏度？并说明两者之间的关系 1）电压灵敏度是指单位作用力产生的电压Ku＝Uo/F
（2）电荷灵敏度是指单位作用力产生的电荷Kq＝q0/F（3）由q0/Uo=C知，Kq=CKU 5-13 说明压电式传感器可测动态信号频率范围与那些因素有关
一般来说压电传感器适用于动态信号的测试，其高频响应较好，低频响应特征与测试电路密切相关，例如在采用电荷放大器电路测量时，其低频端-3dB截止频率f=1/2?RfCf，即取决于反馈电路参数Rf和Cf；配置电压放大器时，低频端响应特性与放大器输入内阻Ri有关，Ri越大，低频响应越好。
7-1 热电偶测温原理是什么，热电偶测温计是由哪几部分组成
中间导体定律，标准电极定律，连接导体定律与中间温度定律 热电极，绝缘套管，保护套管，接线盒 7-2什么叫热点效应？热电势有哪几种部分组成？热电偶产生热电势的必要条件是什么?
（1）把两种不同的导体或半导体材料连接成闭合回路，将它们的两个接点分别置于不同的热源中，则在该回路就会产生热电动势叫热电效应。（2）热电势由接触电势与温差电势两种组成。A：组成热电极的必须是不同材料；B两个接点必处于不同的温度场中。
7-3 热电偶测温时为什么要进行冷端温度补偿，其冷端温度补偿的方法有几种
1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。
（2）A：补偿导线法B：冷端温度计算校正法C：冰浴法D：补偿电桥法 7-4 试述热电偶测温原理。常用热电阻的种类有哪些，R0各为多少
铂电阻，Pt10的Ro是10欧姆，Pt100的Ro是100欧姆；铜电阻，Cu50的Ro是50欧姆，Cu100的Ro是100欧姆 7-5 常用热电偶有哪几种，所配用的补偿导线是什么，选择补偿导线有什么要求
1）A：铂铑－铂热电偶，补偿导线用铜－康铜B：镍铬－镍硅热电偶，补偿导线用铜－康铜C：镍铬－考铜热电偶，补偿导线用其本身D铂铑30－铂铑6热电偶，补偿导线用铜－康铜E：铜－康铜热电偶，补偿导线用。 （2）选择补偿导线的要求是一是热电性能相近，二是价格便宜
7-6 热敏电阻测温有什么特点，热敏电阻可分为几种类型①、电阻温度系数大。②热容量小③电阻率大，尺寸小④在工作范围内，物理和化学性能稳定⑤材料的复制性能好，价格便宜。（2）铂电阻和铜电阻两种。
8-1 何为霍尔效应，制作霍尔元件应采用什么材料，为什么，如何确定霍尔元件尺寸
1）在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差，这种现象称为霍尔效应。
（2）应该选用半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。 （3）应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择元件的尺寸。
8-2 霍尔片不等位电势是怎样产生的，减小不等位电势可以采用哪些方法，为了减小霍尔元件的温度误差应采用哪些补偿方法 1）不等位电势的重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上，可以通过机械修磨或用化学腐蚀的方法或用网络补偿法校正。 （2）在两个控制电极间并联一个电阻，使其满足8－26式，也可以用热敏电阻按图8－16进行补偿。 8-3 霍尔压力传感器是怎样工作的，说明其转换原理
由于弹簧管一端固定，另一端安装霍尔元件，当输入弹簧管的压力增加时，弹簧管伸长，使处于恒定磁场中的霍尔元件发生相应位移，霍尔元件输出电势的大小就反映了被测压力的大小。
8-5 磁敏二极管 三极管基本原理有何区别，磁敏二（三）极管可以测量哪些参数
磁敏二极管的结构是P-I-N型,在本征导电高纯度锗的两端,用合金法制成P区和N区并在本征区(I)区的一侧面上设置高复合r区,而r区相对的另一侧面保持为光滑的无复合表面。随着磁场方向及强度的变化,流经I区的电子和空穴在I区的复合程度也随之变化从而改变了二极管的电流、电阻等特性。NPN型磁敏三极管是在弱P型近本征半导体上用合金法或扩散法形成三个结即发射结、基极结、集电结。在长基区的侧面制成一个复合速度很高的复合区r。随着磁场方向及强度的变化由于洛伦兹力作用,载流子运动方向偏转,从而使集电极电流变化。在非电量测量技术领域中可以测量位移、压力、流量等,也可用于测量恒定和交变磁场强度,交、直流的电流电压,此外磁敏三极管适合于检测微弱磁场的变化,如漏磁探伤仪等. 8-7 光电效应可分为几类，说明其原理并指出相应的光电器件。
1）分为外光电效应和内光电效应两类；（2）：外光电效应，利用物质吸收光的能量大于物质的逸出功，使电子跑出物体表面，向外界发射的外光电效应。如光电管与光电倍增管。
内光电效应：利用物质吸收光的能量大于物质的禁带宽度，使物质中的电子从健合态过度到自由状态，而使物质的电阻率减小的光电效应。如光敏电阻。
8－8答：（1）光电池的开路电压是指外电路开路时光电池的电动势；短路电流是指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的情况下，光电池的输出电流。
（2）因为负载电阻越小，光电流与光照强度的关系越接近线性关系，且线性范围也越宽。
8-4UH＝KHIB＝1.2*5*0.6 ＝3.6mV n=1/edKH=1/(1.6*10-19*0.2*10-3*1.2)=2.6*10^22/m3
传感器问答题
