检测技术
机电工程系
一. 填空
1检测误差是指检测结果和被测量的(客观真值)之间存在的差值。
2准确度反应的是(系统)误差的大小，而精密度描述的是(随机)误差的大小。
3某位移传感器，在输入量变化4mv时，输出电压变化为200mv，其灵敏度为(50mv/mm).
4某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环
节
的
灵
敏
度
为
：
S1=0.1mv/%,S2=2.5mv/%,S3=4.0mv/%,系统的灵敏度为(1mm/%)。
5电阻应变片是利用(电阻应变)效应制成的，它将材料应变转换为电阻值变化。
6直流电桥中(全桥)接法的灵敏度最高，这种接法的精密度是半桥单臂接法的(四)倍，是半桥双臂接法的(两)倍。
7应变片按制造材质的不同，可分为(金属)电阻应变片和(半导体)应变片，前者主要以(电阻应变)效应为主，而后者主要以(压阻应变)效应为主。 8湿敏电阻是利用(湿敏材料)吸收空气中的水分而导致本身(电阻值)发生变化这一原理而制成的！ 9光敏电阻受温度影响较大，随温度的升高，它的暗电阻和灵敏度都会(下降)。
10热敏电阻的缺点是(互换性较差)，同一型号的产品特性参数有较大的差别。
11半导体气敏元件有(N)型和(P)型之分，其中(N)型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小，(P)型阻值随气体浓度的增大而增大。
12电容传感器主要有(变面积式)(变间隙式)和(变介电常数式)三种类型，其中(变间隙)型的输入被测量与输出被测量间的关系是非线性的。
13变面积式电容传感器的灵敏度是一常数，(增加两)极板长度或(缩小两)极板间距离，都可以提高灵敏度。
14变间隙式电容传感器间距过小容易引起击穿，一般在两个极板间放置(云母)(塑料膜)等高介电常数的物质来改变这种情况。
15电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈(自感)和(互感)的变化，从而导致线圈(电感量)改变来实现测量量的。 1
16自感式传感器是利用线圈(自感的变化)进行测量的传感器，其结构形式有变间隙型、(变面积型)和(螺管型)三种类型。
17变间隙型电感传感器由线圈、(铁心)和(衔铁)组成，它的灵敏度随着气隙的增大而(减小)。 18热电动势来源于两个方面，一部分由两个导体的(接触电势)构成，另一部分是单一导体的(温差电势)。
19补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是(中间温度)定律。
20压电式传感器中压电材料主要有(石英晶体)、(压电陶瓷)和(压电半导体)。
21压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件(并联)起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件(串联)起来。
22热电耦回路中热电动势的大小，只与组成热电耦的(导体材料)和两接点温度有关，而与热电耦的(几何尺度)无关。
23光电器件是光感传感器中最重要的部件，常见的有(真空)光电器件和(半导体)光电器件两大类。
二.判断题
1 精密度是指测量结果与理论真值的一致程度，反映的是系统误差的大小。( 错)
2 随机误差大，测量结果分散，精密度低；反之，测量结果的重复性好，精密度高。( 对)
3 实验证明：在金属丝的弹性范围内，电阻的相对变化与轴向应变成正比。( 对)
4 光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则光敏电阻性能越好。(对 )
5 铂热电阻在高温下会发生氧化，因此一般用于所测介质温度不高的场合。(对)
6光敏电阻的暗电流越大，亮电流越小，光敏电阻的灵敏度才会越高。( 错)
7变间隙式自感传感器，当衔铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量增加。( 对)
8 变间隙型电感传感器的灵敏度随着气隙的增大而增大。( 错)
9 压电式加速度传感器中为便于装配和增大电容量常用两片极化方向相同的晶片，电学上串联输出。( 错)
10 压电效应是不可逆的，即晶体在外加电场的作用下不能发生形变。(错)
11 压电式传感器只适用于动态测量，而不能用于
静态测量。(对)
12 在热电偶测量温度电路中，接入第三种导体，若其两端温度不同，则对回路的总电动势没有影响；若其两端温度相同，则对回路的总电动势有影响。(错)
13光电池的负载电阻越大，短路电流与光照度的线性关系越好，线性范围也越宽。(错)
14 N型半导体气敏元件在检测时阻值随气体浓度的增大而增大，P型阻值随气体浓度的增大而减小。(错)
15 亮电流与暗电流之差称为光电流。(对) 16 电容式传感器测压力时，采用变面积式电容传感器。(错)
17 变面积型电容传感器分直线位移型和角位移型，其中角位移型的输出和输入是非线性的。(错) 18 寄生电容会导致电容式传感器特性不稳定，对传感器产生严重干扰。(对)
19 零点残余电动势值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。(对)
20 热电耦传感器的工作基础是热电效应，其产生的热电势包括接触电势和温差电势两部分。(对) 21 光电倍增管主要用于微光测量，主要起到放大光电流的作用。(对)
22 光电池的负载电阻越大，短路电流与光照度的线性关系越好，线性范围也越宽。(错) 二 选择
1下列对传感器叙述不正确的是( B )
B 传感器对机械振动的波形进行测试时的输出和输入之间的关系可以称为静态热性
2（ A ）是指传感器或检测系统在稳态工作情况下，输出量变化和引起此变化的输入量变化比值 A 灵敏度
3 测量仪表一般采用（ D ）不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度 D 最大引用误差
4 传感器的组成部分中，直接感受到被测物理量的是（ C ） C 敏感元件
5 热敏电阻将温度变化转换成（ C ）的变化 C 电阻
6 有关光敏电阻的叙述不正确的是（ C ） C 光敏电阻的暗阻的亮阻都是越大越好
7 光敏电阻受到一定波长范围的光照时，亮电阻阻值急剧（ C ） 电路中电流（ C ） 2
C 1 减小 2增大
8 用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（ B ）
B 减小引线电阻变化产生的测量误差
9 应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择（ C ）测量转化电路 C 四臂全桥
10 在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用（ D ）传感器来检测 D 湿敏电阻
11 下列场合不合适用气敏电阻传感器进行信号检测的是（ A ）
A测量血管的内压、颅内压
12 电容式压力传感器是变（ B ）型的。 B 间隙
13 电容传感器做的输入被测量与输出量间的关系，除（ C ）之外都是线性的 C 变极距型
14 当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的灵敏度（ ），非线性误差（ ）。（ C ） C 1和2都减小
15 变气隙式自感传感器，当衔铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（ A ） A 增加
16 哪一项不是零点残余电动势产生的原因（ D ） D 环境温度的升高
17 光电管的光电倍增管的特性主要取决于（ A ） A 阴极材料
18 关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ A ）
A 与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变
19 石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（ D ） D 产生纵向压电效应
20 为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（ B ） B 差动放大法
21 通过对热电偶理论的学习，我们可以得出以下几点结论，其中正确的是（ A ）
A 若热电偶两电极材料相同，则无论两接点的温度如何，总电势始终为0
22 利用热电偶测温的条件是（ D） D 保持热电偶冷端温度恒定
23 基于外光电效应的光电器件有（ A） A 光电倍增管
24 基于光生伏特效应工作的光电器件是（ C） C 光电池
25 利用内光电效应原理制成的光电器件是（ D） D 光敏电阻
26 光电二极管工作是需（B） B 加反向工作电压
27 下列关于光敏二极管的光敏晶体管的对比不正确的是（ D ）
D 光敏二极管的线性特性较差，而光敏晶体管有很好的线性特性。
三 名词解释：
1传感器：将外界被测信号转换成电信号的电子装置。
2随机误差：在实际相同条件下，多次测量同一量值时，其绝对值和符号无法预计的测量误差。
3应变效应：导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象.
4涡流效应：电涡流的产生必然消耗一部分能量，而产生磁场的线圈阻抗发生，这一物理现称涡流效应。
5热电效：不同金属两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度不同，电路中会产生电动势，这种现象称热电效应。
6压电效应：某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。 7系统误差；在相同的测量条件下的测量值序
列中数值、符号保持不变或按某确定规律变化的测量误差。
8 光电效应: 光照射到某些物质上，引起物质的
电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应
四 简答题
1 画出检测系统的组成框图，并简述检测系统由那部分组成？说明各部分作用
3
2
金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同？
金属电阻的应变片主要以电阻应变效应为主，他是由于其几何形状的变化而产生的，半导体的应变效应以半导体的压阻效应为主。 3
什么是寄生电容？ 消除寄生电容的方法有哪些？
电容式传感器除极板间的电容外，连接传感器和测量电路之间的电缆分布。
（1） 增加初始电容值 （2）集成法 （3） 采用“驱动电缆”技术 （4）运算放大器驱动法
（5） 整体屏蔽法
4 试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法的补偿原理。
5
效应可分为哪三种类型，简单说明每种光电效应的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。 计算题
（B卷）有三台测温仪表，两成均为0~800°C，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500°C的温度，要求相对误差不超过2.5%，选那台仪表合理？
2(B卷) 变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示，C0=100pF，传感器的起始电容量CX0=10pF，定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器（既K→∞，Zi→∞）且Rf级大，输入电压Ui=5sin(314t+45°)V，求当电容传感动极板上输入一位移量△x=1.15mm使d0减小时，电路输出电压u0为多少？
（A卷）采用阻值为120欧姆，灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120欧姆的固定电阻组成电桥，供桥电压为8V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变为1时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。
用镍铬、镍硅热电偶，工作时冷端温度为30°C，测得的热电动势E（t , t0）=38.560mV，求被测介质实际温度（见下表） t/-2-100 -3.554 700 29.129 0.000 800 33.275 0 100 4.096 900 37.326 200 8.138 1000 41.276 300 12.209 1100 45.119 400 16.397 1200 48.838 500 20.4 1300 52.410 ℃ 00 E/mV t/E/mV
-5.1 6024.905 ℃ 0 4
