傳感器與檢測(cè)技術(shù)考題及答案

1、.傳感器與檢測(cè)技術(shù)考試試題一、 填空 ： （20 分）1，測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。（2 分）2. 霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)大小。4. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的，其表達(dá)式為 eab （t， to） =tbattba0d)(nnln)tt(ek0。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長(zhǎng)線法） 是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間， 接入延長(zhǎng)線， 它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。5. 壓磁

2、式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械壓力， 從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。（2 分）6. 變氣隙式自感傳感器， 當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)， 鐵芯上的線圈電感量（增加 減小不變）（2 分）7. 儀表的精度等級(jí)是用儀表的 （ 相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差 引用誤差）來(lái)表示的（ 2 分）8. 電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出被測(cè)量間的關(guān)系，除（ 變面積型 變極距型 變介電常數(shù)型）外是線性的。 （2 分）1、變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線圈的電感量（增大，減小，不

3、變）。2、在平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中， （變面積型 ，變極距型，變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感m的大小與原方線圈的匝數(shù)成（正比， 反比，不成比例），與副方線圈的匝數(shù)成 （正比，反比，不成比例） ，與回路中磁阻成（正比，反比，不成比例 ） 。4、傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸.出信號(hào)的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以與相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5、熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱是由兩種導(dǎo)體的接觸電熱和單一導(dǎo)體的溫差電熱組成。2、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為 _ 金

4、屬 _ 材料和_半導(dǎo)體 _體材料。它們?cè)谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)電阻發(fā)生變化，其中的電阻變化主要是由 _ 電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而的電阻變化主要是由溫度效應(yīng)造成的。半導(dǎo)體 材料傳感器的靈敏度較大。5. 磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢(shì)的。霍爾式傳感器可用來(lái)測(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力。（6 分）8. 測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸入量與輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)表征（ 5 分）簡(jiǎn)答題二、用鎳鉻 - 鎳硅熱電偶測(cè)量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連接。在某時(shí)刻，從電位差計(jì)測(cè)得熱電勢(shì)為-1.19mv，此時(shí)電位差計(jì)所

5、處的環(huán)境溫度為15，試求該時(shí)刻溫箱的溫度是多少度？ （20分）鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測(cè) 量 端溫度0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 熱電動(dòng)勢(shì)(mv) -20 -0.77 -0.81 -0.84 -0.88 -0.92 -0.96 -0.99 -1.03 -1.07 -1.10 -10 -0.39 -0.43 -0.47 -0.51 -0.55 -0.59 -0.62 -0.66 -0.70 -0.74 -0 -0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 -0.20 -0.23 -0.27 -0.31 -0.35 +0 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2

6、0 0.24 0.28 0.32 0.36 +10 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 +20 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 2 簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理。 （6 分）答：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)” 。所謂熱電效應(yīng)，.就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。 引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。3 以石英晶體為例簡(jiǎn)述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6

7、分）答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)； 而當(dāng)作用力方向改變時(shí)， 電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)石英晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)， 沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。4 簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理（6 分）答：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變

8、化。1、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡(jiǎn)述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要， 而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性？（ 10 分）答：傳感器的特性是指?jìng)鞲衅魉赜行再|(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性， 一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入-輸出特性。動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入- 輸出特性?？梢詮臅r(shí)域和頻域來(lái)研究動(dòng)態(tài)特性.2、簡(jiǎn)述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理。 （5 分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于

9、磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的磁場(chǎng) ( 磁場(chǎng)方向垂直于薄片 )中，當(dāng)有電流 i 流過(guò)時(shí)，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子， 因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡， 這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)uh。3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測(cè)量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測(cè)量誤差的過(guò)程。 （10 分）答：在外界溫度變化的條件下， 由于敏感柵溫度系數(shù)t與柵絲與試件膨脹系數(shù)（sg與）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差。二、寄生電容與電

10、容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號(hào)影響傳感器的精度。 試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（15 分）三、在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試簡(jiǎn)要敘述說(shuō)明利用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度的工作原理與實(shí)現(xiàn)工藝。（15）5、什么是傳感器靜態(tài)特性。 （4 分）答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入輸出特性。三、什么叫做熱電動(dòng)勢(shì)、 接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說(shuō)明勢(shì)電偶測(cè)溫原理與其工作定律的應(yīng)用。 分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素， 并說(shuō)明減小誤差的方法（ 10分）答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）a、b 串接成一個(gè)閉合回路

11、， 并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)： 接觸電勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢(shì)。 它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)與接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。.溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢(shì)。熱電偶測(cè)溫原理： 熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的 “熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)， 就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同， 那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。 引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)

12、得溫度的大小。熱電偶三定律a 中間導(dǎo)體定律熱電偶測(cè)溫時(shí)， 若在回路中插入中間導(dǎo)體， 只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線與顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。b 中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為t，冷端為0t時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為t 冷端為nt時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為nt，冷端為0t時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為c00時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路。c 參考電極定律如果 a、b兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體c （參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（t，0

13、t）時(shí)分別為0,tteac，0,ttebc，那么愛(ài)相同溫度下，又a、b兩熱電極配對(duì)后的熱電勢(shì)為.000,ttettettebcacab實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。在實(shí)際工作中， 只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對(duì)的熱電勢(shì)，那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(shì)便可由上式求得，而不需逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定。誤差因素：參考端溫度受周?chē)h(huán)境的影響措施：a c00恒溫法 b 計(jì)算修正法（冷端溫度修正法）c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法d 熱電偶補(bǔ)償法 e 電橋補(bǔ)償法 f 冷端延長(zhǎng)線法四、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請(qǐng)?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法。（10 分）答：霍

14、爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。溫度補(bǔ)償方法： a 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。 b 電橋補(bǔ)償法一、簡(jiǎn)答題（ 30 分，6 分/題）1、從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。答： 考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器?？紤]動(dòng)態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。.2、直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直

15、流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。直流電橋平衡條件： r1/r2=r3/r4，r1r4=r2r3。3、以自感式傳感器為例說(shuō)明差動(dòng)式傳感器可以提高靈敏度的原理。解：000202lswl122)(2000002000200020llllswlswllswlll差動(dòng)式靈敏度 :.1220000l

16、llllls與單極式傳感器靈敏度.120000lllllls比較靈敏度提高一倍，非線性大大減少。4、傳感器的定義和組成框圖？畫(huà)出自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制.之首。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。組成框圖：自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖：傳感器的作用：感受被測(cè)量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)傳送給控制對(duì)象。5、試

17、列出你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測(cè)量，哪些用于接觸式測(cè)量，測(cè)量何種物理量？（各3 種）答：非接觸式測(cè)量：a) 熱電式傳感器：測(cè)量溫度b) 光纖傳感器：測(cè)量光信號(hào)c) 核輻射傳感器：測(cè)量核輻射粒子接觸式測(cè)量：a) 電位器式壓力傳感器：測(cè)量壓力b) 應(yīng)變片式電阻傳感器：測(cè)量電阻值c) 應(yīng)變式扭矩傳感器：測(cè)量扭矩6、傳感器（或測(cè)試儀表） 在第一次使用前和長(zhǎng)時(shí)間使用后需要進(jìn)行標(biāo)定工作，請(qǐng)問(wèn)標(biāo)定的意義？被測(cè)量敏感元件信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路輔助電源傳感元件傳感器對(duì)象給定+ e 反饋裝置擾動(dòng).答：傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯

18、后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。7、什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請(qǐng)解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。答： 應(yīng)變片一般做成絲柵狀，測(cè)量應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變片貼在試件表面上，試件的變形很容易傳到應(yīng)變片上。金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是不同的。 第一， 零件的變形是通過(guò)剪力傳到金屬絲上的。第二，絲沿長(zhǎng)度方向承受應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片彎角部分也承受應(yīng)變，其截面積變大，則應(yīng)變片直線部分電阻增加時(shí)，彎角部分的電阻值減少，也使變化的靈敏度下降。 因此，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。分析 / 證明題（ 32 分，8 分/ 題）1、壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測(cè)量， 此觀點(diǎn)是否正確，分析原因。答不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在壓力沖擊和震動(dòng)等動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。2、為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說(shuō)明該類(lèi)型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。答：在外界溫度變