傳感器復(fù)習(xí)題

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 成績一、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)的大小。（2分）3 .光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應(yīng)，這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電 效應(yīng)，這類元件有光敏電阻；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng),這類元件有

2、光電池、光電儀表。4 .熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組成的,其表達(dá)式為Eab （T, To） =k（T To）lnNA T0（ abRt。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線eNb法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間,接入延長線 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，

3、當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵心時(shí)，鐵心上的線圈電感量（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）9 .電位器傳器的（線性），假定電位器全長為 Xmax,其總電阻為Rmax,它的滑臂間的阻值 可以用 Rx =（ Xmax/x Rmax,x/Xmax Rmax, Xmax/XRmax X/XmaxRmax）來計(jì)算，其中電阻靈敏度 Rr=（ 2p（b+h）/At, 2pAt/b+h, 2A（b+b）/pt, 2Atp（b+h）。（ 4 分） 二

4、、用饃銘-饃硅熱電偶測(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)得熱電動(dòng)勢(shì)為 -1.19mV,此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15C,試求該時(shí)刻溫箱的溫度是多少攝氏度？ （20分）銀銘-銀硅熱電偶分度表測(cè)量端溫度C執(zhí) 八、電動(dòng)勢(shì)(mV)0123456789-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00

5、.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、什么是系統(tǒng)誤差？產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是什么？如何發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差？減少系統(tǒng)誤差有哪幾種方法？ （ 20分）答：當(dāng)我們對(duì)同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，如果誤差按照一定的規(guī)律性出現(xiàn)，則把這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因有：工具誤差：指由于測(cè)量儀表或儀表組成組件本身不完善所引起的誤差。方法誤差：指由于對(duì)測(cè)量方法研究不夠而引起的誤差。定義誤差：是由于

6、對(duì)被測(cè)量的定義不夠明確而形成的誤差。理論誤差：是由于測(cè)量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行近似的測(cè)量所引起的誤差。環(huán)境誤差：是由于測(cè)量儀表工作的環(huán)境（溫度、氣壓、濕度等）不是儀表校驗(yàn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而是隨時(shí)間在變化，從而引起的誤差。安裝誤差：是由于測(cè)量儀表的安裝或放置不正確所引起的誤差。個(gè)人誤差：是指由于測(cè)量者本人不良習(xí)慣或操作不熟練所引起的誤差。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法有：實(shí)驗(yàn)對(duì)比法：這種方法是通過改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件從而進(jìn)行不同條件的測(cè)量， 以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。這種方法適用于發(fā)現(xiàn)不變的系統(tǒng)誤差。 剩余誤差觀察法：是根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的各個(gè)剩余誤差大小和符號(hào)的變化規(guī)律，直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形來判斷有無系統(tǒng)誤差

7、。這種方法適用于發(fā)現(xiàn)有規(guī)律變化的系統(tǒng)誤計(jì)算數(shù)據(jù)比較法：對(duì)同一量測(cè)量得到多組數(shù)據(jù)，通過計(jì)算比較數(shù)據(jù)比較，判斷是否 滿足偶然誤差條件，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法：引入更正值法替換法差值法正負(fù)誤差相消法選擇最佳測(cè)量方案四、下面是熱電阻測(cè)量電路，試說明電路工作原理并計(jì)算（5分）1 .已知Rt是Pt100鉗電阻，且其測(cè)量溫度為T=50 C,試計(jì)算出 Rt的值和Ra的值（10分）2 .電路中已知 R、R2、R3和E,試計(jì)算電橋白輸出電壓Uab。（5分）(a) 其中（Ri=10ka, R2=5k Q, R3=10kQ , E=5V）答：該熱電阻測(cè)量溫度電路由熱敏電阻、測(cè)量電阻和顯示儀表組成。圖中G為

8、指示儀表，Ri、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為2、Rg的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的Rg分別接在指示儀表和電源的回路中，其電阻變化也不會(huì)影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使 R=Ra+Rto為電阻在參考溫度（如 0?C）時(shí)的電阻值。三線連接法的缺 點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。Rt R0（1 At Bt2）100 13.94010 350（ 5.80210 7）50 2 119 .55五、請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一溫度傳感器，寫出它的等效電路和測(cè)量電路，分析其工作原理，計(jì)算公式，并說明如

9、何提高傳感器的靈敏度和抗干擾性能？ （20分）自己動(dòng)手實(shí)踐。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：成績：一、選擇與填空題：（30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，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)成（正比，反比，不成比例），與二次側(cè)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

10、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)換元件以及相應(yīng)的信 _號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5 .熱一偶所產(chǎn)牛的熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組 成。6 .偏差式測(cè)量是指在測(cè)量過程中.用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的方法：零位測(cè)量是指在測(cè)量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的方法;微差式測(cè)量是綜合了偏差式測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡答題：（50分）7 .簡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

11、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。8 .以石英晶體為例簡述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6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)

12、晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具 有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。5 .什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特性就能 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：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入一輸出特性。靜態(tài)特 性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入一輸出特性。在時(shí)域條件下只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要，而在頻域條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。6 .繪圖并說明在使用傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，相對(duì)真值、測(cè)量值、測(cè)量誤差、傳感器輸入、輸出特性的概念以及它們之間的關(guān)系。（10分）答：

13、框圖如下：測(cè)量值是通過直接或間接通過儀表測(cè)量出來的數(shù)值。測(cè)量誤差是指測(cè)量結(jié)果的測(cè)量值與被測(cè)量的真實(shí)值之間的差值。當(dāng)測(cè)量誤差很小時(shí)，可以忽略，此時(shí)測(cè)量值可稱為相對(duì)真值。三、分析、計(jì)算題：（20分）1.分析（線性）電位器式傳感器由于測(cè)量線的線路中的負(fù)載電阻Rl帶來的負(fù)載誤差,并計(jì)算它與位移x之間的關(guān)系。（10分）傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績:、測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:X0.92.53.34.55.76.7Y1.11.62.63.24.05.0試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度。（10分）解：y kx byi (kxi b)(Xi yiXi xyi)b 22

14、n Xi (x)代入數(shù)據(jù)求得k 0.68 b 0.25所以 y 0.68x 0.2540.23840.3540.1640.11A0.126A0.194L0.35L max 100%7%yFs5擬合直線靈敏度k 0.68,線性度±7%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)？說明熱電偶測(cè)溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。（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，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)存在熱電動(dòng)勢(shì)。 因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)稱 為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)，通稱熱電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)

15、：接觸電動(dòng)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動(dòng)勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(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)生的一種電動(dòng)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)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 偶回路總的熱電動(dòng)勢(shì)不

16、產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)， 連接導(dǎo)線及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T0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶熱端為T冷端為Tn時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)與同一熱電偶熱端為Tn,冷端為To時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為 00C 時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時(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, T。）時(shí)分別為Eac T,To , Ebc T,To ,那么愛相同溫度下，又 A、B兩熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)為EAB T,T0EAc

17、T,T0EBc T,T0實(shí)用價(jià)值：可大大簡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)的熱電動(dòng)勢(shì)，那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電動(dòng)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：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響。措施：a 0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動(dòng)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：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不等位電動(dòng)勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無

18、外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電動(dòng)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。推導(dǎo)分流法略。五、論述CCD的工作原理，如何用設(shè)計(jì)一臺(tái)攝像機(jī)。（6分）答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在 N型或P型硅襯底上生長一層很薄的SiO2,再在SiO2薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的 MOS 電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了 CCD 芯片。 CCD 可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。每一個(gè)脈沖只反映一個(gè)光敏元的受光情況， 脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強(qiáng)弱， 輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。六、人們說，S

19、MART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)，為什么？( 6 分)答：從SMART傳感器的功能和優(yōu)點(diǎn)兩方面來看功能a) 自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響應(yīng)時(shí)間等的補(bǔ)償b) 自診斷功能：如在接通電源時(shí)自檢c) 微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能，構(gòu)成一死循環(huán)工作系統(tǒng)d) 信息存儲(chǔ)和記憶功能e) 數(shù)字量輸出和顯示優(yōu)點(diǎn)：a) 精度高， 可通過軟件來修正非線性， 補(bǔ)償溫度等系統(tǒng)誤差， 還可補(bǔ)償隨機(jī)誤差， 從而使精度大為提高b) 有一定的可編程自動(dòng)化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自動(dòng)調(diào)零、自檢等c) 功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過串口、并口、 面板數(shù)字控制數(shù) 或CRT顯示，并配打印機(jī)保存資料

20、d) 功能價(jià)格比大。 在相同精度條件下， 多功能智能傳感器比一功能普通的傳感器性能價(jià)格比大可見，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)。八、 什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計(jì)程序和原則是什么？什么是傳感器的失效？失效有哪幾種？失效分析方法有哪幾種？( 10 分)答：傳感器的可靠性是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定條件、 規(guī)定時(shí)間， 完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽O(shè)計(jì)程序：建立系統(tǒng)可靠性模型可靠性分配可靠性分析可靠性預(yù)測(cè)可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審試制品的可靠性試驗(yàn)最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)原則：盡量簡單、組件少、結(jié)構(gòu)簡單工藝簡單使用簡單維修簡單技術(shù)上成熟選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件采用保守的設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力所有

21、狀態(tài)及事件的總和叫失效。失效的分類：按失效發(fā)生場(chǎng)合分：試驗(yàn)失效、現(xiàn)場(chǎng)失效按失效的程度分：完全失效、局部失效按失效前功能或參數(shù)變化的性質(zhì)分：突然失效、退化失效按失效排除的性質(zhì)分：穩(wěn)定性失效、間歇失效按失效的外部表現(xiàn)分：明顯失效、隱蔽失效按失效發(fā)生的原因分：設(shè)計(jì)上的失效、工藝上的失效、使用上的失效按失效的起源分：自然失效、人為失效按與其他失效的關(guān)系分：獨(dú)立失效、從屬失效按失效浴盆曲線上不同階段分：早期失效、偶然失效、耗損失效等 失效分析的方法：失效模式、效應(yīng)及危害度分析工藝過程FMMEA及質(zhì)量反饋分析失效樹分析方法九、利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、采用溫度補(bǔ)

22、償及抗干擾措施）。（15分）十、設(shè)計(jì)一套智能測(cè)溫傳感器。要求：測(cè)溫范圍1040 C, A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字（包括硬件和軟件）。（15分）答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績： 一、填空題：（40分）1 .傳感器是 能感受熱室的被測(cè)量并按照一字規(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 以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。2 .電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為金屬材料和半導(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 造成的。材料傳感器的靈敏3 .在變壓器

23、式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感 M的大小與 繞穿匝數(shù)成正比，與穿過線圈的磁通 成正比,與磁回路中磁阻 成反比,而單個(gè)空氣隙磁阻的大小可用公式 表示。4 .測(cè)量過程中存在著測(cè)量誤差，按性質(zhì)可被分為絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和 引用誤差 三類，其中絕對(duì)誤差可以通過對(duì)多次測(cè)量結(jié)果求 平均 的方法來減小它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。5 .光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的 現(xiàn)象，即 外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管 _ 傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變的 現(xiàn)象，即 內(nèi)光電 效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一類。第

24、三類是利用在光線作用下光勢(shì)壘 現(xiàn)象,即 光生伏特.效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管 傳感器屬于這一類。7 .偏差式測(cè)量是指測(cè)量過程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的測(cè)量方法； 零位測(cè)量是指測(cè)量過程中，用指零儀表的零位指示， 檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的測(cè)量方法；微差式測(cè)量是指將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值，然后用偏差法測(cè)得此差值的 方法。二、問答題：（25分）2 .簡述霍爾電動(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流過時(shí)，電子受到洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體

25、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)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)UHo3 .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及柵絲與試件膨脹系數(shù)（0與s）g s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。三、分析、計(jì)算題：（35分）1 .分析如圖1所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)（x1,x2發(fā)生變化時(shí)自感 L變化情況。已知空氣隙的

26、長度為 x1和x2,空氣隙的面積為 S,磁導(dǎo)率為,線圈匝數(shù) W不變）。（10 分），-.,-.2IW W W W , L RmI IRmli1x1 1x2 n 工 0S00S0i 1 i Sl00S0空氣隙的長度x1和x2各自變，而其和不變，另外其他變量都不變，故L不變。2 .設(shè)5次測(cè)量某物體的長度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2cm,若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體的最小估計(jì)區(qū)間。（5分）-1 n （9.8 10.0 10.1 9.9 10.2）_x xi 110n i 15Vx1 x 分別為-0.2 0 0.1-0.1

27、0.20.16x 3 ,x 3 9.52,10.483.在對(duì)量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的 關(guān)系如下表所示，簡述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？ （10分）測(cè)量次數(shù)I12345壓力xi /MPa245810電壓yi/V10.04320.09330.15340.12850.072(1)y=5.00x1.05(2)y=7.00x+0.09(3)y=50.00x-10.50(4)y=-5.00x 1.05(5)y=5.00x+0.07答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入以上五

28、式，與 y值相差最小的就是所求，很明顯（5）為所求。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績： 一、填空：（50分）2 .光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應(yīng)，這類器件有光電管、 光電倍增直等；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng)，這類器件有光敏電阻等；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)，這類器件有光電池、光電儀表。 （6分）3 .電位器或電阻傳感器按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。線性電位器的理想 空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系

29、。假定電位器全長為 Xmax,其總電阻為 Rmax,它的滑臂X 間的阻值可以用 Rx= Rmax來計(jì)算。假定加在電位器 A、B之間的電壓為 Umax,X max則輸出電壓為 Ux= X V max 。其電阻靈敏度 R=2 （bh） 。電壓靈敏度 X maxAt,2 （b h）Ru=I 0 （7 分）At5 .磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)牛相對(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?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力。 （6分）6 .測(cè)量過程中存在著測(cè)量誤差。絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與被測(cè)量真實(shí)值之間的差值其表達(dá)式為100%;引X

30、X L ；相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量直實(shí)侑的比侑其表達(dá)式為用誤差是指絕對(duì)誤差與測(cè)量儀表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其表達(dá)式為r 100%。A（7分）7 .光柵傳感器中莫爾條紋的一個(gè)重要特性是具有位移放大作用。如果兩個(gè)光柵距相等，即W=0.02mm ,其夾角0 =0.1 ° ,則莫爾條紋的寬度 B=11.43 mm莫爾條紋的放大倍數(shù) K= 573.2。（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 來表征。（5分）二、寄生電容與電容傳感器相關(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。（25分）答案略。三

31、、在生產(chǎn)過程中測(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。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝。（25分）答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績： 一、選擇與填空題：（12分）2 .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，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)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)量敏感元件和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)

32、換電路組成。5 .熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和 單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng) 勢(shì)組成。6 .偏差式測(cè)量是指在測(cè)量過程中.用儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的方法：零位 測(cè)量是指在測(cè)量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測(cè)量系 統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，用已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的方法;微差式測(cè)量是指綜合了偏差式 測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡答題：（44分）1.光纖傳感器的工作原理。（4分）答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端

33、面。光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維，按其工作原理來分有功能型（或稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）兩大類。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo)，而且具有測(cè)量的功能。非功能型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。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)傳感器輸入一輸出特性。6 .改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？ （4分）答：進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。其典型的設(shè)計(jì)程序如下：首先是明確可靠性指標(biāo)，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)應(yīng)與產(chǎn)品的功能、性能一起被確定?？煽啃灾笜?biāo)應(yīng)符合產(chǎn)品的特點(diǎn)，它可以是單一的可靠性特征值，也可以是由多個(gè)

34、可靠性特征值構(gòu)成 的可靠性指標(biāo)體系，確定產(chǎn)品可靠性指標(biāo)以后的可靠性設(shè)計(jì)程序依次：建立系統(tǒng)可靠性 模型；可靠性分配；可靠性分析；可靠性預(yù)測(cè)；可靠性設(shè)計(jì)和評(píng)審；試制品的可靠性試驗(yàn)和最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)的原則是：首先要盡量簡單，元件少、結(jié)構(gòu)簡單、工藝簡單、使用簡單、維修簡 單，其次是技術(shù)上成熟、選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和元件、采用保守的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于看 似先進(jìn)但不夠成熟的產(chǎn)品或技術(shù)應(yīng)持慎重的態(tài)度。采用局部失效不致對(duì)全局造成嚴(yán)重后 果和預(yù)測(cè)可靠性高的方案。三、分析、計(jì)算題：（24分）1 .分析（線性）電位器式傳感器由于測(cè)量線路中的負(fù)載電阻Rl帶來的負(fù)載誤差，并計(jì)算它與位移x之間的關(guān)系。（8分）答案略

35、。2.分析下圖所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)（ x1, x2發(fā)生變化）時(shí)自感 L變化情況。已 知空氣氣隙的長度為 x1, x2,空氣隙的面積為 S,磁導(dǎo)率為科線圈匝數(shù) W不變。（8分）四.設(shè)計(jì)題（30分）1 .利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套濕度傳感器（包括敏感元件的選擇、測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、采用溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。（10分）2 .設(shè)計(jì)一套智能測(cè)溫傳感器。要求：測(cè)溫范圍1040C, A/D轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字（包括硬件和軟件）。（20分）答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績： 一、簡答題（30分，6分/題）2 .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

36、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。3 .直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直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，電橋平衡電路簡單，傳感器至測(cè)量儀表的連接導(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

37、橋平衡條件： R/R2=R3/R4 , RlR=2R3。5 .光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？并分別指出對(duì)應(yīng)類型 光纖傳感器的典型光源。答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。按其傳輸模式分為單模和多模.、計(jì)算題（20分，10分/題）三、分析/證明題（32分，8分/題）6 .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)簡單、工作可靠、測(cè)量范圍

38、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。7 .熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由哪幾種電動(dòng)勢(shì)組成，試證明熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)電極定律。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，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)存在熱電動(dòng)勢(shì)。 因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)稱 為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克電動(dòng)勢(shì)，通稱熱電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電動(dòng)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動(dòng)勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩

39、端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動(dòng)勢(shì)。8 .固態(tài)圖像傳感器的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采用固態(tài)圖像傳感器為核心的圖像識(shí)別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)顯示的圖象清晰度和準(zhǔn)確度不能令人滿意，請(qǐng)從固態(tài)圖像傳感器的原理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？四、設(shè)計(jì)/綜述題（18分）根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能傳感器， 測(cè)溫范圍為-1040 C,要求精度達(dá)到0.05 C,寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟：具備的功能；選用的器件和硬件電路，并 用原理框圖表示（器件型號(hào)不明，說明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過程和軟件功能； 你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的功能。答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題班級(jí)： 學(xué)號(hào)

40、： 姓名： 成績： 五、簡答題（30分，6分/題）9 .光電池的工作原理，指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。答：光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式；是有源器件。它有較大面積的一N結(jié)，當(dāng)光照射在P-N結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。10 按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖（單模/多模），為什么？答：功能型（或稱物性型、傳感型）光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)而且具有測(cè)量的功能。它可以 利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸?？煞譃檎穹{(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào)制型。多模單模皆可非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型

41、、傳光型）其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其他敏感元件才能 組成傳感器。多模。六、計(jì)算題（20分，10分/題）1 .設(shè)6次測(cè)量某物體的長度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.19.9 10.315cm,若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長度的最小估計(jì)區(qū)間。解：x(9.8 10.0 1。1 9.9 1。2)105VXiX 分別為-0.2 0 0.1-0.1 0.2x 3 ,x 3 9.52,10.48七、分析/證明題（32分，8分/題）2 . Pt100和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法 的主要作用。分別代表鉗電阻

42、熱電式傳感器（100 ）,銅電阻熱電式傳感器（500）。熱電阻傳感器測(cè)量 電橋之三線、四線連接法的主要作用是消除在熱電阻安裝的地方與儀表相距遠(yuǎn)時(shí)，環(huán)境溫度變化時(shí)其連接導(dǎo)線電阻也變化所造成的測(cè)量誤差。3 .用饃銘一銀硅熱電偶測(cè)量爐溫，其儀表示值為600C,而冷端溫度t0為65 C,則實(shí)際溫度為665 C,對(duì)不對(duì)？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？答：對(duì)。查表知饃專A饃硅熱電偶K=1 , T=Tz+KTn=600+1 X 65=6654 .智能傳感器只是將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說明你的理 由。答：不同意，從 SMART傳感器的功能和優(yōu)點(diǎn)兩方面來看：功能f）自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響

43、應(yīng)時(shí)間等的補(bǔ)償。g）自診斷功能：如在接通電源時(shí)自檢。h）微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能，構(gòu)成一死循環(huán)工作系統(tǒng)。i） 信息存儲(chǔ)和記憶功能。j） 數(shù)字量輸出和顯示。優(yōu)點(diǎn)：e）精度高，可通過軟件來修正非線性，補(bǔ)償溫度等系統(tǒng)誤差，還可補(bǔ)償隨機(jī)誤差，從而使精度大為提高。f） 有一定的可編程自動(dòng)化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自動(dòng)調(diào)零、自檢等。g）功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或CRT顯示，并配打印機(jī)保存資料。h）功能價(jià)格比大。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比一功能普通的傳感器 性能價(jià)格比大?？梢?，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì)，意義重大。八、

44、設(shè)計(jì)題（18分）根據(jù)你所掌握傳感器知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)濕傳感器（包括敏感元件的選擇、測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、采用的溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績： 九、簡答題（30分，6分/題）1.傳感器的定義和組成框圖？畫出自動(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。組成框圖如下：被測(cè)量自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖如下：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。2 .試列出你所學(xué)過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

45、，測(cè)量何種物理量？（各大于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3 .以自感式傳感器為例說明差分式傳感器可以提高其靈敏度的原理。答：單極式自感傳感器的靈敏度為：2S 'LMl101010差分式傳感器的靈敏度為:Sm1l0由此可見,2l17與單極式比較其靈敏度提高一倍，非線性大大減小。4.光電效應(yīng)可分為哪三種類型，簡單說明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電 傳感器。答：光電效應(yīng)可分為：a）外光電效應(yīng)：指在光的

46、照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管及光電倍增管均屬這一類。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料 制造的。b）內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。光敏電阻即屬此類。c）光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。5.光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型？傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖？答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的

47、角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。按其傳輸模式可分為單模和多模兩種。傳感型（功能型）光纖傳感器應(yīng)該選用單模光纖，傳輸型光纖傳感器應(yīng)選用多模光纖。十、計(jì)算題（20分，10分/題）1.設(shè)7次測(cè)量某物體的長度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 10.115cm,若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體長度的最小估計(jì)區(qū)間。解：答：忽略最后一個(gè)值，平均值 X9.8 1010.19.910.3 10.1 10.03,6P19.8 10.030.23, P20.03, P30.07,p40.13, P50.27, p60.07Pi0.18則最小

48、估計(jì)區(qū)間x x 310.03 3 0.18 9.49 10.57。2.圖示電荷放大器中Ca=100 pF, Ra=0°, Rf=R=Cf=10 pF。若考慮引線電容Cc影響，當(dāng)A0=104時(shí)，要求輸出信號(hào)共減小于1%,求使用90 pF/m的電纜，其最大允許長度為多少？氏AAA/VCf答：rCa Cca（1CA0）CF"%解得CCC9.09 10 10 L 9.09 1012 m 10.1m90 10 12、分析/證明題（32分，8分/題）1 .自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬有何關(guān)系？如果選用傳感器的動(dòng) 態(tài)特性達(dá)不到要求怎么辦？答：2 .熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由哪

49、幾種電動(dòng)勢(shì)組成，試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。答：熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)組成 的。接觸電動(dòng)勢(shì)有時(shí)又稱為珀?duì)柼妱?dòng)勢(shì)；而單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)也稱湯姆遜電動(dòng)勢(shì)。3 .制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般 為 2 : 1?答：制作霍爾元件應(yīng)采用半導(dǎo)體材料。如果磁場(chǎng)與薄片法線有 ？夾角，那么UH=kHlBcos?,霍爾元件越?。?d越?。?，kH就越大，所以一般霍爾元件都很薄。又因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中 UH=（kHlB/d） f（l/b）當(dāng)l/b=2時(shí)，f（l/b）=0.93為最大值，這時(shí) Uh也可取到最大值，所以長寬比l/b一般為

50、2： 14 .為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說明該類型傳感器溫度誤差補(bǔ) 償方法。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù) 2及柵絲與試件膨脹系數(shù) （？g及？s）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，所以必須補(bǔ)償溫度誤差的措施。通常溫度誤差補(bǔ)償方法有兩類：a）自補(bǔ)償法：包括單絲自補(bǔ)償法和組合式自補(bǔ)償法b）線路補(bǔ)償法十二、 設(shè)計(jì)/綜述題（18分）根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能傳感器，測(cè)溫范圍為-2080 C,要求精度達(dá)到 0.1 C,寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟：具備的功能；選用的器件和硬件電路，并用原理框圖表示（器件型號(hào)不明，說明其須具有的

51、功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理過程和軟件功能;你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的功能。答案略。傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題答案班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績： 十三、 簡答題（30分，6分/題）1.傳感器（或測(cè)試儀表）在第一次使用前和長時(shí)間使用后需要進(jìn)行標(biāo)定工作，請(qǐng)問標(biāo) 定的意義？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。4 .如何減少測(cè)量系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差對(duì)傳感器性能的影響？答：（1）引入更正值法；（2）替換法；（3）差值法；（4）正負(fù)誤差相消

52、法；（5）選擇最佳測(cè)量方案。5 .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剪力傳到金屬絲上的。第二，絲沿長度方向承受應(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。十四、 計(jì)算題（20分，10分/題）十五、分析/證明題（32分，8分/題）1 .系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬無關(guān)，請(qǐng)問這種說法正確

53、嗎？試述理由。答：不正確。傳感器的響應(yīng)帶寬會(huì)限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。2 . Pt100和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法 的主要作用。答：鉗電阻和銅電阻熱電動(dòng)勢(shì)傳感器。三線連接法的作用是使電橋不會(huì)產(chǎn)生溫度誤差；四線連接法使調(diào)零電位器的接觸電阻和指示儀表串聯(lián)， 接觸電阻的不穩(wěn)定不會(huì)破壞電橋的的平衡和正常的工作狀 態(tài)。3 .溫度對(duì)光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此觀點(diǎn)正 確否，為什么？答：不正確。因?yàn)榘雽?dǎo)體材料容易受溫度影響，而其直接影響光電流的值，所以還 需要溫度補(bǔ)償裝置。4 .智能傳感器只是將被測(cè)信號(hào)數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點(diǎn)否？分析說明你的理 由。答：不同意。智能傳感器具有一定的人工智能，可使用電路代替一部分腦力勞動(dòng)。 和微機(jī)的結(jié)合使智能傳感器不僅有視嗅味和聽覺功能，還具有存儲(chǔ)，思維和邏輯判 斷，數(shù)據(jù)處理，自適應(yīng)能力等功能，從而使傳感器技術(shù)提高到一個(gè)新水平。八、設(shè)計(jì)題（18分）根據(jù)你所掌握傳感器知識(shí)，設(shè)計(jì)一套濕度測(cè)量傳感器（包括敏感元件的選擇、測(cè)量電 路的設(shè)計(jì)、采用的溫度補(bǔ)償及抗干擾措施）。答案略傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題答案班級(jí)學(xué)號(hào)姓名成績1）壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么？電壓式與電荷式前置放大器各有何特點(diǎn)？答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器