傳感器與檢測技術(shù)試題及答案

傳感器與檢測技術(shù)試題及

答案Preparedon24November2020

《傳感器與檢測技術(shù)》試題一、填空：（20分）測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標主要有線性度、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）霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強度相單位控制電流時的霍爾電勢大小。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)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類元件有光電池、光電儀表。熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成一一一 k N的，其表達式為Eab（T，To）=—（T-T0）lnN^+」=（。A一％）七。在熱電偶 B 溫度補償中補償導(dǎo)線法（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。X壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械壓力，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)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為負壓電效應(yīng)。（2分）變氣隙式自感傳感器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（①增加②減小③不變）（2分）儀表的精度等級是用儀表的（①相對誤差②絕對誤差③引用誤差）來表示的（2分）電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（①變面積型②變極距型③變介電常數(shù)型）外是線性的。（2分）1、 變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（①增大，②減小，③不變）。2、 在平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關(guān)系中，變面積型，⑵變極距型，③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（①正比，②反比，③不成比例），與副方線圈的匝數(shù)成（①正比，②反比,③不成比例），與回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。4、 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(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①—金屬—材料和②半導(dǎo)體—體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中①的電阻變化主要是由—電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而②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。3、 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與繞組匝數(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，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式—表示。熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成k N的，其表達式為Eab（T,To）=-（T-氣加力+J=（。A-QB）dTo在熱電偶溫度 B 補償中，補償導(dǎo)線法（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。（7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格的線性關(guān)系。假定電位器全長為XXmax，其總電阻為Rmax，匕的滑臂間的阻值可以用Rx= -Rmax來計Xmax算。假定加在電位器A、B之間的電壓為Vmax，則輸出Vx=—^?Vmax。其電阻靈敏度Rj=2p（b+h）。電壓靈敏度Xmax 1AtRu=I?2p（A+h）o（7分）磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的。霍爾式傳感器可用來測量電流,磁場，位移，壓力。（6分）簡答題二、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計相連接。在某時刻，從電位差計測得熱電勢為，此時電位差計所處的環(huán)境溫度為15C。，試求該時刻溫箱的溫度是多少度（20分）鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測量端溫度C0123456789熱電動勢(mv)2簡述熱電偶的工作原理。（6分）答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。3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，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時，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，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，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)。4簡述電阻應(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)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。1、 什么是傳感器動態(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態(tài)特性（10分）答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質(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，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應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入-輸出特性。動態(tài)特性指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r域和頻域來研究動態(tài)特性2、 簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。（5分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流I流過時，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，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)a,及柵絲與試件膨脹系數(shù)（pg與P「之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。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)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實現(xiàn)工藝。（15）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，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(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。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)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入一輸出特性。三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（10分）答：①熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動勢：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。熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。熱電偶三定律a中間導(dǎo)體定律熱電偶測溫時，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，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，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，冷端為孔時的熱電勢等于該熱電偶熱端為T冷端為七時的熱電勢與同一熱電偶熱端為T：，冷端為T0時熱電勢的代數(shù)和。 n n °應(yīng)用：對熱電偶冷端不為0OC時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當?shù)难a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)點溫度為（T，T）時分別為ET,T），ET,T），那么愛相同0 AC0 BC0溫度下，又A、B兩熱電極配對后的熱電勢為實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標準鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響措施:a00C恒溫法b計算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機械零點調(diào)整法d熱電偶補償法e電橋補償法f冷端延長線法四、 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)霍爾元件的不等位電勢的概念是什么溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N請詳細推導(dǎo)分流法。（10分）答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。溫度補償方法：a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b電橋補償法五、 論述CCD的工作原理，如何用設(shè)計一臺攝像機。（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可以把光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。每一個脈沖只反映一個光敏元的受光情況，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。一、簡答題（30分，6分/題）1、 從傳感器的靜態(tài)特性和動態(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，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器?？紤]動態(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：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)生零點漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進。直流電橋平衡條件：R1/R2=R3/R4，r1r4=r2r3O3、以自感式傳感器為例說明差動式傳感器可以提高靈敏度的原理。W2七%21°°0差動式靈敏度:s=-2匕1-冬+1冬T+...差動式靈敏度 匕［七"10jL與單極式傳感器靈敏度S=-才1-M-+牛+…比較‘°1_ 0I0j_靈敏度提高一倍，非線性大大減少。4、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P—N結(jié)，當光照射在P—N結(jié)上時則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。5、按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點應(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)而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(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、傳光型）其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其它敏感元件才能組成傳感器。多模。6、傳感器的定義和組成框圖畫出自動控制系統(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)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。輔助電組成框圖：自動控制系統(tǒng)原理框圖：傳感器的作用：感受被測量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號傳送給控制對象?！?擾動給定+e* ^感^ 對象_7、試列出你所學過的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測量，哪些用于接觸式測量，測量何種物理量（各N3種）答：非接觸式測量：a） 熱電式傳感器：測量溫度b） 光纖傳感器：測量光信號c） 核輻射傳感器：測量核輻射粒子接觸式測量：a） 電位器式壓力傳感器：測量壓力b） 應(yīng)變片式電阻傳感器：測量電阻值c） 應(yīng)變式扭矩傳感器：測量扭矩8、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)：利用光勢壘效應(yīng)，光勢壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢。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。9、 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，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(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。10、 傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時間使用后需要進行標定工作，請問標定的意義答：傳感器的標定分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩種。靜態(tài)標定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動態(tài)標定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。11、 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)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號進行適當放大，但其所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標定的麻煩。電荷放大器是一種具有深度電容負反饋的高增益運算放大器，其雖然允許使用很長的電纜，并且電容Ce變化不影響靈敏度，但它比電壓放大器價格高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。12、什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)請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，測量應(yīng)變時，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，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，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)測量，此觀點是否正確，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、測量范圍廣等優(yōu)點，因此在壓力沖擊和震動等動態(tài)參數(shù)測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、 固態(tài)圖象傳感器的分辨率由什么因素決定某海關(guān)欲采用固態(tài)圖象傳感器為核心的圖象識別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)顯示的圖象清晰度和準確度不能令人滿意，請從固態(tài)圖象傳感器的原理進行分析，從哪幾方面考慮重新選型3、 為什么要對應(yīng)變片式電阻傳感器進行溫度補償，分析說明該類型傳感器溫度誤差補償方法。答：①在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)a,及柵絲與試件膨脹系數(shù)（pg與P「之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。②方法：自補償法線路補償法4、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)，請問這種說法正確嗎試述理由。答：不完全正確。5、 Pt100和Cu50各代表什么傳感器分析熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法的主要作用。分別代表鉑電阻熱電式傳感器(100Q)，銅電阻熱電式傳感器(50Q).熱電阻傳感器測量電橋之三線、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時，環(huán)境溫度變化時其連接導(dǎo)線電阻也變化所造成的測量誤差。6、 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量爐溫，其儀表示值為600C。，而冷端溫度t0為65C。，則實際溫度為665C，對不對為什么應(yīng)如何計算答：對。查表知鎳鉻-鎳硅熱電偶K=1,T=Tz+KTn=600+1x65=6657、 自動控制系統(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態(tài)特性達不到要求怎么辦8、 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。如果磁場與薄片法線有夾角，那么UH=kHIBcos,霍爾元件越薄(即d越小),kH就越大，所以一般霍爾元件都很薄。又因為實際測量中UH=(kHIB/d)xf(l/b)當l/b=2時，f(l/b)=為最大值，這時UH也可取到最大值，所以長寬比l/b一般為2:112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)，請問這種說法正確嗎試述理由。答：不正確。傳感器的響應(yīng)帶寬會限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。14溫度對光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進行溫度補償，此觀點正確否，為什么答：不正確。因為半導(dǎo)體材料容易受溫度影響，而其直接影響光電流的值，所以還需要溫度補償裝置。15智能傳感器只是將被測信號數(shù)字化，意義不大，你同意此觀點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。和微機的結(jié)合使智能傳感器不僅有視嗅味和聽覺功能，還具有存儲，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)提高到一個新水平。計算題四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計算（5分）已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50C。，試計算出Rt的值和Ra的值（10分）Rt=R（1+At+Bt2）=100[1+3.940x10-3x50+（-5.802x10-7）x502]=119.55電路中已知R]、R2、R3和E,試計算電橋的輸出電壓Vab°（5分）其中（Ri=10KQ,R2=5KQ,R3=10KQ,E=5伏）（a）8-2答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R】、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r2、r3、Rg的三個導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當溫度變化時，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時，應(yīng)使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0C）時的電阻值。三線連接法的缺點之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點不穩(wěn)。三、分析、計算題：（20分）1、分析（線性）電位器式傳感器由于測量線的線路中的負載電阻Rl帶來的負載誤差，并計算它與位移x之間的關(guān)系；（10分）

一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：XY試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（10分）TOC\o"1-5"\h\zn^xy-^x￡y入（公2￡y-公公〉）解：y=kx+bk=y-（kx+b）k= 1 i~~ib=——i i i—，’ii nLx2-（Ex）2 n￡x2-（Ex）2代入數(shù)據(jù)求得k=0.68b=0.25 ' ' ' 'y=0.68x+0.25A=0.238A=-0.35A=-0.16擬合直線靈敏度k=0.68,線性度±7% 3二、如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時R1受拉，R4受壓，△R=0,橋路處于平衡狀態(tài)，當應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）（x1,x2發(fā)生變化時自感（△R/R）°（10（x1,x2發(fā)生變化時自感證明：夫廣R+ARR=R-AR略去AR的二次項，即可得U^=-1?普三、分析、計算題：（35分）1、分析如圖1所示自感傳感器當動鐵心左右移動L變化情況。已知空氣隙的長度為x1和x2,空氣隙的面積為S,磁導(dǎo)率為r,線圈匝數(shù)W不變）。（10分）IW ，中W①W2解：Q= ,L=—= =——+"+史—+"+史=—+_!_日S日S日S日S日Si=1ii0000i=1ii00空氣隙的長度x1和x2各自變，而其和不變，另其他變量都不變故L不變2、分析如圖2所示變介質(zhì)平板電容傳感器，電容（C）變化對液位變化（x）的靈敏度。已知長方形極板的長為l,高為h,極板間距離為d,容器內(nèi)下面介質(zhì)的高度為x（xh），介電常數(shù)為￡2，容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電常數(shù)為￡1。（10分）3、設(shè)5次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為： 厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在％的置信概率下，對被測物體的最小估計區(qū)間（5分）-1寸(9.8+10.0+10.1+9.9+10.2)小-分別為0x=_乙x= =10v=x-分別為0ni=11 5—11 5—1￡v.2=0.16口6[x-3b,x+3b]=[9.52,10.48]i=14、在對量程為10MPa的壓力傳感器進行標定時，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則（10分）測量次數(shù)I12345壓力xi(MPa)245810電壓yi(V)（1）y=⑵y=+（3）y=⑷y=（5）y=+答：最小二乘法準則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，很明顯（5）為所求。三、計算題（20分，10分/題）設(shè)6次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為： 15厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在％的置信概率下，對被測物體長度的最小估計區(qū)間林—1寸（9.8+10.0+10.1+9.9+10.2）解：X=—乙X= =10n11 5V=X]—X分別為01、設(shè)7次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為： 15厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在％的置信概率下，對被測物體長度的最小估計區(qū)間。答：忽略最后一個值，平均值-9.8+10+10.1+9.9+10.3+10.1X= =10.03，6p=9.8—10.03=—0.23,p=—0.03,p=0.07,p=—0.13,p=0.27,p=0.071 2 34 5 6555i5= i=1_=0.18，n——2貝U最小估計區(qū)間X=X+35=10.03土3X0.18=9.49?10.57。2、 將一只靈敏度為C。的熱電偶與毫伏表相連，已知接線端溫度為50C。，毫伏表的輸出為60mv,求熱電偶熱端的溫度為多少答：AT=-6^+50=2000C。0.081）用石英晶體加速度計測量機器的振動，已知加速度計的靈敏度為5PC/g（g為重力加速度），電荷放大器的靈敏度為50mv/PC,當機器振動達到最大加速度時，相應(yīng)的輸出幅值為2V,求機器的振動加速度°（1PC=10-12庫侖）

… 2V 40PC答： =40PC a= =8g=88.2m/s250mv/PC 5PC/g答：8= co^cc v1%rC+CC+(1+A0)C^解得CC=9.09x10答：8= co^cc v1%rC+CC+(1+A0)C^解得CC=9.09x10-10F三、光纖傳感器的主要優(yōu)點是什么求n1=,n2=的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質(zhì)為空氣n0=1，求光纖的最大入射角。答：優(yōu)點：抗電磁干擾能力強；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性,可以制成任意形狀的光纖傳感器，可以制造傳感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可用于高壓，電氣噪聲，高溫，腐蝕或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性。NA=nsin9,sin6=NA=0.17,二。=9.82°0c c C六、用溫度傳感器對某溫度進行12次等精度測量，獲得測量數(shù)據(jù)如下(單位C。)、、、、、、、、、、、要求對測量數(shù)據(jù)進行加工整理，并寫出最后結(jié)果(取置信系數(shù)為2)。答：x=20.495=0.02x=x土35=20.43?20.55七、1)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某霍爾元件lxbxd為xxcm3,當方向通以電流I=mA,在垂直lb方向加有均勻磁場B=,傳感器的靈敏系數(shù)為22V/AT,試求其霍爾電勢及載流子濃度。答：1)采用半導(dǎo)體材料。因為其靈敏度高，輸出霍爾電勢大。2)因為元件越薄，靈敏度系數(shù)越大。3)氣=匕-IB=0.0066Vv七=%配p=%配=2.84x1020H八、1)試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。2)將一只靈敏度為C的熱電偶與毫伏表相連，已知接線端溫度為50C,毫伏表的輸出為60mv,求熱電偶熱端的溫度為多少3)熱敏電阻的電阻-溫度特性有什么不同答：1)證明：E (T,T)=E(T,T)ABC0AB0vE (T,T)=E兀(T)+E兀(T)+E兀(T)—Ei(T,T)+Ei(T,T)=E(T,T)ABC0AB BC0CA0A0B0 AB0AT=-6^+50=2000C0.08熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，電阻與溫度的關(guān)系近似于線性或為平滑曲線。九、下圖為變極距型平板電容電容傳感器的一種測量電路，其中CX為傳感器電容，C為固定電容，假設(shè)運放增益人=8,輸入阻抗Z=8；試推導(dǎo)輸出電壓U0與極