《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》試題及答案(已做)

歡迎共閱歡迎共閱《 傳 感 器 與 檢 測(cè) 技 術(shù) 》 試 題一、填空（20分）1（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。k(T

N)ln AT

。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)e 0 NB

A B T法（即冷端延長(zhǎng)線(xiàn)法）是在連接導(dǎo)線(xiàn)和熱電偶之間，接入延長(zhǎng)線(xiàn)，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。壓力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(chēng)為負(fù)壓電效應(yīng)（2分）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(xiàn)圈電感量②減小③不變2分）（①（2分）（①③變介電常數(shù)型）外是線(xiàn)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(xiàn)圈的電感量，②減小，③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（①變面積型，②變極距型，③變介電常數(shù)型）是線(xiàn)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(xiàn)圈的匝數(shù)成（①正，③不成比例，與副方線(xiàn)圈的匝數(shù)成，②反比，③不成比例，與回路中磁阻成（①。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)換元件以及相應(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_體材料_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-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-1.19mv，此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15）鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測(cè)量端0123456789溫度℃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+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16（6分）答：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)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。以石英晶體為例簡(jiǎn)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(chēng)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(chēng)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)。簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理分）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(mǎn)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(chēng)。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）B()I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(chēng)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)

及柵絲與試件膨脹系數(shù)t（與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。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（15分）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及實(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(shuō)明減小誤差的方法（10分）答：①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)存在熱電勢(shì)。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱(chēng)為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱(chēng)熱電勢(shì)。②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)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。③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)。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。⑤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(xiàn)及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。b中間溫度定律T0

時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為T(mén)冷端為T(mén)n

時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為T(mén)n

，冷端為T(mén)0

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。c參考電極定律如果AB兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為）時(shí)分別為E ,T，E ,T那么愛(ài)相同溫度下，又AB0 AC 0 BC 0兩熱電極配對(duì)后的熱電勢(shì)為實(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。⑥誤差因素：參考端溫度受周?chē)h(huán)境的影響措施：a00C恒溫法b計(jì)算修正法（冷端溫度修正法儀表機(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(xiàn)法補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請(qǐng)?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法（10）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。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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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：R/R=R/R，RR=RR。1 2 3 4 1 4 2 33、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：L0

W2S0 02l0差動(dòng)式靈敏度:

2L l l2 S

l0l l 與單極式傳感器靈敏度

0 0 0 L l l2 比較Sl0l l 00 0 靈敏度提高一倍，非線(xiàn)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。件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。重要。被測(cè)量 敏感元 傳感元 信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換輔助電

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。給定+﹣

e傳感器 對(duì)象反饋裝置5、試列出你所學(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：熱電式傳感器：測(cè)量溫度光纖傳感器：測(cè)量光信號(hào)接觸式測(cè)量：電位器式壓力傳感器：測(cè)量壓力應(yīng)變片式電阻傳感器：測(cè)量電阻值應(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？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、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。新標(biāo)定的麻煩。電荷放大器是一種具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，其雖然允許Ce電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。8、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(xiàn)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：①在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)t（與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。②方法：自補(bǔ)償法線(xiàn)路補(bǔ)償法3、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(xiàn)、四線(xiàn)連接法的主要作用。分別代表鉑電阻熱電式傳感器100Ω(5Ω).測(cè)量電橋之三線(xiàn)、四線(xiàn)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(xiàn)電阻也變化所造成的測(cè)量誤差。4、用鎳鉻-600℃，而冷端溫度t65℃，