試卷及答案-傳感器與檢測技術(shù)

同濟大學課程考核試卷（A卷）

2008-2009學年第二學期

命題教師簽名：審核教師簽名：

課號：102214課名：傳感器與檢測技術(shù)考試考查：考試

此卷選為：期中考試（卜期終考試（?）、重考（）試卷

年級專業(yè)學號姓名得分

一、選擇題（每題2分，共24分）

1.按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系，傳感器可分為（）傳感器。

A.溫度型和速度型B.物性型和結(jié)構(gòu)型C.機械型和電子型D.能量轉(zhuǎn)換型和能

量控制型

2.二階傳感器系統(tǒng)中，屬于其動態(tài)特性的表征參數(shù)是（）。

A.線性度B.靈敏度C.超調(diào)量D.漂移

3.為了減小非線性誤差，采用差動變隙式電感傳感器，其靈敏度和單線圈式傳感器

相比，（）o

A.降低二倍B,降低一倍C.提高二倍D.提高一倍

4.電感式傳感器采用變壓器式交流電橋作為測量電路時，如想分辨出銜鐵位移的方

向，則應(yīng)在電路中加（）電路。

A.加法器B.檢波C.相敏檢波D.鑒頻

5.若兩個應(yīng)變量變化完全相同的應(yīng)變片接入測量電橋的相對橋臂，則電橋的輸出將

（）O

A.增大B.減小C.不變D.可能增大，也可能減小

6.壓電傳感器的等效電路，（）。

A.可以等效為電壓源，不可等效為電荷源B.可以等效為電壓源，不可等效為電

荷源

C.既不可等效為電壓源，也不可等效為電荷源D.既可等效為電壓源，也可等效

為電荷源

7,電渦流在金屬導體中的形成范圍為（）

A.傳感器線圈外徑附近B.傳感器線圈內(nèi)徑附近C.表面D.表面且傳感器線圈外徑

附近

8.光電耦合器件由發(fā)光元件和光電接收元件組成，（）。

A.可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換B.不可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換

C.可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換D.不可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換

9.壓電陶瓷與天然石英的壓電性能比較，通常（）。

A.壓電常數(shù)大，居里點低B.壓電常數(shù)小，居里點高C.壓電常數(shù)大，居里點高

D.壓電常數(shù)和居里點都差不多

10.應(yīng)變式傳感器用電橋做轉(zhuǎn)換電路，理論上電橋輸出帶有非線性誤差的是（）

A.單臂電橋B.半橋C.全橋D.半橋和全橋

11.對熱電耦傳感器，形成熱電勢的必要條件是：（）

A.兩種導體材料不同；節(jié)點所處的溫度不同

B.兩種導體材料相同；節(jié)點所處的溫度不同；

C.兩種導體材料不同；節(jié)點所處的溫度相同

D.兩種導體材料相同；節(jié)點所處的溫度相同

12.在差動變壓器實驗中，當銜鐵過零位時，輸出電壓（）o

A.幅值：變小，相位：不變B.幅值：大一小一大，相位：不變

C.幅值：變大，相位:反相D.幅值：大一小一大，相位：反相

二、填空題（每題2分，共16分）

1.傳感器的輸入輸出特性指標可分為靜態(tài)和動態(tài)指標兩大類，線性度

和靈敏度是傳感器的指標，而頻率響應(yīng)特性是傳感器的指標。

2.旋轉(zhuǎn)式編礙器可以測量轉(zhuǎn)軸的角位移，其中在任意位置都有固

定的數(shù)字編碼與位置對應(yīng)，線數(shù)為360線的增量式編碼器分辨力為（角）度。

3.光電效應(yīng)分為和兩大類。

4.濕敏傳感器的工作電源要求采用信號源。

5.霍爾元件一般采用材料。

6..利用電渦流位移傳感器測量轉(zhuǎn)速時，被測軸齒盤的材料必須是。

7.熱電偶電動勢由電動勢和接觸電動勢兩部分組成。

8.莫爾條文的光強度變化近似正弦變化，因此，便于將電信號作進一步細分，即采

用技術(shù)

三簡答題（10分）

1.壓電傳感器分別用兩片完全相同的壓電元件串聯(lián)（不同極性端互聯(lián)）和單片使用,

如圖所示，所受壓力相同，試比較其輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系。（5分）

2.何為熱電偶的熱電效應(yīng)？問如圖所示的熱電偶熱電動勢的組成，并寫出回路總電

勢的表達式。

三、如圖所示差動式同心圓電容傳感器，其可動極筒外徑為r=9.8mm,固定極筒內(nèi)

徑為R=10mm,上下遮蓋長各為10mm時；試求電容值C］和Cz。當供電電源頻率

為60Hz時。求其容抗值。(10分)

四、在你所做的形變實驗系統(tǒng)中，采用彈性懸臂梁貼應(yīng)變片的方法配合橋路測量位

移。用千分尺讀得位移數(shù)x值，然后記錄單臂、半橋和全橋三種橋路的輸出電壓〃。

(20分)

(1)簡述何謂"應(yīng)變效應(yīng)”

(2)畫出三種橋路并說明各橋路之間測量靈敏度的關(guān)系。

(3)畫出此傳感器的組成方塊圖并標出各部分組成名稱。

(4)若傳感器靜態(tài)方程近似〃二*求用端基法在(0<x<l)區(qū)間擬合直線方程。

五、有四個性能完全相同的應(yīng)變片(K=2),將其貼在如圖所示壓力傳感器圓板形感

壓膜片上。已知：膜片r=20nun,h=0.3mm,E=2X10nN/m2,u=0.285?，F(xiàn)將四個應(yīng)

變片組成全橋測量電路，橋路電源U=6V,求：(20分)

口口□口

(1)確定應(yīng)變片在感壓膜片上的位置；

(2)畫出相應(yīng)全橋測量電路圖；

(3)當被測壓力為O.IMpa時，求各應(yīng)變片的應(yīng)變值及橋路輸出電壓值;

(4)該壓力傳感器是否具有溫度補償作用？為什么？

(5)橋路輸出量電壓與被測壓力之間是否存在線性關(guān)系？

同濟大學課程考核試卷(A卷)

2008-2009學年第二學期

命題教師簽名:審核教師簽名:

課號：102214課名：傳感器與檢測技術(shù)考試考查：考試

此卷選為：期中考試()、期終考試(?)、重考()試卷

年級專業(yè)學號姓名得分

二、選擇題（每題2分，共24分）

1.按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系，傳感器可分為（D）傳感器。

A.溫度型和速度型B.物性型和結(jié)構(gòu)型C.機械型和電子型D.能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型

2.二階傳感器系統(tǒng)中，屬于其動態(tài)特性的表征參數(shù)是（C）。

A.線性度B.靈敏度C.超調(diào)量D.漂移

3.為了減小非線性誤差，采用差動變隙式電感傳感器，其靈敏度和單線圈式傳感器相比，（D）。

A.降低二倍B,降低一倍C.提高二倍D.提高一倍

4.電感式傳感器采用變壓器式交流電橋作為測量電路時，如想分辨出銜鐵位移的方向，則應(yīng)在

電路中加（C）電路。

A.加法器B.檢波C.相敏檢波D.鑒頻

5.若兩個應(yīng)變量變化完全相同的應(yīng)變片接入測量電橋的相對橋臂，則電橋的輸出將（A）。

A.增大B.減小C.不變D.可能增大，也可能減小

6.壓電傳感器的等效電路，（D）。

A.可以等效為電壓源，不可等效為電荷源B.可以等效為電壓源，不可等效為電荷源

C.既不可等效為電壓源，也不可等效為電荷源D.既可等效為電壓源，也可等效為電荷源

7.電渦流在金屬導體中的形成范圍為（D）

A.傳感器線圈外徑附近B.傳感器線圈內(nèi)徑附近C.表面D.表面且傳感器線圈外徑附近

8.光電耦合器件由發(fā)光元件和光電接收元件組成，（C）。

A.可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換B.不可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換

C.可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換D.不可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換

9.壓電陶瓷與天然石英的壓電性能比較，通常（A）。

A.壓電常數(shù)大，居里點低B.壓電常數(shù)小，居里點高C.壓電常數(shù)大，居里點高

D.壓電常數(shù)和居里點都差不多

10.應(yīng)變式傳感器用電橋做轉(zhuǎn)換電路，理論上電橋輸出帶有非線性誤差的是（A）

A.單臂電橋B.半橋C.全橋D.半橋和全橋

11.對熱電耦傳感器，形成熱電勢的必要條件是：（A）

A.兩種導體材料不同；節(jié)點所處的溫度不同B.兩種導體材料相同；節(jié)點所處的溫度不同；

C.兩種導體材料不同；節(jié)點所處的溫度相同D.兩種導體材料相同；節(jié)點所處的溫度相同

12.在差動變壓器實驗中，當銜鐵過零位時，輸出電壓（D）。

A.幅值：變小，相位：不變B.幅值：大一小一大，相位：不變

C.幅值：變大，相位:反相D.幅值：大一小一大，相位：反相

三、填空題（每題2分，共16分）

1.傳感器的輸入輸出特性指標可分為靜態(tài)和動態(tài)指標兩大類，線性度和靈敏度是

傳感器的靜態(tài)指標,而頻率響應(yīng)特性是傳感器的動態(tài)指標。

2.旋轉(zhuǎn)式編碼器可以測量轉(zhuǎn)軸的角位移，其中絕對式編碼器在任意位置都有固定的數(shù)

字編碼與位置對應(yīng)，線數(shù)為360線的增量式編碼器分辨力為_1_（角）度。

6.光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)兩大類。

7.濕敏傳感器的工作電源要求采用交流信號源。

8.霍爾元件一般采用半導體材料。

6..利用電渦流位移傳感器測量轉(zhuǎn)速時，被測軸齒盤的材料必須是一金屬<,

7.熱電偶電動勢由一溫度差____電動勢和接觸電動勢兩部分組成。

8.莫爾條文的光強度變化近似正弦變化，因此，便于將電信號作進一步細分，即采用“倍頻技

術(shù)”技術(shù)

三簡答題（10分）

1.壓電傳感器分別用兩片完全相同的壓電元件串聯(lián)（不同極性端互聯(lián)）和單片使用，如圖所示,

所受壓力相同，試比較其輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系。（5分）

埔出電壓、電荷、電容的關(guān)系為：U'=2U（P107）

2.何為熱電偶的熱電效應(yīng)？問如圖所示的熱電偶熱電動勢的組成，并寫出回路總電勢的表達式。

答：如圖所示，兩種不同性質(zhì)的導體或半導體材料A、B串接成一個閉合回路，如果兩接合點

處的溫度不同，即TWT0,則在兩導體間產(chǎn)生熱電勢，也稱熱電動勢。同時在回路中有一定大

小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。（2分）

熱電動勢組成：兩導體的接觸電勢+單一導體的溫差電勢。（1分）

EXB（T,7；）=eXB（T）-6x（T,7；）-^（7；）+^（T,7；）

二囿8（7）-功（6]-氏①珀-立①珀]

三、（10分）如圖所示差動式同心圓電容傳感器，其可動極筒外徑為r=9.8mm,固定極簡內(nèi)徑為

R=10mm,上下遮蓋長各為10mm時；試求電容值Ci和C?。當供電電源頻率為60Hz時。求其

容抗值。（10分）

2幼4

C1=C=I)”(10/9.8)3.6萬=2.75(pF)

解:2（5分）

1___________1___________

12

Zi=Z2==2乃x60x1O'x2.75xlO_j=965(kC)(5分)

四、在你所做的形變實驗系統(tǒng)中，采用彈性懸臂梁貼應(yīng)變片的方法配合橋路測量位移。用千分

尺讀得位移數(shù)x值，然后記錄單臂、半橋和全橋三種橋路的輸出電壓以（20分）

（1）簡述何謂“應(yīng)變效應(yīng)”（4分）

（2）畫出三種橋路并說明各橋路之間測量靈敏度的關(guān)系。（6分）

（3）畫出此傳感器的組成方塊圖并標出各部分組成名稱。（4分）

（4）若傳感器靜態(tài)方程近似〃二八求用端基法在（Ovxvl）區(qū)間擬合直線方程。（6分）

解答：（1）簡述何謂“應(yīng)變效應(yīng)”（4分）

金屬電阻的相對變化與金屬應(yīng)變之間存在比例關(guān)系稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的應(yīng)

變靈敏系數(shù)物理意義為單位應(yīng)變引起的電阻相對變化。

（2）畫出三種橋路并說明各橋路之間測量靈敏度的關(guān)系。（6分）

Ki=0.25E(AR/R)K2=0.5E(AR/R)K3=E(AR/R)

(3)畫出此傳感器的組成方塊圖并標出各部分組成名稱。

(4)若傳感器的靜態(tài)方程近似為“=",求用端基法在(0<x<1)區(qū)間擬合直線方程。

(6分)

U=ao+kxao=lk=(e1)/(10)=1.78U=l+1.78x每個點2分

五、綜合題(20分)有四個性能完全相同的應(yīng)變片(K=2),將其貼在如圖所示壓力傳感器圓板

形感壓膜片上。已知：膜片r=20mm,h=0.3mm,E=2X10uN/m2,H=0.285,現(xiàn)將四個應(yīng)變片組成

全橋測量電路，橋路電源U=6V,求：

1)確定應(yīng)變片在感壓膜片上的位置；

2)畫出相應(yīng)全橋測量電路圖；

3)當被測壓力為O.IMpa時，求各應(yīng)變片的應(yīng)變值及橋路輸出電壓值；

4)該壓力傳感器是否具有溫度補償作用？為什么？

5)橋路輸出量電壓與被測壓力之間是否存在線性關(guān)系？

解：(1)應(yīng)變片在感壓腴片上的位置如下圖所示:(4分)(2)全橋測量電路圖(4分)

小寸0Rg