《傳感器與檢測技術》試題及答案.doc

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1、 《傳感器與檢測技術》試題 一、填空：（20分） 1，測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標主要有線性度、遲滯、重復性、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是光電效應。通常把光線照射到物體表面后產生的光電效應分為三類。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,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部電阻率改變的內光電 效應，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部產生一定方向電動勢的光生伏特效應，這類元件有光電池、光電儀

2、表。 4.熱電偶所產生的熱電勢是兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補償中補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導線和熱電偶之間，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。 5.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質在外界機械力作用下，其內部產生機械壓力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。相反，某些鐵磁物質在外界磁場的作用下會產生機械變形，這種現(xiàn)象稱為負壓電效應。（2分） 6. 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?、鄄蛔儯?分）

3、 7. 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） 8. 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關系，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） 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 = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax）來計算，其中電阻靈敏度Rr=（① 2p(b+h)/At, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)） 1、變面積式自感傳感器，當

4、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系中，（①變面積型，②變極距型，③變介電常數(shù)型）是線性的關系。 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)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件 和產生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調節(jié)轉換電路組成。 5、熱電偶所產

5、生的熱電熱是由兩種導體的接觸電熱和單一導體的溫差電熱組成。 2、電阻應變片式傳感器按制造材料可分為① _金屬_ 材料和②____半導體__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 _電阻應變效應 形成的，而②的電阻變化主要是由 溫度效應造成的。 半導體 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。 1.熱電偶所產生的熱電勢是由兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T,To）=。在熱電

6、偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導線 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系。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=來計算。假定加在電位器A、B之間的電壓為Vmax，則輸出電壓為Vx=。其電阻靈敏度RI=。電壓靈敏度RU=。（7分） 5.磁電式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端 產生感應電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁

7、場中有電磁效應（霍爾效應）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。（6分） 8.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標通常用輸入量與輸出量的對應關系來表征（5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、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系中，（①變面積型②變極距型③變介電常數(shù)型）是線性的關系。 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） 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

8、勢為-1.19mv，此時電位差計所處的環(huán)境溫度為15℃，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℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 熱 電 動 勢 (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.

9、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 0.20 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”。所謂熱電效應，就是當

10、不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。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產生的原理。（6分） 答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態(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。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。 石英晶

11、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，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。 4 簡述電阻應變片式傳感器的工作原理（6分） 答：電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發(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)絡研究時，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡的外部特性，即輸入量和輸出量的對應關系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、

12、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。可以從時域和頻域來研究動態(tài)特性 2、簡述霍爾電動勢產生的原理。（5分） 答：一塊半導體薄片置于磁感應強度為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。結果在半導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，該電場產生的力阻止電子繼續(xù)偏轉當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢UH。 3、分析應變片式傳

13、感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產生測量誤差的過程。（10分） 答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與真實應變同數(shù)量級的誤差。 二、寄生電容與電容傳感器相關聯(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：光導纖維工作的基礎是光的全內反射，當射入的光線的入

14、射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產生全內反射，并在光纖內部以后的角度反復逐次反射，直至傳遞到另一端面。 光纖傳感器利用光導纖維，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（或稱結構型、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，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—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用。分析熱電偶測溫的誤差

15、因素，并說明減小誤差的方法（10分） 答：①熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 ②接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，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體的性質及接觸點的溫度，而與導體的形狀和尺寸無關。 ③溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產生的一種電勢。 ④熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應”。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度

16、不同，那么在回路中將會產生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。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。 ⑤熱電偶三定律 a中間導體定律 熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示一起等均可看成中間導體。 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，冷端為時的熱電勢等于該熱電偶熱端為T冷端為時的熱電勢與同一熱電偶熱端為，冷端為時熱電勢的代數(shù)和。 應用：對熱電偶冷端不為時，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

17、償線路。 c參考電極定律 如果A、B兩種導體（熱電極）分別與第三種導體C（參考電極）組成的熱電偶在結點溫度為（T，）時分別為，，那么愛相同溫度下，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。 ⑥誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響 措施：a 恒溫法 b計算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機械零點調整法 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

18、的方法有哪幾種？請詳細推導分流法。（10分） 答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等。 霍爾組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，如何用設計一臺攝像機。7.4（6分） 答：CCD是一種半導體器件，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成了CCD芯片。CCD可以把光

19、信號轉換成電脈沖信號。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)響應時間或者應具有很寬的頻率響應特性。 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？應變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容

20、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，容易產生零點漂移，線路也較復雜。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=R2R3。 3、 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。 解： 差動式靈敏度: 與單極式傳感器靈敏度比較 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制成

21、的，是自發(fā)電式；是有源器件。它有較大面積的P一N結，當光照射在P一N結上時則在結的兩端出現(xiàn)電動勢。它應工作在電壓源狀態(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{制型、相位調制型及偏振態(tài)調制型。多模單模皆可 非功能型(或稱結構型、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)

22、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)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。 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過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。 輔助電源 信號調節(jié)轉換電路 傳感元件 被測量 敏感元件 組成框圖：自動控制系統(tǒng)原理框圖： 傳感器的作用：感受被測量并轉換成可用輸出信號傳送給控制對象。 擾動 e 給定 + 對象

23、傳感器 ﹣ 反饋裝置 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≥3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) 應變片式電阻傳感器：測量電阻值 c) 應變式扭矩傳感器：測量扭矩 8、 光電效應可分為哪三種類型，簡單說明傳感器的原理并分別列出以之為基礎的光電傳感器。 答：光電效應可分為： a) 外光電效應：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。光電管

24、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) 內光電效應：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：利用光勢壘效應，光勢壘效應指在光的照射下，物體內部產生一定方向的電勢。光電池是基于光生伏特效應制成的，是自發(fā)電式有源器件。 9、 光導纖維導光的原理是什么？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該選用哪種光纖？ 答：光導纖維工作的基礎是光的全內反射，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生全內反射，并在光纖內部以后的角度反復逐次反射，直至傳

25、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）光纖傳感器應該選用單模光纖，傳輸型光纖傳感器應選用多模光纖。 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、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

26、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，電路較復雜，調整也比較困難。 12、 什么是金屬應變片的靈敏系數(shù)？請解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。 答： 應變片一般做成絲柵狀，測量應變時，將應變片貼在試件表面上，試件的變形很容易傳到應變片上。金屬應變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是不同的。第一，零件

27、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變時，應變片彎角部分也承受應變，其截面積變大，則應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，應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。 二、 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，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結構簡單、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換為電量。 2、 固態(tài)圖象傳感器的分辨率由

28、什么因素決定？某海關欲采用固態(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)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與真實應變同數(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)響應帶寬與傳感器的響應帶寬無關，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

29、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（100Ω），銅電阻熱電式傳感器(50Ω). 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600℃，而冷端溫度t0為65℃，則實際溫度為665℃，對不對？為什么？應如何計算？ 答：對。查表知鎳鉻-鎳硅熱電偶K=1，T=Tz+KTn=600+165=665 7、 自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應帶寬與傳感器的響應帶寬有何關系？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

30、應采用什么材料，為什么？為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般為2 ：1？答：制作霍爾元件應采用半導體材料。如果磁場與薄片法線有a夾角，那么UH=kHIBcosa,霍爾元件越薄（即d越?。?，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)f(l/b) 當l/b=2時，f(l/b)=0.93為最大值，這時UH也可取到最大值，所以長寬比l/b一般為2：1 12系統(tǒng)的系統(tǒng)響應帶寬與傳感器的響應帶寬無關，請問這種說法正確嗎？試述理由。 答：不正確。傳感器的響應帶寬會限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應帶寬。 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

31、否，為什么？答：不正確。因為半導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，自適應能力等功能，從而使傳感器技術提高到一個新水平。 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） 1. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50℃，試計算出Rt的值和Ra的值（10分） 2. 電路中已知R

32、1、R2、R3和E，試計算電橋的輸出電壓VAB。（5分） 其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5伏） 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，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為r2、r3、Rg的三個導線和電橋連接，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)，電橋在零位調整時，應使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電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導致電橋的零點不

33、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之間的關系；（10分） 一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下： X 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 Y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（10分） 解: 代入數(shù)據(jù)求得 ∴ 擬合直線靈敏度,線性度7% 二、如圖所示電路是電阻應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是電阻應變片，工作時

34、R1受拉，R4受壓，ΔR=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當應變片受力發(fā)生應變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。（10分） 證明： 略去的二次項,即可得 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（x1,x2發(fā)生變化時自感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，磁導率為μ，線圈匝數(shù)W不變）。（10分） 解：， 又 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所示變介質平板電容傳感器，電容（C）變化

35、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，容器內下面介質的高度為x(x h)，介電常數(shù)為ε2，容器內上面介質的介電常數(shù)為ε1。（10分） 3、設5次測量某物體的長度，其測量的結果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73％的置信概率下，對被測物體的最小估計區(qū)間。（5分） 分別為-0.2 0 0.1 -0.1 0.2 4、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

36、符合最小二乘法準則？（10分） 測量次數(shù)I 1 2 3 4 5 壓力xi（MPa） 2 4 5 8 10 電壓yi（V） 10.043 20.093 30.153 40.128 50.072 （1）y=5.00x-1.05（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6次測量某物體的長度，其測量的結

37、果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 15厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73%的置信概率下，對被測物體長度的最小估計區(qū)間。 解： 分別為-0.2 0 0.1 -0.1 0.2 1、 設7次測量某物體的長度，其測量的結果分別為：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 10.1 15厘米，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， ， 則最小估計區(qū)間。 2、 將一只靈敏度為0.08mv/℃ 的熱電偶與毫伏表相連,已知接線端溫度為

38、50℃,毫伏表的輸出為60 mv, 求熱電偶熱端的溫度為多少?答：℃ 1) 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5 PC/g（g為重力加速度），電荷放大器的靈敏度為50 mv/PC，當機器振動達到最大加速度時，相應的輸出幅值為2V，求機器的振動加速度。（1PC=10-12庫侖） 答： a= 2) 圖示電荷放大器中Ca=100 PF，Ra=∞，RF= ∞，CF=10 PF。若考慮引線電容CC 影響，當A0=104時，要求輸出信號衰減小于1%，求使用90 PF/m的電纜，其最大允許長度為多少？ 答： 解得F 三、光纖傳感器的主要優(yōu)點是什

39、么？求n1=1.46，n2=1.45的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質為空氣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的內在相容性。 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℃） 20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、 20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51 要求對測量數(shù)據(jù)進行加工

40、整理，并寫出最后結果（取置信系數(shù)為2）。 答： 七、1）制作霍爾元件應采用什么材料，為什么？ 2）為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般為2 ：1？ 3）某霍爾元件l b d 為1.0 0.35 0.1 cm3, 當方向通以電流I=1.0 mA, 在垂直lb方向加有均勻磁場B=0.3T, 傳感器的靈敏系數(shù)為22 V/A T, 試求其霍爾電勢及載流子濃度。答：1）采用半導體材料。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） 八、 1）試證明熱電偶的中間導體定律。 2）將一只靈敏度為0.08mv/℃ 的熱電偶與毫伏表相

41、連,已知接線端溫度為50℃,毫伏表的輸出為60 mv, 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： = 2) ℃ 3）熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，電阻與溫度的關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，假設運放增益A=∞，輸入阻抗Z=∞；試推導輸出電壓U0與極板間距的關系，并分析其工作特點。 十、1）有一數(shù)字溫度計，測量范圍為 –50 ℃ ～150℃,精度0.5級, 求當示值分別為-20℃,100℃時的絕對誤差和示值相對誤差。 2）欲測量250 V電壓，要

42、求測量示值相對誤差不大于 0.5%, 問選用量程為250 V電壓表,其精度為那一級? 若選用量程為300 V和500 V的電壓表,其精度又分別為那一級? 3)已知待測電壓為400V左右,現(xiàn)有兩只電壓表,一只1.5級,測量范圍0～500V; 另一只0.5級, 測量范圍0～1000V,問選用那只表測量較好?為什么? 答：1）絕對誤差為：℃ -20℃時相對誤差為： 100℃時相對誤差為： 2）絕對誤差為： 即選用精度為0.5級的250V電壓表。 則量程為300V的應用精度為0.4級，量程為500V的精度為0.25級。 3)第一只絕對誤差為相對誤差為第二只絕對誤差為相對誤差

43、為 所以應用第二只表。 十一、推導差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。 二、如圖所示電路是電阻應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是電阻應變片，工作時R1受拉，R4受壓，ΔR表示應變片發(fā)生應變后，電阻值的變化量。當應變片不受力，無應變時ΔR=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當應變片受力發(fā)生應變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應變片應變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-(E/2)(ΔR/R)。(15分) 證： 略去的第二項，即可得 一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下： X 0.6 2.4 3.1 4.3 5.5 6.5 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度(15分) 答： 帶入數(shù)據(jù)得：k=0.67 b=0.25 擬合直線靈敏度 0.67,線性度 7%