《傳感器與檢測技術》練習題

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1、 一、填空題 1、傳感器的一般定義： “能把外界非電信息轉換成電信號輸出的器件或裝置”或“能把非電量轉換成電 量的器件或裝置” 。 2、標準誤差的估算一般采用稱貝塞爾公式， 此公式為： 。 3、根據(jù)測量誤差的性質及產生的原因，可分為三類： 系統(tǒng)誤差 、 隨機誤差 與 粗大誤差 。 4、傳感器（變送器）輸出的標準信號，即國際電工委員會確定為過程控制系統(tǒng)電模擬信號的統(tǒng)一標準是： 4-20mADC 的直流電流信號和 1~5VDC 的直流電壓信號。 5、對某一量進行

2、一系列等精度測量，一般以全部測得值的算術平均值作為最后測量結果。算術平均值 的計算公式為： 1 6、隨機誤差分布的特點是：（1） 對稱性 、（2） 抵償性 、（3） 單峰性 、（ 4） 有界性 。 7、修正值與誤差值大小 相等 符號 相反 。 8、測量誤差有以下三的表示方法： 絕對誤差 、 相對誤差 和 引用誤差 。 9、在測量中作為測量對象的特定量，也就是需要確定量值的量，稱為 被測量 。 10、從技術的層面看，檢測技術研究的主要內容是 測量原理

3、、 測量方法 、 測量系統(tǒng) 和 數(shù)據(jù)處理 四個方面 。 11、在電阻應變片的橋式測量電路中， 全橋電路的靈敏度是單臂電橋電路的 4 倍 12、半導體材料受到應力作用時，其電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為 壓阻效應 。 13、電感式傳感器可分為： 自感式傳感器 、 互感式傳感器 和 電渦流式傳感器 三類 14、單一式變氣隙型自感式傳感器的輸入——輸出特性可表示為： 15、差動式變氣隙型自感式傳感器的輸入——輸出特性可表示為：  L0 L 1 。 0

4、 L2 L1 L1 L2 0 。 2 16、電容式傳感器的等效電路如圖： 其中 RP 為 并聯(lián)損耗電阻 ，RS 為 引線電阻 ，L 為 電容器本身的電感與外部引線電感 。 17、自感式傳感器的等效電路如圖： 其中 RS 為 總的等效損耗電阻 ，C 為 電容 ， L 為自感線圈自身的純電感 。 18、如圖能產生壓電效應的石英晶體切片， 縱向軸 z 稱為 光軸 ， 垂直于光軸的 x

5、 軸稱為 電軸 ， 與 z 軸和 x 軸同時垂直的 y 軸稱為 機械軸 。 19、能產生壓電效應的石英晶體切片沿 X 軸方向施加作用力，晶體表面產生電荷，這種壓電效應稱為 縱向壓電效應 。 3 20、能產生壓電效應的石英晶體切片沿 Y 軸方向施加作用力，晶體表面產生電荷，這種壓電效應稱為 橫向壓電效應 。 21、壓電元件采用并聯(lián)的連接方式，其電容是單片電容的 2 倍 ，其電荷量是單片電荷量的 2 倍 ，其電壓與單片電 壓 相等 。 22

6、、光敏電阻在不受光照射的電阻值稱為 暗電阻 ，此時流過的電流稱為 暗電流 。 23、光敏電阻在受光照射的電阻值稱為 亮電阻 ，此時流過的電流稱為 亮電流 。 24、由于光照射時光敏三極管產生的光電流相當于三極管的基極電流，所以集電極電流是光電流的 β 倍。因此光敏三極管比光敏二極管的靈敏度 高 。 25、光柵測量系統(tǒng)包括三大部分： 光柵光學系統(tǒng) 、 實現(xiàn)細分、辨向和顯示等功能的電子系統(tǒng) 、 相 應的機械結構 。 26、若熱電偶兩電極材料相同，則所產生的熱電勢為 0 。 27、若熱電偶兩接點溫度相同，則所產生的熱電勢為 0 。

7、 4 28、50 0C= 122 0F= 323.15 K 29、過程控制系統(tǒng)包括： 控制器 、 執(zhí)行器 、 被控過程 和 測量變送 四個基本部分。 30、頻率高于 20KH Z 的聲波稱為 超聲波 ，頻率低于 20HZ 的聲波稱為 次聲波 。 31、光敏二極管在電路中處于 反向 工作狀態(tài)。 32、把置信區(qū)間和置信概率兩者結合起來稱之為隨機變量的 置信度 ，即在置信區(qū)間內隨機變量取 值的概率。 33、在置信區(qū)間外隨機變量取值的概率稱為 置信概率

8、。 34、置信區(qū)間為 2 倍的標準誤差的寬度，即 時，置信概率為 2/3 。 35、按測量手段分類，測量方法可分為三類： 直接測量 、 間接測量 和 聯(lián)立測量 。 36、現(xiàn)代信息技術的三大支柱技術是： 傳感器技術 、 通信技術 5 和 計算機技術 。 二、單項選擇題 1、實驗與理論證明：熱電偶回路的總熱電勢主要是（ B ）。 A 溫差電勢 B 接觸電勢 C 感應電勢 D 霍爾電勢 2、莫爾條紋的移動量、移動方

9、向與光柵尺的位移量、位移方向具有（ A ）。 A 對應關系 B 何不關聯(lián)的關系 C 指數(shù)規(guī)律關系 D 反比例關系 3、對于不同的被測量以及不同的物理量，要評定其測量精度的高低，應采用 （ B ）來評定較為確切。 A 絕對誤差 B 相對誤差 C 引用誤差 D 系統(tǒng)誤差 4、在電阻應變片的橋式測量電路中， 要提高靈敏度應采用（ C ） 6 A 單臂電橋電路 B 雙臂電橋（半橋）電路 C 全橋電路 D 只要是電橋電路都可以 5、電感式傳

10、感器的測量電路中，帶相敏整流的交流電橋與變壓器電橋相比較，其優(yōu)點是：（ D ） A 誤差較小 B 精度較高 C 比較方便 D 既能判別位移的大小又能判別位移的方向 6、電渦流式傳感器的優(yōu)點是（ C ）。 A 誤差較小 B 精度較高 C 可實現(xiàn)非接觸式測量 D 可提高分辨率 7、如圖的電容式傳感器二極管環(huán)形電橋測量電路，其激勵信號（輸入信號）與輸出信號分別是 （ C ） A 直流電壓、直流電壓 B 工頻交流電壓、直流電壓 C 數(shù)百 KH Z 的交流電壓、直流電壓

11、 7 D 交流電壓、交流電壓 8、使用兩個壓電元件，要提高其輸出電壓，應采用的連接方式是（ B ） A 并聯(lián)連接 B 串聯(lián)連接 C 反向并聯(lián) D 串、并聯(lián)連接都可以 9、在熱電偶回路中，若中間導體兩端的兩端溫度相同，那么接入中間導體后，熱電偶回路的總熱電勢 （ A ）。 A 不變 B 減小 C 增大 D 無法預料 10、如圖的反射式光電傳感器測轉速的實驗裝置示意圖，調制盤上有 4 個反射點，若頻率計顯示的頻 率為 200HZ ，則調制盤的轉速為（ ）

12、 A 100 轉/分 B 200 轉/分 C 3000 轉/分 D 1800 轉/分 8 11、如圖的 AD590基本測溫電路，當溫度為 77 0C 時 AD590的輸出電流為 350μA 若電位器調節(jié)至 50 Ω，則輸出電壓為（ ） A 300 毫伏B 0.3 伏 C 35 伏 D 0.35 伏 12、與熱電偶的熱電勢有關的因素是： （ D ）。

13、 A 熱電偶的材料有關，接點溫度無關 B 熱電偶的材料無關，接點溫度有關 C 熱電偶的材料無關，接點溫度無關 9 D 熱電偶的材料有關，接點溫度也有關 13、構成熱電偶必須用（ A ） A 兩種性質不同的導體 B 電子—空穴對濃度大的半導體 C 純凈的半導體 D 電阻率小的金屬 14、用來表示檢測儀器精度等級（準確度等級）的是（ C ）。 A 絕對誤差 B 相對誤差 C 標準偏差 D 引用誤差 15、光柵移動一個柵距，莫爾

14、條紋的光強變化規(guī)律也經歷了一個周期，為一近似的（ C ）。 A 指數(shù)規(guī)律 B 正比例規(guī)律 C 正弦規(guī)律 D 反比例規(guī)律 10 三、簡答題 1、畫出非電量檢測系統(tǒng)的組成框圖，并簡要說明各部分的功能。 P4 2、什么是傳感器？傳感器由哪幾部分組成？ P26 傳感器是將外界信息按一定規(guī)律轉換成電量的裝置。由敏感元件、轉換元件和測量電路 三部分組成。 3、傳感器的靜態(tài)特性是什么？試列

15、舉描述傳感器靜態(tài)特性的三個指標（參數(shù)） ，并詳細 說明其含義。 P28~30 靜態(tài)特性表示測量儀表在被測物理量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入 — 輸出特性。 線性度： 表征傳感器輸出 -輸入校準曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程 度的指標。 靈敏度：傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。 分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍內所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。 11 4、電阻式傳感器是如何定義的？試列舉一種電阻式傳感器的測量電路（畫出電路圖，并說明其工作原理） 。

16、 電阻式傳感器的基本原理是將被測的非電量轉換成電阻值，通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。 電位器式傳感器。 P35~36 5、常用的溫度單位（溫標）有哪些？請詳細說明。 P118~119 經驗溫標：根據(jù)某些物質的體積膨脹與溫度的關系，用實驗方法或經驗公式確定的溫標。 又分為華氏溫標（ T）和攝氏溫標（ t ），它們的關系為 T=1.8t+32 。 熱力學溫標：是一種理想而不能真正實現(xiàn)的溫標，它是國際單位制中 7 個基本物理單位 之一，用符號 T 表示，單位是開（ K），它與攝氏溫度的關系為 t=T-273

17、.15 。 絕對氣體溫標：從理想氣體狀態(tài)方程入手，復現(xiàn)的熱力學溫標稱為絕對氣體溫標。由波 義耳定律有 PV=RT，一定質量的氣體壓強（ P）該氣體的體積（ V）普適常數(shù)（ R）熱力學溫度 12 （ T），當氣體的體積為恒定時，其壓強就是溫度的單值函數(shù)，即有 T2/T1=P2/P1=nR/V 。 國際溫標：國際溫標是一個國際協(xié)議溫標，選擇了一些純物質的平衡態(tài)溫度作為溫標的 基準點，規(guī)定了不同溫度范圍內的標準儀器，建立了標準儀器的示值與國際溫標關系的補插 公式，應用這些公式

18、可以求出任何兩個相鄰基準點溫度之間的溫度值。 6、什么是測量誤差？誤差的表示方法有幾種？誤差如何分類？ P9~12 由于在檢測過程中使用的工具本身的準確性有高低之分，檢測環(huán)境等因素發(fā)生變化也會 影響測量結果的準確性，使得從檢測儀表獲得的被測值與被測變量真實值之間會存在一定的 差距，這一差距稱為測量誤差。 表示方法有三種：絕對誤差、相對誤差、引用誤差。 根據(jù)測量誤差的性質及產生原因，測量誤差可分為三種：隨機誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤 差。 7、簡述隨機誤差的數(shù)值特征，并說明這些數(shù)值特征的意義。 P14~15 用于描

19、述隨機誤差分布特征的數(shù)值叫做隨機誤差的數(shù)值特征，隨機誤差的數(shù)值特征主要 13 有兩個：算術平均值和標準差。 算術平均值通常是隨機誤差的分布中心，可以作為等精度多次測量的結果；標準差則是 分散性指標，可以描述測量數(shù)據(jù)和測量結果的精度。 8、簡述熱電偶工作原理。 P120 熱電偶工作原理：兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路， 當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢 稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理

20、進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一 端叫做工作端（也稱為測量端） ，另一端叫做冷端（也稱為補償端） ；冷端與顯示儀表或配套 儀表連接， 顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。 熱電偶實際上是一種能量轉換器， 它將 熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度。 9、簡述熱電偶三個基本定律：均質導體定律、中間導體定律、標準電極定律。 P123~124 均質導體定律：由同一種均質導體（或半導體）組合的閉合回路，不論導體（或半導體） 的截面和長度如何以及各處的溫度如何，都不能產生電動勢。 14

21、 中間導體定律： 在熱電偶回路中接入中間導體 （第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響。 標準電極定律：如果將導體 C（熱電極，一般為純鉑絲）作為標準電極，并已知標準電極 與任意導體配對時的熱電勢，那么在相同結點溫度（ T,T0 ）下，任意兩導體 A、B 組成的熱電偶，其熱電勢可由下式求得： EAB(T,T0)=E AC(T,T0)+E CB(T,T0) 。 10、簡述電渦流式傳感器的工作原理。 P67~68

22、 11、名詞解釋： （1） 壓電效應： (P88) 某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部 15 會產生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。 （2） 霍爾效應 : (P106) 若在半導體薄片的兩端通過控制電流 I ，并

23、在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為 B 的磁場，那么，在垂直于電流和磁場方向上（即霍爾輸出端之間）將產生電動勢 UH（霍爾電動勢或稱霍爾電壓） ，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。 （ 3）電渦流效應： 根據(jù)法拉第電磁感應定律，金屬導體置于變化的磁場中時，導體的表面就會有感應電流產生。電流的流線在金屬體內自行閉合，這種由電磁感應原理產生的漩渦狀感應電流稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應。 （4）熱電效應：（ P120） 兩種不同材料的導體或半導體 A、 B 串接成一個閉合回路， 并使結點 1 和 2 處于不同的溫度 T、T0, 那么回路中會存在熱電勢 EAB(T,T0), 因

24、而就有電流產 生，這一現(xiàn)象稱為熱電效應。 16 （ 5）熱阻效應： 某些金屬化合物在溫度上升時，電阻呈有規(guī)律的上升或者下降，這一現(xiàn)象稱為熱阻效應。 四、分析計算題 1、如圖為應變傳感器實驗模板，其中 R1、R2、R3、R4 為應變電阻。 ① 將實驗模板按全橋測量電路連接，在模板上畫出連接的線路圖。 ② 說明數(shù)據(jù)放大器的調零方法。 將放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，再用導線將兩輸入端短接 （Vi=0 ）；調節(jié) Rw3 大約到中間位置（先逆

25、時針旋到底，再順時針旋轉兩圈） ；將主機箱電壓表的量程切換 開關打到 2V 檔，合上主機箱電源開關；調節(jié) Rw4，使電壓表顯示為零。 ③ 電位器 RW3在電路中的作用是什么？ 調節(jié)放大器的增益。 17 2、分析電路 （1）如圖為電容式傳感器的等 效 電路，說明 RP、RS、L 所代表的具 體 含義。 P78

26、 Rp 為并聯(lián)損耗電阻，它代表機板間的泄漏電阻和機板間的介質損耗。這部分損耗的影響通常在低頻 18 時較大，隨著頻率增高，容抗減小，它的影響也就減弱了。 Rs 代表引線電阻，電容器支架和機板的電阻在幾兆赫以下頻率工作時，這個值通常是極小的，隨著 頻率的增高而產生趨膚效應，它的值也增大，因此只有在很高的工作頻率時才要加以考慮。 L 是電容器本身的電感與外部引線電感，它與電容器的結構形式和引線長度有關。 （2）如圖為電容式

27、傳感器的一種測量電路，說明電路原理，列式表示輸出電壓與輸入電壓的關系。 P73、 P79 （3）如圖為電感式傳感器的等效電路， 說明 RS、L、C 所代表的具體含義。 P58 Rs 為總的等效損耗電阻。 L 為線圈的自感。 19 C 為并聯(lián)寄生電容。 （ 4）如圖變壓器電橋電路，當負載電阻為無窮大時，輸出電壓表達式如何？P59

28、 當銜鐵在中間時，輸出電壓如何？，銜鐵上下移動時，輸出電壓又如何？ （5）分析如圖電阻式傳感器橋式測量電路的工作原理。 P47 20 （6）分析如圖帶相敏整流的交流電橋的工作原理。 初始平衡位置時：當差動式傳感器的活動鐵心處于中 間位置時，傳感 器兩個差動線圈的阻抗 Z1=Z2=Z0，無論在交流電源的正半 周還是負半周， 電橋均處于平衡狀態(tài)，橋段沒有電壓輸

29、出，即 U0=0. 活動鐵心向一邊移動時：傳感器兩個差動線圈的阻抗 發(fā)生變化，無論 在交流電源的正半周還是負半周，電橋輸出電壓 U0 均為 正值。 活動鐵心向相反方向移動時：無論在 Ui 的正半周還是負半周，電橋輸出電壓均為負值 （7）分析如圖差動脈沖調寬電路的工作原理。 P80~81 21 （8）分析如圖差動整流電路的工作原理。

30、 鐵心上 下移動可以改變上下線圈的 繞組數(shù)，通過互感產生的感應繞組電動勢也會隨之改變；在繞組電動勢的作用下電橋導通，給電橋中電容 充電；當上線圈繞組電動勢大于下線圈繞組電動勢時， U21-U22 為電壓表的讀數(shù)，反之亦然；相等時，電壓表讀數(shù)為零。 3、差動變壓器的性能實驗中測量記錄的數(shù)據(jù)如下表： 22 表-2 差動變壓器位移 X值與輸出電壓 V 數(shù)據(jù)記錄表 X（ mm） -4 -3 -2 -1

31、0 +1 +2 +3 +4 V （ mv） -420 -310 -209 -106 0 105 207 315 428 ①根據(jù)表 -2 計算差動變壓器的靈敏度 S. Ｓ＝（ 105+103.3+104.5+106+105+103.5+105+107）/8=104.9 （mv/mm） ②根據(jù)表 -2 的數(shù)據(jù)，寫出輸入—輸出特性曲線的表達式（輸出電壓與位移量的關系曲線表達式） 。 V=104.9X （mv） ③計算每次測量的絕對誤差（列表表示） 。 S（mV/

32、mm） 105 103.3 104.5 106 0.0 105 103.5 105 107 V （mv） 0.4 -4.7 -0.8 1.1 0.0 0.1 -2.8 0.3 8.4 ④計算線性度 eL eL =△ Lmax/ yFS*100%=8.4/428 *100%=1.96% 4、金屬箔式應變片——全橋性能實驗中測量記錄的數(shù)據(jù)如下表： 表－１ 全橋輸出電壓與加負載重量值 重量（ g） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

33、23 電壓 32 61 89 122 160 178 215 258 269 348 0 （ mv） ①根據(jù)表 -1 計算系統(tǒng)靈敏度 S 。 Ｓ＝ （1.6+1.53+1.48+1.53+1.6+1.48+1.54+1.61+1.49+1.74 ）/10=1.56 ②根據(jù)表 -1 的數(shù)據(jù)，寫出全橋電路的輸入—輸出特性表達式（即砝碼重量與輸出電壓關系的表達式） 。 V=1.56W ③計算每次測量的絕對誤差 vi（列表表示）。 S（mv/g） 1.6 1.53 1.48 1.53 1.6 1.48 1.54 1.61 1.49 1.74 V（mv） -0.8 1.4 4.6 2.8 -4 9.2 3.4 -8.4 11.8 -36 ④計算線性度 eL eL =△ Lmax/ yFS*100%=36/348 *100%=10.3% 24