傳感器與測控技術(shù)工程碩士思考題(141220添加更新)14級

1、傳感器與測控技術(shù)工程碩士思考題教材：傳感器原理及應(yīng)用，主編：郭愛芳，西安電子科技大學(xué)出版社作為14級重點(diǎn)關(guān)注題1、（1.1）什么叫傳感器？舉例說明傳感器在信息技術(shù)中的作用。P12、（1.2）在現(xiàn)代測量技術(shù)中，為什么把傳感器的輸出界定在可用信號(hào)上？P13、（1.3）為了快速、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換，傳感器應(yīng)滿足哪些必要條件？P14、傳感器的作用P25、（1.4）傳感器由哪幾部分組成？簡述各組成部分的功用及相互關(guān)系。P36、（1.5）傳感器有哪幾種分類方法？P4-6 7、（2.3）欲測量100左右的溫度，現(xiàn)有0300、0.5級和0120、1級的兩支溫度計(jì)，試問選用哪一支溫度計(jì)較好？為什么？8、某

2、彈簧管壓力表的測量范圍為01.6MPa，準(zhǔn)確度等級為2.5級，校驗(yàn)時(shí)某點(diǎn)出現(xiàn)的最大絕對誤差為0.05 MPa，問這塊儀表是否合格？為什么？ 解：該壓力表的量程為：1.6 0 = 1.6MPa，壓力表的最大絕對誤差0.05 MPa， 則：最大引用誤差為：2.5% 所以這塊表不合格。9、傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)P1110、何為線性度？P1211、何為靈敏度？P1412、（3.2）金屬電阻絲的靈敏系數(shù)S。與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)s有何異同?13、（3.3）什么是橫向效應(yīng)?應(yīng)變片敏感柵的結(jié)構(gòu)與橫向效應(yīng)有何關(guān)系?14、（3.4）采用應(yīng)變片進(jìn)行測量時(shí)，為什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償?常用的補(bǔ)償方法有哪些? P4715、（3.

3、5）試說明半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片的工作原理有何區(qū)別?它們各有何特點(diǎn)? P40、P 5716、（3.6）壓阻式傳感器受溫度影響會(huì)產(chǎn)生哪些溫度漂移？如何進(jìn)行補(bǔ)償？P5817、（3.7）試述電位器式傳感器的基本原理、組成部分、主要作用和優(yōu)缺點(diǎn)。18、（3.10）采用阻值為120、靈敏系數(shù)S=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4 V，并假定負(fù)載電阻R。當(dāng)被測應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，試求單臂、差動(dòng)半橋和差動(dòng)全橋工作時(shí)的輸出電壓U，并比較三種情況下的電壓靈敏度。（注：l=10-6 mmmm）19、（3.11）在單臂電橋中，若某一橋臂為電阻應(yīng)變片，其余均為固定電阻，且R1=R

4、2。當(dāng)被測應(yīng)變?yōu)?000 時(shí)，電橋非線性誤差為1，該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為多少?20、（4.1）根據(jù)參數(shù)的變化，電容式傳感器有哪些類型?簡述各種類型電容式傳感器的工作原理。P 6521、（4.2）電容式傳感器為什么多采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)，差動(dòng)結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)? 22、（4.3）運(yùn)算放大器電路如何解決變極距式電容傳感器的非線性問題? P7123、（4.5）簡述雙T形電路的工作原理，畫出差動(dòng)電容相等和不相等時(shí)的各點(diǎn)電壓波形。24、（4.8）什么是電容式集成傳感器?它有何特點(diǎn)? 25、（4.9）有一變極距式電容傳感器，兩極板的相互覆蓋面積為8 cm2，兩極板間的初始間距為1 mm，極板問介質(zhì)為空氣，試求該傳感器的位

5、移靈敏度。26、（4.10）變極距式差動(dòng)電容傳感器的初始電容量C1=C2=80 pF，初始間距0 = 4 mm，若動(dòng)極板相對定極板位移=0.8 mm，試求其靈敏度和非線性誤差。若將差動(dòng)結(jié)構(gòu)改為單個(gè)平板電容器，其靈敏度和非線性誤差為多大?27、（4.12）已知圖4.6(a)所示的變面積式電容傳感器的兩極板間距離為= 10 mm，= 50F/m，兩極板幾何尺寸為30 mm×20 mm×5 mm (長×寬×厚)，在外力作用下動(dòng)極板在初始位置向外移動(dòng)10 mm，求電容變化量C。28、（4.13）已知圓形電容極板直徑為50 mm，極板間距為0.2 mm，在兩極板之

6、間放置一塊厚度為0.1 mm的云母片，求： (1)無云母片及有云母片兩種情況下的電容值C1和C2； (2)當(dāng)間距變化0.025 mm時(shí)，電容的相對變化量C1/C1和C2/C2。29、自感傳感器的分類及各自特點(diǎn)。P878930、（5.5 ）零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么?如何消除? P96 何為零點(diǎn)殘余電壓? P9631、（5.6 ）為什么說電渦流式傳感器也屬于電感傳感器? P9832、（5.12 ）利用電渦流傳感器測量板材厚度，已知激勵(lì)電源頻率，f = 1 MHz，被測材料磁導(dǎo)率= 4×10-7H/m，電阻率= 29×10-9·m，被測板材厚度為(1+0.2)mm，

7、問： (1)采用高頻反射式電渦流傳感器測量時(shí)，渦流穿透深度h為多少? (2)能否用低頻透射式電渦流傳感器測量?若可以，請畫出檢測示意圖。33、（6.1）什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)? P11034、（6.3）電荷放大器和電壓放大器各有何特點(diǎn)?它們分別適用于什么場合? 35、（6.4）在使用壓電元件時(shí)，常采用多片壓電片串聯(lián)或并聯(lián)的形式。試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合? P11636、（6.5） 筒述壓電式超聲波流量計(jì)的工作原理，并推導(dǎo)出流量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。P12437、（7.1）簡述磁電感式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)類型。P13338、（7.5） 用磁電感應(yīng)式傳

8、感器測量振動(dòng)位移或加速度時(shí)，應(yīng)配接何種測量電路?為什么? P13339、（7.9）霍爾元件靈敏度SH = 40 V/(A·T)，控制電流I = 3.0 mA，將其置于B =1×10-45×10-4T的線性變化磁場中，其輸出霍爾電勢的范圍有多大? 40、（7.12）何謂霍爾效應(yīng)?列舉12個(gè)霍爾元件的應(yīng)用實(shí)例?；魻栯妱菖c哪些因素有關(guān)？如何提高霍爾傳感器靈敏度？41、（8.1） 何謂熱電效應(yīng)?熱電勢由哪幾部分組成?熱電偶產(chǎn)生熱電勢原因和條件是什么? P 15515642、（8.2） 簡述熱電偶的幾個(gè)基本定律，分別說明它們的實(shí)用價(jià)值。并證明中間導(dǎo)體定律。43、(8.3)

9、用熱電偶測量溫度時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?常用冷端補(bǔ)償方法有哪幾種?并說明其補(bǔ)償原理。44、何為熱電阻傳感器？P16245、常用的熱電阻有哪些？寫出它們的測溫范圍、分度號(hào)及初始電阻。P162-163 46、（8.4） 說明熱電阻測溫原理。金屬熱電阻的測溫電橋有哪幾種接法?其作用是什么?（熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而改變的特性來工作的。測溫電橋常用三線式和四線式接法。作用是消除連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化而造成的測量誤差。）P162 16347、（8.5） 熱敏電阻有哪幾種類型?分別筒述它們的特點(diǎn)及用途。48、（8.8）現(xiàn)用一支鎳鉻一鎳銅熱電偶測某換熱器內(nèi)溫度，其冷端溫度為3

10、0，而顯示儀表的機(jī)械零位為0，這時(shí)指示值為400，若認(rèn)為換熱器內(nèi)溫度為430，對不對?為什么?49、（8.9）將靈敏度為0.08 mV/熱電偶與電壓表相連，電壓表連線端的溫度為50。若電壓表讀數(shù)為60 mV，求熱電偶熱端的溫度。50、（8.10）已知某熱電偶在600時(shí)的熱電勢為5.257 mV，若冷端溫度為0時(shí)，測得爐溫輸出的熱電勢為5.267 mV，試求該加熱爐的實(shí)際溫度。 ×51、（8.11） 已知熱電偶的熱電極A為鉑銠30，熱電極B為鉑銠6，標(biāo)準(zhǔn)電極C為高純度鉑絲，若測得EAB(1084.5，0) = 5.622 mV，EAC(1084.5，0) = 13.937 mV，求EB

11、C(1084.5，0)。52、（8.12）已知鉑電阻溫度計(jì)0時(shí)電阻為100，100時(shí)電阻為139，求： (1)鉑電阻的純度； (2)若用該鉑電阻測量某介質(zhì)的溫度時(shí)電阻值為218，試確定該介質(zhì)的溫度。53、（8.13）已知某負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，在溫度為298 K時(shí)阻值RT1 =3144，在溫度為303 K時(shí)阻值RT2 = 2772。求該熱敏電阻的材料系數(shù)B和298 K時(shí)的電阻溫度系數(shù)T。54、（8.14）已知某負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的材料系數(shù)B值為2900 K，若0時(shí)電阻值為500 k，試求100時(shí)的電阻值。55、（9.1） 何謂光電效應(yīng)?光電效應(yīng)有哪幾種?與之對應(yīng)的光電器件各有哪些? P1765

12、6、光敏電阻的工作原理。P17957、（9.3 ） 簡述光纖的結(jié)構(gòu)和傳光原理。光纖傳光的必要條件是什么?光纖傳感器分為哪幾種類型？ P18418758、（9.9）某光纖的纖芯折射率為156，包層折射率為124，求數(shù)值孔徑NA。59、（9.10）題9.10圖為光敏二極管控制繼電器的電路，試說明其工作原理。P184-185 60、（9.11）題9.11圖為光敏三極管控制燈泡工作與否的開關(guān)電路，試分析其工作原理并說明各元件在電路中的作用。 61、（9.13） 題913圖為直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的原理圖，被測軸上裝有圓盤式光柵，圓盤兩側(cè)分別設(shè)置發(fā)光管(光源)和光電器件，簡述該傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理。 解：

13、光電轉(zhuǎn)速傳感器如圖所示為直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器，它由開孔圓盤、光源、光敏元件及圓盤式光柵組成。開孔盤的輸入軸與被測軸相連，光源發(fā)出的光通過開孔盤照到光敏元件上，光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，開孔盤上有許多小孔，開孔盤轉(zhuǎn)一周，光電元件輸出的電脈沖的個(gè)數(shù)等于盤的開孔數(shù)。因此通過測光電元件輸出的脈沖頻率，可得被測轉(zhuǎn)速。即 n = f/N 式中：n轉(zhuǎn)速；f脈沖頻率；N圓盤開孔數(shù)。 62、（10.1） 什么是生物傳感器?有哪幾種類型? P 20263、生物傳感器與傳統(tǒng)的各種物理傳感器和化學(xué)傳感器的最大區(qū)別是什么？（答：在于生物傳感器的感受器中含有生命物質(zhì)。） 64、（11.1） 氣敏傳感器有哪幾種類型

14、？各有什么特點(diǎn)?分別適合檢測哪些氣體?65、氣敏傳感器的工作機(jī)理（利用半導(dǎo)體與氣體接觸后其特性發(fā)生變化的機(jī)理，把被測氣體的成分、濃度等信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。）66、氣敏傳感器中加熱器的作用。P22067、何為濕敏傳感器？68、（11.3） 濕敏傳感器分哪幾類?簡述測濕原理。69、(11.4) 簡述氯化鋰濕敏電阻的感濕原理。P 22770、(11.8) 利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)查找氣敏、濕敏和離子敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例。71、舉例說明氣敏傳感器應(yīng)用實(shí)例，如：酒精測試儀工作原理。寫出你所學(xué)過或了解的測量壓力的傳感器，并簡述其中一種傳感器工作原理。72、（12.1）智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比較具有哪些特點(diǎn)?并

15、說明智能傳感器的主要功能。 答：特點(diǎn)：(1) 精度高。具有信息處理功能，可通過軟件修正各種確定性系統(tǒng)誤差，還可適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償隨機(jī)誤差、降低噪聲，使傳感器精度大大提高。 (2) 穩(wěn)定性、可靠性好。它具有自診斷、自校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和自適應(yīng)功能。 (3) 檢測與處理方便?？筛鶕?jù)檢測對象或條件的改變，方便地改變量程及輸出數(shù)據(jù)的形式等，輸出數(shù)據(jù)可送入遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 (4) 功能廣。可以實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，擴(kuò)大測量與使用范圍，可以有多種形式輸出。(5) 性能價(jià)格比高。功能：(1)具有邏輯判斷、統(tǒng)計(jì)處理功能。(2)具有自診斷、自校準(zhǔn)功能。(3) 具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能。(4) 具有組態(tài)功能。(5)

16、具有記憶、存儲(chǔ)功能。(6) 具有數(shù)據(jù)通訊功能。73、智能傳感器包括那些部分？試對各部分的組成及其工作流程作簡要說明。74、智能傳感器從結(jié)構(gòu)上分為幾種形式？75、用K型熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為20mV，冷端溫度為25，求設(shè)備溫度(保留一位小數(shù))？如果改用E熱電偶測溫，在相同的條件下， E熱電偶測得的熱電勢為多少？ 已知： EK (20,0)= 0.798mV EK (25,0)= 1.000mVEK (461,0)= 18.980mV EK (462,0)=19.023mVEK (508,0)= 20.981mV EK (509,0)= 21.024mV EE(20,0)= 1.19

17、2mV EE (25,0)= 1.497mVEE (461,0)= 33.848mV EE (462,0)=33.928mVEE (508,0)= 37.646mV EE (509,0)= 37.727mV 解： t = 508.4 解： 76、某壓力表的測量范圍為O1MPa，精度等級為1級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少?若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為O5MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為O508MPa，試問被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合1級精度，為什么? 解： 符合精度等級 77、圖為等強(qiáng)度梁測力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.05，未產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，R1=120。當(dāng)試件受

18、力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變=800m/m，求：（1）應(yīng)變片電阻變化量R1和電阻相對變化量R1/R1；（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋的輸出電壓及電橋非線性誤差；（3）若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施?并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。 解：（1） （2） （或）（3）采用差動(dòng)電橋： 半橋差動(dòng)： 全橋差動(dòng)： 78、如圖所示，E = 4V，R1 = R2 = R3 = R4 =100, 設(shè)負(fù)載電阻為無窮大(開路)。(1) R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量R1=1.0時(shí)，試求電橋的輸出電壓U0；(2) R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)

19、變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓U0；(3) R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為R1 = R2 = 1.0，但極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓U0。 79、使用鎳鎘-鎳硅熱電偶，其冷端溫度為40，問測溫點(diǎn)為410時(shí)的電動(dòng)勢為多少？若仍使用該熱電偶，測得某接點(diǎn)的電勢為10.275mV，則被測接點(diǎn)的溫度為多少？已知：E (20,0)= 0.798mV E (30,0)= 0.203mVE (40,0)= 1.611mV E (280,0)= 11.381mVE (290,0)= 11.793mV E (300,0)= 12.207mV E (37

20、0,0)= 15.132mV E (380,0)= 15.552mV E (400,0)= 16.395mV E (410,0)= 16.818mV 解題提示：（1）由分度表查得E (40,0)= 1.611mV ，E (410,0)= 16.818mV ， 由中間溫度 E (t, 0) = E (t, 40) + E (40, 0) 有： E (410, 40) = E (410, 0) - E (30, 0) = ？mV （2）依題意E (t, 40) = 10.275mV 則：E (t, 0) = E (t, 40) + E (40, 0) = 10.275 + 1.611 = 11.8

21、86 mV 由分度表查得E (290,0)= 11.793mV，E (300,0)= 12.207 mV 由插值法 80、某電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r = 4 mm，工作初始間距d0 = 0.3 mm，介電常數(shù)= 8.85×10-12 F/m，問： （1）工作時(shí)，若傳感器與工件的間隙變化量增大d = 1m，電容變化量為多少? （2）若測量電路的靈敏度S1 = 100 mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度S2 = 5格/mV，當(dāng)間隙增大d = 1m時(shí)，讀數(shù)儀表示值變化多少格? 解題思路：電容式傳感器的電容量：，則初始電容量 間隙變化后的電容量 則電容變化量： (2) 靈敏度, 所以，

22、當(dāng)間隙增大d = 1m時(shí)，輸出電壓： 或?qū)懗?因?yàn)镾2 = 5格/mV，0.5 mV應(yīng)變化？格。 81、某一標(biāo)定為100600的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)，各點(diǎn)的測量結(jié)果值如下：被校表讀數(shù)/100150200250300400500600標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/102149204256296403495606（1）試求該儀表的最大絕對誤差。（2）確定該儀表的精度等級。（3）經(jīng)過一段時(shí)間使用后，儀表的最大絕對誤差為±7，問此時(shí)儀表的精度等級為多少？（已知：精度等級有0.5級，1.0級，1.5級，2.5級） 解題思路：（1）絕對誤差 = 測量值 真值 最大絕對誤差：250 256 = ？ ( ) 或: 60

23、0 606 = ？( ) （2）最大引用誤差為 = = ？% 根據(jù)數(shù)據(jù)確定精度等級為？級。 （3）最大引用誤差為 = =？% 該儀表的精度等級為？級。 82用分度號(hào)為K的鎳鉻鎳硅熱電偶測量溫度，在沒有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500，而這時(shí)冷端溫度為50，試問實(shí)際溫度應(yīng)為多少？如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20，此時(shí)顯示儀表的指示值應(yīng)為多少？已知： E(20,0)=0.798mV E(50,0)=2.022mV E(500,0)=20.64mV E(520,0)=21.493mV E(540,0)=22.346mV E(550,0)=22.772mVE(560,0)=2

24、3.198mV E(626,0)=26.006mV E(627,0)=26.048mVE(632,0)=26.260mV E(633,0)=26.303mV E(650,0) = 27.022mV解：顯示儀表指示值為500時(shí)，查得這時(shí)顯示儀表的實(shí)際輸入電動(dòng)勢為20.64mV, 即 E（t, t0）=20.64mV 此時(shí)t0=50同樣可以查得 E（t0，0)=2.022mVE(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.022=22.662(mV)查表的 t547.4即被測實(shí)際溫度為547.4當(dāng)熱端為547.4，冷端為20時(shí)：由于E(20,0)= 0.798mV有：E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)= 22.662-0.798=21.864(mV)查表：顯示儀表指示值為？83. 要求測量某容器內(nèi)的壓力, 就地指示即可，正常壓力為0.7MPa，要求測量誤差小于或等于正常壓力的±1.0，請?jiān)谙旅娴臏y量范圍和精度系列中, 選擇一符合要求的壓力儀表，并說明選擇依據(jù)。測量范圍: 01.0、 01.6、 02.5、 04 MPa 精 度: 0.05、 0.1、 0.2、 0.4、 0.5、 1.0、 1.5解：選量程 P計(jì)=