《傳感器與檢測技術》試題及答案(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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、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(chǎn)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(nèi)部電阻率改變的內(nèi)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(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應，這類元件有光電池、光電儀表。4、壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)

2、在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)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(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為負壓電效應。5、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（增加減小不變）6、儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差 絕對誤差 引用誤差）來表示的7、電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關系，除（ 變面積型 變極距型 變介電常數(shù)型）外是線性的。8、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（增大，減小，不變）。9、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，（變面積型，變極距型，變介

3、電常數(shù)型）是線性的關系。10、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（正比，反比，不成比例），與副方線圈的匝數(shù)成（正比，反比，不成比例），與回路中磁阻成（正比，反比，不成比例）。11、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(chǎn)生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調(diào)節(jié)轉換電路組成。12、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。13、.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(chǎn)生感應電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元

4、件在磁場中有電磁效應（霍爾效應）而輸出電勢的。霍爾式傳感器可用來測量電流，磁場，位移，壓力。14、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15、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（正比反比不成比例）簡答題1、以石英晶體為例簡述壓電效應產(chǎn)生的原理。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(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生機械變形，外電場撤

5、離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。石英晶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。2、簡述電阻應變片式傳感器的工作原理答：電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應發(fā)生變化。3、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？答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質(zhì)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)

6、（靜態(tài)、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?？梢詮臅r域和頻域來研究動態(tài)特性4、簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。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(chǎn)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(chǎn)生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢UH。5、分析應變片式傳感器在使用單

7、臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。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(chǎn)生虛假應變輸出有時會產(chǎn)生與真實應變同數(shù)量級的誤差。6、光纖傳感器的工作原理。答：光導纖維工作的基礎是光的全內(nèi)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(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)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，

8、還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。7、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細推導分流法。答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等。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8、傳感器的頻率響應特性，必須在所測信號頻率范圍內(nèi)，保持不失真測量條件。 9、在電阻應變片公式，dR/R=(1+2)+E中，代表材料壓阻系數(shù)。10、當磁頭相對于磁尺不動時，仍有感應電動勢輸出的是靜態(tài)磁頭，且輸出電勢的幅值由 磁頭所處的位置_所決定。11、差動電橋由環(huán)境溫度變化引起的誤差為0。12、非線性度是表示校準曲線偏離擬合直線的程度。13、半導體應變

9、片具有靈敏度高等優(yōu)點。14、將電阻應變片貼在彈性元件上，就可以分別做成測力、位移、加速度等參數(shù)的傳感器。一、 簡答題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。考慮動態(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、 在靜態(tài)測量中，根據(jù)測量系統(tǒng)輸入量與對應輸出值所繪制的定度曲線可以確定那些靜態(tài)特性? 答：在靜態(tài)測量中，根據(jù)繪制的定度曲線，可以確定測量系統(tǒng)的三個靜態(tài)特性：靈敏度，非線性度，回程誤差。 3、 簡述

10、應變片在彈性元件上的布置原則，及哪幾種電橋接法具有溫度補償作用。答：布置原則有：(1)貼在應變最敏感部位，使其靈敏度最佳； (2)在復合載荷下測量，能消除相互干擾； (3)考慮溫度補償作用； 單臂電橋無溫度補償作用，差動和全橋方式具有溫度補償作用4、 渦流式傳感器測量位移與其它位移傳感器比較，其主要優(yōu)點是什么?渦流傳感器能否測量大位移量?為什么? 答：優(yōu)點：能實現(xiàn)非接觸測量，結構簡單，不怕油等介質(zhì)污染。 渦流傳感器不能測量大位移量，只有當測量范圍較小時，才能保證一定的線性度。5、 傳感器的定義和組成框圖？畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并

11、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(chǎn)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(diào)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 +對象傳感器反饋裝置6、 光電效應可分為哪三種類型。答：光電效應可分為：外光電效應，內(nèi)光電效應，光生伏特效應。7、 傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時間使用后

12、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。8、 壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么？電壓式放大器有何特點？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。9、 壓電式傳感器更適用于靜

13、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。10、 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：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(chǎn)生虛假應變輸出有時會產(chǎn)生與真實應變同數(shù)量級的誤差。方法：自補償法 線路補償法11、 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

14、確否，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。計算題1、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，R=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）(R/R)。證明： 略去的二次項,即可得2、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

15、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。3、光纖傳感器的主要優(yōu)點是什么？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(zhì)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(nèi)在相容性。°4、（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） 5、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，R表示應變片發(fā)生應變后，