成都理工大學傳感器試題一至六及答案

1、成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題1一 填空（每空1分，共20分）1.通常傳感器由部分組成， 是能把外界轉(zhuǎn)換成器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)；半導體或固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為效應(yīng)。3.螺線管式差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為電壓；利用差動變壓器測量位移時如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用電路。4.把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施

2、加磁場B，在另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)，這個電動勢稱為電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成效應(yīng)。5.某些電介質(zhì)當沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱效應(yīng)。6.在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱效應(yīng)；入射光強改變物質(zhì)導電率的現(xiàn)象稱效應(yīng)；半導體材料吸收光能后在PN結(jié)上產(chǎn)生電動式的效應(yīng)稱效應(yīng)。7、塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉合的電流，利用該原理

3、制作的傳感器稱傳感器；這種傳感器只能測量物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構(gòu)成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時電路中電動勢E =。二 選擇題（每空1分，共20分）電阻應(yīng)變片 磁敏電阻 霍爾元件 氣敏傳感器 濕敏傳感器光電耦合器 壓電傳感器 電容傳感器 熱敏電阻 CCD電荷耦合器壓阻式傳感器 光纖傳感器 磁電傳感器 光電二極管 差動變壓器熱釋電器件 磁敏晶體管 電渦流傳感器 光電池 超聲波傳感器熱電偶 紅外傳感器 色敏傳感器正確選擇以上傳感器填入以下空內(nèi)：1可以進行位移測量的傳感器有、；2可以完成溫度測量的有、；3半導體式

4、傳感器是、；4光電傳感器有、；5用于磁場測量的傳感器、；6進行振動（或加速度）測量的傳感器、；7利用物體反射進行非電量檢測的傳感器、；三 計算 (每題5分，共10分)1、圖為一直流應(yīng)變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應(yīng)變片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5時輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。2 石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，

5、當機器達到最大加速度時的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。四 問答題（每題5分，共10分）1壓力傳感器測量砝碼數(shù)據(jù)如下，試解釋這是一種什么誤差，產(chǎn)生這種誤差的原因是什么。N(g) 0 1.0 2 3 4 5正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.52解釋下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體管與普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉(zhuǎn)換元件，在本質(zhì)上有什么不同？五 電路分析（每題5分，共20分）。下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、

6、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻RL上的電壓U0值； 當P1P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。 。圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動器。問：TGS812是什么傳感器？2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義?。圖為光電傳感器電路，GPIS01是光電斷路器。分析電路工作原理：當用物體遮擋光路時晶體三極管VT狀態(tài)是導通還是截止？二極管是一個什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體管VT狀態(tài)如何？。下圖是電阻應(yīng)變儀電路框圖，電橋采用

7、交流供電，應(yīng)變信號為一正弦變化的信號頻率為20Hz，振蕩頻率4KHz。請畫出放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形示意圖。成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題1（答案）一.填空（每空1分，共20分）1.通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，是能把外界非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱應(yīng)變效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。3.差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓

8、器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為零點殘余電壓；利用差動變壓器測量位移時，如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用相敏檢波電路。4.把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，這個電動勢稱為霍爾電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成磁阻效應(yīng)。5.某些電介質(zhì)當沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱逆壓電效應(yīng)。6.在光線作用下電子逸出物體

9、表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)；入射光強改變物質(zhì)導電率的現(xiàn)象稱光電導效應(yīng)；半導體材料吸收光能后在PN結(jié)上產(chǎn)生電動式的效應(yīng)稱光生伏特效應(yīng)。7、塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉合的電流，利用該原理制作的傳感器稱電渦流傳感器；這種傳感器只能測量金屬物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構(gòu)成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱熱電效應(yīng)效應(yīng)；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時電路中電動勢E =0。二.選擇題（每空1分，共20分）電阻應(yīng)變片 磁敏電阻 霍爾元件 氣敏傳感器 濕敏傳感器光電耦合器 壓電傳感器 電容傳感器 熱敏電阻 CCD電荷

10、耦合器壓阻式傳感器 光纖傳感器 磁電傳感器 光電二極管 差動變壓器熱釋電器件 磁敏晶體管 電渦流傳感器 光電池 超聲波傳感器熱電偶 紅外傳感器 色敏傳感器正確選擇以上傳感器填入以下空內(nèi)：1.可以進行位移測量的傳感器有光纖傳感器、差動變壓器、電阻傳感器；2.可以完成溫度測量的有熱電偶、熱敏電阻；熱釋電；3.半導體式傳感器是磁敏、霍爾元件、氣敏傳感器、壓阻傳感器；4.光電傳感器有光電耦合器、色敏傳感器、光纖傳感器、光電二極管；5.用于磁場測量的傳感器霍爾器件、磁敏晶體管；6.進行振動（或加速度）測量的傳感器磁電傳感器、壓電傳感器；7.利用物體反射進行非電量檢測的傳感器超聲波傳感器、紅外傳感器；三.

11、計算 (每題5分，共10分)1.圖為一直流應(yīng)變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應(yīng)變片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5時輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。解：2.石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。解：四.問答題（每題5分，共10分）1.壓力傳感器測量

12、砝碼數(shù)據(jù)如下，試解釋這是一種什么誤差，產(chǎn)生這種誤差的原因是什么。N(g)012345正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5解：遲滯誤差；靜態(tài)誤差；傳感器本身材料的缺陷造成。2.解釋下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體管與普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉(zhuǎn)換元件，在本質(zhì)上有什么不同？解：磁敏晶體管有放大作用；普通晶體管無磁靈敏度；磁敏電阻不能區(qū)別磁極性。五.電路分析（每題5分，共20分）1.下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極

13、管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻RL上的電壓U0值； 當P1P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。 解：U0=0U0=UfM（C1-C2）因為 C1 C2所以 U0 0 ，輸出負電壓。2.圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動器。問： TGS812是什么傳感器？ 2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？ 分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義? 解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。3.圖為光電傳感器電路，GPIS01是光電斷路器。分析電路工作原理

14、：當用物體遮擋光路時晶體三極管VT狀態(tài)是導通還是截止？二極管是一個什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體管VT狀態(tài)如何？解：截止；紅外發(fā)射管，起控制作用；截止。4.下圖是電阻應(yīng)變儀電路框圖，電橋采用交流供電，應(yīng)變信號為一正弦變化的信號頻率為20Hz，振蕩頻率4KHz。請畫出放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形示意圖。成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題2（80分）1在右下圖所示的電橋中，R1=1000，R3=1500，C2=1F時電橋平衡。電容C4是多少？（5分）2作為光波5m紅外線的傳感器材料有哪些？（5分）3在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，指出輸出電壓的時間波形。（5分）4由光

15、電二極管二維陣列組成面型傳感器進行圖像檢測，對圖像的分辨率由光電二極管的個數(shù)決定，試說明理由。（5分）5高溫加熱的鋼板為紅色，當溫度繼續(xù)升高時變?yōu)榘咨囌f明原因。（5分）6試舉坑內(nèi)甲烷氣體量傳感器的例子。（5分）試舉工廠排水污濁監(jiān)視用傳感器的例子。試舉汽車排氣成分調(diào)整用傳感器的例子。7已知某壓力傳感器的測定范圍為010000Pa，輸入特性表示為y=10(x-0.00007x2+2000)請問這種傳感器能使用嗎？（5分）8某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0100ppm時的輸入特性表示為Rx=x+250(k),用差動法回答以下問題（其中R1=10M,E=2V）: （15分） 利用最簡單的

16、電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關(guān)系圖。 利用電橋進行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時X，V0的關(guān)系圖。另外，當30。C時，Rx=x+500(k)，在同一張圖上再加上X，V0的關(guān)系圖，然后進行比較。 采用兩個差動法的傳感器電路繪出20。C，30。C時X，V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進行比較。 9設(shè)阻抗Rs為1k俄信號源與100V的動力線有50m的并行走線距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。（10分）10（1）采用超聲波或光脈沖信號，由從對象反射回來的脈沖的時間進行距離檢測，空氣中的音速為340m/s，軟鋼中縱波的因素為5900 m/s，光的速度為3*108

17、 m/s，求這三種情況下1 ms的往復時間對應(yīng)得距離。根據(jù)計算結(jié)果，比較采用光脈沖所需要系統(tǒng)得信號處理速度要比采用超聲波脈沖時的系統(tǒng)速度快幾倍？（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，討論利用脈沖往復時間測距，采用超聲波和光波各有什么特點。（10分）11為了實現(xiàn)以下目的，試從低通、高通、帶通和帶阻濾波中選擇最合適的一種：（10分） 除去麥克風中混入的廣播電波信號； 從天線接收的電視波中僅選擇第三頻道； 除去混入所取出的腦電波信號中的電力線頻率（頻率為50Hz）干擾。 成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題2（答案）1答：根據(jù)平衡條件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F。2答：有InSb,

18、Hg0.8Cd0.2Te等材料。3答：光進入受光器輸出電壓為0V，光不進入，輸出6V，所以右圖為所示波形。4答：面型傳感器由許多銷的單元構(gòu)成二維平面，其中每一個小單元都是一個光電二極管，稱為像素。用面型傳感器測量物體的形狀所得的圖像的分辨率最高只能是一個像素。如果所測得圖像長為l ，對應(yīng)N個像素，分辨率為l/N。假設(shè)N為200，則分辨率最高只能使1/200。5答：與溫度相對應(yīng)，物體放射出具有一定波長分布的光，高溫時，所有波長的能量增大，波長分布的峰值向短波長方向移動。對應(yīng)于黑體的波長分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000。C的鋼板，波長分布的峰值在近紅外區(qū)域，發(fā)出的光波長在0.6m以上，屬于可視

19、光的紅光區(qū)域，因此看到的光呈現(xiàn)紅色。溫度升高使得波長分布的峰值向短波方向移動。可視光的短波成分增加，可視光所有波長成分混合使鋼板顏色接近白色。6答：接觸燃燒式氣體傳感器。氧氣傳感器。氧氣氣體傳感器。7答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x7143Pa時為負，故不能使用。8答：20。C時，0100ppm對應(yīng)得電阻變化為250350 k。o V0在48.7867.63mV之間變化。 o 如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時，V0在018.85mV之間變化。30。C時V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。 o 20。C時，V0為018.85mV

20、，30。C時V0為017.79mV，如果零點不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。 9答：感應(yīng)電壓=2fCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1k, VN=100代入，并保證單位一致，得：感應(yīng)電壓=2*60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V10答：（1）1 ms的時間內(nèi)超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m和3.0m，而光的傳播距離為1.5*105 m，故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時，1m的處理速度只能測量100m以上的距離，不能進行近距離測量。如果要求分辨力為1m，則要求10ns的處理速度。所以光脈沖法用于

21、遠距離分辨率要求不高的場合，而超聲波用于近距離測量。11答：（1）因為要除去高頻成分，故選用低通濾波器。（2）要消除第二通道以下和第三通道以上的頻率成分，故選用帶通濾波器。（3）要消除特定成分的頻率成分，故選用帶阻濾波器。成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題3一、填空：（20分每題2分）1金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為效應(yīng)。2測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標主要有。3霍爾元件靈敏度的物理意義是。4光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線

22、照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下效應(yīng)有；第二類是利用在光線作用下效應(yīng)，這類元件有；第三類是利用在光線作用下效應(yīng)，這類元件有。5熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是電勢和電勢組成的，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）是在和之間，接入，它的作用。 把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外 兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱效應(yīng)，這個電動勢稱為電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成效應(yīng)。7變氣隙式自感法感器，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）8儀表的

23、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。9. 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（ 變面積型 變極距型 變介電常數(shù)型）外是線性的。10差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為電壓；利用差動變壓器測量位移時如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用電路。二、用鎳鉻-鎳硅勢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熱為-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01234567

24、89熱電動勢(mv)-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、電路

25、分析（每題10分，共20分）o 下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻RL上的電壓U0值； 當P1P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。 o 圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動器。問： TGS812是什么傳感器？ 2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？ 分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義? 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

26、=50，試計算出Rt的值和Ra的值（10分）2. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計算電橋的輸出電壓VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）.成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題3（答案）一、填空：（20分每題2分）1金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱電阻應(yīng)變效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。2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。3霍爾元件靈敏度的物理意義是

27、表示在單位磁感應(yīng)強度相單位控制電流時的霍爾電勢的大小。4光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)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(yīng),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(yīng)，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(yīng)，這類元件有光電池、光電儀表。5熱電偶所產(chǎn)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

28、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。6把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，這個電動勢稱為霍爾電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成磁阻效應(yīng)。7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）8儀表的精度等級是用儀表的（ 引用誤差）來表示的。9電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（ 變極距型）外是線性的。10差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不

29、為零的電壓稱為零點殘余電壓；利用差動變壓器測量位移時，如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用相敏檢波電路。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0123456789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

30、-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、電路分析（每題10分，共20分）o 下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻R

31、L上的電壓U0值； 當P1P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。 解：U0=0U0=UfM（C1-C2）因為 C1 C2所以 U0 0 ，輸出負電壓。o 圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動器。問： TGS812是什么傳感器？ 2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？ 分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義? 解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。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R1、R2、R3和

32、E，試計算電橋的輸出電壓VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，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(diào)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(diào)整時，應(yīng)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(diào)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穩(wěn)。成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試

33、題4一、填空題：（30分）1、傳感器是_傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的_產(chǎn)生可用信號輸出的_以及相應(yīng)的_組成。2、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為 _ 材料和 _體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由_形成的，而半導體材料的電阻變化主要是由 _造成的。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的大小與成正比，與_成正比，與磁回路中_成反比，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式 _表示。4、測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為_ 、_ 、和_ 三類，其中 _可以通過對多次測量結(jié)果求_ 的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。5、光電傳感器的工作原理

34、是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下_現(xiàn)象，即效應(yīng)，_傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下_現(xiàn)象，即效應(yīng)。傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下現(xiàn)象，即_效應(yīng)，_ 傳感器屬于這一類。6、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是由_電勢和_電勢組成。其表達式為Eab（T，T = ）_。在熱電偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是把_導線與熱電偶配接。它的作用是_。二、問答題：（30分）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）2、簡述霍爾電勢產(chǎn)生的原理

35、。（10分）3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單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。（10分）三、分析、計算題：（40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。已知空氣所隙的長度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導率為，線圈匝數(shù)W不變）。（10分）2、分析如圖2所示變介質(zhì)平板電容傳感器，電容（C）變化對液位變化（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(nèi)下面介質(zhì)的高度為x(x h)，介電常數(shù)為2，容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電常數(shù)為1。（10分）3、設(shè)5次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為：9.810.010.19.910.

36、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。（10分）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(guān)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符合最小二乘法準則？（10分）測量次數(shù)I12345壓力xi（MPa）245810電壓yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（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成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題

37、4（答案）一、填空題：（30分）1、傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。2、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為_金屬_材料和_半導體_體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由_電阻應(yīng)變效應(yīng)_形成的，而半導體材料的電阻變化主要是由 壓阻效應(yīng) 造成的。半導體_材料傳感器的靈敏度大。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。4、測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為_

38、絕對誤差、相對誤差 _、和引用誤差三類，其中絕對誤差可以通過對多次測量結(jié)果求平均的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。5、光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的_現(xiàn)象，即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管_傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下 光勢壘現(xiàn)象，即_光生伏特_效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管_傳感器屬于這一類。6、熱電偶所產(chǎn)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

39、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。二、問答題：（30分）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(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(luò)研究時，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（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

40、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、簡述霍爾電勢產(chǎn)生的原理。（10分）答：一塊半導體薄片置于磁感應(yīng)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(zhuǎn)。結(jié)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(zhuǎn)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(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單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。（10分）答：

41、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(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。三、分析、計算題：（40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，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，其他變量都不變故L不變。2、分析如圖2所示變介質(zhì)平板電容傳感器，電容（C）變化對液位變化（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(nèi)下面介質(zhì)的高度為x(x h)，介電常數(shù)為2，容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電常數(shù)

42、為1。（10分）3、設(shè)5次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為：9.810.010.19.910.2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。（10分）分別為-0.200.1-0.10.24、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(guān)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-壓力曲線中哪條最符合最小二乘法準則？（10分）測量次數(shù)I12345壓力xi（MPa）245810電壓yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.

43、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，（5）為所求。成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題5一、填空：（20分）1通常傳感器由_部分組成，是能把外界各種_轉(zhuǎn)換成_器件和裝置。2.熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是由_電勢和_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_和之間，接入它的作用是_。3.光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光

44、線作用下_效應(yīng)，這類器件有_等；第二類是利用在光線作用下效應(yīng)，這類器件有_等；第三類是利用在光線作下效應(yīng)，這類器件有_。4.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械應(yīng)力，從而引起_，這種現(xiàn)象稱為_。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生_，這種現(xiàn)象稱為_。5.磁電式傳感器是利用_產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為_在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量_，_，_，_。6.測量過程中存在著測量誤差。絕對誤差是指_其表達式為_；相對誤差是指其表達式為_；引用誤差是指_其表達式為_7.光柵傳感器中莫爾條紋的一個重要特性是具有位移放大作用。

45、如果兩個光柵距相等，即W=0.02mm，其夾角=0.1，則莫爾條紋的寬度B=_莫爾條紋的放大倍數(shù)K=_。8.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標通常用_來表征。9某些電介質(zhì)當沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為_效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱_效應(yīng)。10. 同位素的原子核在沒有外力作用下自動發(fā)生衰變，衰變中釋放出_射線，這種現(xiàn)象稱為_。二、寄生電容與電容傳感器相聯(lián)時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(chǎn)過程中測

46、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分）四、計算與問答題(每題10分，共20分)1、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。 畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。 計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 說明R3、R4起到什么作用？ 2石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應(yīng)輸出電壓

47、幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。五、下圖是一紅外測溫裝置，測量溫度高于1000，紅外探測器是熱釋電元件，利用熱輻射測溫。請回答下列器件各起到什么作用？（10分）o 光學系統(tǒng)：透鏡_；濾光片_ ； o 步進電機與調(diào)制盤_； o 溫度傳感器_ o 紅外探測器_。 成都理工大學傳感器原理與應(yīng)用試題5（答案）一、填空：（20分）1通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，是能把外界各種非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件和裝置。2熱電偶所產(chǎn)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）=。在熱電偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導線

48、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。3.光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：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(yīng)，這類器件有光電管、光電倍增管等；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(yīng)，這類器件有光敏電阻等；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(yīng)，這類器件有光電池、光電儀表。4.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械應(yīng)力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)

49、在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。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(chǎn)生感應(yīng)電動勢。而霍爾式傳感器是利用霍爾元件在磁場中的電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）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。6.測量過程中存在著測量誤差。絕對誤差是指測量值與被測量真實值之間的差值其表達式為；相對誤差是指絕對誤差與被測量真實值的比值其表達式為；引用誤差是指絕對誤差與測量儀表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其表達式為。7.光柵傳感器中莫爾條紋的一個重要特性是具有位移放大作用。如果兩個光柵距相等，即W=0.02mm，其夾角=0.1，則莫爾條紋的寬度B=11.43

50、莫爾條紋的放大倍數(shù)K= 573.2。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(yīng)關(guān)系來表征。9某些電介質(zhì)當沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱逆壓電效應(yīng)。10. 同位素的原子核在沒有外力作用下自動發(fā)生衰變，衰變中釋放出、射線，這種現(xiàn)象稱為核衰變。二、寄生電容與電容傳感器相關(guān)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(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚

51、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分）四、計算與問答題(每題10分，共20分)1、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。 計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 說明R3、R4起到什么作用？ 應(yīng)變片組成半橋電路；R3、R4可以進行溫度補償。2石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。解：五、下圖是一紅外測溫裝置，測量溫度高于1000，紅外探測器是熱釋電元件，利用熱輻射測溫。請回答下列器件各起到什么作用？（10分）o 光學系統(tǒng)：透鏡聚焦；濾光片波長選擇； o 步進電機與調(diào)制盤將被測紅外輻射調(diào)制為按