內蒙古大學內蒙古大學傳感與檢測技術期末考試試卷(兩套)及答案

1、PAGE A卷 第 PAGE 21 頁 共 NUMPAGES 21 頁內蒙古大學電子信息工程學院 自動化 系傳感與檢測技術 期末考試試卷（A）學號 姓名 專業(yè) 年級 重修標記 閉卷 120 分鐘題號一二三四總分 評分一、填空題 （每空1分，共15分）電阻式傳感器主要有（ ）和（ ）兩大類。電渦流傳感器的線圈與被測物體間的距離減小，互感系數(shù)M將（ ）。熱電效應產生的熱電勢由（ ）和（ ）兩部分組成。傳感器的靜態(tài)特性主要包括（ ）、（ ）、（ ）等。 電容式傳感器是將被測量的變化轉換成電容量變化的一種傳感器，主要類型有 （ ）、（ ）、（ ），若測量微小位移應采用（ ）。若進行位移測量可采用（ ）

2、、（ ）等傳感器。半導體應變片在應力作用下電阻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為( )效應。二、簡答（每題5分，共25分）應變效應熱電偶冷端補償方式有哪些？什么是外光電效應，基于外光電效應的器件有哪些？影響電容式極距變化型傳感器靈敏度的因素有哪些？為提高其靈敏度可以采取什么措施？差動式與單線圈電感式傳感器比較有何優(yōu)點？三、按要求完成下列各題（40分）證明：熱電偶中插入第三種材料，只要其兩端溫度相同，總電勢不變。（10分） 圖1試用兩種傳感器分別對壓力P進行測量，請繪出可行性方案原理圖，并簡述工作過程。 圖2為熱電阻橋式測溫電路，測溫范圍為0200，其中Rt=10(1+0.02t)k為感溫熱電阻，Rs為常

3、值電阻，R0=10k，E為工作電壓，M、N兩點間的電位差為輸出電壓。（10分） 求：(1) 如果0時電路輸出電壓為零，常值電阻Rs取多少？ (2) 采用上述常值電阻值，若測溫電路平均靈敏度為15mV/， 其工作電壓E應取多少？ 圖2如圖2所示用懸臂梁測力P，給出4個應變片類型及其在梁上的布局示意圖，畫出測量電路圖,并分析測量原理。 （12分） 圖3四、(20分)下圖為二極管相敏檢波電路及其輸入電壓和參考電壓，其中U2U1且同相位，試分析其工作原理并畫出流過二極管D1，D2，D3，D4及電表M的電流波形。 圖4 圖5 試卷（A）答案一、填空題（每空1分，共10分）電位計式電阻傳感器，應變式電阻傳

4、感器越大接觸電勢，溫差電勢變極距型，變面積型，變介質型，變極距型壓阻效應二、簡答（每題6分，共30分）應變效應：導體或半導體在受到外力作用時，產生機械形變，導致阻值變化，這種因形變而使其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應變效應。熱電偶冷端補償方式有冰水保溫瓶法，恒溫槽法，冷端自動補償法。外光電效應：在光線的作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應。4分基于外光電效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。2分電容極板距離初始值影響電容傳感器的靈敏度，距離越小傳感器靈敏度越高，但初始距離太小容易引起電容器擊穿，可以在極板間放置云母片防止擊穿。差動式與單線圈電感式傳感器比較有如下優(yōu)點：（1）線

5、性好；2分（2）靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時，輸出信號大一倍；2分（3）溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減小，電磁吸力對測力變化的影響也由于能相互抵消而減小。2分三、10分證明：EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) （1） 當T=T0時,有EABC(T0)=eAB(T0 )+eBC(T0)+eCA(T0)=0由此得eAB(T0 )-eBC(T0)-eCA(T0)代入（1）式EABC(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=EAB(T,T0) 選擇傳感器（每個2分）說明工作原理（每個3分） (1) Rs=10k 5分 (2)

6、E=9v 5分布局示意圖1所示：上面兩個為受拉型，下面兩個為受壓型。（2分）圖1 測量電路如圖2所示：四個應變片為兩個受拉，兩個受壓，并且相鄰橋臂上的應變片類型相反。當受到向下的力時，上面兩個應變片受拉形變，下面兩個應變片受壓形變，導致應變片的電阻發(fā)生變化，電橋不平衡產生輸出電壓。（測量電路4分，工作原理分析4分） 圖2四、波形圖10分，工作原理10分 U1與U2同頻同相正半周時D3 D4正相導通，D1 D2反向截止，流過電流表的電流從左向右為正方向：故i i，流經RL的電流為i= i i 0負半周時D3 D4反向截止，D1 D2 正相導通，故i i，流經RL的電流為i= i i 0 tU10

7、U2t0ti10ti20ti40tiM0ti30內蒙古大學電子信息工程學院傳感與檢測技術 期末考試試卷（B）（閉卷 120 分鐘）重修標記 學號 姓名 專業(yè) 年級 一、填空題（20分，每空1分）1. 傳感器的靜態(tài)特性指標主要有 、 、 、 、 、 、 等。電阻式傳感器主要有 和 兩大類。應變式電阻傳感器減小非線性誤差的方法是 和 。電容式傳感器是將被測量的變化轉換成電容量變化的一種傳感器，主 要類型有 、 、 ，若測量微小位移應采用 。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 。電渦流傳感器的線圈與被測物體間的距離減小，互感系數(shù)M將 。熱電效應產生的熱電勢由 和 兩部分組成

8、。熱電阻是將溫度轉換為 的熱電式傳感器。二、簡答題（50分）1. 簡述傳感器的定義并畫出傳感器的組成框圖？同時畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。（12分）2. 簡述熱電偶的工作原理。（8分）3. 什么是光電效應？光電效應分為哪幾種類型，它們的應用分別是什么？(12分)4. 簡述霍爾電動勢產生的原理。（8分）5. 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。（10分）三、證明題（15分）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

9、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)。（10分）四、分析題（15分）下圖為二極管相敏檢波電路及其輸入電壓和參考電壓，其中U2U1且同相位，試分析其工作原理并畫出流過二極管D1，D2，D3，D4及電表M的電流波形。 試卷（B）答案一、填空題（20分，每空1分）1. 傳感器的靜態(tài)特性指標主要有線性度、靈敏度、重復性、遲滯、分辨力、穩(wěn)定性、漂移等。電阻式傳感器主要有電位計式電阻傳感器和應變式電阻傳感器兩大 類。應變式電阻傳感器減小非線性誤差的方法提高橋臂比和采用差動技 術。電容式傳感器是將被測量的變

10、化轉換成電容量變化的一種傳感器，主 要類型有變極距型、變面積型、變介質型，若測量微小位移應采用變極距型。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。電渦流傳感器的線圈與被測物體間的距離減小，互感系數(shù)M將越大。熱電效應產生的熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。熱電阻是將溫度轉換為 電阻值大小 的熱電式傳感器。二、簡答題（40分）1. 簡述傳感器的定義并畫出傳感器的組成框圖？同時畫出自動控制系統(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。輔助電源信號調節(jié)轉換電路傳感元件被

11、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. 什么是光電效應？光電效應分為哪幾種類型，它們的應用分別是什么？(15分)答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應的

12、電效應（如電阻率變化、發(fā)射電子或產生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應。 工作原理：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。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：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。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。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

13、的，是自發(fā)電式有源器件。4. 簡述霍爾電動勢產生的原理。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。5. 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，從SMART傳感器的功能和優(yōu)點兩方面來看 = 1 * GB3 功能自補償功能：如非線性、溫度誤

14、差響應時間等的補償自診斷功能：如在接通電源時自檢微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能，構成一死循環(huán)工作系統(tǒng)信息存儲和記憶功能數(shù)字量輸出和顯示 = 2 * GB3 優(yōu)點：精度高，可通過軟件來修正非線性，補償溫度等系統(tǒng)誤差，還可補償隨機誤差，從而使精度大為提高有一定的可編程自動化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲、自動調零、自檢等功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或CRT顯示，并配打印機保存資料功能價格比大。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比一功能普通的傳感器性能價格比大可見，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，意義重大三、證明題（40分）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)。（10分）證明： 略去的二次項,即可得四、分析題（40分）四、