傳感器與檢測技術

《傳感器與檢測技術》試題一、填空：（20分）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分）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部電阻率改變的內光電效應，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部產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.熱電偶所產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。5.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質在外界機械力作用下，其內部產生機械壓力，從而引起極化現象，這種現象稱為正壓電效應。相反，某些鐵磁物質在外界磁場的作用下會產生機械變形，這種現象稱為負壓電效應。（2分）6.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（①增加②減小③不變）（2分）7.儀表的精度等級是用儀表的（①相對誤差②絕對誤差③引用誤差）來表示的（2分）8.電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關系，除（①變面積型②變極距型③變介電常數型）外是線性的。（2分）9.電位器傳器的（線性），假定電位器全長為Xmax,其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx=x/XmaxRmax,來計算，其中電阻靈敏度Rr=①2p(b+h)/At,1、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（①增大，②減小，③不變）2、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，（①變面積型，②變極距型，變介電常數型）是線性關系。3、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成（①正比，②反比，③不成比例），與副方線圈的匝數成（①正比，②反比，③不成比例），與回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。4、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生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調節(jié)轉換電路組成。5、熱電偶所產生的熱電熱是由兩種導體的接觸電熱和單一導體的溫差電熱組成。2、電阻應變片式傳感器按制造材料可分為①_金屬_材料和②半導體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中①的電阻變化主要是由電阻應變效應形成的，而②的電阻變化主要是由溫度效應造成的。半導體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的大小與繞組匝數成正比，與穿過線圈的磁通_成正比，與磁回路中磁阻成反比，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式__表示。1.熱電偶所產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。（7分）3.電位器或電阻傳感器按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。線性電位器的理想空載特性曲線具有嚴格的線性關系。假定電位器全長為Xmax，其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx=來計算。假定加在電位器A、B之間的電壓為Vmax，則輸出電壓為Vx=。其電阻靈敏度RI=。電壓靈敏度RU=。（7分）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生感應電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應（霍爾效應）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。（6分）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關系來表征（5分）1、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（①增大②減?、鄄蛔儯?、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，（①變面積型②變極距型③變介電常數型）是線性的關系。3、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成反比簡答題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象。兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。引入適當的測量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。3以石英晶體為例簡述壓電效應產生的原理。（6分）答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，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。晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。這種現象稱為正壓電效應。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，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。4簡述電阻應變片式傳感器的工作原理（6分）答：電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產生機械變形時，它的電阻值相應發(fā)生變化。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絡研究時，輸入輸出特性是二端網絡的外部特性，即輸入量和輸出量的對應關系。由于輸入量的狀態(tài)（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2、簡述霍爾電動勢產生的原理。（5分）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。二、寄生電容與電容傳感器相關聯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、在生產過程中測量金屬板的厚度，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工藝。（15）1光纖傳感器的工作原理。（4分）答：光導纖維工作的基礎是光的全內反射，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生全內反射，并在光纖內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，還需加上其他敏感元件才能組成傳感器。5、什么是傳感器靜態(tài)特性。（4分）答：傳感器的靜態(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。三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（10分）答：=1\*GB3①熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。=2\*GB3②接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導體的性質及接觸點的溫度，而與導體的形狀和尺寸無關。=3\*GB3③溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產生的一種電勢。=4\*GB3④熱電偶測溫原理：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象。兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。引入適當的測量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小?；魻栐軌驕y量哪些物理參數？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償的方法有哪幾種？答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等。霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。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.電橋補償法一、填空（在下列括號中填入實適當的詞匯，使其原理成立5分）1．用石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產生的電荷與作用在晶面上的壓強成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無關。2．把被測非電量的變化轉換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，其次級繞組都用同名端反向形式連接，所以又叫差動變壓器式傳感器。3．閉磁路變隙式電感傳感器工作時，銜鐵與被測物體連接。當被測物體移動時，引起磁路中氣隙尺寸發(fā)生相對變化，從而導致圈磁阻的變化。4．電阻應變片是將被測試件上的應變轉換成電阻的傳感元件。5．影響金屬導電材料應變靈敏系數K。的主要因素是導電材料幾何尺寸的變化。二、選擇題1．電阻應變片的線路溫度補償方法有（A.B.D）。A．差動電橋補償B．補償塊粘貼補償應變片電橋補償法C．補償線圈補償法D．恒流源溫度補償電路法2．電阻應變片的初始電阻數值有多種，其中用的最多的是（B）。A．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω3．通常用應變式傳感器測量（BCD）。A．溫度B．速度C．加速度D．壓力4．當變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的（B,D）。A．靈敏度增加B．靈敏度減小C．非統(tǒng)性誤差增加D．非線性誤差減小5．在光線作用下，半導體的電導率增加的現象屬于（BD）。A．外光電效應B．內光電效應C．光電發(fā)射D．光導效應《傳感器與應用》一、填空題（每空1分，共25分）1．傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標準條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值。對線性傳感器來說，其靈敏度是一常數.2．用彈性元件和電阻應變片及一些附件可以組成應變片傳感器，按用途劃分用應變式力傳感器、應變式加速度傳感器等（任填兩個）。3.采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度的測量轉換為電阻的測量。4．單線圈螺線管式電感傳感器主要由線圈、鐵磁性外殼和可沿線圈軸向移動的活動鐵芯組成。5．利用渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性度和較好的靈敏度，應該讓線圈與被測物的距離大大小于線圈半徑6．空氣介質變隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實際中大都采用差動式電容傳感器7．振筒式傳感器是以均勻薄壁圓筒作為敏感元件，將被測氣體壓力或密度的變化轉換成頻率。8．由光電管的光譜特性看出，檢測不同顏色的光需要選用光電陰極材料不同的光電管，以便利用光譜特性靈敏度較高的區(qū)段。9．按熱電偶本身結構劃分，有普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶。10．硒光電池的光譜響應區(qū)段與人類相近，因而得到應用。11．熱敏電阻正是利用半導體載流子數目隨著溫度變化而變化的特性制成的溫度敏感元件。12．當半導體材料在某一方向承受應力時，它的電阻率發(fā)生顯著變化的現象稱為半導體壓阻效應。用這個原理制成的電阻稱固態(tài)壓敏電阻。13．磁敏二極管工作時加正向電壓。由于它的磁靈敏很高，特別適用于測量弱磁場。二、選擇題（每小題2分，共16分，7、8兩題答案不止一個）1．電阻應變片的初始電阻數值有多種,其中用的最多的是（B）。A60ΩB120ΩC200ΩD350Ω2．電渦流式傳感器激磁線圈的電源是（C）。A直流B工頻交流C高頻交流D低頻交流3．變間隙式電容傳感器的非線性誤差與極板間初始距離d0之間是（B）。A正比關系B反比關系C無關系4．單色光的波長越短，它的（A）。A頻率越高，其光子能量越大B頻率越低，其光子能量越大C頻率越高，其光子能量越小D頻率越低，其光子能量越小5．熱電偶可以測量（C）。A壓力B電壓C溫度D熱電勢6．光敏電阻適于作為（B）。A光的測量元件B光電導開關元件C加熱元件D發(fā)光元件7．目前我國使用的鉑熱電阻的測量范圍是（AD）。A-200～850℃B-50～850℃C-200～150℃D-200～650℃8．差動變壓器傳感器的配用測量電路主要有（AB）。A差動相敏檢波電路B差動整流電路C直流電橋D差動電橋一、單項選擇題1．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進行測量的是（c）A．壓力B．力矩C．溫度D．厚度2．屬于傳感器動態(tài)特性指標的是（d）A．重復性B．線性度C．靈敏度D．固有頻率3．按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（a）A．光電式傳感器B．電容式傳感器C．壓電式傳感器D．磁電式傳感器4．測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（d）A．變極板面積型B．變極距型C．變介質型D．容柵型5．利用相鄰雙臂橋檢測的應變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小（c）A．兩個橋臂都應當用大電阻值工作應變片B．兩個橋臂都應當用兩個工作應變片串聯C．兩個橋臂應當分別用應變量變化相反的工作應變片D．兩個橋臂應當分別用應變量變化相同的工作應變片6．影響壓電式加速度傳感器低頻響應能力的是（d）A．電纜的安裝與固定方式B．電纜的長度C．前置放大器的輸出阻抗D．前置放大器的輸入阻抗7．固體半導體攝像元件CCD是一種（c）A．PN結光電二極管電路B．PNP型晶體管集成電路C．MOS型晶體管開關集成電路D．NPN型晶體管集成電路8．將電阻R和電容C串聯后再并聯到繼電器或電源開關兩端所構成的RC吸收電路，其作用是（d）A．抑制共模噪聲B．抑制差模噪聲C．克服串擾D．消除電火花干擾9．在采用限定最大偏差法進行數字濾波時，若限定偏差△Y≤0.01，本次采樣值為0.315，上次采樣值為0.301，則本次采樣值Yn應選為（a）A．0.301B．0.303C．0.308D．10．若模/數轉換器輸出二進制數的位數為10，最大輸入信號為2.5V，則該轉換器能分辨出的最小輸入電壓信號為（b）A．1.22mVB．2.44mVC．3.66mVD．4.88mV11．周期信號的自相關函數必為（a）A．周期偶函數B．非周期偶函數C．周期奇函數D．非周期奇函數12．已知函數x(t)的傅里葉變換為X（f），則函數y(t)=2x(3t)的傅里葉變換為（b）A．2X()B．X()C．X(f)D．2X(f)二、填空題13．對傳感器進行動態(tài)的主要目的是檢測傳感器的動態(tài)性能指標。標定(或校準或測試)14．傳感器的過載能力是指傳感器在不致引起規(guī)定性能指標永久改變的條件下，允許超過的能力。測量范圍15．傳感檢測系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數字式，向