《傳感器和檢測技術》期末考試試題（卷）與答案解析

.△A/YF.S×100%,并由題意已知：A=0.5%,YF.S=〔1200—600℃,得最大允許絕對誤差A=A.YF.S=0.5%×〔1200—600=3℃此溫度傳感器最大允許絕對誤差為3℃。檢驗某點的最大絕對誤差為4℃,大于3℃,故此傳感器不合格。366、已知某溫度計測量范圍0~200℃。檢測測試其最大誤差△Ymax=4℃,求其滿度相的誤差,并根據(jù)精度等級標準判斷精度等級。解：YFS=200－0=200由A=ΔA/YFS＊100％有A＝4/200＊100％＝2％。精度特級為2.5級。367、檢定一臺1.5級刻度0~100Pa壓力傳感器,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)50Pa處誤差最大為1.4Pa,問這臺壓力傳感器是否合格？解：根據(jù)精度定義表達式：A＝ΔA/AyFS*100%,由題意可知：A＝1.5％,YFS＝100所以ΔA＝AYFS＝1.5因為1.4＜1.5所以合格。FFR1R3R2R4計算題374題圖374、采用四片相同的金屬絲應變片〔K=2,將其貼在實心圓柱形測力彈性元件上。如圖〔a所示,力F=1000kg。圓柱斷面半徑r=1cm,楊氏模量E=2×107N/cm2,泊松比=0.3。求〔FFR1R3R2R4計算題374題圖解：〔1按題意采用四個相同應變片測力彈性元件,貼的位置如圖374〔a所示。R1、R3沿軸向受力F作用下產生正應變1＞0,3＞0；R2、R4沿圓周方向貼則產生負應變2＜0,4＜0。四個應變電阻接入橋路位置入圖〔b所示。從而組成全橋測量電路可以提高輸出電壓靈敏度?！?1＝3＝/E＝F/<SE>＝1000×9.8/〔2×3.14×12×2×107＝1.56×10－4＝1562＝4＝－F/SE＝－0.3×1.56×10－4=－0.47×10－4＝－47△R1/R1＝△R3/R3＝k1＝2×1.56×10－4=3.12×10－4△R2/R2＝△R4/R4＝－k2＝-2×0.47×10－4＝-0.94×10－4376、采用四個性能完全相同的電阻應變片〔靈敏度系數(shù)為K,將其貼在薄壁圓筒式壓力傳感元件外表圓周方向,彈性元件周圍方向應變,計算題376題圖式中,p為待測壓力,泊松比,E楊式模量,d為筒內徑,D為筒外徑?，F(xiàn)采用直流電橋電路,供電橋電壓U。計算題376題圖要求滿足如下條件：〔1該壓力傳感器有溫度補償作用；〔2橋路輸出電壓靈敏度最高。試畫出應變片粘貼位置和相應橋路原理圖并寫出橋路輸出電壓表達式。解：按題意要求圓周方向貼四片相同應變片如果組成等臂全橋電路。當四片全感受應變時,橋路輸出信號為零。故在此種情況下,要求有補償環(huán)境溫度變化的功能,同時橋路輸出電壓還要足夠大,應采取參比測量方式即兩片R1、R3貼在有應變的圓筒壁上做敏感元件,而另兩貼片R2、R4在不感受應變的圓筒外壁上作為補溫元件,如圖〔a所示。然后再將四個應變片電阻接入圖〔b橋臂位置上。此時被測壓力變化時,R1、R3隨筒壁感受正應變量1>0,3>0。并且1＝3；R2和R4所處位置筒壁不產生應變,故2＝4＝0。橋路電壓U0只與敏感元件R1、R3有關,故把R1和R3放在橋壁上,可獲得較高的電壓靈敏度。則輸出信號電壓U0為另一方面R2、R4放于橋臂上與R1、R3組成的全橋測量電路,當環(huán)境溫度變化時產生的電阻變化量均相同,故對環(huán)境溫度變化有補償作用,使?403、一個鐵氧體環(huán)形磁芯,平均長度為12cm,橫截面面積為1.5cm2,平均相對磁導率為μr=2000。求:<1>均勻繞線500匝時的電感；<2>匝數(shù)增加1倍時的電感。解：當線圈繞在這種圓形的磁芯上時,電感的計算公式為44.已知某廠生產的線性繞線電位器參數(shù)為：導線的電阻率ρ=3.14×10-3Ωm,導線橫截面積S=3.14×10-6m2,繞線節(jié)距t＝1mm,電位器骨架的高h=50mm,寬b=30mm,試求〔1該電位器的電阻靈敏度KR；〔2若通過導線的電流為I=3A,求其電壓靈敏度Ku。解:由線性線繞電位器傳感器電阻靈敏度和電壓靈敏度的定義知,<1分>,<1分>〔1分將已知數(shù)據(jù)代入上式得,〔Ω/m<2分>〔V/m<1分>45.已知某霍爾傳感器的激勵電流I=3A,磁場的磁感應強度B=5×10-3T,導體薄片的厚度d=2mm,霍爾常數(shù)RH＝0.5,試求薄片導體產生的霍爾電勢UH的大小。解由霍爾效應原理實驗知,<3分>將已知數(shù)據(jù)代入上式得,〔V<3分>45.已知某霍爾傳感器的激勵電流I=5A,磁場的磁感應強度B=5×10-3T,導體薄片的厚度d=1mm,霍爾常數(shù)RH＝0.8,試求薄片導體產生的霍爾電勢UH的大小。解由霍爾電動勢的計算公式知,<3分>將已知數(shù)據(jù)代入上式得,〔V<3分>2.簡述熱電偶的工作原理?！?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5.什么是傳感器動態(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)特性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?！?0分答：傳感器的動態(tài)特性是指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入━輸出特性。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。在時域條件下只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要,而在頻域條件下一般要研究傳感器的動態(tài)特性。6.繪圖并說明在使用傳感器進行測量時,相對真值、測量值、測量誤差、傳感器輸入、輸出特性的概念以及它們之間的關系?！?0分答：框圖如下：測量值是通過直接或間接通過儀表測量出來的數(shù)值。測量誤差是指測量結果的測量值與被測量的真實值之間的差值。當測量誤差很小時,可以忽略,此時測量值可稱為相對真值。四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電動勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細推導分流法?！?0分答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等?；魻柦M件的不等位電動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動勢,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。推導分流法略。2.簡述霍爾電動勢產生的原理?！?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,電子受到洛倫茲力作用而發(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動勢UH。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。2.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?？紤]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3.直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得,電橋平衡電路簡單,傳感器至測量儀表的連接導線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器,容易產生零點漂移,線路也較復雜。交流電橋在這些方面都有改進。直流電橋平衡條件：R1/R2=R3/R4,R1R4=R2R3。4.如何減少測量系統(tǒng)誤差,隨機誤差對傳感器性能的影響？答：<1>引入更正值法；<2>替換法；<3>差值法；<4>正負誤差相消法；<5>選擇最佳測量方案。5.什么是金屬應變片的靈敏系數(shù)？請解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。答：應變片一般做成絲柵狀,測量應變時,將應變片貼在試件表面上,試件的變形很容易傳到應變片上。金屬應變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是不同的。第一,零件的變形是通過剪力傳到金屬絲上的。第二,絲沿長度方向承受應變時,應變片彎角部分也承受應變,其截面積變大,則應變片直線部分電阻增加時,彎角部分的電阻值減少,也使變化的靈敏度下降。因此,應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。3.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。4.某線性位移測量儀,當被測位移由4.5mm變到5.0mm時,位移測量儀的輸出電壓由3.5V減至2.5V,求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為mV/mm7.什么是系統(tǒng)誤差和隨機誤差?正確度和精密度的含義是什么?它們各反映何種誤差?答：系統(tǒng)誤差是指在相同的條件下,多次重復測量同一量時,誤差的大小和符號保持不變,或按照一定的規(guī)律變化的誤差。隨機誤差則是指在相同條件下,多次測量同一量時,其誤差的大小和符號以不可預見的方式變化的誤差。正確度是指測量結果與理論真值的一致程度,它反映了系統(tǒng)誤差的大小,精密度是指測量結果的分散程度,它反映了隨機誤差的大小。8.服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差有哪些特性?答：服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差的特性有：對稱性隨機誤差可正可負,但絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的機會相等。也就是說f<δ>-δ曲線對稱于縱軸。有界性在一定測量條件下,隨機誤差的絕對值不會超過一定的范圍,即絕對值很大的隨機誤差幾乎不出現(xiàn)。抵償性在相同條件下,當測量次數(shù)n→∞時,全體隨機誤差的代數(shù)和等于零,即。單峰性絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差出現(xiàn)的機會多,即前者比后者的概率密度大,在δ=0處隨機誤差概率密度有最大值。1.金屬電阻應變片與半導體材料的電阻應變效應有什么不同?答：金屬電阻的應變效應主要是由于其幾何形狀的變化而產生的,半導體材料的應變效應則主要取決于材料的電阻率隨應變所引起的變化產生的。2.直流測量電橋和交流測量電橋有什么區(qū)別?答：它們的區(qū)別主要是直流電橋用直流電源,只適用于直流元件,交流電橋用交流電源,適用于所有電路元件。1.影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？答：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是：傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對稱性、磁性材料的殘余應力、測量電路零點殘余電動勢等。2.電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點是什么？答：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導體的電導率、磁導率、幾何形狀,線圈的幾何參數(shù),激勵電流頻率以及線圈到被測導體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強,特別是有非接觸測量的優(yōu)點,因此在工業(yè)生產和科學技術的各個領域中得到了廣泛的應用。1．什么是金屬導體的熱電效應?試說明熱電偶的測溫原理。答：熱電效應就是兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路,其兩端相互連接時,只要兩結點處的溫度不同,回路中就會產生一個電動勢,該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應進行的,將熱電偶的熱端插入被測物,冷端接進儀表,就能測量溫度。1．為什么說壓電式傳感器只適用于動態(tài)測量而不能用于靜態(tài)測量?答：因為壓電式傳感器是將被子測量轉換成壓電晶體的電荷量,可等效成一定的電容,如被測量為靜態(tài)時,很難將電荷轉換成一定的電壓信號輸出,故只能用于動態(tài)測量。2．壓電式傳感器測量電路的作用是什么?其核心是解決什么問題?答：壓電式傳感器測量電路的作用是將壓電晶體產生的電荷轉換為電壓信號輸出,其核心是要解決微弱信號的轉換與放大,得到足夠強的輸出信號。1.什么是霍爾效應？答：在置于磁場的導體或半導體中通入電流,若電流與磁場垂直,則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差,這種現(xiàn)象就是霍爾效應,是由科學家愛德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。產生的電勢差稱為霍爾電壓。5.什么是霍爾元件的溫度特性？如何進行補償？答：霍爾元件的溫度特性是指元件的內阻及輸出與溫度之間的關系。與一般半導體一樣,由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化,所以霍爾元件的內