《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》習(xí)題集9及答案

傳感器與檢測(cè)技術(shù)習(xí)題9

一、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）

1、傳感器的定義和組成框圖？畫(huà)出自動(dòng)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。

2、試列出你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感器哪些可用于非接

觸式測(cè)量，哪些用于接觸式測(cè)量，測(cè)量何種物理量？（各23種）

3、以自感式傳感器為例說(shuō)明差動(dòng)式傳感器可以提高其靈敏

度的原理。

4、光電效應(yīng)可分為哪三種類(lèi)型，簡(jiǎn)單說(shuō)明傳感器的原理并

分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。

5、光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種

類(lèi)型？傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選

用哪種光纖？

二、計(jì)算題（20分，10分/題）

1、設(shè)7次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8

10.010.19.910.210.115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(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估

計(jì)區(qū)間。

2、圖示電荷放大器中Ca=100PF,Ra=oo,R尸8,Ri=oo,

CF=10PFO若考慮引線(xiàn)電容Cc影響，當(dāng)Ao二104時(shí)，要求輸出信

號(hào)衰減小于1%,求使用90PF/m的電纜，其最大允許長(zhǎng)度為多

少？

三、分析/證明題（32分，8分/題）

1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬有何

關(guān)系？如果選用傳感器的動(dòng)態(tài)特性達(dá)不到要求怎么辦？

2、熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由哪幾種電勢(shì)組成，試證明熱電偶

的中間導(dǎo)體定律。

3、制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件

都比較薄，而且長(zhǎng)寬比一般為2：1?

4、為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說(shuō)

明該類(lèi)型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。

四、設(shè)計(jì)/綜述題（18分）

根據(jù)你所掌握的智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一套測(cè)溫智能

傳感器，測(cè)溫范圍為?20—80C,要求精度達(dá)到0.1C,寫(xiě)出詳細(xì)

設(shè)計(jì)步驟：具備的功能；選用的器件和硬件電路，并用原理框圖

表示（器件型號(hào)不明，說(shuō)明其須具有的功能）；相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理

過(guò)程和軟件功能；你所設(shè)計(jì)的智能傳感器還有哪些尚可完善的功

能。

傳感器與檢測(cè)技術(shù)習(xí)題9答案

一、簡(jiǎn)答題（30分，6分/題）

1、傳感器的定義和組成框圖？畫(huà)出自動(dòng)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(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可

用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳

感器的作用：感受被測(cè)量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)傳送給控制對(duì)

象。

組成框圖、自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖如下：

擾動(dòng)

給定+

反饋裝置

2、試列出你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感器哪些可用于非接

觸式測(cè)量，哪些用于接觸式測(cè)量，測(cè)量何種物理量？（各23種）

答：非接觸式測(cè)量：

a）熱電式傳感器：測(cè)量溫度

b）光纖傳感器：測(cè)量光信號(hào)

c）核輻射傳感器：測(cè)量核輻射粒子

接觸式測(cè)量：

a）電位器式壓力傳感器：測(cè)量壓力

b）應(yīng)變片式電阻傳感器：測(cè)量電阻值

c）應(yīng)變式扭矩傳感器：測(cè)量扭矩

3、以自感式傳感器為例說(shuō)明差動(dòng)式傳感器可以提高其靈敏

度的原理。

答：?jiǎn)螛O式自感傳感器的靈敏度為：

差動(dòng)式傳感器的靈敏度為:

s=*h+（叫+二

Io|_IIoJ_

由此可見(jiàn)，與單極式比較其靈敏度提高一倍，非線(xiàn)性大大

減小。

4、光電效應(yīng)可分為哪三種類(lèi)型，簡(jiǎn)單說(shuō)明傳感器的原理并

分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。

答：光電效應(yīng)可分為：

a）外光電效應(yīng)：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(lèi)。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。

b）內(nèi)光電效應(yīng)：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(lèi)。

c）光生伏特效應(yīng)：利用光勢(shì)壘效應(yīng)，光勢(shì)壘效應(yīng)指在光

的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢(shì)。光電池是

基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。

5、光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理是什么？按其傳輸模式分為哪兩種

類(lèi)型？傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選

用哪種光纖？

答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線(xiàn)的

入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)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(fù)逐次反射，直至傳遞到另

一端面。

按其傳輸模式可分為單模和多模兩種。

傳感型（功能型）光纖傳感器應(yīng)該選用單模光纖，傳輸型光

纖傳感器應(yīng)選用多模光纖。

二、計(jì)算題（20分，10分/題）

1、設(shè)7次測(cè)量某物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量的結(jié)果分別為：9.8

10.010.19.910.210.115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(duì)被測(cè)物體長(zhǎng)度的最小估

計(jì)區(qū)間。

解：忽略最后一個(gè)值，平均值

29.8+1。+1。」+9.9+1。.3+1。.1=]oo3,

6

Pi=9.8—10.03=—0.23,p2=—0.03,p3=0.07,p4=—0.13,p5=0.27,p6=0.07

5支同

b=±±—=0.18,

2

貝!I最小估計(jì)區(qū)間x=l+35=10.03±3x038=9.49?10.57。

2、圖示電荷放大器中Ca=100PF,Ra=8,Rf=oo,Ri=oo,

CF=10PFO若考慮引線(xiàn)電容Cc影響，當(dāng)Ao=lO4時(shí)，要求輸出信

號(hào)衰減小于1%,求使用90PF/m的電纜，其最大允許長(zhǎng)度為多

少？

解：譏=————<1%

C+Cc+（i+4）c「

解得/=9.09x10"?.L=909x10°=10.177/

90x10-2

三、分析/證明題（32分，8分/題）

1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬有何

關(guān)系？如果選用傳感器的動(dòng)態(tài)特性達(dá)不到要求怎么辦？

2、熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由哪幾種電勢(shì)組成，試證明熱電偶

的中間導(dǎo)體定律。

答：熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)

體的溫差電勢(shì)組成的。接觸電勢(shì)有時(shí)又稱(chēng)為珀?duì)柼妱?shì)；而單一

導(dǎo)體的溫差電勢(shì)也稱(chēng)湯姆遜電勢(shì)。

3、制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件

都比較薄，而且長(zhǎng)寬比一般為2：1?

答：制作霍爾元件應(yīng)采用半導(dǎo)體材料。如果磁場(chǎng)與薄片法線(xiàn)

有a夾角，那么UH=kdBcosa,霍爾元件越薄（即d越小），3就

越大，所以一般霍爾元件都很薄。又因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中

UH=(kHIB/d)xf(l/b)當(dāng)I/b=2時(shí)，f(l/b)=0.93為最大值，這時(shí)UH

也可取到最大值，所以長(zhǎng)寬比I/b一般為2：1

4、為什么要對(duì)應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，分析說(shuō)

明該類(lèi)型傳感器溫度