傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù) 試卷及答案 模擬試卷五_第1頁
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文檔簡介

傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)全真模擬試卷五

試卷一(閉卷)

(考試時(shí)間90分鐘,總分80分)

題號(hào)一二三總分

分?jǐn)?shù)

評(píng)卷人

I一、單項(xiàng)選擇題(本大題共10小題,每小題2分,共20分)

密在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的,請(qǐng)

.將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均不

1得分。

I1、傳感器的主要功能是()o

IA.檢測和轉(zhuǎn)換B.濾波和放大

AC.調(diào)制和解調(diào)D.傳輸和顯示

|2、在直流電路中使用電流表和電壓表測量負(fù)載功率的測量方法屬于()o

IA.直接測量B.間接測量

IC.組合測量D.等精度測量

I3、電阻應(yīng)變片配用的測量電路中,為了克服分布電容的影響,多采用()。

IA.直流平衡電橋B.直流不平衡電橋

1C.交流平衡電橋D.交流不平衡電橋

級(jí)

?4、差動(dòng)螺線管式電感傳感器配用的測量電路有()o

IA.直流電橋B,變壓器式交流電橋

C.差動(dòng)相航檢波電路D.運(yùn)算放大電路

?

5、實(shí)用熱電偶的熱電極材料中,用的較多的是()0

A.純金屬B.非金屬

?

C.半導(dǎo)體D.合金

6、光電管和光電倍增管的特性主要取決于()o

A.陰極材料B.陽極材料

C.純金屬陰極材料D.玻璃殼材料

7、用光敏二極管或三級(jí)管測量某光源的光通量時(shí),是根據(jù)它們的什么特性

實(shí)現(xiàn)的()o

A.光譜特性B.伏安特性

C.頻率特性D.光電特性

8、超聲波測量物位是根據(jù)超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的什么特性而工作

的()o

A.反射B.折射C.衍射D.散射

9、下列關(guān)丁微波傳感器的說法中錯(cuò)誤的是()o

A.可用普通電子管與晶體管構(gòu)成微波振蕩器

B.天線具有特殊結(jié)構(gòu)使發(fā)射的微波具有尖銳的方向性

C.用電流一電壓特性呈非線性的電子元件做探測微波的敏感探頭

D.可分為反射式和遮斷式兩類

10、用N型材料Sn02制成的氣敏電阻在空氣中經(jīng)加熱處于穩(wěn)定狀態(tài)后,與

N02接觸后()o

A.電阻值變小B.電阻值變大

C.電阻值不變D.不確定

二、簡答題(本大題共5小題,每小題6分,共30分)

1、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性?簡述在什么條件下只研究靜態(tài)特就

能夠滿足通常的需要,而在什么條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性?

實(shí)現(xiàn)不失真測量的條件是什么?

2、分析如圖所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)時(shí)自感L變化情況(已知空

氣隙的長度為xl和〉:2,空氣隙的面積為S,磁導(dǎo)率為〃,線圈匝數(shù)W

不變)。

3、試從材料特性、靈敏度、穩(wěn)定性等角度比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電

效應(yīng)。

4、什么是霍爾效應(yīng)?霍爾電勢與哪些因素有關(guān)?如何提高霍爾傳感器的靈

敏度?

5、光導(dǎo)纖維是利用哪種光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行導(dǎo)光的?光纖的數(shù)值孔徑有何意義?

三、分析計(jì)算題(本大題共3小題,每小題10分,共30分)

注意:自動(dòng)化、電與專業(yè)的學(xué)生第1小題必做,并從第2-4小

題中選做兩個(gè)小題;測控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。

1、已知某金屬棒的長度和溫度之間的關(guān)系為L,=Lo(l+ar)。在不同溫

度下,測得該金屬棒的長度如下表所示。請(qǐng)用最小二乘法估計(jì)0匕時(shí)金屬

棒的長度和金屬的線膨脹系數(shù)ao

rf/℃10.040.070.0100.0

Lti/mm

20.021.023.024.0

2、有一臺(tái)變間隙非接觸式電容測微儀,其傳感器的極板半徑廠4mm,假設(shè)

與被測工件的初始間隙依0.3mm.試求:

(1)如果傳感器與工件的間隙變化量增大△d=10電容變化量為多少?

(2)如果測量電路的靈敏度Ku=100mV/pF,則在間隙增大〃m時(shí)的輸

出電壓為多少?

3、使用鏢錯(cuò)-鑲硅熱電偶,其基準(zhǔn)接點(diǎn)為30C,測溫接點(diǎn)為400C時(shí)的

溫差電動(dòng)勢為多少?若仍使用該熱電偶,測得某接點(diǎn)的溫差電動(dòng)勢為

10.275mV,則被測接點(diǎn)的溫度為多少?

鐐鐺-模硅熱電偶分度表(參考端溫度為。匕)

工0102030405060708090

溫?zé)犭妱?dòng)勢/mV

/匕

00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.681

1004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.737

2008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.793

30012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.974

40016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.214

50020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476

4、利用某循環(huán)碼盤測得結(jié)果為“1010”,設(shè)循環(huán)碼盤的電刷初始位置為

“0000”,該碼盤的最“'分辨率是多少?其實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是多少?如果

要求每個(gè)最小分辨率對(duì)應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為1mm,則碼盤半徑應(yīng)有多

大?

試卷二(開卷)

(考試時(shí)間30分鐘,總分20分)

題號(hào)評(píng)卷人得分

綜合設(shè)計(jì)分析題

綜合設(shè)計(jì)分析題(本大題共20分)

在如圖所示的懸臂梁測力系統(tǒng)中,可能用到4個(gè)相同特性的電阻應(yīng)變片

&,&,&,名應(yīng)變后靈敏系數(shù)右2,初值為100Q。當(dāng)試件受力F時(shí),

若應(yīng)變片要承受應(yīng)變,則其平均應(yīng)變?yōu)椤?1000,m/m。測量電路的電源電壓

為直流3VO

(1)若只用1個(gè)電阻應(yīng)變片構(gòu)成單臂測量電橋,求電橋輸出電壓及電橋

非線性誤差。

(2)若要求用2個(gè)電阻應(yīng)變片測量,且既要保持與單臂測量電橋相同的

電壓靈敏度,

又要實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償,請(qǐng)畫圖標(biāo)出2個(gè)應(yīng)變片在懸臂梁上所貼的位置,繪

出轉(zhuǎn)換電橋,標(biāo)明這2個(gè)應(yīng)變片在橋臂中的位置?

(3)要使測量電橋電壓靈敏度提高為單臂工作時(shí)的4倍,請(qǐng)畫圖標(biāo)出各

個(gè)應(yīng)變片在懸臂梁上所貼的位置,給出轉(zhuǎn)換電橋,標(biāo)明各應(yīng)變片在各橋臂中

的位置,并給出此時(shí)電橋喻出電壓及電橋非線性

誤差大小?

傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù)模擬試卷五參考答案

試卷一

一、單項(xiàng)選擇題(本大題共10小題,每小題2分,共20分)

在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的,請(qǐng)將正

確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均不得分。

1、A2、B3、C4、C5、D

6、A7、D8、A9、A10、B

二、簡答題(本大題共5小題,每小題6分,共30分)

1、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性?簡述在什么條件下只研究靜態(tài)特就能

噴滿足通常的需要,而在什么條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性?實(shí)現(xiàn)

不失真測量的條件是什么?

答:傳感器的動(dòng)態(tài)特性,是指傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)(輸入)的響應(yīng)(輸出)特

性,即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。

傳感器的靜態(tài)特性,是指它在穩(wěn)態(tài)(靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài))信號(hào)作用下的輸入-

輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、輸出關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。

當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要。

當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化的一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。

實(shí)現(xiàn)不失真測量的條件是:

幅頻特性:A3)=|H(j聞=A(常數(shù))

相頻特性:/(。)=-%(線性)

2、分析如圖所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)時(shí)自感L變化情況(已知空氣

隙的長度為xl和x2,空氣隙的面積為S,磁導(dǎo)率為〃,線圈匝數(shù)W不變)。

A

也w。w

答:線圈中自感量:L=±==

IIRm

磁路總磁阻:R.。用_="1+29=2_

〃oAo〃Sm4s

空氣隙XI和X2各自變而其和不變,其他變量都不變,所以自感量L不

變。

3、試從材料特性、靈敏度、穩(wěn)定性等角度比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效

應(yīng)。

答:石英晶體是單晶結(jié)構(gòu),且不同晶向具有各異的物理特性。石英晶體受外

力作用而變形時(shí),產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料,原始的壓電陶瓷材料并不具有

壓電性,必須在一定溫度下做極化處理,才能使其呈現(xiàn)出壓電性。

壓電陶澄的壓電系數(shù)叱七英晶體大得多(即壓電效應(yīng)更明顯),因此用

它做成的壓電式傳感器的靈敏度較高。但穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等不如石英晶體。

4、什么是霍爾效應(yīng)?霍爾目勢與哪些因素有關(guān)?如何提高霍爾傳感器的靈敏

度?

答:當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場中時(shí),在其兩端將產(chǎn)生電

位差,這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。

霍爾電勢

UIH1=E11..b=vBb=--1=R,1.1—1=K.1.1IB

nedd

霍爾電勢與霍爾電場以、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度X載流導(dǎo)體或半導(dǎo)

體的厚度d、電子平均運(yùn)動(dòng)速度V、磁場感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I有關(guān)。

R1

霍爾傳感器的靈敏度KH=-4=――7。為了提高霍爾傳感器的靈敏

度,霍爾元件常制成薄片形狀。又霍爾元件的靈敏度與載流子濃度成反比,

所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。

5、光導(dǎo)纖維是利用哪種光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行導(dǎo)光的?光纖的數(shù)值孔徑有何意義?

答:光導(dǎo)纖維是利用光的全反射現(xiàn)象進(jìn)行導(dǎo)光的。

光纖的數(shù)值孔徑:NA=Sin0c=Vni2-n22

0c-----臨界角

nl----纖芯折射率

n2——包層折射率

數(shù)值孔徑是光纖的一個(gè)重要參數(shù),它能反映光纖的集光能力,光纖的NA

越大,表面它可以在較大入射角范圍內(nèi)輸入全反射光,集光能力就越強(qiáng),光

纖與光源的藕合能力越容易,且保證實(shí)現(xiàn)全反射向前傳播。但NA越大,光信

號(hào)的畸變也越大,所以要適當(dāng)選擇NA的大小。

三、分析計(jì)算題(本大題共3小題,每小題10分,共30分)

注意:自動(dòng)化、電氣專業(yè)的學(xué)生第1小題必做,并從第2-4小題

中選做兩個(gè)小題;測控專業(yè)的學(xué)生在4個(gè)小題中任選3個(gè)小題。

1、已知某金屬棒的長度和溫度之間的關(guān)系為乙=乙0。+匕,)。在不同溫度

下,測得該金屬棒的長度如下表所示。請(qǐng)用最小二乘法住計(jì)0C時(shí)金屬棒的

長度和金屬的線膨脹系數(shù)a。

^./℃10.040.070.0100.0

Lti/mtn

20.021.023.024.0

解:誤差方程乙一/。(1+。%)=匕,=1,2,3,4

令,x2=a-10

-ilo.o--20-

140.021

系數(shù)矩陣A=,直接測得值矩陣乙=

170.023

1100.0_24_

被測量估計(jì)矩陣x=

r

由最小二乘法:AAX=ALt則

110

111I1404220

AA=iooj1

1040707022016600

1100

20

1111I21_F88'

104070iooj2315050

24

???|A'A|=18000w0

A11Fl6600-220

?(IAlI2

?.A”MLA2I18000|_-2204

1Fl6600-220T88--19.4333

flf

.\X=[AA]-AL18000^-2204£5050_

0.0467

/.Zo=%1=19.4(/wn)

a=迎=0,0467=2.4x10-3”)

/019.43

2、有一臺(tái)變間隙非接觸式電容測微儀,其傳感器的極板半徑r=5mm,假設(shè)與

被測工件的初始間隙do=0.5mm。已知試真空的介電常數(shù)等于8.854x1012F/m,

求:

(1)如果傳感器與工件的間隙變化量增大△dnO〃m,電容變化量為多少?

(2)如果測量電路的靈敏度Ku=100mV/pF,則在間隙增大△dG〃m時(shí)的輸出

電壓為多少?

解:①電容式傳感器的電容量:c二警&

d

則初始電容量:

k8.854xlO-,2xlO'6x^x25xlO3i「

Cn=——=------------------------------=1.39pF

d0().5

間隙變化后的電容量:

8.854x10-12x106xx25x106廣

C=———=------------------------------=1t.36pF

d0+Ad500+10

則電容變化量:AC=C0-0=1.39-1.36=0.03pF

②靈敏度Ku=^-=100—,所以U°=AC-100吧

ACpF°pF

Uo=^rA(^--4—)100

則:d°d°+Ad

=8.854xIO'12x106x1x25xIC?x(J----L)x100=2.78mV

500501

3、使用鏢銘-銀硅熱電偶,其基準(zhǔn)接點(diǎn)為30C,測溫接點(diǎn)為400C時(shí)的溫

差電動(dòng)勢為多少?若仍使月該熱電偶,測得某接點(diǎn)的溫差電動(dòng)勢為

10.275mV,則被測接點(diǎn)的溫度為多少?

鏢銬-銀硅熱電偶分度表(參考端溫度為0C)

工作0102030405060708090

端溫

熱電動(dòng)勢/mV

度/℃

00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.681

1004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.737

2008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.793

30012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.974

40016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.214

50020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476

解:由分度表查得E(30C,0匕)=1.203mV,

E(400t:,0匕)=16.395mVo

由中間溫度定律E(t,t0);E(t,tJ+E(tc,to)有:

E(400C,30匕)=E(400C,0C)-E(30C,0C)=16.395-1.203=15.192mV

由分度表查得E(250℃,OC)=10.151mV,

E(260匕,0匕)=10.560mVo

E-E

由插值法茨首,儲(chǔ)一口)得:

=250+--------

4、利用某循環(huán)碼盤測得結(jié)昊為勺010”,設(shè)循環(huán)碼盤的電刷初始位置為“0000”,

該碼盤的最小分辨率是多少?其實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是名少?如果要求每個(gè)最小

分辨率對(duì)應(yīng)的碼盤圓弧長度最大為1mm,則碼盤半徑應(yīng)有多大?

解:該循環(huán)碼為4位碼盤,

360。

則該碼盤的最小分辨系為0=—=22.5°

24

循環(huán)碼“1010”對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼為“1100”。

二進(jìn)制碼“1100”對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是“12”。

則碼盤實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是12x22.5°=270。

,則55盤半徑R=2.55mm

3607~22.5°

試卷二

綜合設(shè)計(jì)分析題(本大題共2

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