傳感器與自動檢測技術(shù) 試卷及答案 模擬試卷五

傳感器與自動檢測技術(shù)全真模擬試卷五

試卷一（閉卷）

（考試時間90分鐘，總分80分）

題號一二三總分

分數(shù)

評卷人

I一、單項選擇題（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選項中只有一個選項是符合題目要求的，請

.將正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、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

封

|2、在直流電路中使用電流表和電壓表測量負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

?4、差動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.差動相航檢波電路D.運算放大電路

?

5、實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管測量某光源的光通量時，是根據(jù)它們的什么特性

實現(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態(tài)特性？

實現(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)動鐵心左右移動時自感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)象進行導(dǎo)光的？光纖的數(shù)值孔徑有何意義？

三、分析計算題(本大題共3小題，每小題10分，共30分)

注意：自動化、電與專業(yè)的學(xué)生第1小題必做，并從第2-4小

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

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。請用最小二乘法估計0匕時金屬

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時的輸

出電壓為多少？

3、使用鏢錯-鑲硅熱電偶，其基準接點為30C,測溫接點為400C時的

溫差電動勢為多少？若仍使用該熱電偶，測得某接點的溫差電動勢為

10.275mV,則被測接點的溫度為多少？

鐐鐺-模硅熱電偶分度表（參考端溫度為。匕）

工0102030405060708090

作

端

溫?zé)犭妱觿?mV

度

/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？其實際轉(zhuǎn)過的角度是多少？如果

要求每個最小分辨率對應(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)

(考試時間30分鐘，總分20分)

題號評卷人得分

綜合設(shè)計分析題

綜合設(shè)計分析題(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，

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，

又要實現(xiàn)溫度補償，請畫圖標(biāo)出2個應(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的4倍，請畫圖標(biāo)出各

個應(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，并給出此時電橋喻出電壓及電橋非線性

誤差大小?

傳感器與自動檢測技術(shù)模擬試卷五參考答案

試卷一

一、單項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的,請將正

確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)。錯選、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態(tài)特性？實現(xiàn)

不失真測量的條件是什么？

答：傳感器的動態(tài)特性，是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應(yīng)（輸出）特

性，即其輸出對隨時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)或準靜態(tài)）信號作用下的輸入-

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

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

當(dāng)輸入量隨時間變化的一般要研究傳感器的動態(tài)特性。

實現(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)動鐵心左右移動時自感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，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、機械強度等不如石英晶體。

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，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、電子平均運動速度V、磁場感應(yīng)強度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，光

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

號的畸變也越大，所以要適當(dāng)選擇NA的大小。

三、分析計算題（本大題共3小題，每小題10分，共30分）

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

中選做兩個小題；測控專業(yè)的學(xué)生在4個小題中任選3個小題。

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。請用最小二乘法住計0C時金屬棒的

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，其基準接點為30C,測溫接點為400C時的溫

差電動勢為多少？若仍使月該熱電偶，測得某接點的溫差電動勢為

10.275mV,則被測接點的溫度為多少？

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?其實際轉(zhuǎn)過的角度是名少？如果要求每個最小

分辨率對應(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”對應(yīng)的二進制碼為“1100”。

二進制碼“1100”對應(yīng)的十進制數(shù)是“12”。

則碼盤實際轉(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)計分析題(本大題共2