電大傳感器與檢測技術期末考試試題與答案小抄參考

1、第一章 傳感器基礎l.檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成? 說明各部分的作用。答：一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能。當然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。下圖給出了檢測系統(tǒng)的組成框圖。檢測系統(tǒng)的組成框圖傳感器是把被測量轉換成電學量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質量往往是由傳感器的性能確定的，因為檢測系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉換成易于測量的電壓或電流信號。通常傳感器輸

2、出信號是微弱的，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。根據(jù)需要測量電路還能進行阻抗匹配、微分、積分、線性化補償?shù)刃盘柼幚砉ぷ?。顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。2.傳感器的型號有幾部分組成，各部分有何意義?依次為主稱（傳感器） 被測量轉換原理序號主稱傳感器，代號c；被測量用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。見附錄表2；轉換原理用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。見附錄表3；序號用一個阿拉伯數(shù)字標記，廠家自定，用來表征產品設計特性、性能參數(shù)、產品系列等。若產品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動或變動時，其序號可在原序

3、號后面順序地加注大寫字母a、b、c等，（其中i、q不用）。例：應變式位移傳感器： c wy-yb-20；光纖壓力傳感器：c y-gq-2。3.測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載變化的情況時，應當采用何種測量方法? 如何進行?答：測定穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載電阻變化的情況時，最好采用微差式測量。此時輸出電壓認可表示為u0，u0=u+u，其中u是負載電阻變化所引起的輸出電壓變化量，相對u來講為一小量。如果采用偏差法測量，儀表必須有較大量程以滿足u0的要求，因此對u，這個小量造成的u0的變化就很難測準。測量原理如下圖所示：圖中使用了高靈敏度電壓表毫伏表和電位差計，rr和e分別表示穩(wěn)壓電源的內阻和電動勢，凡表示

4、穩(wěn)壓電源的負載，e1、r1和rw表示電位差計的參數(shù)。在測量前調整r1使電位差計工作電流i1為標準值。然后，使穩(wěn)壓電源負載電阻r1為額定值。調整rp的活動觸點，使毫伏表指示為零，這相當于事先用零位式測量出額定輸出電壓u。正式測量開始后，只需增加或減小負載電阻rl的值，負載變動所引起的穩(wěn)壓電源輸出電壓u0的微小波動值u，即可由毫伏表指示出來。根據(jù)u0=u+u，穩(wěn)壓電源輸出電壓在各種負載下的值都可以準確地測量出來。微差式測量法的優(yōu)點是反應速度快，測量精度高，特別適合于在線控制參數(shù)的測量。 用微差式測量方法測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載的變化4.某線性位移測量儀，當被測位移由4.5mm變到5.0mm時，位

5、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/mm5.某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下： 鉑電阻溫度傳感器： 0.45/ 電橋： 0.02v/ 放大器： 100(放大倍數(shù)) 筆式記錄儀： 0.2cm/v求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度； (2)記錄儀筆尖位移4cm時，所對應的溫度變化值。 解：（1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度為 cm/（2）記錄儀筆尖位移4cm時，所對應的溫度變化值為6.有三臺測溫儀表，量程均為0800，精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5級，現(xiàn)要測量500的溫度，要求相對誤差不超過2.5，選那臺儀表合理?解：2.5級時的最大絕對誤

6、差值為20，測量500時的相對誤差為4；2.0級時的最大絕對誤差值為16，測量500時的相對誤差為3.2；1.5級時的最大絕對誤差值為12，測量500時的相對誤差為2.4。因此，應該選用1.5級的測溫儀器。7.什么是系統(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

7、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()- 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=0處隨機誤差概率密度有最大值。9.等精度測量某電阻10次，得到的測量列如下： r1167.95 r2167.45 r3167.60 r4167.60 r51

8、67.87 r6167.88 r7168.00 r8167.850 r9167.82 r10167.61(1)求10次測量的算術平均值，測量的標準誤差和算術平均值的標準誤差s。(2)若置信概率取99.7，寫出被測電阻的真值和極限值。解：(1)求10次測量的算術平均值，測量的標準誤差和算術平均值的標準誤差s。(2)若置信概率取99.7，被測電阻的真值為：極限值為：10.試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關系。答：如圖所示，電橋各臂的電阻分別為r1、 r2、r3、r4。u為電橋的直流電源電壓。當四臂電阻r1=r2=r3=r4=r時，稱為等臂電橋；當r1=r2=r,r3=r4=r(rr)時，稱為輸

9、出對稱電橋；當r1=r4=r，r2=r3 =r(rr)時，稱為電源對稱電橋。直流電橋電路 當電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達式為 (1)設電橋為單臂工作狀態(tài)，即r1為應變片，其余橋臂均為固定電阻。當r1感受被測量產生電阻增量r1時，由初始平衡條件r1r3=r2r4得，代入式（1），則電橋由于r1產生不平衡引起的輸出電壓為 (2)對于輸出對稱電橋，此時r1=r2=r,r3=r4=r，當r1臂的電阻產生變化r1=r，根據(jù)（2）可得到輸出電壓為 (3)對于電源對稱電橋，r1=r4=

10、r,r2=r3=r。當r1臂產生電阻增量r1=r時，由式（2）得 (4)對于等臂電橋r1=r2=r3=r4=r，當r1的電阻增量r1=r時，由式（2）可得輸出電壓為 (5)由上面三種結果可以看出，當橋臂應變片的電阻發(fā)生變化時，電橋的輸出電壓也隨著變化。當rr時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。還可以看出在橋臂電阻產生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對稱電橋的輸出電壓要比電源對稱電橋的輸出電壓大，即它們的靈敏度要高。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對稱電橋。在實際使用中為了進一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，r1=r+r,r2=r-r,r3=r+r,r

11、4=r-r，將上述條件代入式(1)得 (6)由式(6)看出，由于充分利用了雙差動作用，它的輸出電壓為單臂工作時的4倍，所以大大提高了測量的靈敏度。第二章 電阻式傳感器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。3.熱電阻測量時采用何種測量電路?為什么要采用這種測量電路?說明這種電路的工作原理。答：通常采用電橋電路作為測

12、量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，如果，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。熱電阻的測量電路4.采用阻值為120靈敏度系數(shù)k=2.0的金屬電阻應變片和阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4v，并假定負載電阻無窮大。當應變片上的應變分別為1和1 000時，試求單臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：單臂時，所以應變?yōu)?時/v，應變?yōu)?000時應為/v；雙臂時，所以應變?yōu)?時/v，應變?yōu)?000時應為/v；全橋時，所以應變?yōu)?時/v，應變?yōu)?

13、000時應為/v。從上面的計算可知：單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂的四倍。5.采用阻值r=120靈敏度系數(shù)k=2.0的金屬電阻應變片與阻值r=120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10v。當應變片應變?yōu)?000時，若要使輸出電壓大于10mv，則可采用何種工作方式（設輸出阻抗為無窮大）？解：由于不知是何種工作方式，可設為n，故可得：mv得n要小于2，故應采用全橋工作方式。6.如圖所示為一直流電橋，供電電源電動勢e=3v，r3=r4=100，r1和r2為同型號的電阻應變片，其電阻均為50，靈敏度系數(shù)k=2.0。兩只應變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。設等強度梁在受力后產

14、生的應變?yōu)? 000，試求此時電橋輸出端電壓u0。題6圖解：此電橋為輸出對稱電橋，故/mv7.光敏電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應用中是如何發(fā)揮這些特性的？答：光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內光電效應工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時阻值非常大，相當于斷路，有光照時阻值變得很小，相當于通路。在工業(yè)應用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。第三章 電容式傳感器1.試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度?為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應注意什么問題?答：如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當動極板移動x后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為c=b（a-x）

15、/d=c0-bx/d （1）電容因位移而產生的變化量為其靈敏度為 可見增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。直線位移型電容式傳感器2.為什么說變間隙型電容傳感器特性是非線性的?采取什么措施可改善其非線性特征?答：下圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中1為固定極板，2為與被測對象相連的活動極板。當活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時，兩極板間的距離d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量c。設極板面積為a，其靜態(tài)電容量為，當活動極板移動x后，其電容量為 (1)當xd時 則 (2)由式（1）可以看出電容量c與x不是線性關系，只有當 x t0)。在導體內部，熱端的自由電子具有較大的動能，向冷端移動，

16、從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負電荷。這樣，導體兩端便產生了一個由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動，最后也達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導體兩端便產生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動勢。3簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明它們的實用價值。答：一是勻質導體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢為零。根據(jù)這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二是中間導體定律：在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中

17、直接接入各種類型的顯示儀表或調節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進行溫度測量。三是標準電極定律：如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢也就已知。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算出來。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據(jù)。4試述熱電偶冷端溫度補償?shù)膸追N主要方法和補償原理。答：熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒?/p>

18、主要有：一是冷端恒溫法。這種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場合，有0恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補償導線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質是相當于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；三是計算修正法。修正公式為：；四是電橋補償法。利用不平衡電橋產生的電動勢補償熱電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化，工作原理如下圖所示。圖中，e為熱電偶產生的熱電動勢，u為回路的輸出電壓?；芈分写恿艘粋€補償電橋。r1r5及rcm均為橋臂電阻。rcm是用漆包銅絲繞制成的，它和熱電偶的冷端感受同一溫度。r1r5均用錳銅絲繞成，阻值穩(wěn)定。在

19、橋路設計時，使r1=r2，并且r1、r2的阻值要比橋路中其他電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻值發(fā)生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不多保持不變，從而認為其具有恒流特性。線路設計使得i1=i2=i/2=0.5ma?；芈份敵鲭妷簎為熱電偶的熱電動勢e、橋臂電阻rcm的壓降urcm及另一橋臂電阻r5的壓降ur5三者的代數(shù)和：當熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時，熱電動勢將會減小。與此同時，銅電阻rcm的阻值將增大，從而使urcm增大，由此達到了補償?shù)哪康摹Ｗ詣友a償?shù)臈l件應為 5用鎳鉻-鎳硅(k)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40，用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mv，求被測點的溫

20、度。解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出e(40，0)=1.638mv，根據(jù)式(5-2-1)計算出再通過分度表查出其對應的實際溫度為6已知鉑銠10-鉑(s)熱電偶的冷端溫度t025，現(xiàn)測得熱電動勢e(t，t0)11.712mv，求熱端溫度是多少度?解：由鉑銠10-鉑熱電偶分度表查出e(25，0)=0.161mv，根據(jù)式(5-2-1)計算出再通過分度表查出其對應的實際溫度為7已知鎳鉻-鎳硅(k)熱電偶的熱端溫度t800，冷端溫度t025，求e(t，to)是多少毫伏?解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可查得e(800，0)=33.275mv，e(25，0)=1.024 mv，故可得 e(800，5)=33.

21、275-1.024=32.251mv8現(xiàn)用一支鎳鉻-康銅(e)熱電偶測溫。其冷端溫度為30，動圈顯示儀表(機械零位在0)指示值為400，則認為熱端實際溫度為430，對不對?為什么?正確值是多少?解：不對，因為儀表的機械零位在0，正確值為400。9如圖5.14所示之測溫回路，熱電偶的分度號為k，毫伏表的示值應為多少度?答：毫伏表的示值應為(t1-t2-60)。10用鎳鉻-鎳硅(k)熱電偶測量某爐溫的測量系統(tǒng)如圖5.15所示，已知：冷端溫度固定在0，t030，儀表指示溫度為210，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補償導線，相互接錯了，問：爐溫的實際溫度t為多少度?解：實際溫度應為270，因為接反后不但沒

22、有補償?shù)剑€抵消了30，故應該加上60。圖5.14 圖5.15第六章 電壓傳感器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。3一壓電式傳感器的靈敏度k110pcmpa，連接靈敏度k2=0.008vpc的電荷放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度k3=25

23、mmv，當壓力變化p=8mpa時，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少?解：記錄筆在記錄紙上的偏移為 s=100.008258=16/mm4某加速度計的校準振動臺，它能作50hz和1g的振動，今有壓電式加速度計出廠時標出靈敏度k100mvg，由于測試要求需加長導線，因此要重新標定加速度計靈敏度，假定所用的阻抗變換器放大倍數(shù)為1，電壓放大器放大倍數(shù)為100，標定時晶體管毫伏表上指示為9.13v，試畫出標定系統(tǒng)的框圖，并計算加速度計的電壓靈敏度。解：此加速度計的靈敏度為 mv/g標定系統(tǒng)框圖如下：第七章 光電傳感器1光電效應有哪幾種?與之對應的光電元件各有哪些?答：光電效應有外光電效應、內光電效應和光生伏

24、特效應三種?；谕夤怆娦墓怆娫泄怆姽堋⒐怆姳对龉艿龋换趦裙怆娦墓怆娫泄饷綦娮?、光敏晶體管等；基于光生伏特效應的光電元件有光電池等。2常用的半導體光電元件有哪些?它們的電路符號如何?答：常用的半導體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號如下圖所示：3對每種半導體光電元件，畫出一種測量電路。答：光敏二極管、三極管及光電池的測量電路如下圖所示。4什么是光電元件的光譜特性?答：光電元件的光譜特性是指入射光照度一定時，光電元件的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光電元件只對一定波長范圍的人射光敏感，這就是光電元件的光譜特性。5光電傳感器由哪些部分組成?被測量可

25、以影響光電傳感器的哪些部分?答：光電傳感器通常由光源、光學通路和光電元件三部分組成，如圖所示。圖中1是光源發(fā)出的光信號，2是光電器件接受的光信號，被測量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號i。光電傳感器設計靈活，形式多樣，在越來越多的領域內得到廣泛的應用。6模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式?答：模擬式光電傳感器主要有四種。一是光源本身是被測物，它發(fā)出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)，如圖a所示。這種型式的光電傳感器可用于光電比色高溫計和照度計；二是恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光

26、電元件上，吸收量取決于被測物的某些參數(shù)。如圖b所示。可用于測量透明度、混濁度；三是恒定光源發(fā)射的光通量投射到被測物上，由被測物表面反射后再投射到光電元件上，如圖c所示。反射光的強弱取決于被測物表面的性質和狀態(tài)，因此可用于測量工件表面粗糙度、紙張的白度等；四是從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達光電元件的途中受到被測物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置。如圖d所示。這種傳感器可用于工件尺寸測量、振動測量等場合。if we dont do that it will go on and go on. we have to stop it; we need the

27、 courage to do it.his comments came hours after fifa vice-president jeffrey webb - also in london for the fas celebrations - said he wanted to meet ivory coast international toure to discuss his complaint.cska general director roman babaev says the matter has been exaggerated by the ivorian and the

28、british media.blatter, 77, said: it has been decided by the fifa congress that it is a nonsense for racism to be dealt with with fines. you can always find money from somebody to pay them.it is a nonsense to have matches played without spectators because it is against the spirit of football and agai

29、nst the visiting team. it is all nonsense.we can do something better to fight racism and discrimination.this is one of the villains we have today in our game. but it is only with harsh sanctions that racism and discrimination can be washed out of football.the (lack of) air up there watch mcayman isl

30、ands-based webb, the head of fifas anti-racism taskforce, is in london for the football associations 150th anniversary celebrations and will attend citys premier league match at chelsea on sunday.i am going to be at the match tomorrow and i have asked to meet yaya toure, he told bbc sport.for me its

31、 about how he felt and i would like to speak to him first to find out what his experience was.uefa hasopened disciplinary proceedings against cskafor the racist behaviour of their fans duringcitys 2-1 win.michel platini, president of european footballs governing body, has also ordered an immediate i

32、nvestigation into the referees actions.cska said they were surprised and disappointed by toures complaint. in a statement the russian side added: we found no racist insults from fans of cska.baumgartner the disappointing news: mission aborted.the supersonic descent could happen as early as sunda.the

33、 weather plays an important role in this mission. starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. the balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) wher

34、e our day-to-day weather lives. it will climb higher than the tip of mount everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. as he crosses the boundary layer (called the tropopause),e can expect a lot of turbulence.the balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet ( then, i would assume, he will slowly step out onto something resembling an olympic diving platform.below, the earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on,