成都理工大學(xué)傳感器期末考試試題

1、-作者xxxx-日期xxxx成都理工大學(xué)傳感器期末考試試題【精品文檔】成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題1一 填空（每空1分，共20分）傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成， 是能把外界非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件和裝置。絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱應(yīng)變效應(yīng)；半導(dǎo)體或固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。線管式差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時(shí)輸出電壓為零，而實(shí)際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個(gè)不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓；利用差動

2、變壓器測量位移時(shí)如果要求區(qū)別位移方向（或正負(fù)）可采用相敏檢波電路。導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個(gè)與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，這個(gè)電動勢稱為霍爾電勢。外加磁場使半導(dǎo)體（導(dǎo)體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成磁阻效應(yīng)。電介質(zhì)當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r(shí)內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時(shí)電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱逆壓電效應(yīng)。線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應(yīng)；入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)；半導(dǎo)體材料吸收光能后在P

3、N結(jié)上產(chǎn)生電動式的效應(yīng)稱光生伏特效應(yīng)。7、塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉合的電流，利用該原理制作的傳感器稱電渦流傳感器；這種傳感器只能測量金屬物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構(gòu)成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱熱電效應(yīng)；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時(shí)電路中電動勢E =0。二 選擇題（每空1分，共20分）電阻應(yīng)變片 磁敏電阻 霍爾元件 氣敏傳感器 濕敏傳感器光電耦合器 壓電傳感器 電容傳感器 熱敏電阻 CCD電荷耦合器壓阻式傳感器 光纖傳感器 磁電傳感器 光電二極管 差動變壓器熱釋電器件 磁敏晶體管 電渦流

4、傳感器 光電池 超聲波傳感器熱電偶 紅外傳感器 色敏傳感器正確選擇以上傳感器填入以下空內(nèi)：1可以進(jìn)行位移測量的傳感器有光纖傳感器、差動變壓器、電阻傳感器；2可以完成溫度測量的有熱電偶、熱敏電阻；熱釋電；3半導(dǎo)體式傳感器是磁敏、霍爾元件、氣敏傳感器、壓阻傳感器；4光電傳感器有光電耦合器、色敏傳感器、光纖傳感器、光電二極管；5用于磁場測量的傳感器霍爾器件、磁敏晶體管；6進(jìn)行振動（或加速度）測量的傳感器磁電傳感器、壓電傳感器；7利用物體反射進(jìn)行非電量檢測的傳感器超聲波傳感器、紅外傳感器；三 計(jì)算 (每題5分，共10分)1、圖為一直流應(yīng)變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應(yīng)

5、變片其余為外接電阻，R1增量為時(shí)輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。解：2 石英晶體加速計(jì)及電荷放大器測量機(jī)械振動，已知加速度計(jì)靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求機(jī)械的振動加速度(單位g)。解：四 問答題（每題5分，共10分）1壓力傳感器測量砝碼數(shù)據(jù)如下，試解釋這是一種什么誤差，產(chǎn)生這種誤差的原因是什么。N(g) 0 1.0 2 3 4 5解：遲滯誤差；靜態(tài)誤差；

6、傳感器本身材料的缺陷造成。2解釋下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體管與普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉(zhuǎn)換元件，在本質(zhì)上有什么不同？解：磁敏晶體管有放大作用； 普通晶體管無磁靈敏度；3磁敏電阻不能區(qū)別磁極性。五 電路分析（每題5分，共20分）。下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值； 當(dāng)P1P2時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負(fù)）。 解：U0

7、=0 U0=UfM（C1-C2）因?yàn)?C1 C2所以 U0 0 ，輸出負(fù)電壓。圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動器。問：TGS812是什么傳感器？2、5腳是傳感器哪個(gè)部分，有什么作用？分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義?解：氣敏傳感器；利用半導(dǎo)體表面因吸附氣體引起半導(dǎo)體元件電阻值變化，根據(jù)這一特性，從阻值的變化檢測出氣體的種類和濃度加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。圖為光電傳感器電路，GPIS01是光電斷路器。分析電路工作原理：當(dāng)用物體遮擋光路時(shí)晶體三極管VT狀態(tài)是導(dǎo)通還是截止？二極管是一個(gè)什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體

8、管VT狀態(tài)如何？解：截止； 紅外發(fā)射管，起控制作用； 截止。下圖是電阻應(yīng)變儀電路框圖，電橋采用交流供電，應(yīng)變信號為一正弦變化的信號頻率為20Hz，振蕩頻率4KHz。請畫出放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形示意圖。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題2（80分）1在右下圖所示的電橋中，R1=1000，R3=1500，C2=1F時(shí)電橋平衡。電容C4是多少？（5分） 答：根據(jù)平衡條件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F。2作為光波5m紅外線的傳感器材料有哪些？（5分）答：有InSb,Hg0.8Cd0.2Te等材料。3在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，指出輸出電壓的時(shí)間波形。（

9、5分）答：光進(jìn)入受光器輸出電壓為0V，光不進(jìn)入，輸出6V，所以右圖為所示波形。4由光電二極管二維陣列組成面型傳感器進(jìn)行圖像檢測，對圖像的分辨率由光電二極管的個(gè)數(shù)決定，試說明理由。（5分）答：面型傳感器由許多銷的單元構(gòu)成二維平面，其中每一個(gè)小單元都是一個(gè)光電二極管，稱為像素。用面型傳感器測量物體的形狀所得的圖像的分辨率最高只能是一個(gè)像素。如果所測得圖像長為l ，對應(yīng)N個(gè)像素，分辨率為l/N。假設(shè)N為200，則分辨率最高只能使1/200。5高溫加熱的鋼板為紅色，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)變?yōu)榘咨?，試說明原因。（5分）答：與溫度相對應(yīng)，物體放射出具有一定波長分布的光，高溫時(shí)，所有波長的能量增大，波長分布的峰值

10、向短波長方向移動。對應(yīng)于黑體的波長分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000。C的鋼板，波長分布的峰值在近紅外區(qū)域，發(fā)出的光波長在0.6m以上，屬于可視光的紅光區(qū)域，因此看到的光呈現(xiàn)紅色。溫度升高使得波長分布的峰值向短波方向移動。可視光的短波成分增加，可視光所有波長成分混合使鋼板顏色接近白色。6試舉坑內(nèi)甲烷氣體量傳感器的例子。（5分）試舉工廠排水污濁監(jiān)視用傳感器的例子。試舉汽車排氣成分調(diào)整用傳感器的例子。答：接觸燃燒式氣體傳感器。氧氣傳感器。氧氣氣體傳感器。7已知某壓力傳感器的測定范圍為010000Pa，輸入特性表示為y=10(x-0.00007x2+2000)請問這種傳感器能使用嗎？（5分）答：d

11、y/dx=1-0.00014x。微分值在x7143Pa時(shí)為負(fù)，故不能使用。8某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0100ppm時(shí)的輸入特性表示為Rx=x+250(k),用差動法回答以下問題（其中R1=10M,E=2V）: （15分） 利用最簡單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關(guān)系圖。 利用電橋進(jìn)行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時(shí)X，V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng)30。C時(shí)，Rx=x+500(k)，在同一張圖上再加上X，V0的關(guān)系圖，然后進(jìn)行比較。 采用兩個(gè)差動法的傳感器電路繪出20。C，30。C時(shí)X，V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進(jìn)行比較。 答：20。C時(shí)，0100ppm對應(yīng)得電阻變化為

12、250350 k。oV0在48.7867.63mV之間變化。 o如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時(shí)，V0在018.85mV之間變化。30。C時(shí)V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。 o20。C時(shí)，V0為018.85mV，30。C時(shí)V0為017.79mV，如果零點(diǎn)不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。9設(shè)阻抗Rs為1k俄信號源與100V的動力線有50m的并行走線距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。（10分）答：感應(yīng)電壓=2fCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1k, VN=100代

13、入，并保證單位一致，得：感應(yīng)電壓=2*60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V10（1）采用超聲波或光脈沖信號，由從對象反射回來的脈沖的時(shí)間進(jìn)行距離檢測，空氣中的音速為340m/s，軟鋼中縱波的因素為5900 m/s，光的速度為3*108 m/s，求這三種情況下1 ms的往復(fù)時(shí)間對應(yīng)得距離。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，比較采用光脈沖所需要系統(tǒng)得信號處理速度要比采用超聲波脈沖時(shí)的系統(tǒng)速度快幾倍？（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，討論利用脈沖往復(fù)時(shí)間測距，采用超聲波和光波各有什么特點(diǎn)。（10分）答：（1）1 ms的時(shí)間內(nèi)超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m和3.0m，而光的傳播距離為1.

14、5*105 m，故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時(shí)，1m的處理速度只能測量100m以上的距離，不能進(jìn)行近距離測量。如果要求分辨力為1m，則要求10ns的處理速度。所以光脈沖法用于遠(yuǎn)距離分辨率要求不高的場合，而超聲波用于近距離測量。11為了實(shí)現(xiàn)以下目的，試從低通、高通、帶通和帶阻濾波中選擇最合適的一種：（10分） 除去麥克風(fēng)中混入的廣播電波信號； 從天線接收的電視波中僅選擇第三頻道； 除去混入所取出的腦電波信號中的電力線頻率（頻率為50Hz）干擾。 答：（1）因?yàn)橐ジ哳l成分，故選用低通濾波器。（2）要消除第二通道以下和第三通道以上的頻率成分，故選用帶通濾波器。（3）要消除特定成分的

15、頻率成分，故選用帶阻濾波器。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題3一、填空：（20分每題2分）2測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有。線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等3霍爾元件靈敏度的物理意義是。表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢的大小。4光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應(yīng),這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng)，這類元件有光敏電阻；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類元件有

16、光電池、光電儀表。兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成的，其表達(dá)式為Eab（T,To）=。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間，接入延長線它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。7變氣隙式自感法感器，當(dāng)街鐵移動靠近鐵芯時(shí)，鐵芯上的線圈電感量（增加減小不變）8儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差 絕對誤差 引用誤差）來表示的。9. 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（ 變面積型 變極距型 變介電常數(shù)型）外是線性的。10差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時(shí)輸出電壓為零，而實(shí)際上差動變

17、壓器輸出電壓不為零，我們把這個(gè)不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓；利用差動變壓器測量位移時(shí)如果要求區(qū)別位移方向（或正負(fù)）可采用相敏檢波電路。二、用鎳鉻-鎳硅勢電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連接。在某時(shí)刻，從電位差計(jì)測得熱電熱為-1.19mv，此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15，試求該時(shí)刻溫箱的溫度是多少度？（20分）鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測量端溫度0123456789熱電動勢(mv)-20-10-0+0+10+20解：現(xiàn)在設(shè)溫箱的溫度是t 那么E(t 15)=-1.19mv,mv，mv， 查表可知：t=-15三、電路分析（每題10分，共20分）o 下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩

18、盤構(gòu)成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值； 當(dāng)P1P2時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負(fù)）。 解：U0=0 U0=UfM（C1-C2）因?yàn)?C1 C2所以 U0 0 ，輸出負(fù)電壓。o 圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動器。問： TGS812是什么傳感器？ 2、5腳是傳感器哪個(gè)部分，有什么作用？ 分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義? 解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值

19、。四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計(jì)算（5分）1. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50，試計(jì)算出Rt的值和Ra的值（10分）2. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計(jì)算電橋的輸出電壓VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）.答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為r2、r3、Rg的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電

20、橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0C）時(shí)的電阻值。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題4一、填空題：（30分）1、傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。2、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為 金屬 材料和 半導(dǎo)體 材料。它們在受到外力作用時(shí)電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而半導(dǎo)體材料的電阻變化主要是由 壓阻效應(yīng)造成的。半導(dǎo)體材料傳

21、感器的靈敏度較大。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與繞組匝數(shù)成正比，與穿過線圈的磁通成正比，與磁回路中_磁阻_成反比，而單個(gè)空氣隙磁阻的大小可用公式 表示。4、測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為絕對誤差、相對誤差和引用誤差三類，其中 _絕對誤差_可以通過對多次測量結(jié)果求_平均_ 的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。5、光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下材料中電子溢出表面的_現(xiàn)象，即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下材料電阻率發(fā)生改變現(xiàn)象，即內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻傳感器屬于這一

22、類。第三類是利用在光線作用下光勢壘現(xiàn)象，即光生伏特效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管傳感器屬于這一類。6、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成。其表達(dá)式為Eab（T，T = ）。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是把連接導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。二、問答題：（30分）1、什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特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？（10分）答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特

23、性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入-輸出特性。動態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r(shí)域和頻域來研究動態(tài)特性2、簡述霍爾電勢產(chǎn)生的原理。（10分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)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(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏

24、轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。三、分析、計(jì)算題：（40分）1、分析如圖1所示自感傳感器當(dāng)動鐵心左右移動（x1,x2發(fā)生變化時(shí)自感L變化情況。已知空氣所隙的長度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導(dǎo)率為，線圈匝數(shù)W不變）。（10分）解：， 又空氣隙的長度x1和x2各自變而其和不變，其他變量都不變故L不變。2

25、、分析如圖2所示變介質(zhì)平板電容傳感器，電容（C）變化對液位變化（x）的靈敏度。已知長方形極板的長為l，高為h，極板間距離為d，容器內(nèi)下面介質(zhì)的高度為x(x h)，介電常數(shù)為2，容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電常數(shù)為1。（10分）3、設(shè)5次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為：9.810.010.19.910.2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，對被測物體的最小估計(jì)區(qū)間。（10分）解：4、在對量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所示，簡述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？（10分）測量次數(shù)I

26、12345壓力xi（MPa）245810電壓yi（V）答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，（5）為所求。成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題5一、填空：（20分）3.光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應(yīng)，這類器件有光電管、光電倍增管等；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng)，這類器件有光敏電阻等；第三類是利用在光線作下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類器件有光電池、光電儀表。4.壓磁式傳感器的工作原理

27、是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為_壓磁效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器利用霍爾元件在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。6.測量過程中存在著測量誤差。絕對誤差是指測量值與被測量真實(shí)值之間的差值其表達(dá)式為；相對誤差是指絕對誤差與被測量真實(shí)值的比值其表達(dá)式為；引用誤差是指絕對誤差與測量儀表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其表達(dá)式為7.光柵傳感器中莫爾條紋的一個(gè)重要特性是具有位移放大作

28、用。如果兩個(gè)光柵距相等，即W=0.02mm，其夾角=0.1，則莫爾條紋的寬度B=11.43莫爾條紋的放大倍數(shù)K=。輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系來表征。10. 同位素的原子核在沒有外力作用下自動發(fā)生衰變，衰變中釋放出、射線，這種現(xiàn)象稱為核衰變。二、寄生電容與電容傳感器相聯(lián)時(shí)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（15分）解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器

29、在高溫、高濕及高頻激勵(lì)的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如圖4-8所示。圖中L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；C0為傳感器本身的電容；Cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實(shí)用性能的關(guān)鍵之一； Rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；Rs為高濕、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時(shí)電容傳感器的等效靈敏度為 當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時(shí)，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的固有電感（包括電纜電感）有關(guān)，且隨變化而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)

30、頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對測量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。三、在生產(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝。（15分）答：測板厚時(shí)，金屬板材厚度的變化相當(dāng)于線圈與金屬表面間距離的改變，根據(jù)輸出電壓的變化即可知線圈與金屬表面間距離的變化，即板厚的變化。如下圖所示。為克服金屬板移動過程中上下波動及帶材不夠平整的影響，常在板材上下兩側(cè)對稱放置兩個(gè)特性相同的傳感器L1與L2。由圖可知，板厚dD（x1+x2）。工作時(shí)，兩個(gè)傳感器分別測得x1和x2。板厚不變時(shí)，(x1+x2)為常值；板厚改變時(shí)，代表板厚偏差的(x1+x2)所反

31、映的輸出電壓發(fā)生變化。測量不同厚度的板材時(shí)，可通過調(diào)節(jié)距離D來改變板厚設(shè)定值，并使偏差指示為零。這時(shí)，被測板厚即板厚設(shè)定值與偏差指示值的代數(shù)和。四、計(jì)算與問答題(每題10分，共20分)1、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。 畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。 計(jì)算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 說明R3、R4起到什么作用？ 答：應(yīng)變片組成半橋電路； R3、R4可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2石英晶體加速計(jì)及電荷放大器測量機(jī)械振動，已知加速度計(jì)靈敏度為5pc/g，

32、電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求機(jī)械的振動加速度(單位g)。解：五、下圖是一紅外測溫裝置，測量溫度高于1000，紅外探測器是熱釋電元件，利用熱輻射測溫。請回答下列器件各起到什么作用？（10分）o 光學(xué)系統(tǒng)：透鏡聚焦；濾光片波長選擇； o 步進(jìn)電機(jī)與調(diào)制盤將被測紅外輻射調(diào)制為按一定頻率變化的溫度信號； o 溫度傳感器用于電路補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?o 紅外探測器接受檢測被測高溫的傳感器。 成都理工大學(xué)傳感器原理與應(yīng)用試題6（100分）1鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。求鋼材的應(yīng)變。鋼材的應(yīng)變?yōu)?00*10-6

33、時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少?（10分）1答：是R/R=2（l/l）。因?yàn)殡娮枳兓适荝/R=0.001，所以l/l（應(yīng)變）=0.0005=5*10-4。因l/l=300*10-6，所以，R/R=2*300*10-6=6*10-4。2截面積為1mm2、長度為100m銅線的電阻為多少？具有和它相同電阻的100m鋁線的截面積為多大？比較此時(shí)的鋁線重量和銅線重量。（5分）2答：R=(l/S)中，(鎳)是（95104）*10-8m，（銅）是1.72*10-8m，所以R（鎳）/R（銅）=（鎳）/（銅）=（95104）/1.72=55.260.5。3.試推導(dǎo)惠斯頓電橋輸入輸出之間的關(guān)系。（10分）

34、3答：假定輸入輸出端沒有電流流過，流過阻抗Z4和Z1的電流為i4，流過阻抗Z3和Z2的電流為i3，由基爾霍夫電壓定律得以下關(guān)系式：（Z4+Z1）i4= ( Z3+Z2)i3=Vi(1)i4Z4= i3 Z3+Vi(2)由（1）式得（3）（4）將（3）和（4）代入（2）求得V0為：V0 = i4Z4 -i3 Z3=（）Vi=Vi4.給出力平衡測量系統(tǒng)得一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，并給出系統(tǒng)的信號流方框圖。（10分） 5.鉑線電阻在20。C時(shí)為10，求50。C時(shí)的電阻。（5分） 5。答：R=R0（I+t）中，t=20。C，R=10，=30*10-4/。C。因此，10= R0（1+30*10-4*20），R= R0（1+30*10-4*50）得R10.8。6. 下圖1所示的鉑測溫電阻元件，當(dāng)溫度由0。C上升到100。C時(shí)，電阻變化率R/R0為多少?下圖2所示的熱敏電阻（R0=28k），其R/R