中南大學(xué)傳感器原理及應(yīng)用考試試卷含復(fù)習(xí)資料

中南大學(xué)考試試卷2011 -- 2012 學(xué)年1 學(xué)期 時(shí)間100分鐘傳感技術(shù) 課程32學(xué)時(shí)2.5學(xué)分考試形式：開(kāi)卷專(zhuān)業(yè)年級(jí)：自動(dòng)化、電氣、測(cè)控、探控09級(jí)總分100，占總成績(jī)70%注意：請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上，標(biāo)明大、小題號(hào)，填空題要將每個(gè)空的序號(hào)寫(xiě)上。一、填空（35分，每空1分）（（變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)比制成該應(yīng)變片的金屬材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)3。（6，因此，要滿(mǎn)足要求，則前面所說(shuō)的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)有一定的度。轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。高頻反射式電渦流傳感器實(shí)際是由（10）和（11）磁感應(yīng)相互作用，因此，在能夠構(gòu)成電渦流傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合中必須存在材料。非功能型光纖傳感器中的光纖僅僅起傳輸光信息的作用，功能型光纖傳感器是把光纖作為（13）元件。光纖的NA值大表明光纖14。為提高壓電器件的靈敏度，常采用兩個(gè)或多個(gè)壓電片組合，其中串聯(lián)連接方式適用于(16)(17)輸出、測(cè)量(18)信號(hào)的場(chǎng)合。光照使半導(dǎo)體電阻率變化的現(xiàn)象稱(chēng)為(19)效應(yīng)，基于此效應(yīng)的器件除光敏電阻外還有處于(20)(21)量與輸出光電流(電壓)之間的關(guān)系特性。熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)有兩個(gè)條件，一是必須使用(23)材料作熱電極，二是其兩端（24）定熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)是定律?；魻栐枰M(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑蚴且驗(yàn)槠洌?6）系數(shù)和（27）需要構(gòu)造一個(gè)2。決定一階傳感器系統(tǒng)工作頻率范圍的參數(shù)是2。用傳感器測(cè)試400Hz的正弦信號(hào)時(shí)，(31現(xiàn)有霍爾式、電渦流式和光電式三種傳感器，設(shè)計(jì)傳送帶上塑料零件的計(jì)數(shù)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選其中的300~400℃，要求實(shí)現(xiàn)高精度3。12.靈敏度外，還可以（35）非線(xiàn)性，并減小外界因素的影響。二、簡(jiǎn)答題（前三小題必答，每題7分，后五小題任選三題，每題6分，共39）列舉四種計(jì)算傳感器線(xiàn)性度的方法，說(shuō)明各種方法的特點(diǎn)。以差動(dòng)電容傳感器為例，簡(jiǎn)要分析說(shuō)明差動(dòng)結(jié)構(gòu)型傳感器差動(dòng)測(cè)量的原理與獲得的益處。下表為某熱電偶的分度表，測(cè)量電路如圖所示，數(shù)字電壓表的讀數(shù)為4.10mV電壓表用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)連接，請(qǐng)問(wèn)被測(cè)溫度Tx是多少，給出計(jì)算依據(jù)。溫度/℃21140熱電勢(shì)/mV0.801.201.602.023.263.384.104.514.905.305.73壓電傳感器為何不能測(cè)靜態(tài)量？用它來(lái)測(cè)量慢速變化信號(hào)時(shí)，對(duì)傳感器電路有何要求？簡(jiǎn)要說(shuō)明差動(dòng)變壓器中零點(diǎn)殘余電壓的產(chǎn)生原因，并指出減小和消除它的有效措施。7、試說(shuō)明光纖的導(dǎo)光原理。8.霍爾元件為何存在不等位電勢(shì)？請(qǐng)說(shuō)明補(bǔ)償不等位電勢(shì)的方法。FlFlX分析12分：有四片完全相同的金屬應(yīng)變片（0.3和一個(gè)等截面懸臂梁（l=15cmb=2cmh=0.5cmE為：2×107N/c2，要構(gòu)成一個(gè)稱(chēng)重傳感器。問(wèn)（1）懸臂梁橋電路（2）分析說(shuō)明環(huán)境溫度變化時(shí)，這個(gè)方案的測(cè)量結(jié)果是否變化（3）電橋供電電為5V時(shí)，若電橋輸出電壓為 2.25mV，被測(cè)重量為多少?(不計(jì)橫向效應(yīng)影響，應(yīng)變6l x F，l為應(yīng)變片粘貼處到梁的自由端的距離。應(yīng)變片長(zhǎng)度相對(duì)于l)x bh2E x x簡(jiǎn)單方案設(shè)計(jì)（任選二題，每題714）請(qǐng)說(shuō)明選用何種工作原理的傳感元件，給出系統(tǒng)組成簡(jiǎn)略示意圖，說(shuō)明測(cè)量方法及改善測(cè)量精度的措施。設(shè)計(jì)組合傳感器測(cè)量系統(tǒng)方案。畫(huà)出系統(tǒng)組成示意圖、說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。有刀、槍等金屬器械；當(dāng)玻璃窗被砸壞時(shí)能及時(shí)報(bào)警；當(dāng)廚房失火時(shí)能及時(shí)報(bào)警；試：①選擇合適的傳感器進(jìn)行合理的安裝完成以上功能；②說(shuō)明各傳感器如何完成相應(yīng)的功能。2011年《傳感技術(shù)》考試參考答案與評(píng)分要點(diǎn)三、填空（35分，每空1分）（1）（）電阻率變化or（3）4）（5）輸出）（7）（8）相對(duì)濕度（）1）（1）被測(cè)體or導(dǎo)體；（12）（13）（1）集光能力強(qiáng)or允許入射到光纖內(nèi)傳播的光的入射角大；（15）（16）（1）（1）（19）20）反向偏置or反（2）（2）（23）不同or兩種金屬（2）溫度不同（2）中間溫度霍爾系數(shù)or靈敏系數(shù)（2材料電阻28（29時(shí)間常數(shù)3120（310.6-0.8or0.（3）33）3）（3）減小or降低。四、簡(jiǎn)答題（前三題每題7分，后五題選三，每題6分，答出相應(yīng)要點(diǎn)得對(duì)應(yīng)分值）理論/單，短基點(diǎn)的誤差為零，中間誤差偏大；最小二乘法擬合：可用計(jì)算機(jī)求解，在全量程范圍內(nèi)的平均誤差最小，但最大正、負(fù)誤差不相等，誤差也可能偏大；最佳直線(xiàn)法（獨(dú)立線(xiàn)性度：求解相對(duì)復(fù)雜，但最大正、負(fù)誤差相等，偏差?。谐鏊姆N方法得4分，少一種特13分）以變極距式電容傳感器為例：設(shè)傳感器初始電容為C。ddC變化C。所以C'CC C1

1 分）d/d1dd 1/d 2 3 CC

d

d

d

d 分 采用差動(dòng)工作方式時(shí)，初始時(shí)兩電容的參數(shù)全相等，當(dāng)兩極距一增、一減變化時(shí)，取兩電2C

d4

（2分?？梢?jiàn)，差d 1 d d 動(dòng)工作使電容傳感器獲得靈敏度增大一倍、非線(xiàn)性明顯減小的益處分。Tx為110表讀數(shù)得該熱電偶在Tx2020度時(shí)該熱電0.79mVTx04.50mVTx為110（3分，說(shuō)明兩次查表或用修正法計(jì)算得22分）（4分(2分)，使測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)大到能滿(mǎn)足允許誤差要求。分采用補(bǔ)償線(xiàn)路分。0℃是制定的，實(shí)用中若冷端溫度不為0℃會(huì)產(chǎn)生誤差分分。角大于臨界角時(shí)，其折射角大于90度，形成全反射，使得光不會(huì)進(jìn)入包層而只在纖芯內(nèi)（3分內(nèi)的入射進(jìn)入光纖的光才能實(shí)現(xiàn)全反射分。（3分爾元件可等效為一個(gè)四臂電橋（圖省略，給其中與某一霍爾電勢(shì)輸出端相鄰的兩個(gè)橋臂并聯(lián)可調(diào)電阻的方式，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻是電橋平衡，從而消除不等為電勢(shì)（3分）R1FR1FR3lX1）布片分）如右圖所示和R3R4在對(duì)應(yīng)R1R3位值的下表面、接線(xiàn)分）圖所示時(shí)，形成差動(dòng)全橋時(shí)傳感器有最高靈敏度。2）根據(jù)全等臂差動(dòng)電橋的輸出：U R RU i( 1

R

R UK4) i

UR R1 R R1 2inR4R3Uo3o 4 R R R R31 2 3

4 1 2 3 4各應(yīng)變片的熱應(yīng)變相等，在電橋的輸出中相互抵消，不影響電橋輸出，使結(jié)果不變分。3）因

615F

，由UK

529106F2.25103F=25（N）x 20.522107 4 x（只要給出的表達(dá)式正確，未計(jì)算出結(jié)果也可給4分2．簡(jiǎn)單方案設(shè)計(jì)（）選用電渦流或霍爾傳感器3。如圖所示，在待測(cè)轉(zhuǎn)軸上安裝一調(diào)制盤(pán)，齒數(shù)為分。采用電渦流傳感器（若采用霍爾傳感器，則需要在霍爾元件前面或后面安裝一片磁鋼整形后送頻率計(jì)，測(cè)出頻率（2分60f/Z轉(zhuǎn)。放大整形測(cè)頻電路放大整形測(cè)頻電路電渦流探頭1輸出轉(zhuǎn)軸（圖3分）選兩只電渦流傳感器3分距3分，由兩傳感器之間的間距減去兩傳感器與柱面的距離可得被測(cè)體直徑3分。圖1分）略?；蛘撸x兩個(gè)直射式光電傳感器，選用光敏二極管3分確定兩傳感器直射光中心線(xiàn)之間的距離和各自的光通路寬度，同時(shí)使兩光電傳感器的直射光各有一部分被與圓柱體遮擋分。由光敏二極管輸出的光電信號(hào)強(qiáng)度分別得到柱體所遮擋的陰影深度，計(jì)算由兩傳感器之間的中心間距減去兩傳感器光通路寬度的一半，再加上由兩傳感器輸出光電信號(hào)得到的陰影深度，即得到被測(cè)體直徑。圖（1分）略3）①選磁敏或者霍爾傳感器