傳感器與自動檢測技術(shù) 試卷及答案 試題一

傳感器與自動檢測技術(shù)仿真試題一

試卷一（閉卷）

（考試時間90分鐘，總分80分）

題號一二三總分

分?jǐn)?shù)

評卷人

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、下列不屬于按傳感器的工作原理進(jìn)行分類的傳感器是（）。

A.應(yīng)變式傳感器B.化學(xué)型傳感器

C.壓電式傳感器D.熱電式傳感器

2、傳感器的下列指標(biāo)全部屬于靜態(tài)特性的是（）

A.線性度、靈敏度、阻尼系數(shù)

B,幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差

C.遲滯、重復(fù)性、漂移

D.精度、時間常數(shù)、重復(fù)性

3、測量者在處理誤差時，下列哪一種做法是無法實現(xiàn)的（）

A.消除隨機(jī)誤差B.減小或消除系統(tǒng)誤差

C.修正系統(tǒng)誤差D.剔除粗大誤差

4、電感式傳感器采用變壓器式交流電橋測量電路時，下列說法不正確的是

（）o

A.銜鐵上、下移動時，輸出電壓相位相反

B.銜鐵上、下移動時，輸出電壓隨銜鐵的位移而變化

C.根據(jù)輸出的指示可以判斷位移的方向

D.當(dāng)銜鐵位于中間位置時，電橋處于平衡狀態(tài)

5、關(guān)于壓電式傳感器中壓電元件的連接，以下說法正確的是（）

A.與單片相比，并聯(lián)時電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓不

變

B.與單片相比，串聯(lián)時電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓增

大1倍

C.與單片相比，并聯(lián)時電荷量不變、電容量減半、輸出電壓增大1倍

D.與單片相比，串聯(lián)時電荷量不變、電容量減半、輸出電壓不變

6、在紅外技術(shù)中，一般將紅外輻射分為四個區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、

遠(yuǎn)紅外區(qū)和（）o這里所說的“遠(yuǎn)近”是相對紅外輻射在電磁波譜中

與可見光的距離而言。

A.微波區(qū)B.微紅外區(qū)C.X射線區(qū)D.極遠(yuǎn)紅外區(qū)

7、下列關(guān)于微波傳感器的說法中錯誤的是（）

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

8、若已知超聲波傳感器垂直安裝在被測介質(zhì)底部，超聲波在被測介質(zhì)中的

傳播速度為1480m/s,測量時間間隔為200us,則物位高度為（）

A.296mmB.148mm

C.74mmD.條件不足，無法求出

9、現(xiàn)有一個采用4位循環(huán)碼碼盤的光電式編碼器，碼盤的起始位置對應(yīng)的

編碼是0011,終止位置對應(yīng)的編碼是0101,則該碼盤轉(zhuǎn)動的角度可能會

是（）

A.45°B.60°C.90°D.120°

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

與氧氣接觸后（）

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？傳感器的共性是什么？

2、試推導(dǎo)差動變隙式電感傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。

3、結(jié)合下圖說明霍爾式微位移傳感器是如何實現(xiàn)微位移測量的?

4、光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？對光纖及入射光的入射角有什么要求？

5、簡述計量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理。

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、也與專業(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、銅電阻的電阻值R與溫度f之間的關(guān)系為&=在不同溫度

下，測得銅電阻的電阻值如下表所示。請用最小二乘法求0C時的銅電阻

的電阻值用和銅電阻的電阻溫度系數(shù)。。

^/℃

20.030.040.050.0

齒/c

76.580.082.585.0

2、試計算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復(fù)性誤差（一組測試數(shù)據(jù)如下表

示）。

輸出電壓(mV)

行程輸入壓力

(1)(2)(3)

(X105Pa)

2.0190.9191.1191.3

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.05773577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

3、電阻應(yīng)變片阻值為120。，靈敏系數(shù)K=2,沿縱向粘貼于直徑為

0.05機(jī)的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量七=2x10"http://加2,〃=0.3,

(1)求鋼柱受9.8X1()4N拉力作用時應(yīng)變片電阻的變化量△/?和相對變

AR

化量——;(2)又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問受同樣拉力作用時應(yīng)

R

變片電阻的相對變化量為多少？

4、己知分度號為S的熱電偶冷端溫度為to=2O℃,現(xiàn)測得熱電勢為

11.710mV,求被測溫度為多少度?(E(20,0)=0.113mv)

工作端0204060708090

溫度(℃)熱電動勢(mv)

110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827

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）

如圖為二極管環(huán)形檢波測量電路。G和為差動式電容傳感器，C?為

濾波電容，RL為負(fù)載電阻，R。為限流電阻，U尸為正弦波信號源。設(shè)&很

C

大，并且c3?G，C3?2。

（D試分析此電路工作原理；

⑵畫出輸出端電壓在G=。2、G>g、G<02三種情況下波

形；

（3）推導(dǎo)uAB=/（G,C2）的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

B

傳感器與自動檢測技術(shù)仿真試題一參考答案

可看一

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、B2、C3、A4、C5、A

6、D7、A8、B9、C10、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？傳感器的共性是什么？

答：傳感器是能夠感受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。傳感器是實現(xiàn)傳感功能的基本部件。

傳感器的共性就是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非

電量（如位移、速度、加速度、力等）轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、電容、電

阻等等

2、試推導(dǎo)差動變隙式電感傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。

答：設(shè)兩差動線圈初始?xì)庀逗穸染鶠槠?，初始電感均為品，?/p>

o=^r

當(dāng)銜鐵向上移動AS時，則

吸入

L]—LJQ+=L?——A/。=

2(2—A5)2（2+岫

AL=AL14-AL2=L,—L2

叫4嗎4i

-----------------------------------------------=ALc-------------------------

20。-AS)2(50+Ab)。品「(△外2

品

A5?

當(dāng)Ab?5o時，\L?2L—

0&)

，靈敏度為：K

由此可見，與單極式相比，其靈敏度提高了一倍（單極式為

K_刈_L。

A------------------Jo

\S4

3、結(jié)合下圖說明霍爾式微位移傳感器是如何實現(xiàn)微位移測量的？

答：霍爾元件處于中間位置時，同時受到大小相等、方向相反的磁通作用，

磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電勢用=0,位移AZ=0。若霍爾

元件沿Z向移動，在兩磁鐵中產(chǎn)生相對位移，霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度

BwO,UH=K“IB=K。。,其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間

相對位置的變化量。

所以，霍爾電勢為與位移量AZ成線性關(guān)系，且霍爾電勢的極性反映

了霍爾片的移動方向（位移方向）。磁場變化率越大，靈敏度越高，可測1

2mm的小位移，動態(tài)范圍達(dá)5mmo

4、光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？對光纖及入射光的入射角有什么要求？

答：光在同一種介質(zhì)中是直線傳播的，當(dāng)光線以不同的角度入射到光纖端面

時，在端面發(fā)生折射進(jìn)入光纖后，又入射到折射率較大的光密介質(zhì)（纖芯）

與折射率較小的光疏介質(zhì)（包層）的交界面，光線在該處有一部分投射到光

疏介質(zhì)，一部分反射回光客介質(zhì)。

對光纖的要求是包層和纖芯的折射率不同，且纖芯的折射率大于包層的

折射率。對入射角的要求是入射角小于臨界角。

5、簡述計量光柵的結(jié)構(gòu)和基本原理。

答：計量光柵傳感器的結(jié)構(gòu)包括兩個部分：光電轉(zhuǎn)換裝置和光柵數(shù)顯表，其

中前者又包括以下四個部分：①主光柵（又稱標(biāo)尺光柵），均勻地刻劃有透光

和不透光的線條；②指示光柵，刻有與主光柵同樣刻線密度的條紋；③光路

系統(tǒng)，包括光源和透鏡；④光電元件。計量光柵主要利用了莫爾條紋現(xiàn)象。

主光柵與指示光柵的柵線疊合在一起，中間保持很小的夾角6,在大致垂直

于柵線的方向上會出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。光柵測量原理就是

以移動的莫爾條紋的數(shù)量來確定位移量，其分辨率為光柵柵距。

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、也先專業(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、銅電阻的電阻值R與溫度f之間的關(guān)系為N=R（l+a-r）,在不同溫度下,

測得銅電阻的電阻值如下表所示。請用最小二乘法求0℃時的銅電阻的電阻

值《和銅電阻的電阻溫度系數(shù)a。

/,/℃

20.030.040.050.0

76.580.082.585.0

解：誤差方程2-為（1+。力）=9i=1,2,3,4

令為=為，七a用

-120.0-765

130.080.0

系數(shù)矩陣4=,直接測得值矩陣乙=

140.082.5

150.085.0

四

被測量估計矩陣x=

x2

由最小二乘法：A成二A2,則

120.0

1111130.04140

20.030.040.050.0140.01405400

150.0

76.5

111180.0324

ArL=

20.030.040.050.082.511480

85.0

?"A4|=2000H0

A215400-140

.?.(AA)

4222000-1404

,,5400-1401324-71.2

：.X=\AA\-'AL=如48Q

2000-14040.28

/.?Q=X]=71.2(Q)

。=028=3.93x10-3(/℃)

為71.2

2、試計算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復(fù)性誤差（一組測試數(shù)據(jù)如下表示）。

輸出電壓(mV)

行程輸入壓力

(1)(2)(3)

(X105Pa)

2.0190.9191.1191.3

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.0577.3577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

解：①遲滯誤差：

???遲滯誤差7〃=±^!■竺皿X100%

2YFS

A第一次測量：由所給數(shù)據(jù)可得△"nuix=L5，=964.4,

=±l^jnaxx100%=±--^-X1OO%=±0.08%

2y收2964.4

B第二次測量：由所給數(shù)據(jù)可得△”max=L3，y附=965.1,

Amax

=±1X100%=±-^-x100%=±0.07%

2力2965.1

C第三次測量：由所給數(shù)據(jù)可得A"max=L8，?s=965.7,

A=±-—x100%=±1-!^-x100%=±0.09%

H32yF52965.7

②重復(fù)性誤差：

由所給數(shù)據(jù)可得，

正行程：A/?lmax=1.3,反行程：△凡mx=L3

J△Rmux=gX(4R"ax，AR2max)=L3

又yps=965.7

?,?重復(fù)性誤差

yR=100%=±-^-x100%=±0.13%

加965.7

3、電阻應(yīng)變片阻值為120Q,靈敏系數(shù)K=2,沿縱向粘貼于直徑為0.05加

的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E=2xlO"N//2,〃=0.3,(1)求鋼

AD

柱受9.8xl()4N拉力作用時應(yīng)變片電阻的變化量△/?和相對變化量空；

R

(2)又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問受同樣拉力作用時應(yīng)變片電阻的相

對變化量為多少？

解:⑴)罕二s且Q噎

△R〃F2x9.8x104

/.——=K——=------------------------=0.05%

.kE3.14X(竿)x2xl0"

\R=0.05%&=120x0.05%=0.06(Q)

A/?v

(2)--==-LI￡X=-0.3x0.05%=-0.015%

Rv-'

4、已知分度號為S的熱電但冷端溫度為to=20℃,現(xiàn)測得熱電勢為11.710mV,

求被測溫度為多少度？(E(20,0)=0.113mv)

工作端0204060708090

溫度(℃)熱電動勢(mv)

110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827

解：E(t,to)=11.710

E(t,0℃)=E(t,to)+E(to,0*C)

11.710=E(L,0℃)-E(20℃,0)=E(l,0℃)-0.113

所以E(t,0℃)=U.823mV

查表：E(1180℃,0℃)=11.707mV,E(1190℃,0℃)=ll.827mV

EM-EL11.823-11.707

所以1乂=1+x