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遼寧業(yè)大學試題標準答案及評分標準二、簡答題（本大題共6小題，每小題5分，共30分）1、引起零點殘余電壓的原因是什么？如何消除零點殘余電壓？答：產生零點殘余電壓的原因是：傳感器的兩個二次繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱；傳感器磁性材料磁化曲線的非線性；勵磁電壓本身含高次諧波。消除辦法：盡可能保證傳感器的幾何尺寸、繞組線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱；采用適當?shù)臏y量電路，如相敏檢波整流電路。2、什么是正壓電效應？什么是逆壓電效應？什么是縱向壓電效應？什么是橫向壓電效應？ 答：正壓電效應就是對某些電介質沿一定方向施以外力使其變形時，其內部將產生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷聚集的現(xiàn)象。當在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產生機械振動，即壓電片在電極方向上產生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應，也稱為逆壓電效應。沿石英晶體的x軸（電軸）方向受力產生的壓電效應稱為“縱向壓電效應”。沿石英晶體的y軸（機械軸）方向受力產生的壓電效應稱為“橫向壓電效應”。3、什么是霍爾效應？霍爾電動勢與哪些因素有關？如何提高霍爾傳感器的靈敏度？答、當載流導體或半導體處于與電流相垂直的磁場中時，在其兩端將產生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應。答：霍爾電動勢霍爾電動勢與霍爾電場、載流導體或半導體的寬度b、載流導體或半導體的厚度d、電子平均運動速度v、磁場感應強度B、電流I有關?；魻杺鞲衅鞯撵`敏度。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，霍爾元件常制成薄片行。又因為霍爾元件的靈敏度與載流子的濃度成反比，所以可采用自由電子濃度較低時的材料作霍爾元件。4、什么是光電效應和光電器件？光電效應有哪幾大類？每種光電效應對應的常用光電器件都有哪些？答：所謂光電效應，是指物體吸收了具有一定能量的光子后所產生的電效應。根據(jù)光電效應原理工作的光電轉換器件稱為光電器件；光電效應分為內光電效應和外光電效應，外光電效應：是指在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應的光電器件主要有光電管和光電倍增管；內光電效應：是指在光線作用下，物體的導電性能發(fā)生變化或者產生光生電動勢的現(xiàn)象，它可分為光電導效應和光生伏特效應。內光電效應常用的器件有：光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管。5、采用熱電阻測量溫度時，常用的引線方式主要有哪幾種？試述這幾種引線方式各自的特點及適用場合？答：熱電阻常用的引線方式主要有：兩線制、三線制、四線制。兩線制的特點是結構簡單、費用低，但是引線電阻及其變化會帶來附加誤差。主要適用于引線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制的特點是可較好地減小引線電阻的影響，主要適用于大多數(shù)工業(yè)測量場合。四線制的特點是精度高，能完全消除引線電阻的影響，主要適用于實驗室等高精度測量場合。6、分析微波傳感器的主要組成及其各自的功能。答：微波傳感器主要包括：微波發(fā)生器、微波天線及微波檢測器。微波發(fā)生器是產生微波的裝置；微波天線用于將振蕩器產生的微波信號發(fā)射出去的裝置；微波檢測器用于探測微波信號的裝置。四、分析計算題（共4題，共計35分）1、（7分）某溫度傳感器為時間常數(shù)的一階系統(tǒng)，當傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫度最終輸出值的三分之一和二分之一所需的時間。解：傳感器受突變溫度可以看作輸入是階躍函數(shù)，對于一階系統(tǒng)，其階躍輸入響應為，當輸出達到輸入的三分之一時，此時對應的時間同理，當當輸出達到輸入的二分之一時，此時對應的時間2、（6分）某一電容測微儀,傳感器的圓形極板半徑,工作初始間隙,問(1) 工作時,如果傳感器與工件的間隙變化量時,電容變化量是多少?(2) 如果測量電路的靈敏度,讀數(shù)儀表的靈敏度,在時,讀數(shù)儀表的示值變化多少格?解：（1）（2）系統(tǒng)總的靈敏度為：所以讀數(shù)儀表的示值變化為：3、（6分）某霍爾元件尺寸(l, b, d)為1.0cm*0.35cm*0.1cm，沿l方向通以電流I=1.0mA，在垂直lb面加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A*T, 求其輸出霍爾電動勢和載流子濃度。解：霍爾電勢為4、（10分）用兩只K型熱電偶測量兩點溫差，其連線如圖所示，已知，顯示儀表顯示的溫差電勢為15.24mV，（1）試問兩點溫差為多少；（2）后來發(fā)現(xiàn)溫度下的那只熱電偶錯用E型熱電偶，其它都正確，試求兩點實際溫差。（已知K型熱電偶e（420，0）=17.241mV，e（30，0）=1.203 mV，e（49.5，0）=2.001mV，e（40，0）=1.611mV， e（360，0）=14.708mV，e（440，0）=18.088mV；E型熱電偶e（420，0）=30.546 mV，e（30，0）=1.801mV；）解：（1）由測溫原理知：eAB（t1，t0）- eAB（t2，t0）=15.24eAB（t1，0）- eAB（t2，0）=15.24eAB（t2，0）= eAB（t1，0）- 15.24= eAB（420，0）-15.24=17.241-15.24=2.001mV （4分）由e（49.5，0）=2.001mV ，t2=49.5，t=420-49.5=370.5（2）（2）：eABE（t1，t0）- eABK（t2，t0）=15.24eABE（t1，0）-eABE（t0，0）- eABK（t2，0）-eABK（t0，0）=15.24eAB（t2，0）= eABE（t1，0）-eABE（t0，0）+ eABK（t0，0）- 15.24= eABE（420，0）-eABE（30，0）+ eABK（30，0）- 15.24=30.546-1.801+1.203-15.24=14.708 （4分）由e（360，0）=14.708mV ，t2=360，t=420-360=60（2分）5、（6分）試計算的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑值。如果光纖外部介質的，求最大入射角的值。解：四、綜合設計分析題（本大題共15分）在如圖所示的懸梁測力系統(tǒng)中，可能用到的四個相同特性的電阻應變片為，各應變片靈敏系數(shù)，初值為。當試件受力F時，若應變片要承受應變，則其平均應變?yōu)?。測量電路的電源電壓直流3V。（1）若只用一個電阻應變片構成單臂測量電橋，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。（2）若要求用兩個電阻應變片測量，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，請在圖中標出兩個應變片在懸梁上所貼的位置；繪出轉換電橋，標明這兩個應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，請在圖中標出各應變片在懸梁上所貼的位置；繪出轉換電橋，標明各應變片在各橋臂中的位置；并給出此時電橋輸出電壓及電橋非線性誤差的大小。解：解：（1）設用電阻應變片R1作測量電橋的測量臂，其他橋臂電阻初值為。設當R1有變化時，電橋輸出電壓為非線性誤差：（2）應該在懸梁臂的正（或反）面沿梁的向貼測量應變片R1，沿著與梁的軸向垂直的方向貼溫度補償應變片R2，使得測量應變片和溫度補償應變片處于同一溫度場中，如下圖所示。（3）要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的四倍，則應該在懸梁的正反面對于貼上四個相同的應變片，兩個受拉應變，兩個受壓應變，形成全橋差動電橋，如下圖所示。此時，（1）全橋電路如圖所示。所以電橋輸出電壓為初始狀態(tài)（F=0）時，所以；當時，所以，因為所以對上式作近似處理，略去分母中的項及分子中的高次項，則設軸向應變?yōu)椋瑒t徑向應變?yōu)?，由傳感器的結構示意圖可知，當傳感器受力F時，應變片R1和R3產生的應變效應為，而應變片R2和R4的應變?yōu)?。又應力，所以，應變所以?，代入U0計算公式中可得2、工作原理：當傳感器彈性元件受到沿軸向的外力F時，將產生一定形變從而引起粘貼在彈性元件上的四個應變片（兩個沿軸向粘貼，另兩個沿徑向粘貼）