傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題與答案.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考第1章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)思考題答案l.檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成? 說明各部分的作用。答：一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)或檢測(cè)裝置通常是由傳感器、測(cè)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(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。當(dāng)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(cè)系統(tǒng)的組成框圖。檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是檢測(cè)系統(tǒng)與被測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測(cè)系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測(cè)系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往往是由傳感器的性能確定的，因?yàn)闄z測(cè)系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測(cè)信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。測(cè)量電路的作用是將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電壓或電流信號(hào)。通常傳感器輸出信號(hào)是微弱的，就需要由測(cè)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(cè)量電路還能進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、線性化補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)處理工作。顯示記錄裝置是檢測(cè)人員和檢測(cè)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(cè)量的大小或變化的過程。2.傳感器的型號(hào)有幾部分組成，各部分有何意義?依次為主稱（傳感器） 被測(cè)量轉(zhuǎn)換原理序號(hào)主稱傳感器，代號(hào)C；被測(cè)量用一個(gè)或兩個(gè)漢語拼音的第一個(gè)大寫字母標(biāo)記。見附錄表2；轉(zhuǎn)換原理用一個(gè)或兩個(gè)漢語拼音的第一個(gè)大寫字母標(biāo)記。見附錄表3；序號(hào)用一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。若產(chǎn)品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動(dòng)或變動(dòng)時(shí)，其序號(hào)可在原序號(hào)后面順序地加注大寫字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。例：應(yīng)變式位移傳感器： C WY-YB-20；光纖壓力傳感器：C Y-GQ-2。3.測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載變化的情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用何種測(cè)量方法? 如何進(jìn)行?答：測(cè)定穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載電阻變化的情況時(shí)，最好采用微差式測(cè)量。此時(shí)輸出電壓認(rèn)可表示為U0，U0=U+U，其中U是負(fù)載電阻變化所引起的輸出電壓變化量，相對(duì)U來講為一小量。如果采用偏差法測(cè)量，儀表必須有較大量程以滿足U0的要求，因此對(duì)U，這個(gè)小量造成的U0的變化就很難測(cè)準(zhǔn)。測(cè)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(jì)，Rr和E分別表示穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)，凡表示穩(wěn)壓電源的負(fù)載，E1、R1和Rw表示電位差計(jì)的參數(shù)。在測(cè)量前調(diào)整R1使電位差計(jì)工作電流I1為標(biāo)準(zhǔn)值。然后，使穩(wěn)壓電源負(fù)載電阻R1為額定值。調(diào)整RP的活動(dòng)觸點(diǎn)，使毫伏表指示為零，這相當(dāng)于事先用零位式測(cè)量出額定輸出電壓U。正式測(cè)量開始后，只需增加或減小負(fù)載電阻RL的值，負(fù)載變動(dòng)所引起的穩(wěn)壓電源輸出電壓U0的微小波動(dòng)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(fù)載下的值都可以準(zhǔn)確地測(cè)量出來。微差式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，特別適合于在線控制參數(shù)的測(cè)量。 用微差式測(cè)量方法測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載的變化4.某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由4.5mm變到5.0mm時(shí)，位移測(cè)量?jī)x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(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)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(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度； (2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。 解：（1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度為 cm/（2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為6.有三臺(tái)測(cè)溫儀表，量程均為0800，精度等級(jí)分別為2.5級(jí)、2.0級(jí)和1.5級(jí)，現(xiàn)要測(cè)量500的溫度，要求相對(duì)誤差不超過2.5，選那臺(tái)儀表合理?解：2.5級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為20，測(cè)量500時(shí)的相對(duì)誤差為4；2.0級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為16，測(cè)量500時(shí)的相對(duì)誤差為3.2；1.5級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為12，測(cè)量500時(shí)的相對(duì)誤差為2.4。因此，應(yīng)該選用1.5級(jí)的測(cè)溫儀器。7.什么是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)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(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)保持不變，或按照一定的規(guī)律變化的誤差。隨機(jī)誤差則是指在相同條件下，多次測(cè)量同一量時(shí)，其誤差的大小和符號(hào)以不可預(yù)見的方式變化的誤差。正確度是指測(cè)量結(jié)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(cè)量結(jié)果的分散程度，它反映了隨機(jī)誤差的大小。8.服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差有哪些特性? 答：服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差的特性有：對(duì)稱性 隨機(jī)誤差可正可負(fù)，但絕對(duì)值相等的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等。也就是說f()- 曲線對(duì)稱于縱軸。有界性 在一定測(cè)量條件下，隨機(jī)誤差的絕對(duì)值不會(huì)超過一定的范圍，即絕對(duì)值很大的隨機(jī)誤差幾乎不出現(xiàn)。抵償性 在相同條件下，當(dāng)測(cè)量次數(shù)n時(shí)，全體隨機(jī)誤差的代數(shù)和等于零，即。單峰性 絕對(duì)值小的隨機(jī)誤差比絕對(duì)值大的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，即前者比后者的概率密度大，在=0處隨機(jī)誤差概率密度有最大值。 9.等精度測(cè)量某電阻10次，得到的測(cè)量列如下： R1167.95 R2167.45 R3167.60 R4167.60 R5167.87 R6167.88 R7168.00 R8167.850 R9167.82 R10167.61(1)求10次測(cè)量的算術(shù)平均值，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s。(2)若置信概率取99.7，寫出被測(cè)電阻的真值和極限值。解：(1)求10次測(cè)量的算術(shù)平均值，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s。(2)若置信概率取99.7，被測(cè)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(guān)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(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時(shí)，稱為等臂電橋；當(dāng)R1=R2=R,R3=R4=R(RR)時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋；當(dāng)R1=R4=R，R2=R3 =R(RR)時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋。直流電橋電路 當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無窮大，這時(shí)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(dá)式為 (1)設(shè)電橋?yàn)閱伪酃ぷ鳡顟B(tài)，即R1為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)R1感受被測(cè)量產(chǎn)生電阻增量R1時(shí)，由初始平衡條件R1R3=R2R4得，代入式（1），則電橋由于R1產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為 (2)對(duì)于輸出對(duì)稱電橋，此時(shí)R1=R2=R,R3=R4=R，當(dāng)R1臂的電阻產(chǎn)生變化R1=R，根據(jù)（2）可得到輸出電壓為 (3)對(duì)于電源對(duì)稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R。當(dāng)R1臂產(chǎn)生電阻增量R1=R時(shí)，由式（2）得 (4)對(duì)于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R，當(dāng)R1的電阻增量R1=R時(shí)，由式（2）可得輸出電壓為 (5)由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng)RR時(shí)，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對(duì)稱電橋的輸出電壓要比電源對(duì)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(duì)稱電橋。在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè)被測(cè)信號(hào)接成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)稱的全橋工作形式，R1=R+R,R2=R-R,R3=R+R,R4=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(dòng)作用，它的輸出電壓為單臂工作時(shí)的4倍，所以大大提高了測(cè)量的靈敏度。第2章 電阻式傳感器思考題答案1.金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同?答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。2.直流測(cè)量電橋和交流測(cè)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(cè)量時(shí)采用何種測(cè)量電路?為什么要采用這種測(cè)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(cè)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(dǎo)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(gè)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(cè)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(yīng)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(fù)載電阻無窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1 000時(shí)，試求單臂、雙臂和全橋工作時(shí)的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：?jiǎn)伪蹠r(shí)，所以應(yīng)變?yōu)?時(shí)/V，應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為/V；雙臂時(shí)，所以應(yīng)變?yōu)?時(shí)/V，應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為/V；全橋時(shí)，所以應(yīng)變?yōu)?時(shí)/V，應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為/V。從上面的計(jì)算可知：?jiǎn)伪蹠r(shí)靈敏度最低，雙臂時(shí)為其兩倍，全橋時(shí)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(yīng)變片與阻值R=120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，若要使輸出電壓大于10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為n，故可得：mV得n要小于2，故應(yīng)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(dòng)勢(shì)E=3V，R3=R4=100，R1和R2為同型號(hào)的電阻應(yīng)變片，其電阻均為50，靈敏度系數(shù)K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強(qiáng)度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強(qiáng)度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)? 000，試求此時(shí)電橋輸出端電壓U0。題6圖解：此電橋?yàn)檩敵鰧?duì)稱電橋，故/mV7.光敏電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的？答：光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時(shí)阻值非常大，相當(dāng)于斷路，有光照時(shí)阻值變得很小，相當(dāng)于通路。在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。第3章 電容式傳感器思考題答案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(yīng)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(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)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）/d=C0-bx/d （1）電容因位移而產(chǎn)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(cè)對(duì)象相連的活動(dòng)極板。當(dāng)活動(dòng)極板因被測(cè)參數(shù)的改變而引起移動(dòng)時(shí)，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(shè)極板面積為A，其靜態(tài)電容量為，當(dāng)活動(dòng)極板移動(dòng)x后，其電容量為 (1)當(dāng)xd時(shí) 則 (2)由式（1）可以看出電容量C與x不是線性關(guān)系，只有當(dāng) x t0)。在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能，向冷端移動(dòng)，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負(fù)電荷。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動(dòng)，最后也達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。3簡(jiǎn)述熱電偶的幾個(gè)重要定律，并分別說明它們的實(shí)用價(jià)值。答：一是勻質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料相同，無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢(shì)為零。根據(jù)這個(gè)定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)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(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)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(jìn)行溫度測(cè)量。三是標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就已知。只要測(cè)得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可直接計(jì)算出來。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。4試述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)膸追N主要方法和補(bǔ)償原理。答：熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕校阂皇抢涠撕銣胤ā＿@種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場(chǎng)合，有0恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補(bǔ)償導(dǎo)線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場(chǎng)所(如儀表室)，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長(zhǎng)。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個(gè)接點(diǎn)溫度一致，是不會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)輸出的；三是計(jì)算修正法。修正公式為：；四是電橋補(bǔ)償法。利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端波動(dòng)引起的熱電動(dòng)勢(shì)的變化，工作原理如下圖所示。圖中，e為熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，U為回路的輸出電壓?；芈分写恿艘粋€(gè)補(bǔ)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。在橋路設(shè)計(jì)時(shí)，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(rèn)為其具有恒流特性。線路設(shè)計(jì)使得I1=I2=I/2=0.5mA?；芈份敵鲭妷篣為熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)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(dāng)熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)將會(huì)減小。與此同時(shí)，銅電阻RCM的阻值將增大，從而使URCM增大，由此達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?。自?dòng)補(bǔ)償?shù)臈l件應(yīng)為 5用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測(cè)量溫度，已知冷端溫度為40，用高精度毫伏表測(cè)得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為29.188mV，求被測(cè)點(diǎn)的溫度。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(jì)算出再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為6已知鉑銠10-鉑(S)熱電偶的冷端溫度t025，現(xiàn)測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)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(jì)算出再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)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)=33.275-1.024=32.251mV8現(xiàn)用一支鎳鉻-康銅(E)熱電偶測(cè)溫。其冷端溫度為30，動(dòng)圈顯示儀表(機(jī)械零位在0)指示值為400，則認(rèn)為熱端實(shí)際溫度為430，對(duì)不對(duì)?為什么?正確值是多少?解：不對(duì)，因?yàn)閮x表的機(jī)械零位在0，正確值為400。9如圖5.14所示之測(cè)溫回路，熱電偶的分度號(hào)為K，毫伏表的示值應(yīng)為多少度?答：毫伏表的示值應(yīng)為(t1-t2-60)。10用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測(cè)量某爐溫的測(cè)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(bǔ)償導(dǎo)線，相互接錯(cuò)了，問：爐溫的實(shí)際溫度t為多少度?解：實(shí)際溫度應(yīng)為270，因?yàn)榻臃春蟛坏珱]有補(bǔ)償?shù)?，還抵消了30，故應(yīng)該加上60。圖5.14 圖5.15第6章 壓電傳感器習(xí)題答案1為什么說壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量?答：因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y(cè)量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測(cè)量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。2壓電式傳感器測(cè)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(cè)量電路的作用是將壓電晶體產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，其核心是要解決微弱信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強(qiáng)的輸出信號(hào)。 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=25mmV，當(dāng)壓力變化p=8MPa時(shí)，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(jì)的校準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)，它能作50Hz和1g的振動(dòng)，今有壓電式加速度計(jì)出廠時(shí)標(biāo)出靈敏度K100mVg，由于測(cè)試要求需加長(zhǎng)導(dǎo)線，因此要重新標(biāo)定加速度計(jì)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(biāo)定時(shí)晶體管毫伏表上指示為9.13V，試畫出標(biāo)定系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算加速度計(jì)的電壓靈敏度。解：此加速度計(jì)的靈敏度為 mV/g標(biāo)定系統(tǒng)框圖如下：第7章 光電式傳感器1光電效應(yīng)有哪幾種?與之對(duì)應(yīng)的光電元件各有哪些?答：光電效應(yīng)有外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種?；谕夤怆娦?yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等；基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。2常用的半導(dǎo)體光電元件有哪些?它們的電路符號(hào)如何?答：常用的半導(dǎo)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(hào)如下圖所示：3對(duì)每種半導(dǎo)體光電元件，畫出一種測(cè)量電路。答：光敏二極管、三極管及光電池的測(cè)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(shí)，光電元件的相對(duì)靈敏度隨光波波長(zhǎng)的變化而變化，一種光電元件只對(duì)一定波長(zhǎng)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(cè)量可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(xué)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(hào)，2是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào)I。光電傳感器設(shè)計(jì)靈活，形式多樣，在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)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(cè)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(jì)和照度計(jì)；二是恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測(cè)物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測(cè)物的某些參數(shù)。如圖b所示?？捎糜跍y(cè)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(cè)物上，由被測(cè)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(qiáng)弱取決于被測(cè)物表面的性質(zhì)和狀態(tài)，因此可用于測(cè)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(dá)光電元件的途中受到被測(cè)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(cè)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(cè)量、振動(dòng)測(cè)量等場(chǎng)合。第8章 霍爾傳感器習(xí)題答案1. 什么是霍爾效應(yīng)？答：在置于磁場(chǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，是由科學(xué)家愛德文霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電壓。2. 為什么導(dǎo)體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？答：因?yàn)閷?dǎo)體材料的雖然很大，但很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的雖然很大，但很小，故也不宜做成元件。3. 為什么霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料？答：因?yàn)樵贜型半導(dǎo)體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且np，所以霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料。4. 霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關(guān)系？答：霍爾靈敏度與霍爾元件厚度成反比，。5. 什么是霍爾元件的溫度特性？如何進(jìn)行補(bǔ)償？答：霍爾元件的溫度特性是指元件的內(nèi)阻及輸出與溫度之間的關(guān)系。與一般半導(dǎo)體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的內(nèi)阻、輸出電壓等參數(shù)也將隨溫度而變化?；魻栐囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕欣幂斎牖芈返拇?lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償和利用輸出回路的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償兩種。1）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。下圖是輸入補(bǔ)償?shù)幕揪€路，圖中的四端元件是霍爾元件的符號(hào)。兩個(gè)輸入端串聯(lián)補(bǔ)償電阻R并接恒電源，輸出端開路。根據(jù)溫度特性，元件霍爾系數(shù)和輸入內(nèi)阻與溫度之間的關(guān)系式為RHt=RH0(1+t) Rit=Ri0(1+t)式中，RHt為溫度為時(shí)霍爾系數(shù)；RH0為0時(shí)的霍爾系數(shù)；Rit為溫度為時(shí)的輸入電阻；Ri0為0時(shí)的輸入電阻；為霍爾電壓的溫度系數(shù), 為輸入電阻的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化t時(shí)，其增量為: RH=RH0t Ri=Ri0t根據(jù)及I=E/(R+Ri)，可得出霍爾電壓隨溫度變化的關(guān)系式為對(duì)上式求溫度的導(dǎo)數(shù)，可得增量表達(dá)式 (1)要使溫度變化時(shí)霍爾電壓不變，必須使 即 (2)式(1)中的第一項(xiàng)表示因溫度升高霍爾系數(shù)引起霍爾電壓的增量，第二項(xiàng)表示輸入電阻因溫度升高引起霍爾電壓減小的量。很明顯，只有當(dāng)?shù)谝豁?xiàng)時(shí)，才能用串聯(lián)電阻的方法減小第二項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)償。將元件的、值代入式(2)，根據(jù)Ri0的值就可確定串聯(lián)電阻R的值。 (2) 利用輸出回路的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。上圖為補(bǔ)償原理電路圖，霍爾元件的輸入采用恒流源，使控制電流穩(wěn)定不變。這樣，可以不考慮輸入回路的溫度影響。輸出回路的輸出電阻及霍爾電壓與溫度之間的關(guān)系為UHt=UH0(1+t) Rvt=Rv0(1+t)式中，UHt為溫度為t時(shí)的霍爾電壓；UH0為0時(shí)的霍爾電壓；Rvt為溫度為t時(shí)的輸出電阻；Rv0為時(shí)的輸出電阻。負(fù)載RL上的電壓UL為 UL=UH0(1+t) RL/Rv0(1+t)+RL (3)為使UL不隨溫度變化，可對(duì)式(3)求導(dǎo)數(shù)并使其等于零，可得 RL/Rv0/.1/ (4)最后，將實(shí)際使用的霍爾元件的、值代入，便可得出溫度補(bǔ)償時(shí)的RL值。當(dāng)RL= Rv0時(shí)，補(bǔ)償最好。6. 集成霍爾傳感器有什么特點(diǎn)？答：集成霍爾傳感器的特點(diǎn)主要是取消了傳感器和測(cè)量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。7. 寫出你認(rèn)為可以用霍爾傳感器來檢測(cè)的物理量。答：可以用霍爾傳感器來檢測(cè)的物理量有力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、轉(zhuǎn)速、磁場(chǎng)量等等。8. 設(shè)計(jì)一個(gè)采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)。答：液位控制系統(tǒng)原理如圖所示，霍爾元件固定不動(dòng)，磁鐵與探測(cè)桿固定在一起，連接到裝液體的容器旁邊，通過管道與內(nèi)部連接。當(dāng)液位達(dá)到控制位置時(shí)霍爾元件輸出控制信號(hào)，通過處理電路和電磁閥來控制液壓閥門的開啟和關(guān)閉，如液位低于控制位置時(shí)開啟閥門，超過控制位置時(shí)則關(guān)閉閥門。 全國(guó)2001年10月自學(xué)考試傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷課程代碼：02202第一部分 選擇題（共24分）一、單項(xiàng)選擇題（本大題共12小題，每小題2分，共24分）在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。錯(cuò)選、多選和未選均無分。1下列被測(cè)物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測(cè)量的是（ ） A壓力 B力矩 C溫度 D厚度2屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的是（ ） A重復(fù)性 B線性度 C靈敏度 D固有頻率3按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（ ） A光電式傳感器 B電容式傳感器 C壓電式傳感器 D磁電式傳感器4測(cè)量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（ ） A變極板面積型 B變極距型 C變介質(zhì)型 D容柵型5利用相鄰雙臂橋檢測(cè)的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。?） A兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片 B兩個(gè)橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個(gè)工作應(yīng)變片串聯(lián) C兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片 D兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片6影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（ ） A電纜的安裝與固定方式 B電纜的長(zhǎng)度 C前置放大器的輸出阻抗 D前置放大器的輸入阻抗7固體半導(dǎo)體攝像元件CCD是一種（ ） APN結(jié)光電二極管電路 BPNP型晶體管集成電路 CMOS型晶體管開關(guān)集成電路 DNPN型晶體管集成電路8將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器或電源開關(guān)兩端所構(gòu)成的RC吸收電路，其作用是（ ） A抑制共模噪聲 B抑制差模噪聲 C克服串?dāng)_ D消除電火花干擾9在采用限定最大偏差法進(jìn)行數(shù)字濾波時(shí)，若限定偏差Y0.01，本次采樣值為0.315，上次采樣值為0.301，則本次采樣值Yn應(yīng)選為（ ） A0.301 B0.303 C0.308 D0.31510若模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)為10，最大輸入信號(hào)為2.5V，則該轉(zhuǎn)換器能分辨出的最小輸入電壓信號(hào)為（ ） A1.22mV B2.44mV C3.66mV D4.88mV11周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)必為（ ） A周期偶函數(shù) B非周期偶函數(shù) C周期奇函數(shù) D非周期奇函數(shù)12已知函數(shù)x(t)的傅里葉變換為X（f），則函數(shù)y(t)=2x(3t)的傅里葉變換為（ ） A2X() BX() CX(f) D2X(f)第二部分 非選擇題（共76分）二、填空題（本大題共12小題，每小題1分，共12分）不寫解答過程，將正確的答案寫在每小題的空格內(nèi)。錯(cuò)填或不填均無分。13對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài) 的主要目的是檢測(cè)傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。14傳感器的過載能力是指?jìng)鞲衅髟诓恢乱鹨?guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過 的能力。15傳感檢測(cè)系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式，向 方向發(fā)展。16已知某傳感器的靈敏度為K0，且靈敏度變化量為K0，則該傳感器的靈敏度誤差計(jì)算公式為rs= 。17為了測(cè)得比柵距W更小的位移量，光柵傳感器要采用 技術(shù)。18在用帶孔圓盤所做的光電扭矩測(cè)量?jī)x中，利用孔的透光面積表示扭矩大小，透光面積減小，則表明扭矩 。19電容式壓力傳感器是變 型的。20一個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為180，半導(dǎo)體材料的彈性模量為1.8105Mpa,其中壓阻系數(shù)L為 Pa-1。21圖像處理過程中直接檢測(cè)圖像灰度變化點(diǎn)的處理方法稱為 。22熱敏電阻常數(shù)B大于零的是 溫度系數(shù)的熱敏電阻。23若測(cè)量系統(tǒng)無接地點(diǎn)時(shí)，屏蔽導(dǎo)體應(yīng)連接到信號(hào)源的 。24交流電橋各橋臂的復(fù)阻抗分別為Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分別為若電橋平衡條件為Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡條件應(yīng)為 。三、問答題（本大題共6小題，每小題4分，共24分）25簡(jiǎn)述壓電式傳感器分別與電壓放大器和電荷放大器相連時(shí)各自的特點(diǎn)。26回答與直線式感應(yīng)同步器有關(guān)的下列問題：（1） 它由哪兩個(gè)繞組組成？（2） 鑒相式測(cè)量電路的作用是什么？ 27簡(jiǎn)述壓磁式扭矩儀的工作原理。28說明薄膜熱電偶式溫度傳感器的主要特點(diǎn)。29簡(jiǎn)述激光視覺傳感器將條形碼的信息傳輸?shù)男盘?hào)處理裝置的工作過程。30采用逐次逼近法的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器主要由哪幾部分組成？四、計(jì)算題（本大題共3小題，每小題8分，共24分）31已知變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器輸出電動(dòng)勢(shì)的頻率f=72Hz，測(cè)量齒盤的齒數(shù)Z=36，求：（1） 被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速是每分鐘多少轉(zhuǎn)？（2） 在上述情況下，如果計(jì)數(shù)裝置的讀數(shù)誤差為1個(gè)數(shù)字，其最大轉(zhuǎn)速誤差是多少？32一熱敏電阻在0和100時(shí)，電阻值分別為200k和10k。試計(jì)算該熱敏電阻在20時(shí)的電阻值。33求正弦信號(hào)x(t)=x0sint的自相關(guān)函數(shù)。五、應(yīng)用題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）34圖示為電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路。 （1） 寫出電流i與電壓VREF的關(guān)系式。 （2） 若VREF=10V輸入信號(hào)D3D2D1D0=1000，試計(jì)算輸出電壓V0=？35已知某信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)展開式為 x(t)= sincosn0t 試求該信號(hào)的直流分量、第一至第五次諧波分量的幅值，并繪出其幅值譜圖。全國(guó)2001年10月自考傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷答案課程代碼：02202一、 單項(xiàng)選擇題（本大題共12小題，每小題2分，共24分）1.C2.D3.A4.D5.C6.D7.C8.D9.A10.B11.A12.B二、 填空題（本大題共12小題，每小題1分，共12分）13.標(biāo)定(或校準(zhǔn)或測(cè)試)14.測(cè)量范圍15.智能化16.(K0/K0)100%17.細(xì)分18.增大 19.極距(或間隙)20.110921.微分法22.負(fù)23.對(duì)地低阻抗端(或接地端)24.三、 問答題（本大題共6小題，每小題4分，共24分）25傳感器與電壓放大器連接的電路,其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比,但容易受電纜電容的影響。 傳感器與電荷放大器連接的電路,其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比,電纜電容的影響小。26（1）由固定繞組和滑動(dòng)繞組組成。 （2）檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位，從而根據(jù)相位確定位移量的大小和方向。27壓磁式扭矩儀的軸是強(qiáng)導(dǎo)磁材料。根據(jù)磁彈效應(yīng)，當(dāng)軸受扭矩作用時(shí)，軸的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起線圈感抗變化，通過測(cè)量電路即可確定被測(cè)扭矩大小。28主要特點(diǎn)是：熱容量小（或熱慣性?。?，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快。29（1）多面棱鏡高速旋轉(zhuǎn)，將激光器發(fā)出的激光束反射到條形碼上作一維掃描。 （2）條形碼反射的光束經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大元件接收并放大后再傳輸給信號(hào)處理裝置。30由電壓比較器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、順序脈沖發(fā)生器、數(shù)碼寄存器和逐次逼近寄存器組成。四、 計(jì)算題（本大題共3小題，每小題8分，共24分）31（1） （2）頻率計(jì)的計(jì)數(shù)裝置讀數(shù)誤差為1個(gè)數(shù)字，對(duì)應(yīng)的角位移為轉(zhuǎn)=轉(zhuǎn)故其最大轉(zhuǎn)速誤差為（轉(zhuǎn)/分）32熱敏電阻的一般表達(dá)式為： 式中：RT為溫度T=t+273.15(K)時(shí)的熱敏電阻的電阻值；R0為溫度T0=t0+273.15(K) 時(shí)的熱敏電阻的電阻值； 設(shè)t0=20,T0=t0+273.15=293.15(K)。則上式中的R0即為所求的值。 根據(jù)題中所給條件，有 （1） （2）（1）、（2）兩式兩邊取對(duì)數(shù)有 因此該熱敏電阻在20的電阻值為： 33 五、 應(yīng)用題（本大題共2小題，每小題8分，共16分） 34（1） （2）當(dāng)D3D2D1D0=1000時(shí)， 35直流分量A00一次諧波分量 A1二次諧波分量 A20三次諧波分量 A3四次諧波分量 A40五次諧波分量 A5其幅值譜如右圖所示。全國(guó)2002年10月自學(xué)考試傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題課程代碼：02202一、單項(xiàng)選擇題(本大題共12小題，每小題2分，共24分)在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。1.屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的是( ) A.遲滯 B.過沖量 C.穩(wěn)定性 D.線性度2.傳感器能感知的輸入變化量越小， 表示傳感器的( ) A.線性度越好 B.遲滯越小 C.重復(fù)性越好 D.分辨力越高3.我國(guó)省、部一級(jí)計(jì)量站使用的一等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力機(jī)所允許的測(cè)量誤差為( ) A.0.1% B.0.01% C.0.001% D.0.0001%4.感應(yīng)同步器的作用是測(cè)量( ) A.電壓 B.電流 C.位移 D.相位差5.下列測(cè)力傳感器中，屬于發(fā)電型測(cè)力傳感器的是( ) A.自感式傳感器 B.磁電感應(yīng)式傳感器 C.電容式傳感器 D.應(yīng)變式傳感器6.極對(duì)數(shù)為4的永磁式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)，當(dāng)其軸與轉(zhuǎn)速為600(轉(zhuǎn)/分)的被測(cè)軸相連接時(shí)，則其輸出交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為( ) A.40Hz B.300Hz C.600Hz D.2400Hz7.視覺傳感器的掃描部的主作用是( ) A.聚成光學(xué)圖像信號(hào) B.將光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) C.將二維圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間序列一維信號(hào) D.抽出有效信號(hào)8.熱敏電阻式濕敏元件能夠直接檢測(cè)( ) A.溫度 B.溫度差 C.相對(duì)濕度 D.絕對(duì)濕度9.在采樣保持環(huán)節(jié)中，采樣開關(guān)被斷開的時(shí)間稱為( ) A.采樣時(shí)間 B.保持時(shí)間 C.采樣周期 D.緩沖時(shí)間10.封裝在光電隔離耦合器內(nèi)部的是( ) A