《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》練習(xí)題

1、一、填空題1、傳感器的一般定義：“能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件或裝置”或“能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件或裝置”。2、標(biāo)準(zhǔn)誤差的估算一般采用稱貝塞爾公式，此公式為：。3、根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可分為三類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差與粗大誤差。4、傳感器（變送器）輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即國(guó)際電工委員會(huì)確定為過(guò)程控制系統(tǒng)電模擬信號(hào)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是：4-20madc的直流電流信號(hào)和15vdc的直流電壓信號(hào)。5、對(duì)某一量進(jìn)行一系列等精度測(cè)量，一般以全部測(cè)得值的算術(shù)平均值作為最后測(cè)量結(jié)果。算術(shù)平均值的計(jì)算公式為：16、隨機(jī)誤差分布的特點(diǎn)是：（1） 對(duì)稱性、（2） 抵償性、（3）單峰性、（ 4） 有界性。7

2、、修正值與誤差值大小相等符號(hào)相反。8、測(cè)量誤差有以下三的表示方法：絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和引用誤差。9、在測(cè)量中作為測(cè)量對(duì)象的特定量，也就是需要確定量值的量，稱為被測(cè)量。10、從技術(shù)的層面看，檢測(cè)技術(shù)研究的主要內(nèi)容是測(cè)量原理、 測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理四個(gè)方面。11、在電阻應(yīng)變片的橋式測(cè)量電路中， 全橋電路的靈敏度是單臂電橋電路的4倍12、半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。13、電感式傳感器可分為：自感式傳感器、 互感式傳感器和 電渦流式傳感器三類14、單一式變氣隙型自感式傳感器的輸入輸出特性可表示為：15、差動(dòng)式變氣隙型自感式傳感器的輸入輸出特性可表示為：l

3、0l1。0l2l1l1l20。216、電容式傳感器的等效電路如圖：其中 rp 為 并聯(lián)損耗電阻，rs 為 引線電阻，l 為 電容器本身的電感與外部引線電感。17、自感式傳感器的等效電路如圖：其中 rs 為 總的等效損耗電阻，c 為電容，l 為自感線圈自身的純電感 。18、如圖能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的石英晶體切片，縱向軸 z 稱為光軸，垂直于光軸的 x 軸稱為電軸，與 z 軸和 x 軸同時(shí)垂直的 y 軸稱為機(jī)械軸。19、能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的石英晶體切片沿x 軸方向施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷，這種壓電效應(yīng)稱為縱向壓電效應(yīng)。320、能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的石英晶體切片沿y 軸方向施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷，這種壓電

4、效應(yīng)稱為橫向壓電效應(yīng)。21、壓電元件采用并聯(lián)的連接方式，其電容是單片電容的2 倍，其電荷量是單片電荷量的2倍，其電壓與單片電 壓相等。22、光敏電阻在不受光照射的電阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為暗電流。23、光敏電阻在受光照射的電阻值稱為亮電阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱為亮電流。24、由于光照射時(shí)光敏三極管產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于三極管的基極電流，所以集電極電流是光電流的倍。因此光敏三極管比光敏二極管的靈敏度高。25、光柵測(cè)量系統(tǒng)包括三大部分：光柵光學(xué)系統(tǒng)、 實(shí)現(xiàn)細(xì)分、辨向和顯示等功能的電子系統(tǒng)、 相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。26、若熱電偶兩電極材料相同，則所產(chǎn)生的熱電勢(shì)為0。27、若熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，則所產(chǎn)生

5、的熱電勢(shì)為0。428、50 0c=1220f= 323.15k29、過(guò)程控制系統(tǒng)包括：控制器、執(zhí)行器、被控過(guò)程和測(cè)量變送四個(gè)基本部分。30、頻率高于 20kh z 的聲波稱為超聲波，頻率低于 20hz 的聲波稱為次聲波。31、光敏二極管在電路中處于反向工作狀態(tài)。32、把置信區(qū)間和置信概率兩者結(jié)合起來(lái)稱之為隨機(jī)變量的置信度，即在置信區(qū)間內(nèi)隨機(jī)變量取值的概率。33、在置信區(qū)間外隨機(jī)變量取值的概率稱為置信概率。34、置信區(qū)間為 2 倍的標(biāo)準(zhǔn)誤差的寬度，即時(shí)，置信概率為2/3。35、按測(cè)量手段分類，測(cè)量方法可分為三類：直接測(cè)量、間接測(cè)量和聯(lián)立測(cè)量。36、現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱技術(shù)是：傳感器技術(shù) 、 通

6、信技術(shù)5和計(jì)算機(jī)技術(shù)。二、單項(xiàng)選擇題1、實(shí)驗(yàn)與理論證明：熱電偶回路的總熱電勢(shì)主要是（b）。a 溫差電勢(shì)b 接觸電勢(shì)c 感應(yīng)電勢(shì)d 霍爾電勢(shì)2、莫爾條紋的移動(dòng)量、移動(dòng)方向與光柵尺的位移量、位移方向具有（a）。a 對(duì)應(yīng)關(guān)系b 何不關(guān)聯(lián)的關(guān)系c 指數(shù)規(guī)律關(guān)系d 反比例關(guān)系3、對(duì)于不同的被測(cè)量以及不同的物理量，要評(píng)定其測(cè)量精度的高低，應(yīng)采用（b）來(lái)評(píng)定較為確切。a絕對(duì)誤差b相對(duì)誤差c引用誤差d系統(tǒng)誤差4、在電阻應(yīng)變片的橋式測(cè)量電路中， 要提高靈敏度應(yīng)采用（c）6a單臂電橋電路b雙臂電橋（半橋）電路c全橋電路d只要是電橋電路都可以5、電感式傳感器的測(cè)量電路中，帶相敏整流的交流電橋與變壓器電橋相比較，其優(yōu)

7、點(diǎn)是：（d）a誤差較小b精度較高c比較方便d既能判別位移的大小又能判別位移的方向6、電渦流式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是（c）。a誤差較小b精度較高c可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量d可提高分辨率7、如圖的電容式傳感器二極管環(huán)形電橋測(cè)量電路，其激勵(lì)信號(hào)（輸入信號(hào)）與輸出信號(hào)分別是（c）a 直流電壓、直流電壓b 工頻交流電壓、直流電壓c 數(shù)百 kh z 的交流電壓、直流電壓7d 交流電壓、交流電壓8、使用兩個(gè)壓電元件，要提高其輸出電壓，應(yīng)采用的連接方式是（b）a并聯(lián)連接b串聯(lián)連接c反向并聯(lián)d串、并聯(lián)連接都可以9、在熱電偶回路中，若中間導(dǎo)體兩端的兩端溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，熱電偶回路的總熱電勢(shì)（a）。a 不變b減小c

8、增大d無(wú)法預(yù)料10、如圖的反射式光電傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，調(diào)制盤上有4 個(gè)反射點(diǎn)，若頻率計(jì)顯示的頻率為 200hz ，則調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速為（）a100 轉(zhuǎn)/分b200 轉(zhuǎn)/分c 3000 轉(zhuǎn)/分d1800 轉(zhuǎn)/分811、如圖的 ad590基本測(cè)溫電路，當(dāng)溫度為77 0c 時(shí) ad590的輸出電流為350a 若電位器調(diào)節(jié)至50，則輸出電壓為（）a 300毫伏b 0.3伏c(diǎn) 35 伏d 0.35伏12、與熱電偶的熱電勢(shì)有關(guān)的因素是：（d）。a 熱電偶的材料有關(guān)，接點(diǎn)溫度無(wú)關(guān)b 熱電偶的材料無(wú)關(guān)，接點(diǎn)溫度有關(guān)c 熱電偶的材料無(wú)關(guān)，接點(diǎn)溫度無(wú)關(guān)9d 熱電偶的材料有關(guān)，接點(diǎn)溫度也有關(guān)13、構(gòu)成熱電偶

9、必須用（a）a兩種性質(zhì)不同的導(dǎo)體b電子空穴對(duì)濃度大的半導(dǎo)體c純凈的半導(dǎo)體d電阻率小的金屬14、用來(lái)表示檢測(cè)儀器精度等級(jí)（準(zhǔn)確度等級(jí)）的是（c）。a絕對(duì)誤差b相對(duì)誤差c標(biāo)準(zhǔn)偏差d引用誤差15、光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋的光強(qiáng)變化規(guī)律也經(jīng)歷了一個(gè)周期，為一近似的（c）。a指數(shù)規(guī)律b正比例規(guī)律c正弦規(guī)律d反比例規(guī)律10三、簡(jiǎn)答題1、畫出非電量檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明各部分的功能。p42、什么是傳感器？傳感器由哪幾部分組成？p26傳感器是將外界信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電量的裝置。由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。3、傳感器的靜態(tài)特性是什么？試列舉描述傳感器靜態(tài)特性的三個(gè)指標(biāo)（參數(shù)），并詳細(xì)說(shuō)

10、明其含義。 p2830靜態(tài)特性表示測(cè)量?jī)x表在被測(cè)物理量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入 輸出特性。線性度：表征傳感器輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標(biāo)。靈敏度：傳感器輸出量增量與被測(cè)輸入量增量之比。分辨力：傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的最小變化量。114、電阻式傳感器是如何定義的？試列舉一種電阻式傳感器的測(cè)量電路（畫出電路圖，并說(shuō)明其工作原理） 。電阻式傳感器的基本原理是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值，通過(guò)測(cè)量此電阻值達(dá)到測(cè)量非電量的目的。電位器式傳感器。p35365、常用的溫度單位（溫標(biāo)）有哪些？請(qǐng)?jiān)敿?xì)說(shuō)明。p118119經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：根據(jù)某些物質(zhì)的體積膨脹與溫度

11、的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方法或經(jīng)驗(yàn)公式確定的溫標(biāo)。又分為華氏溫標(biāo)（t）和攝氏溫標(biāo)（t ），它們的關(guān)系為t=1.8t+32 。熱力學(xué)溫標(biāo)：是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，它是國(guó)際單位制中7 個(gè)基本物理單位之一，用符號(hào)t 表示，單位是開(kāi)（k），它與攝氏溫度的關(guān)系為t=t-273.15 。絕對(duì)氣體溫標(biāo)：從理想氣體狀態(tài)方程入手，復(fù)現(xiàn)的熱力學(xué)溫標(biāo)稱為絕對(duì)氣體溫標(biāo)。由波義耳定律有pv=rt，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)（p）該氣體的體積（v）普適常數(shù)（ r）熱力學(xué)溫度12（ t），當(dāng)氣體的體積為恒定時(shí)，其壓強(qiáng)就是溫度的單值函數(shù)，即有t2/t1=p2/p1=nr/v 。國(guó)際溫標(biāo)：國(guó)際溫標(biāo)是一個(gè)國(guó)際協(xié)議溫標(biāo)，選擇了一些純物質(zhì)的平

12、衡態(tài)溫度作為溫標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)定了不同溫度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，建立了標(biāo)準(zhǔn)儀器的示值與國(guó)際溫標(biāo)關(guān)系的補(bǔ)插公式，應(yīng)用這些公式可以求出任何兩個(gè)相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)溫度之間的溫度值。6、什么是測(cè)量誤差？誤差的表示方法有幾種？誤差如何分類？p912由于在檢測(cè)過(guò)程中使用的工具本身的準(zhǔn)確性有高低之分，檢測(cè)環(huán)境等因素發(fā)生變化也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，使得從檢測(cè)儀表獲得的被測(cè)值與被測(cè)變量真實(shí)值之間會(huì)存在一定的差距，這一差距稱為測(cè)量誤差。表示方法有三種：絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差。根據(jù)測(cè)量誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生原因，測(cè)量誤差可分為三種：隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差。7、簡(jiǎn)述隨機(jī)誤差的數(shù)值特征，并說(shuō)明這些數(shù)值特征的意義。p1415用

13、于描述隨機(jī)誤差分布特征的數(shù)值叫做隨機(jī)誤差的數(shù)值特征，隨機(jī)誤差的數(shù)值特征主要13有兩個(gè)：算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。算術(shù)平均值通常是隨機(jī)誤差的分布中心，可以作為等精度多次測(cè)量的結(jié)果；標(biāo)準(zhǔn)差則是分散性指標(biāo)，可以描述測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果的精度。8、簡(jiǎn)述熱電偶工作原理。p120熱電偶工作原理：兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接， 顯示儀表會(huì)

14、指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度。9、簡(jiǎn)述熱電偶三個(gè)基本定律：均質(zhì)導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律、標(biāo)準(zhǔn)電極定律。p123124均質(zhì)導(dǎo)體定律：由同一種均質(zhì)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組合的閉合回路，不論導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的截面和長(zhǎng)度如何以及各處的溫度如何，都不能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。14中間導(dǎo)體定律： 在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體 （第三導(dǎo)體），只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒(méi)有影響。標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果將導(dǎo)體c（熱電極，一般為純鉑絲）作為標(biāo)準(zhǔn)電極，并已知標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度（ t,t0 ）下，任意兩導(dǎo)體

15、 a、b 組成的熱電偶，其熱電勢(shì)可由下式求得： eab(t,t0)=e ac(t,t0)+e cb(t,t0) 。10、簡(jiǎn)述電渦流式傳感器的工作原理。p676811、名詞解釋：（1） 壓電效應(yīng)： (p88) 某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部15會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。（2） 霍爾效應(yīng) : (p106) 若在半導(dǎo)體

16、薄片的兩端通過(guò)控制電流 i ，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b 的磁場(chǎng)，那么，在垂直于電流和磁場(chǎng)方向上（即霍爾輸出端之間）將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) uh（霍爾電動(dòng)勢(shì)或稱霍爾電壓） ，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。（ 3）電渦流效應(yīng)： 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體的表面就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的漩渦狀感應(yīng)電流稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。（4）熱電效應(yīng)：（ p120） 兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體a、 b 串接成一個(gè)閉合回路，并使結(jié)點(diǎn) 1 和 2 處于不同的溫度t、t0, 那么回路中會(huì)存在熱電勢(shì)eab(t,t0), 因而就有電流

17、產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。16（ 5）熱阻效應(yīng)： 某些金屬化合物在溫度上升時(shí)，電阻呈有規(guī)律的上升或者下降，這一現(xiàn)象稱為熱阻效應(yīng)。四、分析計(jì)算題1、如圖為應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹渲衦1、r2、r3、r4 為應(yīng)變電阻。 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０灏慈珮驕y(cè)量電路連接，在模板上畫出連接的線路圖。 說(shuō)明數(shù)據(jù)放大器的調(diào)零方法。將放大器的兩輸入端口引線暫時(shí)脫開(kāi)，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接（vi=0 ）；調(diào)節(jié) rw3 大約到中間位置（先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)兩圈）；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)打到 2v 檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)rw4，使電壓表顯示為零。 電位器 rw3在電路中的作用是什么？調(diào)節(jié)放大器的增益。172、分析

18、電路（1）如圖為電容式傳感器的等效電路，說(shuō)明rp、rs、l 所代表的具體含義。 p78rp 為并聯(lián)損耗電阻，它代表機(jī)板間的泄漏電阻和機(jī)板間的介質(zhì)損耗。這部分損耗的影響通常在低頻18時(shí)較大，隨著頻率增高，容抗減小，它的影響也就減弱了。rs 代表引線電阻，電容器支架和機(jī)板的電阻在幾兆赫以下頻率工作時(shí)，這個(gè)值通常是極小的，隨著頻率的增高而產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，它的值也增大，因此只有在很高的工作頻率時(shí)才要加以考慮。l 是電容器本身的電感與外部引線電感，它與電容器的結(jié)構(gòu)形式和引線長(zhǎng)度有關(guān)。（2）如圖為電容式傳感器的一種測(cè)量電路，說(shuō)明電路原理，列式表示輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。p73、 p79（3）如圖為電感式傳

19、感器的等效電路，說(shuō)明 rs、l、c 所代表的具體含義。 p58rs 為總的等效損耗電阻。l 為線圈的自感。19c 為并聯(lián)寄生電容。（ 4）如圖變壓器電橋電路，當(dāng)負(fù)載電阻為無(wú)窮大時(shí)，輸出電壓表達(dá)式如何？p59當(dāng)銜鐵在中間時(shí)，輸出電壓如何？，銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，輸出電壓又如何？（5）分析如圖電阻式傳感器橋式測(cè)量電路的工作原理。p4720（6）分析如圖帶相敏整流的交流電橋的工作原理。初始平衡位置時(shí)：當(dāng)差動(dòng)式傳感器的活動(dòng)鐵心處于中間位置時(shí)，傳感器兩個(gè)差動(dòng)線圈的阻抗z1=z2=z0，無(wú)論在交流電源的正半周還是負(fù)半周，電橋均處于平衡狀態(tài)，橋段沒(méi)有電壓輸出，即u0=0.活動(dòng)鐵心向一邊移動(dòng)時(shí)：傳感器兩個(gè)差動(dòng)線圈的

20、阻抗發(fā)生變化，無(wú)論在交流電源的正半周還是負(fù)半周，電橋輸出電壓u0 均為正值?；顒?dòng)鐵心向相反方向移動(dòng)時(shí)：無(wú)論在ui 的正半周還是負(fù)半周，電橋輸出電壓均為負(fù)值（7）分析如圖差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路的工作原理。p808121（8）分析如圖差動(dòng)整流電路的工作原理。鐵心上下移動(dòng)可以改變上下線圈的繞組數(shù)，通過(guò)互感產(chǎn)生的感應(yīng)繞組電動(dòng)勢(shì)也會(huì)隨之改變；在繞組電動(dòng)勢(shì)的作用下電橋?qū)?，給電橋中電容充電；當(dāng)上線圈繞組電動(dòng)勢(shì)大于下線圈繞組電動(dòng)勢(shì)時(shí)， u21-u22 為電壓表的讀數(shù)，反之亦然；相等時(shí)，電壓表讀數(shù)為零。3、差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)中測(cè)量記錄的數(shù)據(jù)如下表：22表-2 差動(dòng)變壓器位移x值與輸出電壓 v 數(shù)據(jù)記錄表x（ mm） -4-3-2-10+1+2+3+4v （ mv） -420-310-209-106010520731