傳感器與檢測(cè)技術(shù)復(fù)習(xí)題

1、傳 感 器 與 檢 測(cè) 技 術(shù) 復(fù) 習(xí) 題 一、填空： 1、測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定 性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。 3、光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大 致有三大類：第一類是利用在光線作用下_材料中電子溢出表面的現(xiàn)象, 即外光電效應(yīng)，光電管以及光電倍增管傳感器屬于這一類；第二類是利用在光 線作用下材料電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，即卩內(nèi)光電 效應(yīng)。 光敏電阻 傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下光勢(shì)壘現(xiàn)象，即_光 生伏特效應(yīng)，光敏二極管及光敏三極管傳感器屬于這一 類。 4. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一

2、導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成 的，其表達(dá)式為Eab（T，To）=蘭（T -T）in業(yè)- r Mt。在熱電偶溫度 eNb 補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長(zhǎng)線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間.接入延長(zhǎng) 線，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地 方，以減小冷端溫度變化的影響。 5壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn) 生機(jī)械壓力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁 物質(zhì)在外界磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為負(fù)壓電效應(yīng)。 6. 熱電偶所產(chǎn)牛的熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和 單一導(dǎo)體的 溫差電勢(shì)組成。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端

3、延長(zhǎng)線法）是在連 接導(dǎo)線 和熱電偶之間，接入延長(zhǎng)線 ，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱 源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。 9、霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下單位控制電流時(shí)的 霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小。 15、 測(cè)量過程中存在著測(cè)量誤差，按性質(zhì)可被分為絕對(duì)誤差、 相 對(duì)誤差、和三類，其中 _ 一絕對(duì)誤差_ 可以通過對(duì)多次測(cè)量結(jié)果求平均的方法來減小它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影 響。 16、電子顯示儀表分為模擬式 、 數(shù)字式 和屏幕顯示三大類。 17、 電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為_金屬_材料和半導(dǎo) 體體材料。它們?cè)谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)電阻發(fā)生變化，其中的電阻變化主 要是由

4、 _ 電阻應(yīng)變效應(yīng)一 _形成的，而的電阻變化主要是由壓阻效應(yīng) 造成的。 18、氧化鋯氧量分析儀根據(jù)濃差電池原理設(shè)計(jì)而成。氧濃差電池由兩個(gè)“半電 池”構(gòu)成：一個(gè)“半電池”是已知氧氣分壓的鉑參比 電 極，另一個(gè)“半電池”是 含氧量 未知的測(cè)量 電極。 19、 磁電式傳感器是利用產(chǎn) 生感應(yīng)電勢(shì)的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)） 而輸出電勢(shì)的。 二、單項(xiàng)選擇題（在每小題的四個(gè)備選答案中，選出一個(gè)正確答案，并將正確答 案的序號(hào)填在題目的括號(hào)內(nèi)）。 1. （ C ）傳感器可用于醫(yī)療上-50C150C之間的溫度測(cè)量。 C.半導(dǎo)體三極管 D上匕色計(jì) 2信號(hào)傳輸過程中，產(chǎn)生干擾的原因是（

5、C ） A.信號(hào)是緩變的 B.信號(hào)是快變的 C.干擾的耦合通道 D.信號(hào)是父流的 3差動(dòng)電橋由環(huán)境溫度變化引起的誤差為（D ） 1 Ri A. 2 R1 1 . Ri B. 4 Ri 1 Ri e C. 2 Ri D.0 4.非線性度是表示校準(zhǔn)曲線 （B ）的程度。 A.接近真值 B.偏離擬合直線 C.正反行程不重合 D.重復(fù)性 5.將電阻應(yīng)變片貼在（C ）上，就可以分別做成測(cè)力、位移、加速度等參數(shù) 的傳感器 A.質(zhì)量塊 B.導(dǎo)體 C.彈性兀件 D.機(jī)器組件 1.非線性度是表示校準(zhǔn)曲線 （B ）的程度。 A.接近真值 B.偏離擬合直線 C.正反行程不重合 D.重復(fù)性 2.半導(dǎo)體熱敏電阻率隨著溫

6、度上升，電阻率（A ） A.迅速卜降 B.上升 C.保持不變 D.歸零 4.半導(dǎo)體應(yīng)變片具有（C ）的優(yōu)點(diǎn)。 A.可靠性高 B.溫度穩(wěn)疋性好 C. 靈敏度高D.接口電路復(fù)雜 三、簡(jiǎn)答題： 1、 簡(jiǎn)述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理。 答：一塊長(zhǎng)為 l 、寬為 d 的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向 垂直于薄片）中，當(dāng)有電流 I 流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn) 生電動(dòng)勢(shì)Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，也是霍爾電動(dòng)熱的產(chǎn)生原理。 2、簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理。 答：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)” 。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不 同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路 中將會(huì)

7、產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引 入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。 3、以石英晶體為例簡(jiǎn)述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。 答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn) 象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電 的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生 的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)石 英晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也 隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒有體積變形壓電效 應(yīng)，但它具有良好

8、的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。 4、簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理 答：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變 形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 6. 什么叫做熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？ 答：熱電動(dòng)勢(shì)：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，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電勢(shì)，因而有電 流產(chǎn)生，相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接 觸處形成的熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體 的形狀和尺寸無關(guān)。 溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，

9、由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢(shì)。 7、簡(jiǎn)述應(yīng)變片在彈性元件上的布置原則，及哪幾種電橋接法具有溫 度補(bǔ)償作用。 答： (1) 貼在應(yīng)變最敏感部位，使其靈敏度最佳； (2) 在復(fù)合載荷下測(cè)量，能消除相互干擾； (3) 考慮溫度補(bǔ)償作用； 單臂電橋無溫度補(bǔ)償作用，差動(dòng)和全橋方式具有溫度補(bǔ)償作用。 8、從傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。 答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、 分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器。考慮動(dòng)態(tài)特性，所選的 傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或 者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。 三、計(jì)算題 1

10、、如圖所 示電路 是電阻應(yīng)變儀中 所用的不平衡電 橋的簡(jiǎn)化電路， 圖中 R2=R3=R是固定電阻，Ri與R4是電阻應(yīng)變片，工作時(shí) Ri受拉，R4受壓， R=0 ，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)， 就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。試證明：Ucd=-（E/2） ( R/R)。 答：證明：RR R4 =R 略去.R的二次項(xiàng)，即可得Ucd =-E 遲c b Ucd 試計(jì)算出Rt的值 d 2 RR2 a 已知Rt是PtIOO鉑電阻，且其測(cè)量溫度為 T= 解：該熱電阻測(cè)量溫度電路由熱敏電阻、 2. 下面是熱電阻測(cè)量電路，試說明電路工作原理并計(jì)算 測(cè)量電阻和

11、顯示電表組成 圖中G為指示電表，Ri、R2、R3為固定電阻，RsE為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都 通過電阻分別為$、b、Rg的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，2和$分別接在相鄰的兩 臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的 Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電 阻變化也不會(huì)影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4=Ra+Rto為電 阻在參考溫度（如0：C）時(shí)的電阻值。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接 觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。 3. 1）制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？ 2） 為何霍爾元件都比較薄，而且長(zhǎng)寬比一般為2 : 1? 3） 某霍爾元件I x b x d為1.0X 0.35

12、X 0.1 cm3,當(dāng)方向通以電流1=1.0 mA, 在垂直lb方向加有均勻磁場(chǎng)B=0.3T,傳感器的靈敏系數(shù)為22 V/A T,試求其 霍爾電勢(shì)及載流子濃度。 1）采用半導(dǎo)體材料。因?yàn)槠潇`敏度高，輸出霍爾電勢(shì)大 2）因?yàn)樵奖?，靈敏度系數(shù)越大。 3) UH =kH IB = 0.0066V P 二 Uh He廠 284 10 1）有一數(shù)字溫度計(jì)，測(cè)量范圍為-50 C150C，精度0.5級(jí)，求當(dāng)示值分別 為-20C ,100C時(shí)的絕對(duì)誤差和示值相對(duì)誤差 2）欲測(cè)量250 V電壓，要求測(cè)量示值相對(duì)誤差不大于士 0.5%，問選用量程為 250 V電壓表，其精度為那一級(jí)？若選用量程為300 V和500 V的電壓表,其精度 又分別為那一級(jí)？ 3）已知待測(cè)電壓為400V左右，現(xiàn)有兩只電壓表，一只1.5級(jí)，測(cè)量范圍0500V; 另一只0.5級(jí)，測(cè)量范圍01000V,問選用那只表測(cè)量較好？為什么？ 1）絕對(duì)誤差為:150 0.5% =0.75 C 0.75 100% =3.75% -20 C時(shí)相對(duì)誤差為：20 0.75 100% =0.75% 100C時(shí)相對(duì)