《傳感器與檢測技術》練習題

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、標準誤差的估算一般采用稱貝塞爾公式，此公式為： 。3、根據(jù)測量誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可分為三類： 系統(tǒng)誤差 、 隨機誤差 與 粗大誤差 。4、傳感器（變送器）輸出的標準信號，即國際電工委員會確定為過程控制系統(tǒng)電模擬信號的統(tǒng)一標準是： 4-20mADC 的直流電流信號和 15VDC 的直流電壓信號。5、對某一量進行一系列等精度測量，一般以全部測得值的算術平均值作為最后測量結果。算術平均值的計算公式為： 6、隨機誤差分布的特點是：（1） 對稱性 、（2） 抵償性 、（3

2、） 單峰性 、（4） 有界性 。7、修正值與誤差值大小 相等 符號 相反 。8、測量誤差有以下三的表示方法： 絕對誤差 、 相對誤差 和 引用誤差 。9、在測量中作為測量對象的特定量，也就是需要確定量值的量，稱為 被測量 。10、從技術的層面看，檢測技術研究的主要內(nèi)容是 測量原理 、 測量方法 、 測量系統(tǒng) 和 數(shù)據(jù)處理 四個方面 。11、在電阻應變片的橋式測量電路中， 全橋電路的靈敏度是單臂電橋電路的 4 倍12、半導體材料受到應力作用時，其電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為 壓阻效應 。 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

3、感式傳感器的輸入輸出特性可表示為： 。 15、差動式變氣隙型自感式傳感器的輸入輸出特性可表示為： 。16、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軸同時垂直的y軸稱為 機械軸 。19、能產(chǎn)生壓電效應的石英晶體切片沿X軸方向施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷，這種壓電效應稱為 縱向壓電效應 。20、能產(chǎn)生壓電效應的石英晶體

4、切片沿Y軸方向施加作用力，晶體表面產(chǎn)生電荷，這種壓電效應稱為 橫向壓電效應 。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 ，此時流過的電流稱為 暗電流 。23、光敏電阻在受光照射的電阻值稱為 亮電阻 ，此時流過的電流稱為 亮電流 。24、由于光照射時光敏三極管產(chǎn)生的光電流相當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、光柵測量系統(tǒng)包括三大部分： 光柵光學系統(tǒng) 、 實現(xiàn)細分、辨向和顯示等功能的電子系統(tǒng)、 相應的機械結構

5、。26、若熱電偶兩電極材料相同，則所產(chǎn)生的熱電勢為 0 。27、若熱電偶兩接點溫度相同，則所產(chǎn)生的熱電勢為 0 。28、50 0C= 122 0F= 323.15 K29、過程控制系統(tǒng)包括： 控制器 、 執(zhí)行器 、 被控過程 和 測量變送 四個基本部分。 30、頻率高于20KHZ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合起來稱之為隨機變量的 置信度 ，即在置信區(qū)間內(nèi)隨機變量取值的概率。33、在置信區(qū)間外隨機變量取值的概率稱為 置信概率 。34、置信區(qū)間為2倍的標準誤差的寬度，即時，置信概率為 2/

6、3 。35、按測量手段分類，測量方法可分為三類： 直接測量 、 間接測量 和 聯(lián)立測量 。36、現(xiàn)代信息技術的三大支柱技術是： 傳感器技術、 通信技術 和 計算機技術 。二、單項選擇題1、實驗與理論證明：熱電偶回路的總熱電勢主要是（ B ）。A 溫差電勢 B 接觸電勢 C 感應電勢 D 霍爾電勢2、莫爾條紋的移動量、移動方向與光柵尺的位移量、位移方向具有（ A ）。A 對應關系 B 何不關聯(lián)的關系 C 指數(shù)規(guī)律關系 D 反比例關系3、對于不同的被測量以及不同的物理量，要評定其測量精度的高低，應采用（ B ）來評定較為確切。 A 絕對誤差 B 相對誤差 C 引用誤差 D 系統(tǒng)誤差4、在電阻應變片

7、的橋式測量電路中， 要提高靈敏度應采用（ C ）A 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)點是：（ 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)點是（ C ）。A 誤差較小 B 精度較高 C 可實現(xiàn)非接觸式測量 D 可提高分辨率7、如圖的電容式傳感器二極管環(huán)形電橋測量電路，其激勵信號（輸入信號）與輸出信號分別是（ 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KHZ的交流電壓、直流電壓D 交流電壓、交

8、流電壓8、使用兩個壓電元件，要提高其輸出電壓，應采用的連接方式是（ 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，若中間導體兩端的兩端溫度相同，那么接入中間導體后，熱電偶回路的總熱電勢（ A ）。A 不變 B 減小 C 增大 D 無法預料10、如圖的反射式光電傳感器測轉(zhuǎn)速的實驗裝置示意圖，調(diào)制盤上有4個反射點，若頻率計顯示的頻率為200HZ ，則調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速為（ ）A 100轉(zhuǎn)/分 B 200轉(zhuǎn)/分 C 3000轉(zhuǎn)/分 D 1800轉(zhuǎn)/分11、如圖的AD590基本測溫電路，當溫度為77 0C時AD590的輸出電流為350A若電位器調(diào)節(jié)至50，則輸出

9、電壓為（ ）A 300毫伏 B 0.3伏 C 35伏 D 0.35伏12、與熱電偶的熱電勢有關的因素是： （ D ）。A 熱電偶的材料有關，接點溫度無關 B 熱電偶的材料無關，接點溫度有關C 熱電偶的材料無關，接點溫度無關D 熱電偶的材料有關，接點溫度也有關13、構成熱電偶必須用（ A ） A 兩種性質(zhì)不同的導體 B 電子空穴對濃度大的半導體 C 純凈的半導體 D 電阻率小的金屬 14、用來表示檢測儀器精度等級（準確度等級）的是（ C ）。 A 絕對誤差 B 相對誤差 C 標準偏差 D 引用誤差 15、光柵移動一個柵距，莫爾條紋的光強變化規(guī)律也經(jīng)歷了一個周期，為一近似的（ C ）。 A 指數(shù)規(guī)

10、律 B 正比例規(guī)律 C 正弦規(guī)律 D 反比例規(guī)律三、簡答題1、畫出非電量檢測系統(tǒng)的組成框圖，并簡要說明各部分的功能。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)特性的三個指標（參數(shù)），并詳細說明其含義。P2830靜態(tài)特性表示測量儀表在被測物理量處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入輸出特性。線性度： 表征傳感器輸出-輸入校準曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標。靈敏度：傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。 分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸

11、入量的最小變化量。4、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量電路（畫出電路圖，并說明其工作原理）。電阻式傳感器的基本原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值，通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。電位器式傳感器。P35365、常用的溫度單位（溫標）有哪些？請詳細說明。P118119經(jīng)驗溫標：根據(jù)某些物質(zhì)的體積膨脹與溫度的關系，用實驗方法或經(jīng)驗公式確定的溫標。又分為華氏溫標（T）和攝氏溫標（t），它們的關系為T=1.8t+32。熱力學溫標：是一種理想而不能真正實現(xiàn)的溫標，它是國際單位制中7個基本物理單位之一，用符號T表示，單位是開（K），它與攝氏溫度的關系為t=T-273.15。絕對氣體

12、溫標：從理想氣體狀態(tài)方程入手，復現(xiàn)的熱力學溫標稱為絕對氣體溫標。由波義耳定律有PV=RT，一定質(zhì)量的氣體壓強（P）該氣體的體積（V）普適常數(shù)（R）熱力學溫度（T），當氣體的體積為恒定時，其壓強就是溫度的單值函數(shù)，即有T2/T1=P2/P1=nR/V。國際溫標：國際溫標是一個國際協(xié)議溫標，選擇了一些純物質(zhì)的平衡態(tài)溫度作為溫標的基準點，規(guī)定了不同溫度范圍內(nèi)的標準儀器，建立了標準儀器的示值與國際溫標關系的補插公式，應用這些公式可以求出任何兩個相鄰基準點溫度之間的溫度值。6、什么是測量誤差？誤差的表示方法有幾種？誤差如何分類？ P912由于在檢測過程中使用的工具本身的準確性有高低之分，檢測環(huán)境等因素發(fā)

13、生變化也會影響測量結果的準確性，使得從檢測儀表獲得的被測值與被測變量真實值之間會存在一定的差距，這一差距稱為測量誤差。表示方法有三種：絕對誤差、相對誤差、引用誤差。根據(jù)測量誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生原因，測量誤差可分為三種：隨機誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差。7、簡述隨機誤差的數(shù)值特征，并說明這些數(shù)值特征的意義。P1415用于描述隨機誤差分布特征的數(shù)值叫做隨機誤差的數(shù)值特征，隨機誤差的數(shù)值特征主要有兩個：算術平均值和標準差。算術平均值通常是隨機誤差的分布中心，可以作為等精度多次測量的結果；標準差則是分散性指標，可以描述測量數(shù)據(jù)和測量結果的精度。8、簡述熱電偶工作原理。P120熱電偶工作原理：兩種不同成份的導體

14、（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。 熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度。9、簡述熱電偶三個基本定律：均質(zhì)導體定律、中間導體定律、標準電極定律。P123124均質(zhì)導體定律：由同一種均質(zhì)導體（或半導體）組合的閉合回路，不論導體（或半導體）的截面和長度如何以及各處的溫度

15、如何，都不能產(chǎn)生電動勢。中間導體定律：在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響。標準電極定律：如果將導體C（熱電極，一般為純鉑絲）作為標準電極，并已知標準電極與任意導體配對時的熱電勢，那么在相同結點溫度（T,T0）下，任意兩導體A、B組成的熱電偶，其熱電勢可由下式求得：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0)。10、簡述電渦流式傳感器的工作原理。P6768 11、名詞解釋： （1） 壓電效應：(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，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電

16、荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。 （2） 霍爾效應:(P106)若在半導體薄片的兩端通過控制電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場方向上（即霍爾輸出端之間）將產(chǎn)生電動勢UH（霍爾電動勢或稱霍爾電壓），這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。 （3）電渦流效應：根據(jù)法拉第電磁感應定律，金屬導體置于變化的磁場中時，導體的表面就會有感應電流產(chǎn)生。電流的流線在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由

17、電磁感應原理產(chǎn)生的漩渦狀感應電流稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應。 （4）熱電效應：（P120） 兩種不同材料的導體或半導體A、B串接成一個閉合回路，并使結點1和2處于不同的溫度T、T0,那么回路中會存在熱電勢EAB(T,T0),因而就有電流產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱為熱電效應。 （5）熱阻效應：某些金屬化合物在溫度上升時，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。四、分析計算題1、如圖為應變傳感器實驗模板，其中R1、R2、R3、R4為應變電阻。 將實驗模板按全橋測量電路連接，在模板上畫出連接的線路圖。 說明數(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脫開，再用導線將兩輸入端短接（Vi=

18、0）；調(diào)節(jié)Rw3大約到中間位置（先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)兩圈）；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；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。2、分析電路（1）如圖為電容式傳感器的等效電路，說明RP、RS、L所代表的具體含義。P78Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表機板間的泄漏電阻和機板間的介質(zhì)損耗。這部分損耗的影響通常在低頻時較大，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，電容器支架和機板的電阻在幾兆赫以下頻率工作時，這個值通常是極小的，隨著頻率的增高而產(chǎn)生趨膚效應，它的值也增大，因此只有在很高的工作頻率時才要

19、加以考慮。L是電容器本身的電感與外部引線電感，它與電容器的結構形式和引線長度有關。（2）如圖為電容式傳感器的一種測量電路，說明電路原理，列式表示輸出電壓與輸入電壓的關系。P73、P79 （3）如圖為電感式傳感器的等效電路，說明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。C為并聯(lián)寄生電容。（4）如圖變壓器電橋電路，當負載電阻為無窮大時，輸出電壓表達式如何？P59 當銜鐵在中間時，輸出電壓如何？，銜鐵上下移動時，輸出電壓又如何？（5）分析如圖電阻式傳感器橋式測量電路的工作原理。P47（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：當差動式傳感器的活動鐵

20、心處于中間位置時，傳感器兩個差動線圈的阻抗Z1=Z2=Z0，無論在交流電源的正半周還是負半周，電橋均處于平衡狀態(tài)，橋段沒有電壓輸出，即U0=0.活動鐵心向一邊移動時：傳感器兩個差動線圈的阻抗發(fā)生變化，無論在交流電源的正半周還是負半周，電橋輸出電壓U0均為正值?；顒予F心向相反方向移動時：無論在Ui的正半周還是負半周，電橋輸出電壓均為負值（7）分析如圖差動脈沖調(diào)寬電路的工作原理。P8081（8）分析如圖差動整流電路的工作原理。鐵心上下移動可以改變上下線圈的繞組數(shù)，通過互感產(chǎn)生的感應繞組電動勢也會隨之改變；在繞組電動勢的作用下電橋?qū)?，給電橋中電容充電；當上線圈繞組電動勢大于下線圈繞組電動勢時，U21-U22為電壓表的讀數(shù)，反之亦然；相等時，電壓表讀數(shù)為零。3、差動變壓器的性能實驗中測量記錄的數(shù)據(jù)如下表：表-2 差動變壓器位移X值與輸出電壓V 數(shù)據(jù)記錄表X（mm）-4-3-2-10+1+2+3+4