傳感器與檢測技術.

1、成都理工大學傳感器原理與應用試題1一  填空（每空1分，共20分）1.通常傳感器由部分組成， 是能把外界轉換成器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱效應；半導體或固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱效應。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為效應。3.螺線管式差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為電壓；利用差動變壓器測量位移時如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用電路。4.把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，

2、在垂直方向施加磁場B，在另外兩側會產生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱效應，這個電動勢稱為電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成效應。5.某些電介質當沿一定方向對其施力而變形時內部產生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為效應；在介質極化方向施加電場時電介質會產生形變，這種效應又稱效應。6.在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱效應；入射光強改變物質導電率的現(xiàn)象稱效應；半導體材料吸收光能后在PN結上產生電動式的效應稱效應。7、塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內部會產生一圈圈閉合的電流

3、，利用該原理制作的傳感器稱傳感器；這種傳感器只能測量物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱效應；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時電路中電動勢E =。二  選擇題（每空1分，共20分）電阻應變片     磁敏電阻     霍爾元件     氣敏傳感器    濕敏傳感器光電耦合器     壓電傳

4、感器   電容傳感器   熱敏電阻      CCD電荷耦合器壓阻式傳感器   光纖傳感器   磁電傳感器   光電二極管    差動變壓器熱釋電器件     磁敏晶體管   電渦流傳感器  光電池    &#

5、160;  超聲波傳感器熱電偶        紅外傳感器    色敏傳感器正確選擇以上傳感器填入以下空內：1可以進行位移測量的傳感器有、；2可以完成溫度測量的有、；3半導體式傳感器是、；4光電傳感器有、；5用于磁場測量的傳感器、；6進行振動（或加速度）測量的傳感器、；7利用物體反射進行非電量檢測的傳感器、； 三  計算 (每題5分，共10分) 1、圖為一直流應變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應變

6、片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5時輸出U0=?。R1、R2是應變片，感受應變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。2 石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應輸出電壓幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。四  問答題（每題5分，共10分）1壓力傳感器測量砝碼數(shù)據如下，試解釋這是一種什么誤差，產生這種誤差的原因是什么。N(g)  &#

7、160;   0      1.0      2      3      4       5正行程(mv)0      1.5      2 

8、;     2.5    3       3.5反行程(mv)0      0.5      1      2      2.5     3.52解釋

9、下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體管與普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉換元件，在本質上有什么不同？五  電路分析（每題5分，共20分）。下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析：§ 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻RL上的電壓U0值； § 當P1>P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。  。圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅動器。問：TGS

10、812是什么傳感器？2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？分析電路工作原理，調節(jié)電位器RP有什么意義?。圖為光電傳感器電路，GPIS01是光電斷路器。分析電路工作原理：當用物體遮擋光路時晶體三極管VT狀態(tài)是導通還是截止？二極管是一個什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體管VT狀態(tài)如何？。下圖是電阻應變儀電路框圖，電橋采用交流供電，應變信號為一正弦變化的信號頻率為20Hz，振蕩頻率4KHz。請畫出放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形示意圖。 成都理工大學傳感器原理與應用試題1（答案）一.填空（每空1分，共20分）1.通常傳感器由敏感元件、轉換元件、基本轉換電路三部分

11、組成，是能把外界非電量轉換成電量的器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱應變效應；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。3.差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為零點殘余電壓；利用差動變壓器測量位移時，如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用相敏檢波電路。4.把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外兩側會產生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢

12、，這種現(xiàn)象稱霍爾效應，這個電動勢稱為霍爾電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成磁阻效應。5.某些電介質當沿一定方向對其施力而變形時內部產生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應；在介質極化方向施加電場時電介質會產生形變，這種效應又稱逆壓電效應。6.在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱外光電效應；入射光強改變物質導電率的現(xiàn)象稱光電導效應；半導體材料吸收光能后在PN結上產生電動式的效應稱光生伏特效應。7、塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內部會產生一圈圈閉合的電流，利用該原理制作的傳感器稱電

13、渦流傳感器；這種傳感器只能測量金屬物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱熱電效應效應；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時電路中電動勢E =0。二.選擇題（每空1分，共20分）電阻應變片     磁敏電阻    霍爾元件      氣敏傳感器        濕敏傳感器光電耦合器  &#

14、160;  壓電傳感器  電容傳感器    熱敏電阻          CCD電荷耦合器壓阻式傳感器   光纖傳感器  磁電傳感器    光電二極管        差動變壓器熱釋電器件     磁敏晶

15、體管  電渦流傳感器  光電池            超聲波傳感器熱電偶         紅外傳感器  色敏傳感器正確選擇以上傳感器填入以下空內：1.可以進行位移測量的傳感器有光纖傳感器、差動變壓器、電阻傳感器；2.可以完成溫度測量的有熱電偶、熱敏電阻；熱釋電；3.半導體式傳感器是磁敏、霍爾元件、氣敏傳感器、壓阻傳感器；4.光電

16、傳感器有光電耦合器、色敏傳感器、光纖傳感器、光電二極管；5.用于磁場測量的傳感器霍爾器件、磁敏晶體管；6.進行振動（或加速度）測量的傳感器磁電傳感器、壓電傳感器；7.利用物體反射進行非電量檢測的傳感器超聲波傳感器、紅外傳感器；三.計算 (每題5分，共10分)1.圖為一直流應變電橋，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應變片其余為外接電阻，R1增量為R1=3.5時輸出U0=?。R1、R2是應變片，感受應變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應變極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。解：2.石英晶體加

17、速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應輸出電壓幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。解：四.問答題（每題5分，共10分）1.壓力傳感器測量砝碼數(shù)據如下，試解釋這是一種什么誤差，產生這種誤差的原因是什么。N(g)012345正行程(mv)0     1.5      2      2.5    &#

18、160;3       3.5反行程(mv)0     0.5     1        2      2.5     3.5解：遲滯誤差；靜態(tài)誤差；傳感器本身材料的缺陷造成。2.解釋下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體

19、管與普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉換元件，在本質上有什么不同？解：磁敏晶體管有放大作用；普通晶體管無磁靈敏度；磁敏電阻不能區(qū)別磁極性。五.電路分析（每題5分，共20分）1.下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析：§ 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻RL上的電壓U0值； § 當P1>P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。  解：U0=0U0=UfM（C1-C2）因為 C1 C

20、2所以 U0 0 ，輸出負電壓。2.圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅動器。問： § TGS812是什么傳感器？ § 2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？ § 分析電路工作原理，調節(jié)電位器RP有什么意義?  解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應提高氣敏傳感器靈敏度；調節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。 3.圖為光電傳感器電路，GPIS01是光電斷路器。分析電路工作原理： 當用物體遮擋光路時晶體三極管VT狀態(tài)是導通還是截止？二極管是一個什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體管VT狀態(tài)如何？解：截止；紅外發(fā)射管，起

21、控制作用；截止。4.下圖是電阻應變儀電路框圖，電橋采用交流供電，應變信號為一正弦變化的信號頻率為20Hz，振蕩頻率4KHz。請畫出放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形示意圖。成都理工大學傳感器原理與應用試題2（80分） 1在右下圖所示的電橋中，R1=1000，R3=1500，C2=1F時電橋平衡。電容C4是多少？（5分）2作為光波5m紅外線的傳感器材料有哪些？（5分）3在用光開關檢測物體的系統(tǒng)中，指出輸出電壓的時間波形。（5分）4由光電二極管二維陣列組成面型傳感器進行圖像檢測，對圖像的分辨率由光電二極管的個數(shù)決定，試說明理由。（5分）5高溫加熱的鋼板為紅色，當溫度繼續(xù)升高時變?yōu)榘?/p>

22、色，試說明原因。（5分）6試舉坑內甲烷氣體量傳感器的例子。（5分）試舉工廠排水污濁監(jiān)視用傳感器的例子。試舉汽車排氣成分調整用傳感器的例子。7已知某壓力傳感器的測定范圍為010000Pa，輸入特性表示為y=10(x-0.00007x2+2000)請問這種傳感器能使用嗎？（5分）8某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0100ppm時的輸入特性表示為Rx=x+250(k),用差動法回答以下問題（其中R1=10M,E=2V）: （15分）· 利用最簡單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關系圖。· 利用電橋進行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時X，V0的關系圖。另外，當30。

23、C時，Rx=x+500(k)，在同一張圖上再加上X，V0的關系圖，然后進行比較。· 采用兩個差動法的傳感器電路繪出20。C，30。C時X，V0的關系，然后與（2）中的圖形進行比較。9設阻抗Rs為1k俄信號源與100V的動力線有50m的并行走線距離，靜電感應所產生的噪聲電壓為多少？分布電容設為10pF/m。（10分）10（1）采用超聲波或光脈沖信號，由從對象反射回來的脈沖的時間進行距離檢測，空氣中的音速為340m/s，軟鋼中縱波的因素為5900 m/s，光的速度為3*108 m/s，求這三種情況下1 ms的往復時間對應得距離。根據計算結果，比較采用光脈沖所需要系統(tǒng)得信號處理速度要比采用

24、超聲波脈沖時的系統(tǒng)速度快幾倍？（2）根據（1）的結果，討論利用脈沖往復時間測距，采用超聲波和光波各有什么特點。（10分）11為了實現(xiàn)以下目的，試從低通、高通、帶通和帶阻濾波中選擇最合適的一種：（10分）· 除去麥克風中混入的廣播電波信號；· 從天線接收的電視波中僅選擇第三頻道；· 除去混入所取出的腦電波信號中的電力線頻率（頻率為50Hz）干擾。1答：根據平衡條件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F。2答：有InSb,Hg0.8Cd0.2Te等材料。3答：光進入受光器輸出電壓為0V，光不進入，輸出6V，所以右圖為所示波形。 4答

25、：面型傳感器由許多銷的單元構成二維平面，其中每一個小單元都是一個光電二極管，稱為像素。用面型傳感器測量物體的形狀所得的圖像的分辨率最高只能是一個像素。如果所測得圖像長為l ，對應N個像素，分辨率為l/N。假設N為200，則分辨率最高只能使1/200。5答：與溫度相對應，物體放射出具有一定波長分布的光，高溫時，所有波長的能量增大，波長分布的峰值向短波長方向移動。對應于黑體的波長分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000。C的鋼板，波長分布的峰值在近紅外區(qū)域，發(fā)出的光波長在0.6m以上，屬于可視光的紅光區(qū)域，因此看到的光呈現(xiàn)紅色。溫度升高使得波長分布的峰值向短波方向移動。可視光的短波成分增加，可視光所有

26、波長成分混合使鋼板顏色接近白色。6答：接觸燃燒式氣體傳感器。氧氣傳感器。氧氣氣體傳感器。7答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa時為正，x>7143Pa時為負，故不能使用。8答：20。C時，0100ppm對應得電阻變化為250350 k。o V0在48.7867.63mV之間變化。o 如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時，V0在018.85mV之間變化。30。C時V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。o 20。C時，V0為018.85mV，30。C時V0為017.79mV，如果零點不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9

27、%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。9答：感應電壓=2fCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1k, VN=100代入，并保證單位一致，得：感應電壓=2*60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V10答：（1）1 ms的時間內超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m和3.0m，而光的傳播距離為1.5*105 m，故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時，1m的處理速度只能測量100m以上的距離，不能進行近距離測量。如果要求分辨力為1m，則要求10ns的處理速度。所以光脈沖法用于遠距離分辨率要求不高的場合，而超聲波用于近距離測量。11答：（1）因為要除去高

28、頻成分，故選用低通濾波器。（2）要消除第二通道以下和第三通道以上的頻率成分，故選用帶通濾波器。（3）要消除特定成分的頻率成分，故選用帶阻濾波器。成都理工大學傳感器原理與應用試題3（答案） 一、填空：（20分每題2分）1金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象 稱電阻應變效應；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱 壓阻效應。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應變不同，圓弧部分 使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應。 2測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標主要有線性度、遲滯、重復性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。

29、 3霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應強度相單位控制電流時的霍爾電勢的大小。 4光電傳感器的理論基礎是光電效應。通常把光線照射到物體表面后產生的光電效應分為三類。第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應,這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內部電阻率改變的內光電效應，這類元件有光敏電阻；第三類是利用在光線作用下使物體內部產生一定方向電動勢的光生伏特效應，這類元件有光電池、光電儀表。 5熱電偶所產生的熱電勢是兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補償中補償導線法（即冷端

30、延長線法）是在連接導線和熱電偶之間，接入延長線，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。 6把一導體（或半導體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外兩側會產生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應，這個電動勢稱為霍爾電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成磁阻效應。 7變氣隙式自感傳感器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（增加） 8儀表的精度等級是用儀表的（ 引用誤差）來表示的。 9電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關系，除（ 變極距型）外是線性的

31、。10差動變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為零點殘余電壓；利用差動變壓器測量位移時，如果要求區(qū)別位移方向（或正負）可采用相敏檢波電路。 二、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計相連接。在某時刻,從電位差計測得熱電勢為-1.19mv，此時電位差計所處的環(huán)境溫度為15，試求該時刻溫箱的溫度是多少度？（20分） 鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測量端溫度0123456789  熱電動勢(mv)   -20-0.77-0.81-0.84-0

32、.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16 三、電路分析（每題10分，共20分） o 下圖

33、左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構成差動電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： § 當兩邊壓力相等P1=P2時負載電阻RL上的電壓U0值； § 當P1>P2時負載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負）。  解：U0=0U0=UfM（C1-C2）因為 C1 C2所以 U0 0 ，輸出負電壓。 o 圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅動器。問：  § TGS812是什么傳感器？ § 2、5腳是傳感器哪個部分，有什么作用？

34、67; 分析電路工作原理，調節(jié)電位器RP有什么意義?  解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應提高氣敏傳感器靈敏度；調節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。 四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計算（5分）1. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50，試計算出Rt的值和Ra的值（10分）2. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計算電橋的輸出電壓VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別

35、為r2、r3、Rg的三個導線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當溫度變化時，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調整時，應使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0°C）時的電阻值。三線連接法的缺點之一是可調電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導致電橋的零點不穩(wěn)。 成都理工大學傳感器原理與應用試題4（答案）一、填空題：（30分）1、傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件和產生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調節(jié)轉換電路組成。2、電阻應變

36、片式傳感器按制造材料可分為_金屬_材料和_半導體_體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由_電阻應變效應_形成的，而半導體材料的電阻變化主要是由 壓阻效應 造成的。半導體_材料傳感器的靈敏度大。3、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與繞組匝數(shù) 成正比，與穿過線圈的磁通成正比，與磁回路中磁阻成反比。4、測量過程中存在著測量誤差，按性質可被分為_絕對誤差、相對誤差 _、和引用誤差三類，其中絕對誤差可以通過對多次測量結果求平均的方法來減小它對測量結果的影響。5、光電傳感器的工作原理是基于物質的光電效應，目前所利用的光電效應大致有三大類：第一類是利用在光線作用下

37、材料中電子溢出表面的_現(xiàn)象，即外光電效應，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，即內光電效應。光敏電阻傳感器屬于這一類。第三類是利用在光線作用下 光勢壘現(xiàn)象，即_光生伏特_效應，光敏二極管及光敏三極管_傳感器屬于這一類。6、熱電偶所產生的熱電勢是由兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T,To）=。在熱電偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導線和熱電偶之間，接入延長線它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。二、問答題：（30分）1、什么是傳感器動態(tài)特性

38、和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動態(tài)特性？（10分）答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網絡研究時，輸入輸出特性是二端網絡的外部特性，即輸入量和輸出量的對應關系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入-輸出特性。動態(tài)特性指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r域和頻域來研究動態(tài)特性2、簡述霍爾電勢產生的原理。（10分）答：一塊半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中

39、，當有電流I流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉。結果在半導體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產生的力阻止電子繼續(xù)偏轉當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢UH。3、分析應變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產生測量誤差的過程。（10分）答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與真實應變同數(shù)量級的誤差。三、分析、計算題：（40分）1、分析如圖1所示自感傳感器當動鐵心左右移動（x1,x2發(fā)生

40、變化時自感L變化情況。已知空氣隙的長度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導率為，線圈匝數(shù)W不變）。（10分）解：， 又空氣隙的長度x1和x2各自變而其和不變，其他變量都不變故L不變。2、分析如圖2所示變介質平板電容傳感器，電容（C）變化對液位變化（x）的靈敏度。已知長方形極板的長為l，高為h，極板間距離為d，容器內下面介質的高度為x(x h)，介電常數(shù)為2，容器內上面介質的介電常數(shù)為1。（10分）3、設5次測量某物體的長度，其測量的結果分別為：9.810.010.19.910.2厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在99.73的置信概率下，對被測物體的最小估計區(qū)間。（10分）4、在對量程為10

41、MPa的壓力傳感器進行標定時，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關系如下表所示，簡述最小二乘法準則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力曲線中哪條最符合最小二乘法準則？（10分）測量次數(shù)I12345壓力xi（MPa）245810電壓yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（2）y=7.00x+0.09（5）y=5.00x+0.07答：最小二乘法準則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，（5）為所求。成都理工大學傳感器原理與應用試題5（答案）一、填空：（20分）1通常傳感器由敏感元件、轉換元件、基本轉換電路三部分組成，是能

42、把外界各種非電量轉換成電量的器件和裝置。2熱電偶所產生的熱電勢是由兩種導體的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T,To）=。在熱電偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是在連接導線和熱電偶之間，接入延長線它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。3.光電傳感器的工作原理是基于物質的光電效應，目前所利用的光電效應大致有三大類：第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應，這類器件有光電管、光電倍增管等；第二類是利用在光線作用下使材料內部電阻率改變的內光電效應，這類器件有光敏電阻等；第三類是利用在光線作用下使物體內

43、部產生一定方向電動勢的光生伏特效應，這類器件有光電池、光電儀表。4.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質在外界機械力作用下，其內部產生機械應力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為壓磁效應。相反，某些鐵磁物質在外界磁場的作用下會產生機械變形，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應。5.磁電式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端產生感應電動勢。而霍爾式傳感器是利用霍爾元件在磁場中的電磁效應（霍爾效應）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。6.測量過程中存在著測量誤差。絕對誤差是指測量值與被測量真實值之間的差值其表達式為；相對誤差是指絕對誤差與被測量真實值的比值其表達式為；引用誤差是

44、指絕對誤差與測量儀表的上量限（滿度）值A的百分比其表達式為。7.光柵傳感器中莫爾條紋的一個重要特性是具有位移放大作用。如果兩個光柵距相等，即W=0.02mm，其夾角=0.1°，則莫爾條紋的寬度B=11.43莫爾條紋的放大倍數(shù)K= 573.2。8.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標通常用輸入量與輸出量的對應關系來表征。9某些電介質當沿一定方向對其施力而變形時內部產生極化現(xiàn)象，同時在它的表面產生符號相反的電荷，當外力去掉后又恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應；在介質極化方向施加電場時電介質會產生形變，這種效應又稱逆壓電效應。10. 同位素的原子核在沒有外力作用下自動發(fā)生衰變，衰變中釋放出、&#

45、160;、射線，這種現(xiàn)象稱為核衰變。 二、寄生電容與電容傳感器相關聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（15分）三、在生產過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實現(xiàn)工藝。（15分）四、計算與問答題(每題10分，共20分)1、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。 畫出應變片組成的電橋電路

46、。· 計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。 · 說明R3、R4起到什么作用？  應變片組成半橋電路；R3、R4可以進行溫度補償。 2石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應輸出電壓幅值為2V，試求機械的振動加速度(單位g)。解： 五、下圖是一紅外測溫裝置，測量溫度高于1000，紅外探測器是熱釋電元件，利用熱輻射測溫。請回答下列器件各起到什么作用？（10分）o 光學系統(tǒng)：透鏡聚焦；濾光片波長選擇； o 步進電機與調制盤將被測紅外輻射調制為按一定頻率變化

47、的溫度信號； o 溫度傳感器用于電路補償?shù)臏囟葌鞲衅鳌?o 紅外探測器接受檢測被測高溫的傳感器。 成成都理工大學傳感器原理與應用試題6（100分） 1鋼材上粘貼的應變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應力為10kg/mm2。求鋼材的應變。鋼材的應變?yōu)?00*10-6時，粘貼的應變片的電阻變化率為多少?（10分） 2截面積為1mm2、長度為100m銅線的電阻為多少？具有和它相同電阻的100m鋁線的截面積為多大？比較此時的鋁線重量和銅線重量。（5分） · 試推導惠斯頓電橋輸入輸出之間的關系。（10分） · 給出力平衡測量系統(tǒng)得一個應用實例，

48、并給出系統(tǒng)的信號流方框圖。（10分） · 鉑線電阻在20。C時為10，求50。C時的電阻。（5分） · 下圖1所示的鉑測溫電阻元件，當溫度由0。C上升到100。C時，電阻變化率R/R0為多少?下圖2所示的熱敏電阻（R0=28k），其R/R0為多少? 圖1圖2上圖1所示的鉑測溫電阻元件，在0200。C范圍內的電阻溫度系數(shù)為多少？（10分） 7要測1000。C左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500。C左右的高溫呢？（5分） 8使用k型熱電偶，基準接點為0。C、測量接點為30。C和900。C時，溫差電動勢分別為1.203m

49、V和37.326mV。當基準接點為30。C，測溫接點為900。C時的溫差電動勢為多少？（10分） 90。C時的電阻為100的鉑金熱電阻。300。C時的阻值按下面兩種方法計算，其結果之差換算成溫度差是多少？（15分）· 電阻用溫度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2）式中B=0，A=0.003851。C-1。（此時100。C時的電阻值為138.51）· 電阻值與溫度為二次函數(shù)關系。· 用一次方程近似時，溫度誤差為多少？ 10某熱敏電阻0。C時電阻為30k,若用來測量100。C物體的溫度，其電阻為多少？設熱敏電阻的系數(shù)B為3450K。（5分

50、） 11和人體體溫（36。C）相同的黑體，其熱輻射的分光輻射輝度為最大時波長為多少？（5分） 12在下圖所示的電路中，差動變壓器二次電壓的有效值，接頭c1d間是5V，接頭 c1d1間是3.5V。此時，電流表M上所流的電流是多少mA？這里兩個電阻各1k（二極管的電阻可認為是0）。（10分）成都理工大學傳感器原理與應用試題6（答案） 1答：是R/R=2（l/l）。因為電阻變化率是R/R=0.001，所以l/l（應變）=0.0005=5*10-4。答：因l/l=300*10-6，所以，R/R=2*300*10-6=6*10-4。2答：R=(l/S)中，(鎳)是（9510

51、4）*10-8·m，（銅）是1.72*10-8·m，所以R（鎳）/R（銅）=（鎳）/（銅）=（95104）/1.72=55.260.5。 3答：假定輸入輸出端沒有電流流過，流過阻抗Z4和Z1的電流為i4，流過阻抗Z3和Z2的電流為i3，由基爾霍夫電壓定律得以下關系式：（Z4+Z1）i4= ( Z3+Z2)i3=Vi(1)i4Z4= i3 Z3+Vi(2)由（1）式得（3）（4）將（3）和（4）代入（2）求得V0為：V0 = i4Z4 -i3 Z3=（）Vi=Vi 4答：方框圖如下： 5。答：R=R0（I+t）中，t=20。C，R=10，=30*

52、10-4/。C。因此，10= R0（1+30*10-4*20），R= R0（1+30*10-4*50）得R10.8。 6答：由圖1可讀取t=100。C時的R/R01.4。因此，R=1.4R0，又有R= R-R0= 1.4R0-R0=0.4 R0。因此，R/R=0.4。圖2的熱敏電阻中t=100。C時的R103。又R= R-R0=-27k。因此，R/R0=-27/28-0.96。答：t=200。C處的R/R01.8，電阻溫度系數(shù)（曲線的傾斜率）=（1.8-1）/200=0.4%/。C。 7答：若是1000。C鉻鎳-鋁鎳，鉑、銠-鉑，1500。C時，鉑、銠30%-鉑。 

53、;8答：現(xiàn)t2=900。C ，t1=30。C ，基準接點溫度為30。C ，測溫接點溫度為900。C時的溫差電動勢設為 E，則37.326=1.203+ E，所以E=36.123mV。9答：（1）RT=100（1+0.003851*t），以t=300。C代入，得RT=215.53。（2）RT=R0（1+At+Bt2）式中以t=300。C代入，得RT=212.05。（3）同（2），算得t=310。C時電阻值為215.61，即溫度上升10。C電阻增加3.56。因此，由（215.53-212.05）/0.356=9.8算得誤差為9.8。C。10答：式中以R0=3*104，B=3450，T=373.15

54、和T0=273.15代入得RT=1.017k。11答：將T=273.15+36=309.15代入m*T=2.8978*10-3m·K,得m=9.37*10-6 m=9.37m。12答：電流i1，i2及i1-i2如下圖所示，i是通過電流表M的電流。時間0T/2中，i=i1-i1=1.5sint(mA),時間T/2 T中，i為0 （這里T是周期）。M的指示值是i在1個周期的平均值。因此，這里T=2。所以第1章傳感器概述 1什么是傳感器？（傳感器定義）2傳感器由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？3. 傳感器特性在檢測系統(tǒng)中起到什么作用？4解釋下列名詞術語：  

55、  1)敏感元件;2)傳感器; 3)信號調理器;4)變送器。3答：傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。 4答：敏感元件：指傳感器中直接感受被測量的部分。傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成。信號調理器：對于輸入和輸出信號進行轉換的裝置。變送器：能輸出標準信號的傳感器第3章應變式傳感器概述1什么是應變效應？什么是壓阻效應？什么是橫

56、向效應？試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處。2有一吊車的拉力傳感器如圖所示，電阻應變片R1、R2、R3、R4等截面軸上，已知R1R4標稱阻值為120，橋路電壓2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。請畫出應變片電橋電路，計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度，R3、R4起什么作用？3在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應用場合？用電阻應變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？4。相敏檢波電路與普通檢波電路有什么不同？請敘述相敏檢波電路工作原理。（參考實驗講義p7電路原理圖）5。電橋如圖所示：試推導電橋平衡條件V0（R1,R2,R3,R4）=0V。

57、60;6。電橋預調平衡電路如圖，初始不平蘅值：R1=348， R2=350 ，R3=120，R4=120，R5=1K， R6=20K，E=24V求：調節(jié)滑片，平衡時R7，R8的值。平衡后R1/R2=R3/R4，對嗎？7.在用直流電橋測量電阻的時候，若標準電阻Rn=10.0004的電橋已經平衡（則被測電阻Rx=10.0004），但是由于檢流計指針偏轉在±0.3mm以內時，人眼就很難觀測出來，因此Rn的值也可能不是10.0004 ,而是Rn=10.0004±Rn 。若已知電橋的相對靈敏度Sr=1mm/0.01% ，求對應檢流計指針偏轉±0.3mm時，Rn ？8. 說明

58、電阻應變片的組成和種類。電阻應變片有哪些主要特性參數(shù)？9. 一個量程為10kN的應變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm,內徑18mm,在其表面粘貼八各應變片，四個沿周向粘貼，應變片的電阻值均為120,靈敏度為2.0,波松比為0.3,材料彈性模量E=2.1×1011Pa。要求：繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；計算傳感器在滿量程時，各應變片電阻變化；當橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。10. 應變片產生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？11. 今有一懸臂梁，如圖所示，在其中上部上、下兩面各貼兩片應變片，組成全橋，該梁在其懸臂梁一端受一向下

59、力F=0.5N,試求此時這四個應變片的電阻值。已知：應變片靈敏系數(shù)K=2.1;應變片空載電阻R0=120。          12. 如圖所示一受拉的10#優(yōu)質碳素鋼桿。試用允許通過的最大電流為30mA的康銅絲應變片組成一單臂受感電橋。試求出此電橋空載時的最大可能的輸出電壓（應變片的電阻為120）。13鋼材上粘貼的應變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應力為10kg/mm2。求鋼材的應變。鋼材的應變?yōu)?00*10-6時，粘貼的應變片的電阻變化率為多少?14截面積為1mm2、長度為100m銅線的電阻

60、為多少？具有和它相同電阻的100m鋁線的截面積為多大？比較此時的鋁線重量和銅線重量。15試推導惠斯頓電橋輸入輸出之間的關系。16參考有關書籍中的地震式加速度傳感器的工作原理并推導出公式：17。給出力平衡測量系統(tǒng)得一個應用實例，并給出系統(tǒng)的信號流方框圖。答案7. 解：8.答： 金屬電阻應變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、粘結劑、引線。分為金屬絲式和箔式。其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效應、機械滯后、零漂及蠕變、溫度效應、應變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應特性。  9. 答：(1).全橋電路如右圖所示(2).圓桶截面積     應變片1、2、3、4感受縱向應變；應變片5、6、7、8感受縱向應變；滿量程時： （3）10答：敏感元件與彈性元件溫度誤差不同產生虛假誤差，可采用自補償和線路補償。 11解：   12解： 13解：是R/R=2（l/l）。因為電阻變化率是R/R=0.001，所以l/l（應變）=0.0005=5*10-4。因l/l=3