2022年傳感器與檢測(cè)技術(shù)試題與答案

1、第 1 章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)摸索題答案 l. 檢測(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成 . 說(shuō)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,分別完成信息獵取, 轉(zhuǎn)換, 顯示和處理等功能；當(dāng)然其中仍包括電源和傳輸通道等不行 缺少的部分；下圖給出了檢測(cè)系統(tǒng)的組成框圖； 指示儀 被測(cè)量 傳感器 測(cè)量 記錄儀 電路 電源 數(shù)據(jù)處 理儀器 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, 明顯, 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)獵取信息的質(zhì)量往往是由傳感器的性能確 定的,由于檢測(cè)系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無(wú)法添

2、加新的檢測(cè)信息并且不易排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)是脆弱的, 就需要由測(cè)量電路加以放大, 以中意顯示記錄裝置的要求； 依據(jù)需要測(cè) 量電路仍能進(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), 大小或變化的過(guò)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； 主要作用是使人們明白被測(cè)量的 被測(cè)量用一個(gè)或兩個(gè)漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大寫(xiě)字母標(biāo)記；見(jiàn)附錄表 2； 轉(zhuǎn)換原理用一個(gè)或兩個(gè)漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)大

3、寫(xiě)字母標(biāo)記；見(jiàn)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(lái)表征產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性,性能參數(shù),產(chǎn) 品系列等； 如產(chǎn)品性能參數(shù)不變, 僅在局部有改動(dòng)或變動(dòng)時(shí), 加注大寫(xiě)字母 A ,B ,C 等,（其中 I, Q 不用）； 其序號(hào)可在原序號(hào)后面次序地 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)載變化的情形時(shí),應(yīng)當(dāng)接受何種測(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)載電阻變化的情形時(shí), 最好接受微差式測(cè)量； 此時(shí)輸出電壓 認(rèn)可表示為 U0, U 0=U+ U,其中 U 是負(fù)載電阻變化所引起的輸出電壓變

4、化量,相對(duì) U來(lái)講為一小量；假如接受偏差法測(cè)量,外表必需有較大量程以中意 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 精品文檔,供參考！ 第 1 頁(yè),共 6 頁(yè)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(kāi)頭 后,只需增加或減小負(fù)載電阻

5、RL 的值, 負(fù)載變動(dòng)所引起的穩(wěn)壓電源輸出電壓 U 0 的微小波動(dòng) 值 U,即可由毫伏表指示出來(lái)；依據(jù) U0=U +U,穩(wěn)壓電源輸出電壓在各種負(fù)載下的值都 可以精確地測(cè)量出來(lái)； 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, 特殊適合于在線控 制參數(shù)的測(cè)量； Rm RP Rw Rr R1 RL E E1 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 減至 ,求該儀器的靈敏度； 解：該儀器的靈敏度為 時(shí),位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓由 S 2 mV/mm 5. 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： / 電橋：

6、放大 器： 筆式記 100 放大倍數(shù) 錄儀： 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 S 0.02 100 0.18 cm/ （2）記錄儀筆尖位移 4cm 時(shí),所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為 t 4 6. 有三臺(tái)測(cè)溫外表,量程均為 0800,精度等級(jí)分別為 級(jí), 級(jí)和 級(jí),現(xiàn)要測(cè)量 500的溫度,要求相對(duì)誤差不超過(guò) ,選那臺(tái)外表合理 .解： 級(jí)時(shí)的最大確定誤差值為 20,測(cè)量 500時(shí)的相對(duì)誤差為 4； 級(jí)時(shí)的最大 確定誤差值為 16,測(cè)量 500時(shí)的相對(duì)誤差為 ；級(jí)時(shí)的最大確定誤差值為 12, 測(cè)量 500時(shí)的相對(duì)誤差為

7、；因此,應(yīng)當(dāng)選用 1.5 級(jí)的測(cè)溫儀器； 精品文檔,供參考！ 第 2 頁(yè),共 6 頁(yè)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, 或依據(jù)確定的規(guī)律變化的誤差； 隨機(jī)誤差就是指在相同條件下, 多次測(cè)量同一量時(shí), 其誤差 的大小和符號(hào)以不行預(yù)見(jiàn)的方式變化的誤差；正確度是指測(cè)量結(jié)果與理論真值的一樣程度, 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?。?8. 聽(tīng)從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差有哪些特性 .答：聽(tīng)從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差的特性有： 對(duì)稱性

8、隨機(jī)誤差可正可負(fù), 但確定值相等的 正,負(fù)誤差顯現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等；也就是說(shuō) f - 曲線對(duì)稱于縱軸；有界 在確定測(cè)量條件 性 下,隨機(jī)誤差的確定值不會(huì)超過(guò)確定的范疇, 即確定值很大的隨機(jī)誤差幾乎不顯現(xiàn)； 抵償性 n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 lim n i 0 ；單 i 1 峰性 確定值小的隨機(jī)誤差比確定值大的隨機(jī)誤差顯現(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： R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 1 求 10 次測(cè)量的算術(shù)平均值 R,測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤

9、差 和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤 s； 差 2 如置信概率取 ,寫(xiě)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 R ,測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差 和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤s； 差 R10 R1 R2 Rn i 1 10 10 .11n2 x 21nv 2110 v 222222 0.153 x n1n1i 1 9i1i 1 s n2222910 2 如置信概率取 ,被測(cè)電阻的真值為： R0 3s 0.173 極限值為： Rm 3 精品文檔,供參考！ 第 3 頁(yè),共 6 頁(yè)10. 試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關(guān)系； 答：如以下圖,電橋各臂的電阻分別為 R1, R2,R3, R4； U 為電

10、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； A DR1 R2CU0 R4R3B U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(wú)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(kāi)路電壓, 其表達(dá)式 為 R1 R3 R2 R4 3U o U 1 R1 R2 R3 R4 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

11、量 R1時(shí),由初始平穩(wěn)條件 R1R3=R2R4 得 R 1 R 4,代入式（ 1）,就電橋由于 R1 R2 R3 產(chǎn)生不平穩(wěn)引起的輸出電壓為 U 0 R1 R2 R1U R1 R2 R1 U 2 2 R2 R1 2 R2 R1 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,依據(jù)（ 2） 可得到輸出電壓為 U 0 URR RUR3 =R 時(shí),由式（ 2） R 2 R R4 R 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 R 1得 對(duì)于等臂電橋 U 0 URR R4 R 2 R RR1=R2=R3=R4=R,

12、當(dāng) R1 的電阻增量 R1=R時(shí),由式（ 2）可得輸出電壓 為 U 0 URR RUR5 電橋的輸出電壓也隨著變 R 2 R R4R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), 化；當(dāng) R R 時(shí),電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系；仍可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變 化的情形下, 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；因此在使用中多接受等臂電橋或輸出對(duì)稱電橋； 在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度, 常接受等臂電橋, 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

13、 得 精品文檔,供參考！ 第 4 頁(yè),共 6 頁(yè)U 0 4URUR6 4 倍,所以 4RR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 大大提高了測(cè)量的靈敏度； 第 2 章 電阻式傳感器摸索題答案 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, 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)量電橋和溝通測(cè)量電橋有什么區(qū)分 .半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)就 答：它們的區(qū)分主要是直流電橋用直流電源, 只適用于直流元件, 溝通電橋用溝通電源,適 用于全部電路元件； 3. 熱電阻測(cè)量時(shí)接受何種測(cè)量電路

14、 .為什么要接受這種測(cè)量電路 .說(shuō)明這種電路的工作原理； 答：通常接受電橋電路作為測(cè)量電路； 分之一電橋電路； 由于接受這種電路, 為了克服環(huán)境溫度的影響常接受下圖所示的三導(dǎo)線四 熱電阻的兩根引線的電阻值被支配在兩個(gè)相鄰的橋臂 t 中,假如 R1 t R2 ,就由于環(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； R1 R2R 1Rt R4 R3 R熱電阻的測(cè)量電路 4. 接受阻值為 120 靈敏度系數(shù) 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(wú)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

15、比較三種情形下的靈敏度； 解：?jiǎn)伪蹠r(shí) U 0 K U ,所以應(yīng)變?yōu)?1 時(shí) U 0 K U 42 10 62 10 6/V ,應(yīng)變?yōu)?4441000 時(shí)應(yīng)為 U 0 K U 42 10 32 10 3 /V ；雙臂時(shí) U 0 K U ,所以應(yīng)變?yōu)?1442時(shí) U 0 K U 42 10 64 10 6/V , 應(yīng) 變 為 1000 時(shí) 應(yīng) 為 22精品文檔,供參考！ 第 5 頁(yè),共 6 頁(yè)U 0 K U 642 10 34 10 3/V ； 全 橋 時(shí) U 0 K U , 所 以 應(yīng) 變 為 1 時(shí) 22U 0 8 10 /V ,應(yīng)變?yōu)?1000 時(shí)應(yīng)為 U 0 8 10 3/V ；從上面的運(yùn)

16、算可知： 單臂時(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. 接受阻值 R=120 靈敏度系數(shù) 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)?1000 時(shí),如要使輸出電壓大于 10mV ,就可接受何 種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無(wú)窮大）？ 解：由于不知是何種工作方式,可設(shè)為 n,故可得： 310 mV U 0 K U n210 10 n得 n 要小于 2,故應(yīng)接受全橋工作方式； 6. 如以下圖為始終流電橋,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) ；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)?5 000,試求此時(shí)電橋輸出端電壓 U 0； R4 R3 R1 R1 R2R2 題 6 圖 解：