《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》試題一、填空：（20分）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)定性等2分）2?霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)大小3、 光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效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(yīng) ，這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用 效應(yīng)，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(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)， 這類元件有光電池、光電儀表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)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的, 其表達(dá)式為k NatEab（ T，To）= —（T To）ln - T0 （ a b ）d t在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法 （即e N b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 旦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)。

（2分）6. 變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)，鐵芯上的線圈電感量（ ①增加②減?、鄄蛔儯?分）7. 儀表的精度等級(jí)是用儀表的 （① 相對(duì)誤差 ② 絕對(duì)誤差 ③ 引用誤差）來表示的（2分）8. 電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出被測(cè)量間的關(guān)系，除（① 變面積型 ② 變極距型 ③ 變介電常數(shù)型）外是線性的 （2分）9. 電位器傳器的（線性），假定電位器全長(zhǎng)為 Xmax,其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用 Rx =（① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmaX 來計(jì)算， 其中電阻靈敏度 Rr=（① 2p（b+h）/At ,② 2pAt/b+h, ③ 2A（b+b）/pt, ④ 2Atp（b+h）1、 變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線圈 的電感量（①增大，②減小，③不變）2、 在平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中， （①變面積型， ②變極距型，③變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系3、 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感 M的大小與原方線圈的匝數(shù)成（①正比，② 反比，③不成比例），與副方線圈的匝數(shù)成（①正比，②反比，③不成比例），與回路中磁 阻成（①正比，②反比， ③不成比例）。

4、 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件 和產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信 —號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成5、 熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱是由兩種導(dǎo)體的接觸電熱和單一導(dǎo)體的溫差電熱組成2、 電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為① _金屬_材料和② 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①的電阻變化主要是由 電阻應(yīng)變效應(yīng) 形成的，而②的電阻變化主要是由 溫度效應(yīng)造成的半導(dǎo)體材料傳感器的靈敏度較大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,而單個(gè)空氣隙磁阻的大小可用公式 表示 1?熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(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)組成的, 其表達(dá)式k Na t為Eab（T,To）=—（T T°）ln A T0（ A B）dT在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法e Nb（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 （7分）3?電位器或電阻傳感器按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。

線性電 理想空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系假定電位器全長(zhǎng)為 Xmax，其總電阻為 Rmax，它X的滑臂間的阻值可以用 Rx= R max來計(jì)算假定加在電位器 A、B之間的電壓為X max人 X 、 2 （b h） —宀Vmax，則輸出電壓為 Vx= V max其電阻靈敏度 Ri= 電壓靈敏度X max AtRu=I 2-（b 7 分）At5. 磁電式傳感器是利用導(dǎo) 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)的霍爾式傳感器可用來測(cè)量電流，磁場(chǎng)，位移，壓力 （6分）8.測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指旨標(biāo)通常用輸入量與輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系來表征（ 5分）1、 變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大時(shí)，鐵心上線圈的 電感量（①增大②減?、鄄蛔儯?、 平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中， （①變面積型 ②變極 距型③變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系3、在變壓器式傳感器中， 原方和副方互感 M的大小與原方線圈的匝數(shù)成 （①正比②反比③不成比例）簡(jiǎn)答題二、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連接在某時(shí)刻， 從電位差計(jì)測(cè)得熱電勢(shì)為 -1.19mv，此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為 15C，試求該時(shí)刻溫箱的溫度是多少度？ （ 20分）鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測(cè)量端溫 度C0123456789熱八、、電動(dòng)勢(shì)(mv)-20-0.77-0.81-0.84 :-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.80「0.840.880.920.961.001.041.081.121.162簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理。

（6分）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)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 （6分）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（ 6分）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1、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)特性？（ 10 分）答：傳感器的特性是指?jìng)鞲衅魉赜行再|(zhì)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(wǎng)絡(luò)研究時(shí)， 輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性， 即輸入量和 輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性靜態(tài)特 性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入 -輸出特性動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入 -輸出特性可以從時(shí)域和頻域來研究動(dòng)態(tài)特性2、簡(jiǎn)述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理 （5 分）答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng) （磁場(chǎng)方向垂直于薄片 ） 中，當(dāng)有電流I 流過時(shí)，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)結(jié)果在半導(dǎo)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(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的 力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)， 電子積累也平衡， 這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上 將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì) UH3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測(cè)量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測(cè)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) t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（ g與s）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差二、 寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度， 它的變化為虛假信號(hào)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(chǎn)過程中測(cè)量金屬板的厚度， 非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器 試簡(jiǎn)要敘述說明利用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝 （ 15）1 光纖傳感器的工作原理 （4 分）答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射， 當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角 時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射， 并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射， 直至傳遞 到另一端面光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維，按其工作原理來分有功能型（或稱物性型、 傳感型）與非功能型 （或稱結(jié)構(gòu)型、 傳光型） 兩大類功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo)， 而且具有測(cè)量的功能 非功能型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介， 還需加上其他敏感元件才能組成傳感器5、什么是傳感器靜態(tài)特性 （4 分） 答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入—輸出特性 三、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)？說明勢(shì)電偶測(cè)溫原理及其工作定律的應(yīng) 用分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（ 10 分）答：①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)② 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)③ 溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢(shì)④ 熱電偶測(cè)溫原理：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)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⑤ 熱電偶三定律a中間導(dǎo)體定律 熱電偶測(cè)溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電 偶回路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響 在用熱電偶測(cè)溫時(shí)， 連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo) 體b中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電。