【正文】 《傳感器與檢測技術(shù)》試題 一、 填空 ：（ 20 分） 1，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 。（ 2分） 表示在單位磁感應(yīng)強度相單位控制電流時的霍爾電勢大小 。 光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)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(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下 使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電 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)生一定方向電動勢的光生伏特 效應(yīng)，這類元件有 光電池、光電儀表 。 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）=TBATTBA0 d)(NNln)TT(ek 0 ??????。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 。 ：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械壓力，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)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生 機械變形 ，這種現(xiàn)象稱為 負壓電效應(yīng) 。（ 2 分） 6. 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（ ①增加 ②減?、鄄蛔?）（ 2 分） 7. 儀表的精度等級是用儀表的（ ① 相對誤差 ② 絕對誤差 ③ 引用誤差 ）來表示的（ 2 分） 8. 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(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），假定電位器全長為 Xmax, 其總電阻為 Rmax，它的滑臂間的阻值 可以用 Rx = （ ① Xmax/x Rmax,② x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④ X/XmaxRmax）來計算，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)） 變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（ ①增大 ，②減小，③不變 ）。 在平行極板電容傳感器的輸入被測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。 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 ）。 傳感器是 能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置 ，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的 敏感元件 和產(chǎn)生可用信號輸出的 轉(zhuǎn)換元件 以及相應(yīng)的 信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路 組成。 熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱是由 兩種導體的接觸 電熱和 單一導體的溫差 電熱組成。 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 ____半導體 __體材料 。它們在受到外力作用時電阻發(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。 半導體 材料傳感器的靈敏度較大。 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，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 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）=TBATTBA0 d)(NNln)TT(ek 0 ??????。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 。（ 7 分） ，可分為 線性電位器 和 非線性電位器 。 線性電位器 的理想空載特性曲線具有嚴格的 線性 關(guān)系。假定電位器全長為 Xmax，其總電阻為 Rmax，它的滑臂間的阻值可以用 Rx= maxRmaxX X ? 來計算。假定加在電位器 A、 B 之間的電壓為 Vmax，則輸出電壓為 Vx= maxVmaxX X ? 。其電阻靈敏度 RI= At )hb(2 ?? 。電壓靈敏度 RU= At )hb(2I ??? 。（ 7 分） 導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端 產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為 霍爾元件 在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）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 分） 輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系 來表征（ 5分） 變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（ ①增大 ②減小 ③不變 ）。 平行極板電容傳感器的輸入被測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。 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 ） 簡答題 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，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 ℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 熱 電 動 勢 (mv) 20 10 0 +0 +10 +20 2 簡述熱電偶的工作原理。（ 6 分） 答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度 的大小。 3 以石英晶體為例簡述壓電效應(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，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時，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，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形 壓電效應(yīng)。 4 簡述電阻應(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)，即在導體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(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(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，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應(yīng)關(guān)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。可以從時域和頻域來研究動態(tài)特性 簡述霍爾電動 勢 產(chǎn)生的原理。（ 5 分） 答： 一塊半導體薄片置于磁感應(yīng)強度為 B 的磁場 (磁場方向垂直于薄片 )中，當有電流 I 流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)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(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)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(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢 UH。 分析應(yīng)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(chǎn)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) t? 及柵絲與試件膨脹系數(shù)（ sg ??與 ）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。 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） 1 光纖傳感器的工作原理。（ 4 分） 答：光導纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復逐次反射，直至傳遞到另一端面。 光纖傳感器利用光導纖維，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 ，而且具有測量的功能。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。 什么是傳感器靜態(tài)特性。（ 4 分） 答：傳感器的靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入 — 輸出特性。 三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（ 10 分） 答： ① 熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體） A、 B 串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢 。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 ② 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導體的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與導體的形狀和尺寸無關(guān)。 ③ 溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。 ④ 熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點 的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。 ⑤ 熱電偶三定律 a 中間導體定律 熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示一起等均可看成中間導體。 b 中間溫度定律 任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為 T，冷端為 0T 時的熱電勢等于該熱電偶熱端為 T 冷端為 nT 時的熱電勢與同一熱電偶熱端為 nT ，冷端為 0T 時熱電勢的代數(shù)和。 應(yīng)用：對熱電偶冷端不為 C00 時，可用中間溫度定律加以修正。 熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當?shù)难a償線路。 c 參考電極定律 如果 A、 B 兩種導體（熱電極）分別與第三種導體 C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點溫度為（ T， 0T ）時分別為 ? ?0,TTEAC ， ? ?0,TTEBC ，那么愛相同溫度下，又 A、 B 兩熱電極配對后的熱電勢為 ? ? ? ? ? ?000 , TTETTETTE BCACAB ?? 實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標準鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。 ⑥ 誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響 措施： a C00 恒溫法 b 計算修正 法（冷端溫度修正法） c 儀表機械零點調(diào)整法 d 熱電偶補償法 e