【正文】 同濟大學(xué) 2020 至 2020 學(xué)年第二學(xué)期傳感器與檢測技術(shù)期末考試試題 A 同濟大學(xué)課程考核試卷（ A 卷） 2020—2020 學(xué)年第二學(xué)期 命題教師簽名： 審核教師簽名： 課號： 102214 課名：傳感器與檢測技術(shù) 考試考查：考試 此卷選為：期中考試 ( )、期終考試 ( ■ )、重考 ( )試卷 年級 專業(yè) 學(xué)號 姓名 得分 一、 選擇題（每題 2 分，共 24 分） 1. 按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系，傳感器可分為（ ）傳感器。 A．溫度型和速度型 B．物性型和結(jié)構(gòu)型 C．機械型和電子型 D．能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型 2. 二階傳感器系統(tǒng)中，屬于其動態(tài)特性的表征參數(shù)是（ ）。 A．線性度 B．靈敏度 C．超調(diào)量 D．漂移 3. 為了減小非線性誤差，采用差動變隙式電感傳感器，其靈敏度和單線圈式傳感器相比， ( )。 A. 降低二倍 B. 降低一倍 C. 提高二倍 D. 提高一倍 4. 電感式傳感器采用變壓器式交流電橋作為測量電路時，如想分辨出銜鐵位移的方向，則應(yīng)在電路中加（ ）電路。 A．加法器 B．檢波 C．相敏檢波 D．鑒頻 5. 若兩個應(yīng)變量變化完全相同的應(yīng)變片接入測量電橋的相對橋臂，則電橋的輸出將（ ）。 A．增大 B．減小 C．不變 D．可能增大，也可能減小 6. 壓電傳感器的等效電路，（ ）。 A．可以等效為電壓源，不可等效為電荷源 B．可以等效為電壓源，不可等效為電荷源 C．既不可等效 為電壓源，也不可等效為電荷源 D．既可等效為電壓源，也可等效為電荷源 7. 電渦流在金屬導(dǎo)體中的形成范圍為（ ） 徑附近 8. 光電耦合器件由發(fā)光元件和光電接收元件組成，（ ）。 A. 可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換 B. 不可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換 C. 可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換 D. 不可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換 9. 壓電陶瓷與天然石英的壓電性能比較，通常（ ）。 A．壓電常數(shù)大，居里點低 B． 壓電常數(shù)小，居里點高 C．壓電常數(shù)大，居里點高 D．壓電常數(shù)和居里點都差不多 10. 應(yīng)變式傳感器用電橋做轉(zhuǎn)換電路，理論上電橋輸出帶有非線性誤差的是（ ） A．單臂電橋 B．半橋 C．全橋 D．半橋和全橋 11. 對熱電耦傳感器，形成熱電勢的必要條件是： ( ) A．兩種導(dǎo)體材料不同；節(jié)點所處的溫度不同 B．兩種導(dǎo)體材料相同；節(jié)點所處的溫度不同； C．兩種導(dǎo)體材料不同；節(jié)點所處的溫度相同 D．兩種導(dǎo)體材料相同；節(jié)點所處的溫度相同 12. 在差動變壓器實驗中，當銜鐵過零位時，輸出電壓 ( )。 A. 幅值：變小，相位：不變 B. 幅值：大 → 小 → 大，相位：不變 C. 幅值：變大，相位 :反相 D. 幅值：大 → 小 → 大，相位：反相 二、 填空題（ 每題 2 分，共 16 分 ） 1．傳感器的輸入輸出特性指標可分為 靜態(tài) 和 動態(tài) 指標兩大類，線性度和靈敏度是傳感器的 __ _ _ __指標，而頻率響應(yīng)特性是傳感器的 指標。 2．旋轉(zhuǎn)式編碼器可以測量轉(zhuǎn)軸的角位移，其中 在任意位置都有固定的數(shù)字編碼與位置對應(yīng)，線數(shù)為 360 線的增量式編碼器分辨力 為 ___ ___（角）度。 3． 光電效應(yīng)分為 和 兩大類。 4． 濕敏傳感器的工作電源要求采用 信號源。 5． 霍爾元件一般采用 材料。 6． .利用電渦流位移傳感器測量轉(zhuǎn)速時，被測軸齒盤的材料必須是 _ __ ___。 7．熱電偶電動勢由 _電動勢和接觸電動勢兩部分組成。 8．莫爾條文的光強度變化近似正弦變化，因此，便于將電信號作 進一步細分，即采用 技術(shù) 三 簡答題 （ 10分） 1．壓電傳感器分別用兩片完全相同的壓電元件串聯(lián)（不同極性端互聯(lián)）和單片使用，如圖所示，所受壓力相同，試比較其輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系。 (5分 ) 2．何為熱電偶的熱電效應(yīng)？問如圖所示的熱電偶熱電動勢的組成，并寫出回路總電勢的表達式。 三、如圖所示差動式同心圓電容傳感器，其可動極筒外徑為 r=，固定極筒內(nèi)徑為 R=10mm，上下遮蓋長各為 10mm 時；試求電容值 C1和 C2。當供電電源頻率為 60Hz 時。求其容抗值。（ 10 分） 四、在你所做的形變實驗系統(tǒng)中，采用彈性懸臂梁貼應(yīng)變片的方法配合橋路測量位移。用千分尺讀得位移數(shù) x 值，然后記錄單臂、半橋和全橋三種橋路的輸出電壓 u。（ 20 分） (1)簡述何謂 “ 應(yīng)變效應(yīng) ” (2)畫出三種橋路并說明各橋路之間測量靈敏度的關(guān)系。 (3)畫出此傳感器的組成方塊圖并標出各部分組成名稱。 (4)若傳感器靜態(tài)方程近似 u=ex,求用端基法在 (0x1)區(qū)間擬合直線方程。 五、有四個性能完全相同的應(yīng)變片（ K=2），將其貼在如圖所示壓力傳感器圓板形感壓膜片上。已知：膜片 r=20mm， h=， E=2 1011N/m2，μ=。現(xiàn)將四個應(yīng)變片組成全橋測量電路，橋路電源 U=6V，求：（ 20分） (1) 確定應(yīng)變片在感壓膜片上的位置； (2) 畫出相應(yīng)全橋測量電路圖； (3) 當被測壓力為 時，求各應(yīng)變片的應(yīng)變值及橋路輸出電壓值； (4) 該壓力傳感器是否具有溫度補償作用？為什么？ (5) 橋路輸出量電壓與被測壓力之間是否存在線性關(guān)系？ 參考答案 同濟大學(xué)課程考核試卷（ A 卷） 2020—2020 學(xué)年第二學(xué)期 命題教師簽名： 審核教師簽名： 課號： 102214 課名：傳感器與檢測技術(shù) 考試考查 ：考試 此卷選為：期中考試 ( )、期終考試 ( ■ )、重考 ( )試卷 年級 專業(yè) 學(xué)號 姓名 得分 二、 選擇題（每題 2 分，共 24 分） 1. 按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系，傳感器可分為（ D ）傳感器。 A．溫度型和速度型 B．物性型和結(jié)構(gòu)型 C．機械型和電子型 D．能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型 2. 二階傳感器系統(tǒng)中，屬于其動態(tài)特性的表征參數(shù)是（ C ）。 A．線性度 B．靈敏度 C．超調(diào)量 D．漂移 3. 為了減小非線性誤差，采用差動變隙式電感傳感器，其靈敏度和單線圈式傳感器相比， ( D )。 A. 降低二倍 B. 降低一倍 C. 提高二倍 D. 提高一倍 4. 電感式傳感器采用變壓器式交流電橋作為測量電路時，如想分辨出銜鐵位移的方向，則應(yīng)在電路中加（ C ）電路。 A．加法器 B．檢波 C．相敏檢波 D．鑒頻 5. 若兩個應(yīng)變量變化完全相同的應(yīng)變片接入測量電橋的相對橋 臂，則電橋的輸出將（ A ）。 A．增大 B．減小 C．不變 D．可能增大，也可能減小 6. 壓電傳感器的等效電路，（ D ）。 A．可以等效為電壓源，不可等效為電荷源 B．可以等效為電壓源，不可等效為電荷源 C．既不可等效為電壓源，也不可等效為電荷源 D．既可等效為電壓源，也可等效為電荷源 7. 電渦流在金屬導(dǎo)體中的形成范圍為（ D ） 8. 光電耦合器件由發(fā)光元件和光電接收元件組成，（ C ）。 A. 可實現(xiàn)電路隔離 ，不可進行電平轉(zhuǎn)換 B. 不可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換 C. 可實現(xiàn)電路隔離，可進行電平轉(zhuǎn)換 D. 不可實現(xiàn)電路隔離，不可進行電平轉(zhuǎn)換 9. 壓電陶瓷與天然石英的壓電性能比較，通常（ A ）。 A．壓電常數(shù)大，居里點低 B．壓電常數(shù)小，居里點高 C．壓電常數(shù)大，居里點高 D．壓電常數(shù)和居里點都差不多 10. 應(yīng)變式傳感器用電橋做轉(zhuǎn)換電路，理論上電橋輸出帶有非線性誤差的是（ A ） A．單臂電橋 B．半橋 C．全橋 D．半橋和全橋 11. 對熱電耦傳感器，形成熱電勢的必要條件是： ( A ) A．兩種導(dǎo)體 材料不同；節(jié)點所處的溫度不同 B．兩種導(dǎo)體材料相同；節(jié)點所處的溫度不同； C．兩種導(dǎo)體材料不同；節(jié)點所處的溫度相同 D．兩種導(dǎo)體材料相同；節(jié)點所處的溫度相同 12. 在差動變壓器實驗中，當銜鐵過零位時，輸出電壓 ( D )。 A. 幅值：變小，相位：不變 B. 幅值：大→小→大，相位：不變 C. 幅值：變大，相位 :反相 D. 幅值：大→小→大，相位：反相 二、 填空題（ 每題 2 分，共 16 分 ） 1．傳感器的輸入輸出特性指標可分為 靜態(tài) 和 動態(tài) 指標兩大類，線性度和靈敏度 是傳感器的 __ _靜態(tài) _ __指標，而頻率響應(yīng)特性是傳感器的 動態(tài) 指標。 2．旋轉(zhuǎn)式編碼器可以測量轉(zhuǎn)軸的角位移，其中 絕對式編碼器 在任意位置都有固定的數(shù)字編碼與位置對應(yīng)，線數(shù)為 360 線的增量式編碼器分辨力為 ___1___（角）度。 3． 光電效應(yīng)分為 內(nèi)光電效應(yīng) 和 外光電效應(yīng) 兩大類。 4． 濕敏傳感器的工作電源要求采用 交流 信號源。 5． 霍爾元件一般采用 半導(dǎo)體 材料。 6． .利用電渦流位移傳 感器測量轉(zhuǎn)速時，被測軸齒盤的材料必須是 __金屬 _____。 7．熱電偶電動勢由 _溫度差 ______電動勢和接觸電動勢兩部分組成。 8．莫爾條文的光強度變化近似正弦變化，因此，便于將電信號作進一步細分，即采用 “ 倍頻技術(shù) ” 技術(shù) 三 簡答題 （ 10 分） 1．壓電傳感器分別用兩片完全相同的壓電元件串聯(lián)（不同極性端互聯(lián)）和單片使用，如圖所示，所受壓力相同，試比較其輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系。 (5分 ) 2．何為 熱電偶的熱電效應(yīng)？問如圖所示的熱電偶熱電動勢的組成，并寫出回路總電勢的表達式。 答：如圖所示，兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料 A、 B 串接成一個閉合回路，如果兩接合點處的溫度不同，即 T≠ T0，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生熱電勢，也稱熱電動勢。同時在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。（ 2 分） 熱電動勢組成： 兩導(dǎo)體的接觸電勢 ＋ 單一導(dǎo)體的溫差電勢。（ 1 分） 三、（ 10 分）如圖所示差動式同心圓電容傳感器，其可動極筒外徑為 r=，固定極筒內(nèi)徑為 R=10mm，上下遮蓋長各為 10mm 時；試求電容值 C1和 C2。當供電電源頻率為 60Hz 時。求其容抗值。（ 10 分） 解： C1 = C2 = = =( pF) （ 5 分） Z1=Z2= = =965(kΩ) （ 5 分） 四、在你所做的形變實驗系統(tǒng)中，采用彈性懸臂梁貼應(yīng)變片的方法配合橋路測量位移。用千分尺讀得位移數(shù) x 值，然后記錄單臂、半橋和全橋三種橋路的輸出電壓 u。（ 20 分） (1)簡述何謂“應(yīng)變效應(yīng)” （ 4 分） (2)畫出三種橋路并說明各橋路之間測量靈敏度的關(guān)系。 （ 6 分） （ 3）畫出此傳感器的組成方塊圖并標出各部分組成名稱。 （ 4 分 ） (4)若傳感器靜態(tài)方程近似 u=ex,求用端基法在 (0x1)區(qū)間擬合直線方程。（ 6 分） 解答： （ 1）簡述何謂“應(yīng)變效應(yīng)” （ 4 分） 金屬電阻的相對變化與金屬應(yīng)變之間存在比例關(guān)系稱為金屬的電阻應(yīng)變效 應(yīng)。金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)物理意義為單位應(yīng)變引起的電阻相對變化。 （ 2）畫出三種橋路并說明各橋路之間測量靈敏度的關(guān)系。 （ 6 分） K1=(Δ R/R) K2=(Δ R/R) K3=E(Δ R/R) （ 3）畫出此傳感器的組成方塊圖并標出各部分組成名稱。 （ 4）若傳感器的靜態(tài)方程近似為 u = ex ，求用端基法在