【正文】 答：①環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應(yīng)變片電阻相對變化；②環(huán)境溫度變化時(shí)，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長（或壓縮），引起電阻的相對變化。當(dāng)光線通過圓盤上的孔時(shí)，光電元件產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。光源發(fā)出的光照在電機(jī)軸上，再反射到光敏元件上。當(dāng)兩邊壓力相等時(shí)，膜片處在中間位置與左、右固定電極間距相等，轉(zhuǎn)換電路輸出U0=0。 B．多普勒頻移 C．逆壓電效應(yīng) D．正壓電效應(yīng) 8．應(yīng)變片絕緣電阻Rm是指已粘貼的應(yīng)變片的引線與被測試件之間的電阻值，通常要求Rm的范圍是_____B______。利用____B____制成的光電器件有真空光電管、充氣光電管和光電倍增管。 A．光照特性 B．溫度特性 C．光譜特性 D．伏安特性 2．在相同的電壓和相同幅值的光強(qiáng)度下，當(dāng)入射光以不同的正弦交變頻率調(diào)制時(shí)，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率廠變化的關(guān)系：I=f1(f)、S=f2(f)稱為___A____。同時(shí)改變x，P和u，可以對導(dǎo)體進(jìn)行探傷；改變____導(dǎo)體的電阻率p____，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變___導(dǎo)體的導(dǎo)磁率u_____，可以做成測量應(yīng)力、硬度的傳感器；改變____線圈和導(dǎo)體之間的距離x____，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器。可用來測量線位移和角位移。（10分）答：如圖所示是自發(fā)自收單換能器方式，換能器安裝在最高液位之上的空氣或氣體中，超聲換能器發(fā)出的超聲脈沖在氣體中從換能器傳至液面，反射后再從液面返回同一換能器而被接收。傳感器組成框圖 2．何為熱電阻式傳感器？常用的熱電阻類型有哪些？（10分） 答：利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器。 B．體積 C．溫度性能 D．抗震性 E．動態(tài)性能 F．質(zhì)量三、問答題（40分） 1．什么是傳感器？畫出其組成框圖并介紹各環(huán)節(jié)的功能。 A．差動變壓器式 B．互感式 C．自感式 D．渦流式 7．自感式電感傳感器中，___F_____靈敏度高，對電路的放大倍數(shù)要求低，但非線性嚴(yán)重，制造裝配困難；____D____靈敏度較低，但有良好的線性，量程較大，制造裝配比較方便，應(yīng)用較廣；____E____的靈敏度更低，但量程大，線性性較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)，應(yīng)用越來越多。 B．穩(wěn)定時(shí)間 C．超調(diào)量 D．阻尼比 E．時(shí)間常數(shù) F．固有頻率 3．磁頭的作用是讀取磁柵上的記錄信號，按讀取信號方式的不同，磁頭可分為____C____磁頭和_____D___磁頭。改變____導(dǎo)體的電阻率p____，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變____導(dǎo)磁率u____，可以做成測量應(yīng)力、硬度的傳感器；改變____線圈與導(dǎo)體之間的距離x____，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器。試卷代號：1107中央廣播電視大學(xué)20042005學(xué)年度第二學(xué)期“開放本科”期末考試機(jī)械專業(yè) 傳感器與測試技術(shù) 試題一、填空題（每空2分，共26分）2005年7月 1．光敏元件的兩端加一定偏置電壓后，在某種光源的特定照度下產(chǎn)生或增加的電流稱為___光電流___ 2．當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量（取決于電流相對溫度梯度的方向），這種現(xiàn)象叫做__湯姆遜效應(yīng)____。試介紹其工作原理。 4．何為傳感器的分辨力和閥值？（6分） 答：分辨力是指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸入量的最小變化值。試介紹霍爾鉗形電流表的工作原理。 A．=fs B．fs C．fs D．與fs無關(guān)， 9．為了滿足測試的需要，應(yīng)對傳感器的靈敏度、線性度、信噪比、滯后、漂移、___A_、___E__和負(fù)載效應(yīng)等技術(shù)性能提出基本要求。 B．引線與被測試件 C．基片與被測試件 D．敏感柵與被測試件 7．當(dāng)聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面，一部分能量返回原介質(zhì)，稱為反射波。 B．垂直于光柵移動 C．與光柵移動方向成45。碼盤按結(jié)構(gòu)可以分為接觸式、 A 和__C__三種。 8．從原理上看，容柵傳感器是一種變____面積___型電容傳感器，容柵傳感器分為長容柵和圓容柵，用于測量線位移和線速度。 4．測試系統(tǒng)在通常情況下受到的干擾有機(jī)械干擾、光干擾、溫度干擾、濕度干擾和電磁干擾。這種物體吸收光的能量后產(chǎn)生電效應(yīng)的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng) 。(lO分) 答： ①環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應(yīng)變片電阻相對變化； ②環(huán)境溫度變化時(shí)，敏感柵材料和試件材料的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片產(chǎn)生附加的拉長（或壓縮），引起電阻的相對變化。（10分） 答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換成與之有確定關(guān)系的、便于精確處理的另外一種量的測量裝置或系統(tǒng)。 A．涂膠—一貼片—一復(fù)查—一接線—一防護(hù) B．涂膠—一接線—一復(fù)查—貼片—防護(hù) C．涂膠—一防護(hù)—一貼片—一復(fù)查—一接線 D．涂膠—一接線—一貼片—復(fù)查—防護(hù) 8．當(dāng)光敏元件加一定電壓時(shí)，光電流I與光敏元件上光照度E之間的關(guān)系，稱為—B—。 A．其測量的絕對誤差與儀表的滿量程之比小 B．其輸出量隨時(shí)間變化的曲線與被測量隨時(shí)間變化的曲線一致或者相近 C．其輸出量中與被測輸入量無關(guān)的變化小 D．其動態(tài)數(shù)學(xué)模型可以用線性常系數(shù)微分方程來表示 3．當(dāng)聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分能量返回原介質(zhì)，稱為反射波；另一部分能量透過介質(zhì)面，到另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為 C 。10．由于受到 電阻絲直徑 的限制，繞線式電位計(jì)分辨力不高。7．對霍爾元件可采用恒流驅(qū)動或恒壓驅(qū)動， 恒流 線性度高，精度高，受溫度影響小； 恒壓 電路簡單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場合。2．光敏元件在無光照時(shí)，兩端加電壓后產(chǎn)生的電流稱為__暗電流__ 3．激光器的種類很多，根據(jù)工作物質(zhì)不同，可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和 半導(dǎo)體 激光器等。 6．只要磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，請說出三種產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的方法。 4．用渦流傳感器測量金屬板厚度時(shí)是否需要恒溫，為什么?(10分) 答：導(dǎo)體的電阻率盧隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導(dǎo)體的電阻率與溫度關(guān)系為線性關(guān)系，在其他條件不變的情況下，導(dǎo)體電阻率的改變可導(dǎo)致渦流傳感器輸出信號的變化，引起測量誤差，所以用渦流傳感器測量金屬板厚度時(shí)需要恒溫。 A電源幅值及頻率的不穩(wěn)定 B磁性材料磁化曲線的非線性 C溫度變化引起線圈的銅電阻值的變化，從而引起激磁電流和輸出電流的變化D骨架材料高頻損耗小，溫度膨脹系數(shù)小8．為了滿足測試的需要，應(yīng)對傳感器 的靈敏度、線性度、信噪比、滯后、漂移、——、——和負(fù)載效應(yīng)等技術(shù)性能提出基本要求。當(dāng)外部作用力作用在傳感器的運(yùn)動部分時(shí)，銜鐵將會運(yùn)動而產(chǎn)生位移，使空氣隙J發(fā)生變化。 A．表面波 B．蘭姆波C駐波 D波型轉(zhuǎn)換4．利用—E—制成的光電舉件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等：利用—F—可制成半導(dǎo)體光敏電阻；利用—B—制成的光電鋁件有真空光電管、充氣光電管和光電倍增管。9．電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象叫做 電阻絲的應(yīng)變效應(yīng) 二、選擇題：選擇正確的答案，將其對應(yīng)的字母填入橫線處。這種現(xiàn)象叫—正壓電效應(yīng)—。 5．應(yīng)變片由—金屈絲柵(敏感柵)—、—絕緣基片—及覆蓋片三部分組成。中央廣播電視大學(xué)2003—2004學(xué)年度第一學(xué)期“開放本科”期末考試機(jī)械專業(yè)傳感器與測試技術(shù)試題 2004年1月 一、埴空題[每空2分．共26分） 1．鐵磁材料在外力的作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，從而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致各磁疇間的界限發(fā)生移動，各個(gè)磁疇的磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動，破壞了平衡狀態(tài)，使材料的總磁化強(qiáng)度隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為—壓磁效應(yīng)—。六、簡述利用PSD進(jìn)行三角法測距的原理。屏蔽、接地和濾波等。對于高精度的計(jì)量測試工作，可安排在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，在測試的過程中還可采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ詼p小環(huán)境溫度變化對測試結(jié)果的影響。 (2)光干擾。 S極板的遮蓋面積； δ一極板間的距離。 3．超聲波的波型有幾種？是根據(jù)什么來分類的？ 超聲波的波型有縱波、橫波、表面波（亦稱瑞利波）、蘭姆波。 強(qiáng)磁材料 制成，由于__磁阻__極小，因而干擾源所產(chǎn)生的磁通大部分被限制在強(qiáng)磁屏蔽體內(nèi)。 驅(qū)動。 7．低頻透射式渦流傳感器的測量原理是：當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈之間放人金屬板后，引起接收線圈感應(yīng)電勢E2的變化，金屬板的厚度越大，E2就__越小__。 3．為了消除應(yīng)變片的溫度誤差，可采用的溫度補(bǔ)償措施包括： 單絲自補(bǔ)償法、雙絲自補(bǔ)償法 和 橋路補(bǔ)償法 。 4．莫爾條紋：將柵距相同的兩塊光柵的刻線面相對重疊在一起，并且使二者柵線有很小的交角θ，這樣就可以看到在近似垂直柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。屏蔽、接地和濾波等。對于高精度的計(jì)量測試工作，可安排在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，在測試的過程中還可采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ詼p小環(huán)境溫度變化對測試結(jié)果的影響。 (2)光干擾。(2)傳感器靈敏度，頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度。 穿透法具有以下特點(diǎn)： (1)探測靈敏度較低，不易發(fā)現(xiàn)小缺陷； (2)根據(jù)能量的變化即可判斷有無缺陷，但不能定位； (3)適宜探測超聲波衰減大的材料； (4)可避免肓區(qū)，適宜探測薄板； (5)指示簡單，便于自動探傷； (6)對兩探頭的相對距離和位置要求較高。 3．磁電式傳感器有何優(yōu)點(diǎn)？ 磁電式傳感器直接從被測物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，輸出功率大，性能穩(wěn)定，工作不需要電源、調(diào)理電路簡單，靈敏度較高，一般不需要高增益放大器。 17．測溫方法可分接觸法與非接觸法。 ，必須使探頭和工件之間有良好的聲耦合。 10．對霍爾元件可采用_電流___驅(qū)動或__電壓__驅(qū)動。 6．為了改善變極距式電容傳感器的非線性，可以采用差動技術(shù)，使輸出為兩電容之差。 2．傳感器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是指傳感器在受到隨時(shí)間變化的____輸入量_______作用時(shí)，輸出與輸入之間的關(guān)系，通常稱為____動態(tài)模型_______。3．光柵：在玻璃尺或玻璃盤上類似于刻線標(biāo)尺或度盤那樣，進(jìn)行長刻線（一般為1012mm)的密集刻劃，得到黑白相間、間隔相同的細(xì)小條紋，沒有刻劃的白的地方透光，刻劃的發(fā)黑，不透光。2．分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出被測輸入量的最小變化值。二、填空題（每空1分，共30分） 1．靜態(tài)誤差是指傳感器在全量程內(nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其_理論輸出值__的偏離程度。 5．變介電常數(shù)型電容傳感器可根據(jù)極間介質(zhì)的_____介電常數(shù)________隨溫度、濕度改變而改變來測量溫度、濕度等。 9．電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。超聲波在液體、固體中__衰減__很小，因而穿透本質(zhì)大，碰到雜質(zhì)或分界面就會有顯著的__反射__。 16．切削測力儀按原理分為壓電式、電阻應(yīng)變式兩類。 2．熱電阻式傳感器有哪些類型？ 熱電阻的類型包括鉑熱電阻、銅熱電阻、銦電阻、錳電阻等。 共振法的特點(diǎn)是： (1)可精確地測厚，特別適宜測量薄板及薄壁管； (2)工件表面光潔度要求高，否則不能進(jìn)行測量。（10分） 傳感器的選用原則和應(yīng)考慮的因素：(1)仔細(xì)研究所測試的信號、分析測試環(huán)境和干擾因素、根據(jù)測試范圍確定選用什么樣的傳感器、確定測試方式、考慮傳感器的體積被測位置是否能安下，傳感器的來源、價(jià)格等因素。采取減振措施，一般可設(shè)置減振彈簧或減振橡膠。采用導(dǎo)熱性良好的金屬材料制成屏蔽罩將需要防護(hù)的裝置屏蔽起來，并使罩內(nèi)溫度分布均勻。 (5)電磁干擾。 3．霍爾效應(yīng)：金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，在與薄片垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向的薄片的另兩側(cè)會產(chǎn)生電動勢UH，UH的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 2．絕對誤差是指____測理結(jié)果______與_____被測參量真值_____之間所存在的差值的絕對值。 6．當(dāng)自感式傳感器結(jié)構(gòu)和材料確定后，電感L為空氣隙截面積 及 空氣隙的函數(shù)。 10．石英晶體的X軸稱為__電軸__，垂直于X軸的平面上 壓電效應(yīng) 最強(qiáng)；Y軸稱為__機(jī)械軸__，沿y軸的 機(jī)械變形 最明顯；Z軸稱為光軸或中性軸，Z軸方向上無壓電效應(yīng)。 13．多普勒效應(yīng)引起的頻率變化稱為_多普勒頻移___。必然引起應(yīng)變片電阻的相對變化，而沿垂直于應(yīng)變片軸向的橫向應(yīng)變εy，也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為C=式中：ε極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。采取減振措施，一般可設(shè)置減振彈簧或減振橡膠。采用導(dǎo)熱性良好的金屬材料制成屏蔽罩將需要防護(hù)的裝置屏蔽起來，并使罩內(nèi)溫度分布均勻。 (5)電磁干擾。螺管型的靈敏度低，但量程大，線性較好，制造裝配方便，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)。若透鏡L1與L2間的中心距離為6，透鏡L2到PSD表面之間的距離（即透鏡L2的焦距）為f，聚焦在PSD表面的光點(diǎn)距離