【文章內(nèi)容簡介】 介電常數(shù)型量程大，靈敏度低，傳感器的輸入被測量與輸出電容之間的關系為線性。 2．由安培定律可知，在載流導體周圍會產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，霍爾鉗形電流表的探頭是用環(huán)形鐵芯做集束器，霍爾器件放在空隙中間，如圖所示。試介紹霍爾鉗形電流表的工作原理。（10分）答：由安培定律可知，在載流導體周圍會產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，霍爾元件在磁場中產(chǎn)生的霍爾電勢：UH =KHIB。電流表中霍爾元件的靈敏度KH、控制電流I為定值，霍爾元件輸出的霍爾電勢與磁場成正比，通過對磁場的測量可間接測得電流的大小。 3．什么是傳感器的動特性？（5分） 答：傳感器的動特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。 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。閾值是能使傳感器的輸出產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點附近的分辨力。 5．如圖所示是BYM型壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。彈簧管1的自由端與差動式電感傳感器的銜鐵2相連，銜鐵2位于傳感器兩差動線圈5和6的中間位置。試介紹其工作原理。 答：線圈和銜鐵構(gòu)成差動變氣隙自感式電感傳感器，當壓力P發(fā)生變化時，彈簧管1的自由端產(chǎn)生位移，使銜鐵2產(chǎn)生移動，使兩差動線圈5和6的電感值一個增加，一個減少。銜鐵位移的大小決定傳感器輸出信號的大小，銜鐵移動的方向決定輸出信號的相位，傳感器輸出信號的大小和相位與兩差動線圈電感值的變化、銜鐵的位置、壓力之間有一個確定的關系，由此可以測得壓力的大小。 6．用渦流傳感器測量金屬板厚度時需不需要恒溫，為什么？(IO分) 答：導體的電阻率JD隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導體的電阻率JD與溫度關系為線性關系，在其他條件不變的情況下，導體電阻率的改變可導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需要恒溫。試卷代號：1107中央廣播電視大學20042005學年度第二學期“開放本科”期末考試機械專業(yè) 傳感器與測試技術 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．當有電流流過存在溫度梯度的導體時，導體吸收或放出熱量（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____。 3．大氣壓力一般在960hPa～1060hPa范圍內(nèi)變化，要測量其精確值，選用的傳感器的測量范圍應為___960hPa～1060hPa(稍大于此范圍也可) ____，量程應為___l00hPa____ 4．在相同的電壓和相同幅值的光強度下，當入射光以不同的正弦交變頻率調(diào)制時，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率f變化的關系：I= fi(f)、S= f2(f)稱為__頻率特性_____ 5．磁柵式傳感器由磁柵、磁頭和檢測電路組成，其中___磁柵______是檢測位置的基準尺。 6．光電式編碼器由_____光源______、光學系統(tǒng)、碼盤、__光電接收元件____、處理電路等組成。7．渦流的大小與導體的電阻率p、導磁率u、導體厚度t，以及線圈與導體之間的距離x、線圈的激磁頻率w等參數(shù)有關。改變____導體的電阻率p____，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變____導磁率u____，可以做成測量應力、硬度的傳感器；改變____線圈與導體之間的距離x____，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器。二、選擇題（選擇正確的答案，將其對應的字母填入橫線處。每空2分，共34分） 1．___C_____是測試系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，將被測系統(tǒng)或過程中需要觀測的信息轉(zhuǎn)化為人們所熟悉的各種信號。 B．轉(zhuǎn)換元件 C．傳感器 D．被測量 2．傳感器的動態(tài)標定主要是研究傳感器的動態(tài)響應，而與動態(tài)響應有關的參數(shù)，對一階傳感器有___E_____；對二階傳感器有___D_____和____F____。 B．穩(wěn)定時間 C．超調(diào)量 D．阻尼比 E．時間常數(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。 A．鑒幅 B．鑒相 C．靜態(tài) D．動態(tài) 4．改變電感傳感器的引線電纜后，_C___。 B．必須對整個儀器重新調(diào)零 C．必須對整個儀器重新標定 D．不必對整個儀器重新調(diào)零 5．固態(tài)壓阻式傳感器靈敏度高，尺寸小，橫向效應也小，滯后和蠕變都小，因此適用于____B____測量。 B．動態(tài) C．精確 D，隨機 6．螺管型電感傳感器按照其工作原理應屬于___C_____傳感器。 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，應用越來越多。 A．磁電型 B．差動變壓器型 C．渦流型 D．變面積型 E．螺管型 F．變氣隙型 G．變磁通型 H．恒定磁通型 8．影響壓電式傳感器工作性能的因素很多，產(chǎn)生誤差的原因主要有：__B__、__D__、環(huán)境濕度的影響、基座應變的影響和噪聲的影響等。 B．環(huán)境溫度的影響 C．靜電耦合的影響 D．橫向靈敏度 9．當聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面，一部分能量返回原介質(zhì)，稱為反射波；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__。 A．駐波 B．蘭姆波 C．折射波 D．波型轉(zhuǎn)換 ，應對傳感器的靈敏度、線性度、信噪比、滯后、漂移、___A__、_E___、負載效應等技術性能提出基本要求。 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。（10分） 答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換成與之有確定關系的、便于精確處理的另外一種量的測量裝置或系統(tǒng)。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一種量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換成電路參量（電阻、電容、電感）；轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。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：利用導電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應制成的傳感器，稱為熱電阻式傳感器。熱電阻的類型包括鉑熱電阻、銅熱電阻、銦電阻、錳電阻等。 3．用渦流傳感器測量金屬板厚度時是否需要恒溫，為什么？（10分） 答：導體的電阻率lD隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導體的電阻率』D與溫度關系為線性關系，在其他條件不變的情況下，導體電阻率的改變可導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需要恒溫。4．如圖所示是超聲波液位計的原理圖，簡述其工作原理。（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。如換能器至液面的垂直距離為L，從發(fā)到收經(jīng)過的時間為t，超聲波在氣體中的傳播速度為c，則試卷代號：1107中央廣播電視大學20052006學年度第一學期“開放本科”期末考試2006年1月一、填空題（每空2分，共28分）1．磁電式傳感器可用來測量線速度和角速度，對測得的速度進行積分可求出___位移____，微分可求出___加速度____,磁電式傳感器直接從被測物體吸收機械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，工作時不需要___電源____。2．測溫方法可分為____接觸____法與____非接觸____法。 3．___感應同步器_____是利用兩個平面繞組的互感系數(shù)隨兩者的相對位置變化而變化的原理，測量線位移和角位移的傳感器。可用來測量線位移和角位移。 4．沿應變片軸向的應變ex必然引起應變片電阻的相對變化，而沿垂直于應變片軸向的橫向應變ey也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為____橫向效應____。 5．壓電材料可分為___壓電晶體、___壓電陶瓷__、壓電半導體和高分子壓電材料。6．渦流的大小與導體的電阻率P、導磁率u、導體厚度t，以及線圈與導體之間的距離x、線圈的激磁頻率叫等參數(shù)有關。同時改變x，P和u，可以對導體進行探傷；改變____導體的電阻率p____，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變___導體的導磁率u_____，可以做成測量應力、硬度的傳感器；改變____線圈和導體之間的距離x____，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器。 7．當有電流流過兩個不同導體的連接處時，此處便吸收或放出熱量（取決于電流的方向），這種現(xiàn)象叫做___帕爾貼效應_____。8．兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在電動勢，這種現(xiàn)象叫做___塞貝克效應_____。二、選擇題：選擇正確的答案，將其對應的字母填入橫線處（每空2分，共28分） 1．當光敏元件加一定電壓時，光電流I與光敏元件上光照度E之間的關系，稱為_______A_______。 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度下，當入射光以不同的正弦交變頻率調(diào)制時，光敏元件輸出的光電流I和靈敏度S隨調(diào)制頻率廠變化的關系：I=f1(f)、S=f2(f)稱為___A____。 B．光照特性 C．光譜特性 D．伏安特性 3．磁頭的作用是讀取磁柵上記錄信號，按讀取信號方式的不同，磁頭可分為___C_____磁頭和____D____磁頭。 B．鑒相 C．靜態(tài) D．動態(tài) 4．利用____E____制成的光電器件有光敏二極管、光敏三極管和光電池等。利用____F____可制成半導體光敏電阻。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。 B．外光電效應 C．磁電效應 D．聲光效應 E．光生伏特效應 F．光電導效應 5．在光的作用下，能夠使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫________。 B．光生伏特效應 D．熱釋電效應6．為了消除應變片的溫度誤差，可采用的溫度補償措施包括：____A_____、_____C______和______F______。 A．雙絲自補償法 B．溫度補償法 C．單絲自補償法 D．電流補償法 E．電壓補償法 F．橋路補償法 7．在檢測技術中，很多場合采用的是壓電型換能器，發(fā)射超聲波利用壓電材料的__C__，而接收信號則用______D_____。 B．多普勒頻移 C．逆壓電效應 D．正壓電效應 8．應變片絕緣電阻Rm是指已粘貼的應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______。 A．10～100MΩ以上 B．50～1OOMΩ以上 C．50～lO0KΩ以上 D．100～500MΩ以上三、問答題（44分） 1．如圖所示是電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖及其轉(zhuǎn)換電路，圖中l(wèi)為玻璃盤，2為鍍金層，3為金屬膜片，試介紹其工作原理。（10分）答：電容式差壓傳感器由兩個玻璃圓盤和一個金屬膜片組成。兩玻璃圓盤上的凹面上各鍍以金作為電容傳感器的兩個固定電極，夾在兩凹圓盤中的膜片則為傳感器的可動電極。當兩邊壓力相等時，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。當P1P2（或P2Pl）時，膜片彎向右側(cè)（或左側(cè)），CdbCab（或CabCdb），U0輸出與|P1P2|成比例的信號。2．如圖所示是兩種光電轉(zhuǎn)速傳感器的工怍原理圖，試介紹其工作原理。（14分） 答：反射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機的轉(zhuǎn)軸上沿軸向均勻涂上黑白相間條紋。光源發(fā)出的光照在電機軸上，再反射到光敏元件上。由于電機轉(zhuǎn)動時，電機軸上反光面和不反光面交替出現(xiàn)，所以光敏元件間斷地接收光的反射信號，輸出相應的電脈沖。電脈沖經(jīng)放大整形電路變換為方波，根據(jù)方波的頻率，就可測得電機的轉(zhuǎn)速。 直射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機軸上裝有帶孔的圓盤，圓盤的一邊設置光源，另一邊放置光電元件。當光線通過圓盤上的孔時，光電元件產(chǎn)生一個電脈沖。當電機轉(zhuǎn)動時圓盤隨著轉(zhuǎn)動，光電元件就產(chǎn)生一列與轉(zhuǎn)速及圓盤上的孔數(shù)成正比的電脈沖數(shù)，由此可測得電機的轉(zhuǎn)速。 電機的轉(zhuǎn)速n為 n=60f/N 式中，N圓盤的孔數(shù)或白條紋的條數(shù)； f一電脈沖的頻率。 3．粘貼到試件上的電阻應變片，環(huán)境溫度變化會引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應，簡述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。（10分） 答：①環(huán)境溫度變化時，由于敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)的存在，引起應變片電阻相對變化；②環(huán)境溫度變化時，敏感柵材料和試件