【文章內(nèi)容簡介】 輸入被測量與輸出電容之間的關(guān)系為線性。 2．由安培定律可知，在載流導(dǎo)體周圍會(huì)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(dǎo)體周圍會(huì)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(dòng)特性？（5分） 答：傳感器的動(dòng)特性是指傳感器對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)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(diǎn)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(dòng)式電感傳感器的銜鐵2相連，銜鐵2位于傳感器兩差動(dòng)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(dòng)變氣隙自感式電感傳感器，當(dāng)壓力P發(fā)生變化時(shí)，彈簧管1的自由端產(chǎn)生位移，使銜鐵2產(chǎn)生移動(dòng)，使兩差動(dòng)線圈5和6的電感值一個(gè)增加，一個(gè)減少。銜鐵位移的大小決定傳感器輸出信號(hào)的大小，銜鐵移動(dòng)的方向決定輸出信號(hào)的相位，傳感器輸出信號(hào)的大小和相位與兩差動(dòng)線圈電感值的變化、銜鐵的位置、壓力之間有一個(gè)確定的關(guān)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(shí)需不需要恒溫，為什么？(IO分) 答：導(dǎo)體的電阻率JD隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導(dǎo)體的電阻率JD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(hào)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。試卷代號(hào)：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)____。 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(yīng)為___960hPa～1060hPa(稍大于此范圍也可) ____，量程應(yīng)為___l00hPa____ 4．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f變化的關(guān)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_(tái)_____是檢測位置的基準(zhǔn)尺。 6．光電式編碼器由_____光源______、光學(xué)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(dǎo)體的電阻率p、導(dǎo)磁率u、導(dǎo)體厚度t，以及線圈與導(dǎo)體之間的距離x、線圈的激磁頻率w等參數(shù)有關(guān)。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(dòng)的傳感器。二、選擇題（選擇正確的答案，將其對應(yīng)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(gè)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(hào)。 B．轉(zhuǎn)換元件 C．傳感器 D．被測量 2．傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)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(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(hào)，按讀取信號(hào)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(dòng)態(tài) 4．改變電感傳感器的引線電纜后，_C___。 B．必須對整個(gè)儀器重新調(diào)零 C．必須對整個(gè)儀器重新標(biāo)定 D．不必對整個(gè)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(yīng)也小，滯后和蠕變都小，因此適用于____B____測量。 B．動(dòng)態(tài) C．精確 D，隨機(jī) 6．螺管型電感傳感器按照其工作原理應(yīng)屬于___C_____傳感器。 A．差動(dòng)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。 A．磁電型 B．差動(dòng)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(yīng)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(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；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(yīng)對傳感器的靈敏度、線性度、信噪比、滯后、漂移、___A__、_E___、負(fù)載效應(yīng)等技術(shù)性能提出基本要求。 B．體積 C．溫度性能 D．抗震性 E．動(dòng)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(guān)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(guān)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(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。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(shí)是否需要恒溫，為什么？（10分） 答：導(dǎo)體的電阻率lD隨溫度變化，在較小的溫度范圍內(nèi)導(dǎo)體的電阻率』D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(hào)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。4．如圖所示是超聲波液位計(jì)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(shí)間為t，超聲波在氣體中的傳播速度為c，則試卷代號(hào)：1107中央廣播電視大學(xué)20052006學(xué)年度第一學(xué)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(jìn)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(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，工作時(shí)不需要___電源____。2．測溫方法可分為____接觸____法與____非接觸____法。 3．___感應(yīng)同步器_____是利用兩個(gè)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?？捎脕頊y量線位移和角位移。 4．沿應(yīng)變片軸向的應(yīng)變ex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ey也會(huì)引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為____橫向效應(yīng)____。 5．壓電材料可分為___壓電晶體、___壓電陶瓷__、壓電半導(dǎo)體和高分子壓電材料。6．渦流的大小與導(dǎo)體的電阻率P、導(dǎo)磁率u、導(dǎo)體厚度t，以及線圈與導(dǎo)體之間的距離x、線圈的激磁頻率叫等參數(shù)有關(guān)。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(dòng)的傳感器。 7．當(dāng)有電流流過兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)，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(yīng)_____。8．兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接，只要兩結(jié)點(diǎn)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(dòng)勢，這種現(xiàn)象叫做___塞貝克效應(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（每空2分，共28分） 1．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_______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(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____。 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(hào)，按讀取信號(hào)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(dòng)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(dǎo)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(yīng) C．磁電效應(yīng) D．聲光效應(yīng) E．光生伏特效應(yīng) F．光電導(dǎo)效應(yīng) 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(dòng)勢的現(xiàn)象叫________。 B．光生伏特效應(yīng) D．熱釋電效應(yīng)6．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：____A_____、_____C______和______F______。 A．雙絲自補(bǔ)償法 B．溫度補(bǔ)償法 C．單絲自補(bǔ)償法 D．電流補(bǔ)償法 E．電壓補(bǔ)償法 F．橋路補(bǔ)償法 7．在檢測技術(shù)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(hào)則用______D_____。 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______。 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(gè)玻璃圓盤和一個(gè)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(gè)固定電極，夾在兩凹圓盤中的膜片則為傳感器的可動(dòng)電極。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。當(dāng)P1P2（或P2Pl）時(shí)，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(hào)。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(jī)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(jī)軸上，再反射到光敏元件上。由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)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(hào)，輸出相應(yīng)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(jī)的轉(zhuǎn)速。 直射型光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)軸上裝有帶孔的圓盤，圓盤的一邊設(shè)置光源，另一邊放置光電元件。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。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓盤隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)的轉(zhuǎn)速。 電機(jī)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(yīng)變片，環(huán)境溫度變化會(huì)引起電阻的相對變化，產(chǎn)生虛假應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)，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(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