【正文】 可由上式求得，而不需逐個進行測定。（ 10 分） 答： 霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。 溫度補償方法： a 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。 （ 6分） 答： CCD是一種半導(dǎo)體器件，在 N型或 P型硅襯底上生長一層很薄的 SiO2，再在 SiO2薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的 MOS電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了 CCD芯片。每一個脈沖只反映一個光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。 答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指 標，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器。 直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？ 答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。但是后續(xù)要采用直流放大器，容 易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復(fù)雜。直流電橋平衡條件： R1/R2=R3/R4 ， R1R4=R2R3。 解：00020 2l SWL ?? ???????? ??????????? 122)(2 0 00 0020 0020 0020 ll ll SWl SWll SWLLL ??? 差動式靈敏度 :???????? ????????? ?????? . . .12 20000 l ll llLS 與單極式傳感器靈敏度???????? ????????? ?????? . . .1 20000 l ll llLS 比較 靈敏度提高一倍，非線性大大減少。 答： 光 電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式；是有源器件。它 應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。多模單模皆可 非功能型 (或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型 ) 其光纖只是作為傳 光的媒介，還需加上其它敏感元件才能組成傳感器。 傳感器的定義和組成框圖？畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。 傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。 組成框圖：自動控制系統(tǒng)原理框 圖： 傳感器的作用：感受被測量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號傳送給控制對象。 答：光電效應(yīng)可分為： a) 外光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料中的電子逸出表面的現(xiàn)象。它們的光電發(fā)射極，即光明極就是用具有這種特性的材料制造的。光敏電阻即屬此類。光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式有源器件。 按其傳輸模式可分為單模和多模兩種。 傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時間使用后需要進行標定工作，請問標定的意義？ 答：傳感器的標定分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩種。動態(tài)標定的目 的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。 電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號進行適當(dāng)放大，但其所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標定的麻煩。 1 什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是不同的。第二，絲沿長度方向承受應(yīng)變時，應(yīng)變片彎角部分也承受應(yīng)變，其截面積變大，則應(yīng)變片直線部分電阻增加時，彎角部分的電阻值減少，也使變化的靈敏度下降。 分析 /證明題（ 32 分， 8 分 /題） 壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測量，此觀點是否正確，分析原因。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量范圍廣等優(yōu)點，因此在壓力沖擊和震動等動態(tài)參數(shù)測試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。 答： ①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。 答：不完全正確。 分別代表鉑電阻熱電式傳感器（ 100Ω ），銅電阻熱電式傳感器 (50Ω ). 熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法的主要作用是消除在熱電阻安裝的地方與儀表相距遠時，環(huán)境溫度變化時其連接導(dǎo)線電阻也變化所造成的測量誤差。查表知鎳鉻 鎳硅熱電偶 K=1， T=Tz+KTn=600+165=665 自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬有何關(guān)系？如果選 用傳感器的動態(tài)特性達不到要求怎么辦？ 制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般為 2 ： 1？答：制作霍爾元件應(yīng)采用半導(dǎo)體材料。又因為實際測量中 UH=(kHIB/d)f(l/b) 當(dāng) l/b=2 時， f(l/b)= 為最大值，這時 UH也可取到最大值，所以長寬比 l/b 一般為 2： 1 12 系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬與傳感器的響應(yīng)帶寬無關(guān)，請問這種說法正確嗎？試述理由。傳感器的響應(yīng)帶寬會限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。因為半導(dǎo)體材料容易受溫度影響，而其直接影響光電流的值，所以還需要溫度補償裝置。 答：不同意。和微機的結(jié)合使智能傳感器不僅有視嗅味和聽覺功能，還具有存儲，思維和邏輯判斷，數(shù)據(jù)處理，自適應(yīng)能力等功能，從而使傳感器技 術(shù)提高到一個新水平。（ 5 分） 其中（ R1=10KΩ， R2=5KΩ ， R3=10KΩ， E=5 伏） 答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。熱電阻 都通過電阻分別為 r r Rg的三個導(dǎo)線和電橋連接， r2 和 r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時，只要它們的 Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時，應(yīng)使 R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如 0?C）時的電阻值。 三、分析、計算題：（ 20 分） 分析（線性）電位器式傳感器由于測量線的線路中的負載電阻 RL帶來的負載誤差，并計算它與位移 x 之間的關(guān)系；（ 10 分） 一、測得某檢測裝置 的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下： X Y 試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度（ 10 分） 解 : bkxy ?? )( bkxy iii ???? 22 )( ii iiii xxn yxyxnk ??? ????? 222)( )( ii iiiii xxn yxxyxb ??? ?????? 代入數(shù)據(jù)求得 ?k ?b ∴ ?? xy ?? ??? ??? ??? ??? ??? %%100m a x ????????FSL yL? 擬合直線靈敏度 ?k ,線性度 177。試證明： Ucd=（ E/2） (Δ R/R)。已知空氣隙的長度為 x1和 x2，空氣隙的面積為 S，磁導(dǎo)率為 μ，線圈匝數(shù) W不變）。已知長方形極板的長為 l，高 為 h，極板間距離為d ， 容器內(nèi)下面介質(zhì)的高度為 x(x h)，介電常數(shù)為 ε 2，容器內(nèi)上面介質(zhì)的介電 常數(shù)為 ε 1。（ 5 分） 105 )(1 1 ??????? ??ni ixnx xxvi ?? 1 分別為 0 1 2 ???? ??ni ivn ],[]3,3[ ??????? xx 在對量程為 10MPa 的壓力傳感器進行標定時，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所示，簡述最小二乘法準則的幾何意義，并討論下列電壓 壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準則？（ 10 分） 測量次數(shù) I 1 2 3 4 5 壓力 xi（ MPa） 2 4 5 8 10 電壓 yi（ V） （ 1） y=（ 2） y=+（ 3） y=（ 4） y=（ 5） y=+ 答：最小二乘法準則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。 三、 計算題（ 20 分， 10 分 /題） 設(shè) 6 次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為： 15 厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在 %的置信概率下，對被測物體長度的最小估計區(qū)間。 答：忽略最后一個值，平均值 ???????x ， , 654321 ??????????? pppppp 2145 1 ?????npnii? ， 則最小估計區(qū)間 ~ ?????? ?xx 。（ 1PC=1012 庫侖） 答： PCPCmvV 40/50 2 ? a= 2//540 smggPC PC ?? 2) 圖示電荷放大器中 Ca=100 PF， Ra=∞ ， RF= ∞， CF=10 PF。 答：優(yōu)點：抗電磁干擾能力強；靈敏度高；幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以制成任意形狀的光纖傳感器，可以制造傳感各種不同物理信息的器件；光纖傳感器可用于高壓，電氣噪聲，高溫，腐蝕或其他惡劣環(huán)境；而且具有與光纖遙測技術(shù)的內(nèi)在相容性。 六、用溫度傳感器對某溫度進行 12 次等精度測量，獲得測量數(shù)據(jù)如下（單位 ℃ ） 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 要求對測量數(shù)據(jù)進行加工整理，并寫出最后結(jié)果（取置信系數(shù)為 2）。答： 1）采用半導(dǎo)體材料。 2）因為元件越薄，靈敏度系數(shù)越大。 2）將一只靈敏度為 ℃ 的熱電 偶與毫伏表相連 ,已知接線端溫度為 50℃ ,毫伏表的輸出為 60 mv, 求熱電偶熱端的溫度為多少 ? 3） 熱敏電阻的電阻 溫度特性有什么不同 ? 答： 1）證明： ),(),( 00 TTETTE ABA B C ? ),(),()()()(),( 00000 TTETTETETETETTE lBlACABCABA B C ????? ???? = ),( 0TTEAB 2) 20 ???? T ℃ 3）熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，電阻與溫度的關(guān)系近似于線性或為平滑曲線。 十、 1）有一數(shù)字溫度計，測量范圍為 – 50 ℃ ～ 150℃ ,精度 級 , 求當(dāng)示值分別為 20℃ ,100℃時的絕對誤差和示值相對誤差。 %, 問選用量程為 250 V電壓表 ,其精度為那一級 ? 若選用量程為 300 V和 500 V的電壓表 ,其精度又分別為那一級 ? 3)已知待測電壓為 400V左右 ,現(xiàn)有兩只電壓表 ,一只 ,測量范圍 0～ 500V。 , ?? 則量程為 300V的應(yīng)用精度為 ，量程為 500V的精度為 。 十一、推導(dǎo)差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時 Δ R=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去平衡，這時，就用橋路輸出電壓 Ucd 表示應(yīng)變片應(yīng)變后電阻值的變化量。 (15分 ) R 2 R 1 R 3 R4 E a b d c U cd 證： RRRRRR ?????? 41 , ??? dbcbcd UUU ERR RRERRR RERRR R224 2 ???????????? 略去 R? 的第 二項，即可得 RREUcd ???? 2 一、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下 ： X y 試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度 (15分 ) 答：22222 )()(,)()(,? ?? ? ?? ?? ? ?????????????iiiiiiiiiiiiiiiixxnyxxyxbxxnyxyxnkbkxybkxy 帶入數(shù)據(jù)得： k= b= ??? xy %%100,m a x654321?????????????????????????FSL yL? 擬合直線靈敏度