【正文】 在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。在用熱電偶測溫時(shí)，連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。 應(yīng)用：對熱電偶冷端不為 C00 時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。 c 參考電極定律 如果 A、 B 兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體 C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫 度為（ T， 0T ）時(shí)分別為 ? ?0,TTEAC ， ? ?0,TTEBC ，那么愛相同溫度下，又 A、 B兩熱電極配對后的熱電勢為 ? ? ? ? ? ?000 , TTETTETTE BCACAB ?? 實(shí)用價(jià)值：可大大簡化熱電偶的選配工作。 ⑥ 誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響 措施： a C00 恒溫法 b 計(jì)算修正法（冷端溫度修正法） c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 d 熱電偶補(bǔ)償法 e 電橋補(bǔ)償法 f 冷端延長線法 四、 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù) ？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？ 溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請?jiān)敿?xì)推導(dǎo)分流法。 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 b 電橋補(bǔ)償法 五、論 述 CCD的工作原理 ，如何用設(shè)計(jì)一臺攝像機(jī)。 CCD可以把光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。 一、 簡答題（ 30 分， 6 分 /題） 從傳感器的靜態(tài)特性和 動態(tài)特性考慮，詳述 如何選用傳感器?？紤]動態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡單，傳 感器至測量儀表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。 以自感式傳感器為例說明 差動式傳感器可以提高靈敏度的原理。 光電池的 工作原理，指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。它有較大面積的 P 一 N結(jié)，當(dāng)光照射在 P 一 N 結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。 按照 傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點(diǎn) 應(yīng)該選用哪種光纖（單模 /多模），為什么？ 答： 功能型 (或稱物性型、傳感型 )光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)而且具有測量的功能。可分為振幅調(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào) 制型。多模。 答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與 地位特別重要。 試列出你所學(xué)過的 不同工作原理傳感器 哪些可用于非接觸式測量，哪些用于接觸式測量，測量何種物理量？（各≥ 3 種） 答：非接觸式測量： a) 熱電式傳感器：測量溫度 b) 光纖傳感器：測量光信號 c) 核輻射傳感器：測量核輻射粒子 接觸式測量： a) 電位器式壓力傳感器：測量壓力 b) 應(yīng)變片式電阻傳感器：測量電阻值 c) 應(yīng)變式扭矩傳感器：測量扭矩 光電 效應(yīng)可分為哪三種類型， 簡單說明傳感器的原理并分別列出以之為基礎(chǔ)的光電傳感器。光電管及光電倍增管均屬這一類。 b) 內(nèi)光電效應(yīng)：指在光的照射下，材料的電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。 c) 光生伏特效應(yīng)：利用光勢壘效應(yīng)，光勢壘效應(yīng)指在光的照射下，物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電勢。 光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的原理 是什么？按其傳輸模式分為哪兩種類型 ？傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器按照其特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖？ 答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。 傳感型（功能型）光纖傳感器應(yīng)該選用單模光纖，傳輸型光纖傳感器應(yīng)選用多模光纖。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確 定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。 1 壓電式傳感器的前置 放大器的作用是 什么？電壓式與電荷式前置放大器各有何特點(diǎn)？ 答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。 電荷放大器是一種具有 深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，其雖然允許使用很長的電纜，并且電容 Ce 變化不影響靈敏度，但它比電壓放大器價(jià)格高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。 答： 應(yīng)變片一般做成絲柵狀，測量應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變片貼在試件表面上，試件的變形很容易傳到應(yīng)變片上。第一，零件的變形是通過剪力傳到金屬絲上的。因此，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。 答不正確。 固態(tài)圖象傳感器 的分辨率由什么因素決定？某海關(guān)欲采用固態(tài)圖象傳感器為核心的圖象識別系統(tǒng)，但是安裝適用后發(fā)現(xiàn)顯示的圖象清 晰度和準(zhǔn)確度不能令人滿意，請從固態(tài)圖象傳感器的原理進(jìn)行分析，從哪幾方面考慮重新選型？ 為什么要對應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償 ，分析說明該類型傳感器溫度誤差補(bǔ)償方法。 ②方法：自補(bǔ)償法 線路補(bǔ)償法 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。 Pt100 和 Cu50 各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法的主要作用。 用鎳鉻 鎳硅熱電偶測量爐溫，其儀表示值為 600℃，而冷端溫度 t0 為 65℃，則實(shí)際溫度為 665℃，對不對？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？ 答：對。如果磁場與薄片法線有 ?夾角，那么 UH=kHIBcos?,霍爾元件越?。?d 越?。?， kH 就越大，所以一般霍爾元件都很薄。 答：不正確。 14 溫度對光電流影響不大，所以光電傳感器在使用中不需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此觀點(diǎn)正確否，為什么？答：不正確。 15 智能傳感器只是將被測信號數(shù)字化，意義不大 ，你同意此觀點(diǎn)否？分析說明你的理由。智能傳感器具有一定的人工智能，可使用電路代替一部分腦力勞動。 計(jì)算題 四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計(jì)算（ 5 分） 1. 已知 Rt 是 Pt100 鉑電阻，且其測量溫度為 T=50℃，試計(jì)算出 Rt的值和 Ra的值（ 10分） ]50)([100)BtAt1(RRt27320??????????????2. 電路中已知 R R R3 和 E，試計(jì)算電橋的輸出電壓 VAB。 圖 中 G 為指示電表， R R R3為固定電阻， Ra 為零位調(diào)節(jié)電阻。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。7% 二、如圖所示電路是電阻應(yīng) 變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中 R2=R3=R是固定電阻， R1 與 R4 是電阻應(yīng)變片，工作時(shí) R1受拉， R4受壓， 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(shí)，橋路失去平衡，這時(shí)，就用橋路輸出電壓 Ucd表示應(yīng)變片變后電阻值的變化量。（ 10分） 證明： RRR ???1 RRR ???4 ERR RRERRR RERRR RUUU dbcbcd 224 2 ??????????????? 略去 R? 的二次項(xiàng) ,即可得 RREUcd ???? 2 三、分析、計(jì)算題：（ 35 分） 分析如圖 1所示自感傳感器當(dāng)動鐵心左右移動（ x1,x2 發(fā)生變化時(shí)自感 L變化情況。（ 10分） mRIW?? ， mRWIWIL 2????? 解：又?? ?? ????? ni ii ixni xii im SlSlSlSlSlR 1 00 000 21 00 1 ????? 空氣隙的長度 x1 和 x2 各自變，而其和不變，另其他變量都不變故 L 不變 分析如圖 2 所示變介質(zhì)平板電容傳感 器，電容（ C）變化對液位變化（ x）的靈敏度。（ 10 分） 設(shè) 5 次測量某物體的長度，其測量的結(jié)果分別為： 厘米，若忽略粗大誤差和系統(tǒng)誤差，試求在 ％的置信概率下，對被測物體的最小估計(jì)區(qū)間。 將幾組 x分別帶入以上五式，與 y 值相差最小的就是所求，很明顯（ 5）為所求。 解： 105 )(1 1 ??????? ??ni ixnx xxvi ?? 1 分別為 0 1 2 ???? ??ni ivn ],[]3,3[ ??????? xx 設(shè) 7 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(jì)區(qū)間。 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 ?答： ????T ℃ 1) 用石英晶體加速度計(jì)測量機(jī)器的振動，已知加速度計(jì)的靈敏度為 5 PC/g（ g為重力加速度），電荷放大器的靈敏度為 50 mv/PC，當(dāng)機(jī)器振動達(dá)到最大加速度時(shí)， 相應(yīng)的輸出幅值為 2V，求機(jī)器的振動加速度。若考慮引線電容 CC 影響，當(dāng) A0=104時(shí)，要求輸出信號衰減小于 1%，求使用 90 PF/m的電纜，其最大允許長度為多少？ 答： %1)1( 0 ???? ?? FCa Car CACC CC? 解得 ???CC F mL 1210 ??????? 三、光纖傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？求 n1=， n2= 的階躍型光纖的數(shù)值孔徑值；如果外部介質(zhì)為空氣 n0=1，求光纖的最大入射角。 )()( 2122212221 ????? nnNA ,sin0 NA ?? , in ????? Cc NA ?? 176。 答： ?x ?? ~ ??? ?xx 七、 1）制作霍爾元件應(yīng)采用什么 材料，為什么？ 2）為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般為 2 ： 1？ 3）某霍爾元件 l b d 為 cm3, 當(dāng)方向通以電流 I= mA, 在垂直lb 方向加有均勻磁場 B=, 傳感器的靈敏系數(shù)為 22 V/A T, 試求其霍爾電勢及載流子濃度。因?yàn)槠潇`敏度高，輸出霍爾電勢大。 3） VIBkU HH ??? ????? edUIBpp e dIBUHH? 八、 1）試 證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律。 九、下圖為變 極距型平板電容電容傳感器的一種測量電路，其中 CX 為傳感器電容， C 為固 定電容，假設(shè)運(yùn)放增益 A=∞ ，輸入阻抗 Z=∞； 試推導(dǎo)輸出電壓 U0與極板間 距的關(guān)系，并分析其工作特點(diǎn)。 2）欲測量 250 V 電壓，要求測量示值相對誤差不大于 177。 另一只 , 測量范圍 0～ 1000V,問選用那只表測量較好 ?為什么 ? 答： 1 ） 絕 對 誤 差 為 ： % ?? ℃ 20 ℃ 時(shí) 相 對 誤 差 為 ：%% ???? 100 ℃時(shí)相對誤差為： %% ???? 2）絕對誤差為： % ?? ?? 即選用精度為 250V電 壓表。 3)第一只絕對誤差為 % ?? 相對誤差為 %87 %10 040 ?? 第二只絕對誤差為 V5% ?? 相對誤差為 %%10 040 05 ?? 所以應(yīng)用第二只表。 二、 如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中 R2=R3=R是固定電阻， R1 與 R4 是電阻應(yīng)變片，工作時(shí) R1 受拉， R4 受壓， Δ R 表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的變化量。試證明： Ucd=(E/2)(Δ R/R)。 7% （試卷一） 第一部分 選擇題（共 24 分） .C 一 、 單項(xiàng)選擇題（本大題共 12 小題，每小題 2 分，共 24分）在每小題列出的四個選項(xiàng)中只有一個選項(xiàng)是符合題目要求的，請將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號內(nèi)。 1．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測量的是（ ） A．壓力 B．力矩 C．溫度 D．厚度 2．屬于傳感器動態(tài)特性指標(biāo)的是（ ） A．重復(fù)性 B．線性度 C．靈敏度 D．固有頻率 3．按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于（ ） A． 光電式傳感器 B．電容式傳感器 C．壓電式傳感器 D．磁電式傳感器 4．測量范圍大的電容式位移傳感器的類型為（ ） A．變極 板面積型 B．變極距型 C．變介質(zhì)型 D． 容柵型 5．利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差?。? ） A．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片 B．兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián) C． 兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片 D．兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片 6．影響壓電式加速度傳感器低頻響應(yīng)能力的是（ ）