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传感器与检测技术试卷1及答案

传感器与检测技术》试卷
班级: 一、填空题: (40 分) 1、传感器是 ______________________________________ _______ 和产生可用信号输 _____ 组成。 ____ 材料和② 学号: 姓名: 成绩:

传感器通常由直接响应于被测量的 出的_______________ 以及相应的

2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①

_________体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化,其中①的 电阻变化主要是由 ___ 造成的。 ____ 形成的,而②的电阻变化主要是由

材料传感器的灵敏度较大。 成正

3、在变压器式传感器中,原方和副方互感 M 的大小与 比,与 ____成正比,与磁回路中 ____

成反比,而单个空气

隙磁阻的大小可用公式 ______

表示。 _____ 、

4、测量过程中存在着测量误差,按性质可被分为 _______ 、和 测量结果求 _____ 三类,其中 _____

可以通过对多次

____ 的方法来减小它对测量结果的影响。

5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用 的光电效应大致有三大类:第一类是利用在光线作用下 ___________现象,即 类; 第二类是利用在光线作用下 应。 效应, ______ ____ 传感器属于这一 现象, 即 效

传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下 效应, ______ 传感器属于这一类。

现象,即 ______

6、热电偶所产生的热电势是由 和 ___________

_______________

电势

电势组成。其表达式为 Eab ( T , T = ) 。在热电偶温度补偿中,补偿导线 __________________________________ ___________________ 。

___________________ 法 (即冷端延长线法) 是把

导线与热电偶配接。 它的作用是 7 、偏差式测量是指

____________________________ 方 方法。

方法; 零位测量是指 _______________________________ 法; 微差式测量是指 二、问答题: (25 分) __________________________

1、什么是传感器动态特性和静态特性,简述在什么频域条件下 只研究静态特就能够满足通常的需要, 而在什么频域条件下一般要研 究传感器的动态特性?(10 分) 2、简述霍尔电动热产生的原理。 (5 分) 3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变 化而产生测量误差的过程。 (10 分) 三、分析、计算题: (35 分) 1、分析如图 1 所示自感传感器当动铁心左右移动(x1,x2 发生变 化时自感 L 变化情况。已知空气所隙的长度为 x1 和 x2,空气隙的面 积为 S,磁导率为μ ,线圈匝数 W 不变) 。 (10 分)

2、分析如图 2 所示变介质平板电容传感器,电容(C)变化对 液位变化(x)的灵敏度。已知长方形极板的长为 l,高为 h,极板间 距离为 d,容器内下面介质的高度为 x(x h),介电常数为ε 2,容器内 上面介质的介电常数为ε 1。 (10 分)

3、设 5 次测量某物体的长度,其测量的结果分别为:9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 厘米,若忽略粗大误差和系统误差,试求在 99.73% 的置信概率下,对被测物体的最小估计区间。 (5 分) 4、在对量程为 10MPa 的压力传感器进行标定时,传感器输出电 压值与压力值之间的关系如下表所示, 简述最小二乘法准则的几何意 义, 并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则? (10 分)

测量次数 I 压力 xi(MPa) 电压 yi(V)

1 2 10.043

2 4 20.093

3 5 30.153

4 8 40.128

5 10 50.072

(1)y=5.00x-1.05 (2)y=7.00x+0.09 (3)y=50.00x-10.50 (4)y=-5.00x-1.05 (5)y=5.00x+0.07

答案
《传感器与检测技术》试卷
班级: 一、填空题: (40 分) 1、 传感器是 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输 出信号的器件或装置传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和 产生 可用信号输出的 转换元件 以及相 应的 信号调节转 换电路 组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属___ 材料 学号: 姓名: 成绩:

和②____半导体_____体材料。 它们在受到外力作用时电阻发生变化, 其中①的电阻变化主要是由 电阻变化主要是由 _电阻应变效应___ 形成的,而②的

___ 造成的。

材料传感器的灵敏度较大。

3、在变压器式传感器中,原方和副方互感 M 的大小与 绕组匝 数 成正比,与 穿过线圈的磁通____成正比,与磁回路中 磁 表

阻____ 示。

成反比, 而单个空气隙磁阻的大小可用公式 ______

4、测量过程中存在着测量误差,按性质可被分为 ____ 、 相对误差 _______ 、和 引用误差

_绝对误差

_____ 三类,其中 平均 ____ 的

___绝对误差__

可以通过对多次测量结果求

方法来减小它对测量结果的影响。 5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用 的光电效应大致有三大类: 第一类是利用在光线作用下 电子溢出表面的_________现象, 即 外光电 光电管以及光电倍增管_ 作用下 效应。 __材料中 ___

效应,

传感器属于这一类;第二类是利用在光线 现象,即 内光电

材料电阻率发生改变的 ______ 光敏电阻

传感器属于这一类。第三类是利用在光线 现象,即 _光生伏特_____ 效应, 光敏二

作用下 光势垒

极管及光敏三极管______ 传感器属于这一类。 6、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体 的 温 差 电 势 组 成 的 , 其 表 达 式 为 = (T ? T0 ) ln
k e

Eab ( T,To )

NA 在热电偶温度补偿中, 补偿导线法 (即 ? ?T T0 (? A ? ? B )d T 。 NB

冷端延长线法)是在连接导线

和热电偶之间,接入延长线

它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定 的地方,以减小冷端温度变化的影响。

7、偏差式测量是指测量过程中,用仪表指针的位移(即偏差) 决定被测量的测量方法;零位测量是指测量过程中,用指零仪表的零 位指示,检测测量系统的平衡状态;在测量系统达到平衡时用已知的 基准量决定被测未知量的测量方法; 微差式测量是指将被测的未知量 与已知的标准量进行比较,并取得差值,然后用偏差法测得此差值的 方法。 二、问答题: (25 分) 1、什么是传感器动态特性和静态特性,简述在什么频域条件下 只研究静态特就能够满足通常的需要, 而在什么频域条件下一般要研 究传感器的动态特性?(10 分) 答:传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输 出特性是其基本特性,一般把传感器作为二端网络研究时,输入输出 特性是二端网络的外部特性,即输入量和输出量的对应关系。由于输 入量的状态(静态、动态)不同分静态特性和动态特性。静态特性是 指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指 当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域 来研究动态特性

2、简述霍尔电动热产生的原理。 (5 分) 答:一块半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场(磁场方向垂直 于薄片)中,当有电流 I 流过时,电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。 结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子,因此后

端面带负电,前端面带正电,在前后端面形成电场,该电场产生的力 阻止电子继续偏转当两力相平衡时,电子积累也平衡,这时在垂直于 电流和磁场的方向上将产生电场,相应的电势称为霍尔电势 UH。

3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变 化而产生测量误差的过程。 (10 分) 答:在外界温度变化的条件下,由于敏感栅温度系数 ? t 及栅丝与试件 膨胀系数( ? g 与? s )之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实 应变同数量级的误差。

三、分析、计算题: (35 分) 1、分析如图 1 所示自感传感器当动铁心左右移动(x1,x2 发生变 化时自感 L 变化情况。已知空气隙的长度为 x1 和 x2,空气隙的面积 为 S,磁导率为μ ,线圈匝数 W 不变) 。 (10 分)

解: ? ?

IW ? W? W 2 , L? ? ? Rm I I Rm
n li l l l l ? x1 ? x 2 ? ? i ? 0 ?0 S0 ?0 S0 i ?1 ?i Si ?0 S0 i ?1 ?i Si n

又 Rm ? ?

空气隙的长度 x1 和 x2 各自变,而其和不变,另其他变量都不变 故 L 不变

2、分析如图 2 所示变介质平板电容传感器,电容(C)变化对 液位变化(x)的灵敏度。已知长方形极板的长为 l,高为 h,极板间 距离为 d,容器内下面介质的高度为 x(x h),介电常数为ε 2,容器内 上面介质的介电常数为ε 1。 (10 分)

3、设 5 次测量某物体的长度,其测量的结果分别为:9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 厘米,若忽略粗大误差和系统误差,试求在 99.73% 的置信概率下,对被测物体的最小估计区间。 (5 分)

x?

1 n (9.8 ? 10.0 ? 10.1 ? 9.9 ? 10.2) xi ? ? 10 ? n i ?1 5

vi ? x1 ? x 分别为-0.2
?? 1 n 2 ? vi ? 0.16 n ? 1 i ?1

0 0.1

-0.1 0.2

? ? [ x ? 3?, x ? 3?] ? [9.52,10.48]

4、在对量程为 10MPa 的压力传感器进行标定时,传感器输出电 压值与压力值之间的关系如下表所示, 简述最小二乘法准则的几何意 义, 并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则? (10 分) 测量次数 I 压力 xi(MPa) 电压 yi(V) 1 2 10.043 2 4 20.093 3 5 30.153 4 8 40.128 5 10 50.072

(1)y=5.00x-1.05 (2)y=7.00x+0.09 (3)y=50.00x-10.50 (4)y=-5.00x-1.05 (5)y=5.00x+0.07 答:最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。 将几组 x 分别带入以上五式,与 y 值相差最小的就是所求,很明 显(5)为所求。


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