试题13答案

00121班传感《传感器与检测技术》试题班级：________学号：姓名：成绩：_____一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：X0.62.43.14.35.56.5y1.11.62.63.24.05.0试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度(15分)答：22222)()(,)()(,iiiiiiiiiiiiiiiixxnyxxyxbxxnyxyxnkbkxybkxy带入数据得：k=0.67b=0.2525.067.0xy所以%7535.0%100914.0,126.0,11.0,16.0,35.0,238.0FSmax654321yLΔΔΔΔΔΔL拟合直线灵敏度0.67,线性度±7%二、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片应变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-(E/2)(ΔR/R)。(15分)R2R1R3R4EabdcUcd证：RRRRRR41,dbcbcdUUUERRRRERRRRERRRR2242略去R的第二项，即可得RREU2cd三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法(15分)答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电动势。有电流产生相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势，通称热电动势。接触电动势：接触电动势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电动势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电动势。热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的热电效应。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。热电偶三定律：a中间导体定律：热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电动势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。b中间温度定律：任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T，冷端为T时的热电动势等于该热电偶热端为T，冷端为Tn时的热电动势与同一热电偶热端为Tn，冷端为T0时热电动势的代数和。应用：对热电偶冷端不为0℃时，可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。c参考电极定律：如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T，T0）时分别为EAC(T,T0)和EBC(T,T0)，那么受相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电动势为),(),(),(0BCAC0ABTTETTETTEO实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电动势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电动势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。误差因素：参考端温度受周围环境的影响减小误差的措施有：a0oC恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）c仪表机械零点调整法d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法四、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流电阻法。(15分)答：霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。霍尔元件的不等位电动势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电动势，可用输出的电压表示。温度补偿方法：a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b电桥补偿法分流电阻法略。五、人们说，SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势，为什么？(10分)答：智能传感器具有一定的人工智能，可使用电路代替一部分脑力劳动。和微机的结合使智能传感器不仅有视嗅味和听觉功能，还具有存储，思维和逻辑判断，数据处理，自适应能力等功能，从而使传感器技术提高到一个新水平。与传统传感器相比，它有精度高，可靠性和稳定性高，信噪比与分辨率高，自适应强及性价比低等优点。因此，智能化设计的传感器是传感器传统设计的一次革命，是世界传感器的发展趋势。六、什么是传感器的可靠性？可靠性设计程序和原则是什么？什么是传感器的失效？失效有哪几种？失效分析方法有哪几种？（10分）答：传感器的可靠性是指传感器在规定条件、规定时间，完成规定功能的能力。可靠性设计原则：①尽量简单、组件少、结构简单②工艺简单③使用简单④维修简单⑤技术上成熟⑥选用合乎标准的原材料和组件⑦采用保守的设计方案失效分析的方法：①失效模式、效应及危害度分析②工艺过程FMMEA及质量反馈分析③失效树分析方法产品丧失完成规定功能能力所有状态及事件的总和叫失效。失效的分类：①按失效发生场合分：试验失效、现场失效②按失效的程度分：完全失效、局部失效③按失效前功能或参数变化的性质分：突然失效、退化失效④按失效排除的性质分：稳定性失效、间歇失效⑤按失效的外部表现分：明显失效、隐蔽失效⑥按失效发生的原因分：设计上的失效、工艺上的失效、使用上的失效⑦按失效的起源分：自然失效、人为失效⑧按与其他失效的关系分：独立失效、从属失效⑨按失效浴盆曲线上不同阶段分：早期失效、偶然失效、耗损失效等七、利用所学知识，设计一套非电量传感器（包括敏感元件的选择、测量电路的设计、采用温度补偿及抗干扰措施）。（20分）答案略。