传感器试题与答案

《传感器与检测技术》试题1班级_______姓名学号成绩一、填空：（20分）1.测量系统的静态特性指标主要有。（2分）2.霍尔元件灵敏度的物理意义是。（2分）3.光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下效应,这类元件有；第二类是利用在光线作用下效应，这类元件有；第三类是利用在光线作用下效应，这类元件有。4.热电偶所产生的热电动势是电动势和电动势组成的，其表达式为Eab（T，T0）=。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在和之间，接入，它的作用。5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起，这种现象称为。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生，这种现象称为。（2分）6.变气隙式自感法感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分）7.仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的。（2分）8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。（2分）9.电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx=（①Xmax/xRmax,②x/XmaxRmax,③Xmax/XRmax④X/XmaxRmax）来计算，其中阻灵敏度Rr=（①2p(b+h)/At,②2pAt/b+h,③2A(b+b)/pt,④2Atp(b+h)）。（4分）二、用镍铬━镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电动势为－1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少摄氏度？（20分）镍铬-镍硅热电偶分度表测量端温度℃热电动势(mV)0123456789-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、什么是系统误差？产生系统误差的原因是什么？如何发现系统误差？减少系统误差有哪几种方法？（20分）四、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（5分）1.已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）2.电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压UAB。（5分）其中（R1=10kΩ，R2=5kΩ，R3=10kΩ，E=5V）五、请设计一温度传感器，写出它的等效电路和测量电路，分析其工作原理，计算公式，并说明如何提高传感器的灵敏度和抗干扰性能。（20分）《传感器与检测技术》试题1答案班级_______姓名学号成绩一、填空：（20分）1.测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2分）2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势的大小。（2分）3.光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。4.热电偶所产生的热电动势是两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势组成的，其表达式为Eab（T，To）=TBATTBAdNNTTek)(ln)(00。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）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。5.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。（2分）6.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量（①增加②减小③不变）（2分）7.仪表的精度等级是用仪表的（①相对误差②绝对误差③引用误差）来表示的。（2分）8.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。（2分）9.电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax，它的滑臂间的阻值可以用Rx=（①Xmax/xRmax,②x/XmaxRmax,③Xmax/XRmax④X/XmaxRmax）来计算，其中电阻灵敏度Rr=（①2p(b+h)/At,②2pAt/b+h,③2A(b+b)/pt,④2Atp(b+h)）。（4分）二、用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电动势为-1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少摄氏度？（20分）镍铬-镍硅热电偶分度表测量端温度℃热电动势(mV)0123456789-20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16三、什么是系统误差？产生系统误差的原因是什么？如何发现系统误差？减少系统误差有哪几种方法？（20分）答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现，则把这种误差称为系统误差。系统误差出现的原因有：①工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。②方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。③定义误差：是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差。④理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差。⑤环境误差：是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误差。⑥安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。⑦个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。发现系统误差的方法有：①实验对比法：这种方法是通过改变产生系统误差的条件从而进行不同条件的测量，以发现系统误差。这种方法适用于发现不变的系统误差。②剩余误差观察法：是根据测量数据的各个剩余误差大小和符号的变化规律，直接由误差数据或误差曲线图形来判断有无系统误差。这种方法适用于发现有规律变化的系统误差。③计算数据比较法：对同一量测量得到多组数据，通过计算比较数据比较，判断是否满足偶然误差条件，以发现系统误差。减小系统误差的方法：①引入更正值法②替换法③差值法④正负误差相消法⑤选择最佳测量方案四、下面是热电阻测量电路，试说明电路工作原理并计算（5分）1.已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为T=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值（10分）2.电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压UAB。（5分）其中（R1=10kΩ，R2=5kΩ，R3=10kΩ，E=5V）答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示仪表组成。图中G为指示仪表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示仪表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。55.119]50)10802.5(5010940.31[100)1(27320BtAtRRt五、请设计一温度传感器，写出它的等效电路和测量电路，分析其工作原理，计算公式，并说明如何提高传感器的灵敏度和抗干扰性能？（20分）自己动手实践。《传感器与检测技术》试卷2班级：学号：姓名：成绩：一、选择与填空题：（30分）1.变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。2.在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。3.在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M的大小与一次侧线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与二次侧线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。4.传感器是__________________________________，传感器通常由直接响应于被测量的______和产生可用信号输出的______以及相应的_____组成。5.热电偶所产生的热电动势是由___电动势和___电动势组成。6.偏差式测量是指在____________________________的方法；零位测量是指_______________________________的方法；微差式测量是____________________________的方法。二、简答题：（50分）1.简述霍尔电动势产生的原理。（6分）2.简述热电偶的工作原理。（6分）3.以石英晶体为例简术压电效应产生的原理。（6分）4.简述电阻应变片式传感器的工作原理（6分）5.什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性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）6.绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。（10分）7.如图所示，Rt是Pt100铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用。（6分）三、分析、计算题：（20分）1.分析（线性）电位器式传感器由于测量线的线路中的负载电阻RL带来的负载误差，并计算它与位移x之间的关系。（10分）2.分析下图所示自感传感器，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）《传感器与检测技术》试卷2答案班级：学号：姓名：成绩：一、选择与填空题：（30分）1.变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。2.在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。3.在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M的大小与一次侧线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与二次侧线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。4.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