吉林大学生物与农业工程学院

吉林大学生物与农业工程学院期末考试样题答案2013-2014第一学期专业：农业机械化及其自动化课程名称：测试与传感技术考核方式:开卷名词解释（24分）零位测量法：测试电桥一臂为有刻度的精密可变电阻R2。在电桥原始平衡后，如R1因变形变为R1+Rl时，电桥将失去平衡，指示电表有了读数。此时人为地调节R2使电桥重新平衡，通过R2的刻度确定R2的变化量R2。霍尔效应：将导电体薄片置于磁场B中，如果在a、b端通以电流I，则在c、d端就会出现电位差，这一现象称为霍尔效应。电位差称为霍尔电势。回程误差：回程误差表示测量系统当输入量由小到大再由大到小变化时，对于同一输入，所得输出量不一致的程度，回程误差在数值上是用同一输入量下所得滞后偏差的最大值与测量系统满量程输出值比值的百分数表示。内光电效应：内光电效应半导体材料受光的照射后，其电导率发生变化的现象称为光导效应，而受光后产生电势的现象称为光生伏特效应。二者统称为内光电效应采样定理：采样定理也称香农(Shannon)定理，给出了带限信号不丢失信息的最低采样频率为fs≥2fc，式中fc为原信号中的最高频率，若不满足此采样定理，将会产生频率混叠现象。热电效应：两种不同的导体组成闭合回路，如果两个连接端点处的温度不同，回路中将产生电势，这种现象叫热电效应。传感器分辨率：是指传感器能检测到的最小的输入增量。集流环：拥电阻应变片测试旋转轴扭矩时，通过集流环把旋转轴上的应变信号转换到后续信号处理设备中。一.简答题（30分）1、测量电桥的平衡方法有哪些？（5分）测量电桥的平衡方法有四种：电桥桥臂中串联小阻值电位器、并联大阻值电位器、电容平衡装置和带电阻、电容的平衡装置。2、采用应变测试系统检测时，如何消除温度变化引起的误差？（5分）消除温度变化引起的误差有三种：采用温度自补偿应变片、温度补偿片法和桥路补偿法。3、半导体应变片和电阻应变片的区别有哪些？（5分）半导体应变片的最大优点是灵敏度高，比金属应变片要高50～70倍，另外，还有横向效应和机械滞后小、体积小等特点。它的缺点是温度稳定性差，在较大应变下，灵敏度的非线性误差大，在使用时，一般需要采取温度补偿和非线性补偿措施。4、试选一种传感器测量流体压力，并画图说明其工作原理。（5分）隔膜压力传感器活塞弹簧压力传感器输入输出位移传感器活塞工作舱参照压力弹簧输入隔膜工作舱参照压力位移传感器输出1压差式流量计：文丘里管压差式流量计：孔板流量计压差式流量计：喷嘴流量计压差式流量计：弯管流量计流体压力传感器：皮托管5、简述偏位测量法相较于零位测量法的优点？（5分）零位测量法与偏位测量法相比较：(1)偏位测量法不需要两次平衡，响应快，适于动态测量；(2)偏位测量法工作频率较高，应用范围广。6、举3个衡量测试系统误差的指标，并分别说明其定义和计算方法。（5分）绝对误差：测得值与被测量真值之差。0XX相对误差：被测量的绝对误差与其真值之比，一般用百分数表示。0X引用误差：是指仪表示值的最大绝对误差与仪表的测量上限值或量程之比。在工程应用中，确定仪表精确等级常用引用误差来表示。二.填空（20分）1、时间常数是一阶测试系统动态特性参数，时间常数越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线。2、满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为一常数和相频特性与频率成线性关系。3、电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大器的输出电压与传感器产生的电荷量成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。输入液流差分压力传感器停滞点静压测点静压全压输出输入液流差分压力传感器输入液流喷嘴输出差分压力传感器输入液流孔口差分压力传感器阻塞板输出输入输出差分压力传感器液流喉管输出24、电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高灵敏度，且能改善或消除非线性。5、若采样频率过低，不满足采样定理，则被采样信号的频谱会产生频率混叠现象。6、在外力作用下，金属应变式传感器主要产生几何尺寸变化，而压阻式传感器主要是电阻率发生变化，二者都引起电阻值发生变化。7、非周期信号的频谱是连续的。8、在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统输出量与输入量拉氏变换的比值称为传递函数。9、传感器的线性范围越宽，表明其量程越大。10、按工作方式划分，电感传感器包括自感式、差动变压器式、电涡流式等类型。三.计算（26分）1、现有0.5级测量范围0-300℃，1.0级测量范围0-200℃和1.5级测量范围0-100℃的三个温度计，要测量90℃的温度，试问不应该采用哪个温度计？（6分）解：当采用0.5级温度计时，可能出现的最大绝对误差和示值相对误差分别为：5.1%5.0300m%67.1%100905.1%100xmx当采用1.0级温度计时，可能出现的最大绝对误差和示值相对误差分别为：0.2%0.1200m%22.2%100900.2%100xmx当采用1.5级温度计时，可能出现的最大绝对误差和示值相对误差分别为：5.1%5.1100m℃%67.1%100905.1%100xmx用1.0级仪表比用0.5级、1.5级仪表的示值相对误差大，所以不应该选用。2、为获得最大输出灵敏度，用四片应变片组成全桥测弯矩。应变片阻值为120，K=2.0。在一应变片上并接一500k电阻标定时，光线示波器读数为150，当载荷作用在梁上时，读数为180，求贴片处的应变值。（10分）解：0288.0500000120500000120120RRRRRR11RSR6-1012021200.0288RSR=120με34KUU016101012015044UKU202KUU150410120180KUU-602236με3、如图所示电感传感器铁心的相对导磁系数为104，空气的相对导磁系数为1，真空中的磁导率为4π×10-7H/m。求下述情况时该传感器的输出电感：1）气隙为0；2）气隙为2mm。（10分）6cm2cm1cm3cm3cm2cm1.5cm100匝解：1）气隙为0；mH1411099.70100H1099.7003.002.0045.003.001.0045.003.0015.0015.02104101321374mLR2）气隙为2mmmH4.11013.7148100H1013.7148H10)41.7077199.70(03.0015.0002.0210411099.7032131373mLR