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《傳感器與檢測技術(shù)》題庫 一、填空： 1，測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。 2.霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強度相單位控制電流時的霍爾電勢大小。 3.熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成的，其表達式為Eab（T，To）=。在熱電偶溫度補償中補償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間，接入延長線，它的作用是將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。 4.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械壓力，從而引起極化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為負壓電效應(yīng)。（2分） 5. 變氣隙式自感傳感器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（①增加②減?、鄄蛔儯? 6. 儀表的精度等級是用儀表的（① 相對誤差 ② 絕對誤差 ③ 引用誤差）來表示的 7 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（① 變面積型 ② 變極距型 ③ 變介電常數(shù)型）外是線性的。 8、變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（①增大，②減小，③不變）。 9、在平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（①變面積型，②變極距型，③變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系。 10、在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與原方線圈的匝數(shù)成（①正比，②反比，③不成比例），與副方線圈的匝數(shù)成（①正比，②反比，③不成比例），與回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。 11、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，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件 和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。 12、熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱是由兩種導(dǎo)體的接觸電熱和單一導(dǎo)體的溫差電熱組成。 13、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為① _金屬_ 材料和②____半導(dǎo)體__體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中①的電阻變化主要是由 _電阻應(yīng)變效應(yīng) 形成的，而②的電阻變化主要是由 溫度效應(yīng)造成的。 半導(dǎo)體 材料傳感器的靈敏度較大。 14.磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端 產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量電流，磁場，位移，壓力。 15.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標通常用輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系來表征 16. 傳感器的靜態(tài)特性指標有：靈敏度、分辨力、線性度、遲滯誤差、穩(wěn)定性、電磁兼容性、可靠性等。 17. 測量方法根據(jù)測量方式可以分為：偏拉式測量、零位式測量；微差式測量。 18. 熱敏電阻中能夠反映靈敏度程度的參數(shù)為：B值。 19. 熱電偶的常見結(jié)構(gòu)形式有：裝配式、鎧裝式、薄膜式。 20. 常用變送器的輸出信號是兩線制。 21. 鎳鉻-鎳硅熱電偶的分度號為 K，鉑銠13-鉑熱電偶的分度號是 B 。 22. 與K型熱電偶配套的補償導(dǎo)線的正、負極的顏色是紅-藍。 23. 用絕對壓力傳感器測量某容器的壓力，讀數(shù)為90kPa，若當?shù)卮髿鈮簽?00kPa，則相對真空度為10kPa，屬于微負壓。 24. 硅微電容壓力傳感器的核心是硅微加工感壓膜片。 25. 一般情況下，管道中心處的流速最大。 26.溫度越高，超聲波在氣體中傳播的聲速就越快，造成測量誤差。 27. 超聲波流量計中，時間差式的溫漂較大。 28. 與差壓式液位計比較，伺服式液位計的測量速度較慢。 29. 某簡諧振動的位移x=xmcos(ωt+φ)=1cos(2πft+0)，測得xm=1m，f=50Hz，振動速度v=vmcos(ωt+φ+π/2)=-ωxmsin(ωt+φ)。則振動速度的單峰值|vm|=314m/s。 30. 傳感器及其檢測系統(tǒng)的可靠性通常指: 故障平均間隔時間、平均修復(fù)時間、失效率。 31. 測量誤差的表現(xiàn)形式：粗大誤差、系統(tǒng)誤差、隨機誤差、動態(tài)誤差。 32. 鉑銠13-鉑熱電偶的分度號是R，鉑銠30-鉑銠6熱電偶的分度號是 B 。 33. 發(fā)現(xiàn)壓力變送器的輸出信號跳動較大，但有規(guī)律，可能是壓力波動 。 34. 本安型儀表是依靠電路本身來實現(xiàn)本質(zhì)安全防爆性能的。 35. 安裝在危險區(qū)的“一次儀表”的電纜應(yīng)連接到安全柵本安側(cè)的接線端子上。 36. 物體在溫度低于500℃時，主要的輻射是紅外光。 37. 硅微電容浮動膜盒壓力傳感器內(nèi)部的保護膜片是不銹鋼制作的。在單向過壓3倍左右時，保護膜片產(chǎn)生位移，不使硅測量膜片損壞。 38. 當被測流體的密度變化時，孔板式流量計的質(zhì)量流量與密度的平方根成反比。 39. 被測容器中的液體密度增加，壓力式液位計的測量結(jié)果就 增大。 40. 為了判斷燃煤鍋爐爐膛火焰的跳動，火焰探測器電路設(shè)置了帶通濾波器41. 光敏二極管在測光電路中應(yīng)處于反向偏置狀態(tài)，而光電池通常處于正向偏置狀態(tài)。 41. 欲精密測量光的照度，光電池應(yīng)配接I-U轉(zhuǎn)換器。 42. 對于速度不均勻、時走時停的機床，磁柵傳感器中應(yīng)采用 靜態(tài)磁頭。 二、選擇 1 重要場合使用的元器件或儀表，購入后需進行高、低溫循環(huán)老化試驗，其目的是為了____D__。 A．提高準確度 B．加速其衰老 C．測試其各項性能指標 D．提早發(fā)現(xiàn)故障，提高可靠性 2. 若將表壓傳感器的取壓口向大氣敞開，讀數(shù)等于__B____。 A．0(絕對壓力) B．0(表壓) C．1個大氣壓 D．-100kPa 3. 考核檢測儀表的電磁兼容是否達標，是指___D_____。 A．儀表能在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中正常工作的能力 B．儀表不產(chǎn)生超出規(guī)定數(shù)值的電磁干擾 C．儀表不產(chǎn)生較大的EMI D．A、B必須同時具備 4..螺線管式自感式傳感器采用差動結(jié)構(gòu)是為了___B___。 A．加長線圈的長度從而減小線性范圍 B．提高靈敏度，減小溫漂 C．降低成本 D．增加線圈對銜鐵的吸引力 5. 可以在高溫、高壓等惡劣環(huán)境中工作，測量結(jié)果不受溫度影響，但需要進行射線防護的是___D___。 A．投入式液位計 B．電接點式液位計 C．雷達式液位計 D．核輻射式液位計 6. 與差壓式液位計比較，伺服式液位計的測量速度___B___。 A．較快 B．較慢 C．一樣 D．無法比較 7. 曬太陽取暖、人造衛(wèi)星的光電池板分別利用了光的___c___效應(yīng)。 A．光電效應(yīng) 光熱效應(yīng) B．光化學(xué)效應(yīng) 光電效應(yīng) C．光熱效應(yīng) 光電效應(yīng) D．感光效應(yīng) 光電效應(yīng) 8. 渦流式接近開關(guān)可以檢測出___C___的靠近程度。 A．人體 B．水 C．金屬零件 D．塑料零件 9. 光敏二極管、光電池分別屬于____C___效應(yīng)。 A．外光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) B．內(nèi)光電效應(yīng) 光生伏特效應(yīng) C．光生伏特效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) D．光生電流效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) 10. 蜂鳴器中發(fā)出“嘀……嘀……”聲的壓電晶片發(fā)聲原理是利用壓電材料的____D__。 A．應(yīng)變效應(yīng) B．電渦流效應(yīng) C．壓電效應(yīng) D．逆壓電效應(yīng) 11. 接近開關(guān)的動作距離__A___復(fù)位距離；額定工作距離______動作距離。 A．大于 小于 B．小于 小于 C．等于 小于 D．都可以 12. 絕對式數(shù)字式位置傳感器輸出的信號是__D_____，增量式位置傳感器輸出的信號是________。 A.二進制格雷碼 連續(xù)的模擬電流信號 B.連續(xù)的模擬電壓信號 脈沖信號 C.脈沖信號 連續(xù)的模擬電流信號 D.二進制格雷碼 脈沖信號 13. 某數(shù)字式壓力表的量程為0~999.9Pa，當被測量小于___D___Pa時，儀表的輸出不變。 A．9 B．1.0 C．0.9 D．0.1 13. 氣溫升高時，若不進行溫度補償，荷重傳感器內(nèi)部的彈性元件的強度略微變?nèi)?，其?yīng)變將略有____B____，使得靈敏度變大，所以必須進行靈敏度的溫度補償。 A．下降 B．上升 C．不變 D．抖動 15. 在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補償導(dǎo)線的最主要的目的是___C___。 A．補償熱電偶冷端熱電動勢的損失 B．起冷端溫度補償作用 C．將熱電偶冷端延長到遠離高溫區(qū)的地方 D．提高靈敏度 16. 1千帕等于___A___。 A．1.01971610-2工程大氣壓 B．9.87標準大氣壓 C．100巴 D．760mm汞柱 17. 施加最大稱量Max到電子秤的秤臺上，靜置30min后，最終讀數(shù)與初次讀數(shù)之差超過了允許誤差，這種誤差稱為____C____。 A．零點漂移 B．蠕變 C．遲滯 D．靈敏度漂移 18. 鉑銠30-鉑銠6熱電偶的分度號是___B___。 A．R B．B C．S D．K 19. 體積流量___A___，得到質(zhì)量流量。 A．乘以流體的密度 B．除以流體的密度 C．乘以流體的流速 D．除以流體的流速 20. 振動角頻率ω=1rad/s，f約為___D___Hz。 A．1 B．π C．2π D．1/2π 三、判斷 1 遲滯現(xiàn)象反應(yīng)了傳感器機械結(jié)構(gòu)和制造工藝上的缺陷。（ ） 2 金屬絲和半導(dǎo)體材料發(fā)生形變產(chǎn)生的效應(yīng)原理相同。（ ） 3 電容傳感器的標定和測量必須在同樣條件下進行，即線路中導(dǎo)線實際長度等條件在測試時和標定時應(yīng)該一致。（ ） 4 電感傳感器的鐵心一般工作在飽和狀態(tài)下，其磁導(dǎo)率遠大于空氣的磁導(dǎo)率。 （ ） 5）欲測量細長管道深處的溫度，應(yīng)選擇鎧裝型熱電阻。（ ） 6 光敏二極管在電路中通常工作在反向偏壓狀態(tài)。（ ） 7. 在自動檢測系統(tǒng)中，各組成部分常以信息流的過程劃分，一般可分為：信息提取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理和信息輸出四部分。（ ） 8. 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下的輸出變化量Dy和引起此變化的輸入變化量Dx之比，即，因此傳感器的靈敏度是一常數(shù)。（ ） 9. 用時間常數(shù)t表征一階傳感器的動態(tài)特性，t越小，頻帶越寬。（ ） 10. 光敏電阻的暗電阻越小，亮電阻越大，則性能越好。（ ） 四、名詞解釋（每題3分，共12分） 1．滿度相對誤差：將儀表的絕對誤差除以一個引用值或特定值，用百分比來表示即為引用誤差γm： 2. 示值相對誤差：用絕對誤差Δ與被測量Ax的百分比來表示示值相對誤差γx，也稱為標稱相對誤差。 3. 熱電效應(yīng)：兩種不同的金屬互相接觸時，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發(fā)生自由電子的相互擴散，并產(chǎn)生電動勢，成為熱電動勢，這種擴散現(xiàn)象成為熱電效應(yīng)，。 4．中間導(dǎo)體定律：若在熱電偶回路中插入“中間導(dǎo)體”(A、B熱電極之外的其他導(dǎo)體),只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同,則對熱電偶回路的總熱電動勢無影響 。 5. 壓電效應(yīng):某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產(chǎn)生電荷，當外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。Q=d Fx 6. 渦流效應(yīng):根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中時，導(dǎo)體表面以及近表面就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電渦流（以下簡稱渦流）的現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。 7．應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會產(chǎn)生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。 8. 光電效應(yīng)：用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hf 的光子的轟擊，組成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。 五、問答題 1.用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計相連接。在某時刻，從電位差計測得熱電勢為-1.19mv，此時電位差計所處的環(huán)境溫度為15℃，試求該時刻溫箱的溫度是多少度？（20分） 鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表 測量端溫度℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 熱電動勢(mv) -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 +0 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 +10 0.40 0.44 0.48 0.52 0.56 0.60 0.64 0.68 0.72 0.76 +20 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 2 簡述熱電偶的工作原理。（6分） 答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。 3 以石英晶體為例簡述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。（6分） 答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。 4 簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理（6分） 答：電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 5、什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動態(tài)特性？（10分） 答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入-輸出特性。動態(tài)特性指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入-輸出特性。可以從時域和頻域來研究動態(tài)特性 6、簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。（5分） 答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當有電流I流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。 7、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（10分） 答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。 8、寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（15分） 9、在生產(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實現(xiàn)工藝。（15） 10、什么是傳感器靜態(tài)特性。（4分） 答：傳感器的靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入—輸出特性。 11、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（10分） 答：①熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 ②接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。 ③溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。 ④熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。 ⑤熱電偶三定律 a中間導(dǎo)體定律 熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。 b中間溫度定律 任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T，冷端為時的熱電勢等于該熱電偶熱端為T冷端為時的熱電勢與同一熱電偶熱端為，冷端為時熱電勢的代數(shù)和。 應(yīng)用：對熱電偶冷端不為時，可用中間溫度定律加以修正。 熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當?shù)难a償線路。 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)點溫度為（T，）時分別為，，那么愛相同溫度下，又A、B兩熱電極配對后的熱電勢為 實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標準鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。 ⑥誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響 措施：a 恒溫法 b計算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機械零點調(diào)整法 d熱電偶補償法e電橋補償法f冷端延長線法 12、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？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細推導(dǎo)分流法。（10分） 答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。 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，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補償方法： a 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。 b 電橋補償法 13.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。 答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器?？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)時間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。 14.直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？ 答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點：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。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進。直流電橋平衡條件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。 15.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。 解： 差動式靈敏度: 與單極式傳感器靈敏度比較 靈敏度提高一倍，非線性大大減少。 16.傳感器的定義和組成框圖？指出傳感器在控制系統(tǒng)中的位置和作用。 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。 傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。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。 17.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 18.傳感器（或測試儀表）在第一次使用前和長時間使用后需要進行標定工作，請問標定的意義？ 答：傳感器的標定分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩種。靜態(tài)標定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動態(tài)標定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。 19.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？ 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。 電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號進行適當放大，但其所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標定的麻煩。 電荷放大器是一種具有深度電容負反饋的高增益運算放大器，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格高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。 20.什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請解釋它與金屬絲靈敏系數(shù)的區(qū)別。 答： 應(yīng)變片一般做成絲柵狀，測量應(yīng)變時，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。金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與金屬絲靈敏系數(shù)是不同的。第一，零件的變形是通過剪力傳到金屬絲上的。第二，絲沿長度方向承受應(yīng)變時，應(yīng)變片彎角部分也承受應(yīng)變，其截面積變大，則應(yīng)變片直線部分電阻增加時，彎角部分的電阻值減少，也使變化的靈敏度下降。因此，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬絲靈敏系數(shù)低。 21.壓電式傳感器更適用于靜態(tài)測量，此觀點是否正確，分析原因。 答不正確。其工作原理是基于壓電材料的壓電效應(yīng)，具有使用頻率寬，靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量范圍廣等優(yōu)點，因此在壓力沖擊和震動等動態(tài)參數(shù)測試中是主要的傳感器品種，它可以把加速度、位移、壓力、溫度、濕度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。 22.為什么要對應(yīng)變片式電阻傳感器進行溫度補償，分析說明該類型傳感器溫度誤差補償方法。 答：①在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。 ②方法：自補償法 線路補償法 23.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。 分別代表鉑電阻熱電式傳感器（100Ω），銅電阻熱電式傳感器(50Ω). 熱電阻傳感器測量電橋之三線、四線連接法的主要作用是消除在熱電阻安裝的地方與儀表相距遠時，環(huán)境溫度變化時其連接導(dǎo)線電阻也變化所造成的測量誤差。 24.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℃，則實際溫度為665℃，對不對？為什么？應(yīng)如何計算？ 答：對。查表知鎳鉻-鎳硅熱電偶K=1，T=Tz+KTn=600+165=665 25.制作霍爾元件應(yīng)采用什么材料，為什么？為何霍爾元件都比較薄，而且長寬比一般為2 ：1？答：制作霍爾元件應(yīng)采用半導(dǎo)體材料。如果磁場與薄片法線有a夾角，那么UH=kHIBcosa,霍爾元件越?。磀越小），kH就越大，所以一般霍爾元件都很薄。又因為實際測量中UH=(kHIB/d)f(l/b) 當l/b=2時，f(l/b)=0.93為最大值，這時UH也可取到最大值，所以長寬比l/b一般為2：1 26.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。 答：不正確。傳感器的響應(yīng)帶寬會限制系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)帶寬。 27. 應(yīng)變電橋的三種工作方式及其工作條件。 電橋平衡的條件 ：R1/R2=R4/R3或R1?R3=R4?R2，按照工作方式可以分為單臂半橋、雙臂半橋、四臂全橋三種工作方式。 單臂半橋:四個橋臂中，只有一個橋臂的電阻可變，R1為應(yīng)變片，R2、R3、R4為固定電阻，橋路的輸出電壓為：。（2分） 雙臂半橋：R1、R2為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻。應(yīng)變片R1、R2 感受到的應(yīng)變e1、e2相反，產(chǎn)生的電阻增量正負號相反，可以使輸出電壓Uo成倍地增大：（2分） 四臂全橋：全橋的四個橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片R1 ~ R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變e1~e4）正負號相間，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。（2分）。 28. 國際規(guī)定的溫標有哪些，介紹他們之間的相互關(guān)系。 溫標是溫度數(shù)值化的標尺，規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點（即零點）以及溫度的單位，各類溫度計的刻度均由溫標確定。國際上規(guī)定的溫標有：攝氏溫標、華氏溫標、熱力學(xué)溫標等。 攝氏溫標規(guī)定，標準大氣壓下冰融點為0度，水沸點為100度，兩者中間分100格，每格為攝氏1度，符號為℃（2分）。 華氏溫標規(guī)定：標準大氣壓下冰融點為32度，水沸點為212度，兩者中間分180格，每格為華氏1度，符號為℉。與攝氏溫標的關(guān)系為：（2分）。 熱力學(xué)溫標是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提來的，因此又稱開氏溫標。與攝氏溫標的關(guān)系為：t/℃=T/K－273.15（2分）。 各種溫標均有局限性，華氏溫標和攝氏溫標只能標定0℃～100℃ 的溫度，而開氏溫標的起點只是理論上存在，無法達到。 29. 熱電偶冷端溫度補償方法。 答：熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄖ饕校? 一是冷端恒溫法。這種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場合，有0℃恒溫器和其他恒溫器兩種；（1.5分） 二是補償導(dǎo)線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質(zhì)是相當于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導(dǎo)線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；（1.5分） 三是計算修正法。修正公式為：；（1.5分） 四是電橋補償法。利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動勢補償熱電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化，自動補償?shù)臈l件應(yīng)為：（1.5分） 30. 絕對壓力傳感器與大氣壓力傳感器的區(qū)別。 (1)絕對壓力傳感器 取壓口接到被測壓力處，負取壓口接到內(nèi)部的基準真空腔（相當于零壓力參考點），所測得的壓力數(shù)值是相對于基準真空腔而言的，是以真空零壓力為起點的壓力，稱為絕對壓力，用p絕或pabs表示。 (2)大氣壓傳感器 大氣壓是指以地球上某個位置的單位面積為起點，向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量，用pa或p大氣表示。測量地點距離地面越高，或緯度越高，大氣壓就越小。 大氣壓傳感器的本質(zhì)也是絕壓傳感器，只是正取壓口向大氣敞開。 31. 光電效應(yīng)及其分類。 用光照射某一物體，可以看作物體受到一連串能量為hf的光子的轟擊，組成這物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。 1）在光線的作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等。 2）在光線的作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)，也稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；趦?nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管及光敏晶閘管等。 3）在光線的作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。 第一類光電元件屬于玻璃真空管元件，第二、三類屬于半導(dǎo)體元件。 六、設(shè)計題 1． 有一溫度表，測量范圍為-50～250℃，準確度等級為0.2級，求： 1）該溫度表可能出現(xiàn)的最大絕對誤差Δm。 2）當示值分別為-50℃、10℃、200℃時，可能產(chǎn)生的最大示值相對誤差γ-50、γ10、γ200。 1）（4分） 2）（6分） 2．某兩線制壓力變送器的量程范圍為0~2MPa，對應(yīng)的輸出電流為4~20mA。求： 1）壓力p與輸出電流I的關(guān)系表達式（輸入/輸出方程）。 2）畫出壓力與輸出電流間的輸入/輸出特性曲線。 3）如果希望在信號傳輸終端將電流信號轉(zhuǎn)換為1~5V電壓信號，求負載電阻RL的阻值。 4）如果電源電壓為24V，但負載電阻達到1kΩ，會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 1）I與p的數(shù)學(xué)關(guān)系為一次方程，所以有：I =a0+a1p，a 0=4mA。當p =2MPa時，I=20mA，得a1=8mA/MPa，輸入/輸出方程為：I =4mA+8(mA/MPa)p。 2）壓力與輸出電流間的輸入/輸出特性曲線 3．已知某被測氣體的密度ρ=0.1kg/m3，管道截面積A=1m2，被測管道中的平均流速v=8m/s，求： 1）平均體積流量Q。 2）平均質(zhì)量流量M。 3）每小時體積總量Q總為多少立方米？ 4）每小時質(zhì)量總量M總為多少噸？ 1）Q=vA=8*1 m3/s=8 m3/s 2）M=ρQ=0.1*8kg/s=0.8 kg/s 3）Q總=Qt=8*3600m3=28800m3 4. 某壓力表的準確度為2.5級，量程為0~1.5MPa,求： 1）可能出現(xiàn)的引用誤差。 2）可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為多少千帕（保留3位有效數(shù)字）？ 3）測量結(jié)果顯示為0.70MPa是，可能出現(xiàn)的最大示值相對誤差。 1）可能出現(xiàn)的引用誤差可以從準確度等級直接得到，即 2） 3）