传感器与检测技术试卷及答案

1．属于传感器动态特性指标的是（D）A重复性B线性度C灵敏度D固有频率2误差分类，下列不属于的是（B）A系统误差B绝对误差C随机误差D粗大误差3、非线性度是表示校准（B）的程度。A、接近真值B、偏离拟合直线C、正反行程不重合D、重复性4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B）A、转换元件B、敏感元件C、转换电路D、放大电路5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C）A工作频率宽B线性范围宽C单位输入量引起的输出量大D允许输入量大6下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B）A应变式传感器B化学型传感器C压电式传感器D热电式传感器7传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D）A测量B感知C信号调节D转换8回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度A多次测量B同次测量C正反行程D不同测量9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。A相对误差B绝对误差C引用误差D粗大误差二、判断1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√）2系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×）3对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×）4平均值就是真值。（×）5在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×）6.线性度就是非线性误差.（×）7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√）8.传感器的被测量一定就是非电量（×）9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√）10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√）二、简答题：（50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？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。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。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。2、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。答：框图如下：测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。输入输出相对真值测量误差测量值3、从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。4、什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？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。三．计算一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：X0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0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：68.0k，25.0b25.068.0xy%7535.0%100914.0,126.0,11.0,16.0,35.0,238.0max654321FSLyL拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%2、设6次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.810.010.19.910.215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，对被测物体长度的最小估计区间。解：105)2.109.91.100.108.9(11niixnxxxvi1分别为-0.200.1-0.10.216.01112niivn]48.10,52.9[]3,3[xx3、等精度测量某电阻10次，得到的测量如下：R1—167.95ΩR2—167.45ΩR3—167.60ΩR4—167.60ΩR5—167.87ΩR6—167.88ΩR7—168.00ΩR8—167.85ΩR9—167.82ΩR10—167.61Ω求：10次测量的算术平均值，测量的标准误差和算术平均值的标准误差解：x=nRini1=167.76Ωσ=nini12=0.18x=n=0.061、电阻式传感器是将被测量的变化转换成（D）变化的传感器。A.电子B.电压C.电感D.电阻2、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化为（C）的输出。A．电阻B．电容C．电压D．电荷3、半导体应变片具有（A）等优点。A．灵敏度高B．温度稳定性好C．参数一致性高D．接口电路简单4、当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称（B）A.光电效应B.压阻效应C.压电效应D.霍尔效应5、导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生相应变化的现象，称（A）A.应变效应B.光电效应C.压电效应D.霍尔效应6、温度误差的线路补偿法是利用电桥(B)实现的。A.相邻桥臂同变输入电压相加B.相邻桥臂差变输入电压相减C.相对桥臂同变输入电压相加D.相对桥臂差变输入电压相加7、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小(C)A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片8、按输出信号的性质分类，应变式位移传感器是一种（A）A．模拟量传感器B计数型传感器C代码型传感器D开关型传感器9、下列传感器，不适合于静态位移测量的是（D）A压阻式位移传感器B电感式位移传感器C电涡流式位移传感器D压电式位移传感器10、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率(B)A.上升B.迅速下降C.保持不变D.归零二判断题1、采用几个热电偶串联的方法测量多点的平均温度，当有一只热电偶烧断时，不能够很快地觉察出来。（×）2、在固态压阻传感器测量电路中恒压源和恒流源供电均与电流大小、精度及温度有关。（×）3、热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。（√）4、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是抑制共模噪声。(√)5、将电阻应变片贴在弹性元件上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。(√)6、在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表电阻率。（×）7、结构型传感器是依靠传感器材料物理特性的变化实现信号变换的。（×）8、信号传输过程中，产生干扰的原因是.干扰的耦合通道(√)9、常用于测量大位移的传感器有应变电阻式。(×)10、差动电桥由环境温度变化引起的误差为0。(√)三简答题1.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。答原则有：(1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；(2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰；(3)考虑温度补偿作用；单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。2．什么是金属导体的电阻－应变效应和热电阻效应？答：金属电阻的应变电阻效应——当金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将相应地发生变化。3.为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。答：①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（sg与）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。②方法：自补偿法线路补偿法四计算题1、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=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表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。R2R1R3R4EabdcUcd证明：RRR1RRR4ERRRRERRRRERRRRUUUdbcbcd2242略去R的二次项,即可得RREUcd22、图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。解：①②③④一、判断（20分）1.差动变间隙式自感传感器的灵敏度是单线圈式自感传感器的4倍。（×）2.差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化。（√）3.改变电感传感器的引线电缆后，不必对整个仪器重新调零。（×）4.电涡流式传感器可以用来测量各种形式的位移量。（√）5.自感式传感器实现了把被测量的变化转变为电容量的变化。（×）6.边缘效应不仅使电容传感器灵敏度降低，而且会产生非线性。（√）7.电容传感器不能承受很大的温度变化。（×）8.差动变压器式传感器可以测量与位移有关的任何机械量。（√）9.电涡流式传感器可以无接触地测量各种振动的幅值（√）10.电涡流式传感器常用于测量压力、加速度、微小位移、液位等。（×）二．单选题（20分）1.由两块平行板组成一个电容器，若忽略其边缘效应，其电容量为（A）。A.C=εS/dB.C=εd/SC.C=ε/SdD.C=Sd/ε2.在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中(B)。A.电容和电感均为变量B.电容是变量，电感保持不变C.电感是变量，电容保持不变D.电容和电感均保持不变3.不能用涡流式传感器进行测量的是(D)。A.位移B.材质鉴别C.探伤D.非金属材料4.在实际应用中，为了改善非线性、提高灵敏度和减少外界干扰的影响，电容传感器常做成（B）。A.自感形式B.差动形式C.电涡流形式D.电容形式5.以下哪种途径不能提高差动变压器的灵敏度（C）。A.增大铁芯直径B.选择较高的激磁电压频率C.降低线圈的Q值D.提高激磁电源电压6.为了使传感器具有较好的线性度，一般取测量量范围为线圈骨架长度的（D）。A.1/8～1/4B.1/10～1/2C.1/4～1/2D.1/10～1/47.以下哪种传感器可以用来检测金属的表面裂纹和焊接部位的探伤（C）。A.自感式传感器B.差动变压器C.电涡流式传感器D.电容式传感器8.测量范围大的电容式位移传感器类型为（D）。A.变极板面积型B.变极距型C.变介质型D.容栅型9.在非电量测量中，应用最多的差动变压器是哪种结构形式（A）。A.螺线管式B.变隙式C.变面积式D.变体积式10.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（A）。A.增大B.不变C.减少D.变为零三．简答题（30分）1.试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同？答：自感式传感器与