感测技术基础试题与答案

一．填空题（每空1分，共30分）1.光电效应一般分为、和，相对应的光电器件也有以下三种类型：、和。2.单一应力下的压电效应有四种类型：、、、；多应力作用下的压电效应称为。3.磁敏二极管和磁敏三极管都是型的磁敏元件，都有，它的长度较长，其一个侧面，另一面。表面处容易使电子—空穴对复合而消失，称为r区。4.在光栅传感器工作时，主光栅沿栅线垂直方向移动________________，莫尔条纹正好移动____________，由于莫尔条纹移动距离主光栅移动距离，故摩尔条纹有放大作用。5.增量编码器有三条码道。其中最外圈码道作为码盘的，所产生的脉冲将给计数系统提供一个清零信号；中间一圈码道称为，最内一圈码道称为。6.磁电感应式传感器基本上由以下三部分组成：、、。7.光电传感器的5种常见形式：、、、、。二．选择题（每题2分，共20分）1.使用电流表时，综合考虑保护仪表和减小误差两个因素，一般要指针偏转至满偏电流的：A.1/2处B.2/3处C.3/4处D.无所谓2.在交流电压的表征中，PFUK和分别是交流电压的：A.波峰系数，平均值B.波峰系数，有效值C.波形系数，有效值D.波形系数，峰值3.常用的自感式传感器按磁路几何参数变化形式不同，可分为：A．变气隙式、变面积式、螺管式B.变气隙式、变面积式、差动式C．变气隙式、变面积式、单一式D.变面积式、差动式、单一式4.关于霍尔效应中霍尔电势各个量之间的关系，下列正确的是：A．dRKHHB.IBKUHH/C.IBdRUHHD.vnqRH15.下列哪个不属于按结构分类的直接编码器：A.电刷接触式B.电磁式C.直线式D.光电式6.气敏电阻都附有加热器，其作用不包括：A.烧掉附着在探测部位处的油污、尘埃B.加速气体吸附C.提高元件灵敏度D.保温7.热电偶冷端处理的方法有多种，为保持恒温，下列方法不正确的是：A.置于冰水混合物中B.置于恒温槽中C.置于深埋于地下的铁盒D.置于空气中8.在交流电压的表征中，U和pK分别是交流电压的：A.波峰系数，平均值B.波峰系数，有效值C.波形系数，有效值D.波形系数，峰值9.热电偶的电极材料须具有以下哪个特点：A.热电性质要随被测介质变化B.电阻温度系数高C.机械强度低D.导电率要高10.按电阻-温度特性，热敏电阻的分类不包括以下哪种：A.负温度系数热敏电阻(NTC)B.正温度系数热敏电阻(PTC)C.临界温度系数热敏电阻(CTC)D.零温度系数热敏电阻(ZTC)三．简答题（每题5分，共30分）1.模拟直流电流表与模拟直流电压表有何异同？为什么电流表的内阻很小，而电压表的内阻却很大？2.差动电阻传感器电桥与单工作臂电阻传感器电桥相比有哪些优越性?为什么会有这些优越性?3.用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施？把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对两臂，能补偿温度误差吗？为什么？4.为什么压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器？5.画出通用计数器的基本组成，并说明其工作方式。6.下图中电池E的极性可否接反？为什么？四．计算题（每题5分，共20分）1.在下图中，表头的满偏电流为0.1mA，内阻等于4900Ω，为构成5mA、50mA、500mA三档量程的直流电流表，所需量程扩展电阻R1、R2、R3是多少？2.用峰值电压表分别测量正弦波、三角波和方波，电压表均指在10V位置，问三种波形被测信号的峰值和有效值各为多少?3.在下图中，计数器为4位十进制计数器，210m，计数器计数脉冲频率最大允许值为50MHz，标准频率,101/57cccffMHzf，要求最大相对误差%1/xxff，求该频率计的测频范围。4.某霍尔元件的dbl为,1.035.00.1cmcmcm沿l方向通以电流,0.1mAl在垂直lb方向加有均匀磁场B=0.3T，传感器灵敏系数为,/22TAV试求其霍尔电势及载流子浓度。参考答案与评分标准一、填空题（每题1分，共30分）1．外光电效应光导效应光生伏特效应光电发射型光导型光伏型2．纵向压电效应横向压电效应面切压电效应剪切压电效应全压电效应3．PN结本征区I磨成光滑面打毛粗糙的4．一个光栅栅距W一个条纹间距H远大于5．基准位置增量码道辨向码道6．磁路系统线圈运动机构7.透射式反射式辐射式遮挡式开关式二、选择题（每题2分，共20分）1.B2.D3.A4.A5.C6.D7.D8.B9.D10.D三．简答题（每题5分，共30分）1.模拟直流电流表与模拟直流电压表的表头都是动圈式磁电系测量机构。模拟直流电流表是由“表头”并联很小的分流电阻构成，指针的偏转角与被测直流电流成正比；模拟直流电压表是由“表头”串联很大的分压电阻构成，指针的偏转角与被测直流电压成正比。1/(1)ssgsgRRRnRRn可见，电流表的内阻为//sggmsggsgMRRRIrRRRRRnIMmIIgrR即电流表的内阻很小。mvenmURRRI可见，电压表的内阻为mvenmURRRIneRRveRR即电压表的内阻很大2.解：设被测非电量引起的电阻变化为R，温度变化引起的电阻变化为TR。将TRRRZ1，RZZZ432代入(3-1-2)得单工作臂电阻传感器电桥的输出电压为RRRRRRUUTT2140将TRRRZ1，TRRRZ2RZZ43代入(3-1-2)得差动电阻传感器电桥的输出电压为RRRRUUT120两式对比可见，采用差动电桥有三个优越性：１）可成倍提高输出电压，２）可消除非线性误差，３）可减小温度误差。3.答：温度变化时，电阻应变片的电阻也会变化，而且，由温度所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎具有相同数量级，如果不采取温度补偿措施，就会错误地把温度引起的电阻变化当作应变引起的电阻变化，即产生“虚假视应变”。把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对两臂，并不能补偿温度误差。将04422RRRR，)(3311TTkRRRRRRR代入公式（４－１－２４）得电桥输出电压为，)(220TTkURRRUU由此可见，温度引起的电阻变化TR也影响电桥输出电压，此时，从电桥输出电压测出的应变并不是真实应变，而是)(T，也就是说测量结果中包含有温度误差T。4.由aciCCCC和002011()UUKQCQ式可知，连接电缆电容Cc改变会引起C改变,进而引起灵敏度改变，所以当更换传感器连接电缆时必须重新对传感器进行标定，这是采用电压放大器的一个弊端。由0020111()FUUQCQ式可见，在采用电荷放大器的情况下，灵敏度只取决于反馈电容CF，而与电缆电容Cc无关，因此在更换电缆或需要使用较长电缆(数百米)时，无需重新校正传感器的灵敏度。因此，压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器。5.工作方式A端输入B端输入计数结果测频率比fAfBBAffmN测频fx（待测）fc（已知）/xcNmff测周fc（已知）Tx（待测）/cxcxNmffmfT6.不可接反。因为图中补偿电桥的电压为),(0TTEUnABab，毫伏表读数为),(),(),(),(00TTETTETTEUTTEUABnABnABabnABO如果电池E的极性接反，则补偿电桥的电压也会改变极性，即),(0TTEUnABab，此时),(),(),(),(00TTETTETTEUTTEUABnABnABabnABO四．计算题（每题5分，共20分）1.解：由题意得：ggggggRRRRIRIRRRRIRRIRRRRIRRRI321133212123213211其中，4900,1.0,500,50,5321ggRmAImAImAImAI解方程组得，90,9,1321RRR2.解：由于峰值电压表是按正弦波的有效值来定度，所以正弦波电压表示值即为正弦波的有效值为10V，VVUKUVUPP14.14102,10正弦正弦正弦由于峰值电压表的读数只与被测电压的峰值有关，与其波形无关，所以正弦波与非正弦波的平均值相等。VUVUKUUVUUPPPP14.141/14.1417.873.1/14.14/,14.14方波三角波非正弦非正弦正弦非正弦所以，正弦波、三角波、方波的峰值均为14.14V，有效值分别为10V、8.17V、14.14V。3.由题意得，k=4，则4max10110kN由得maxNfmfNcx，MHzmfNfcx5005101024max又因为MHzfMHzffxx5050max，所以，因最大相对误差%,1%,1maxminxxxxffYff所以最小精度所以MHzMmYffcx51010522min因此该测频计的测频范围为MHzfMHzx505。4.解：霍尔电势为mVIBKUHH6.63.00.122由于nqRdKRHHH1,，所以，载流子浓度为320192/1084.210602.1101.02211mdqKnH。