《传感检测技术》试题和答案33

三、《传感器与检测技术》试卷班级：学号：姓名：成绩：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（10分）解:bkxy)(bkxyiii22)(iiiiiixxnyxyxnk222)()(iiiiiiixxnyxxyxb代入数据求得68.0k25.0b∴25.068.0xy238.0135.0216.0311.04126.05194.06%7535.0%100maxFSLyL拟合直线灵敏度68.0k,线性度±7%二、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)。（10分）R2R1R3R4EabdcUcd证明：RRR1RRR4ERRRRERRRRERRRRUUUdbcbcd2242略去R的二次项,即可得RREUcd2三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10分）答：①热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。②接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。③温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。④热电偶测温原理：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。⑤热电偶三定律a中间导体定律热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体。b中间温度定律任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T，冷端为0T时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为nT时的热电势与同一热电偶热端为nT，冷端为0T时热电势的代数和。应用：对热电偶冷端不为C00时，可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。c参考电极定律如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T，0T）时分别为0,TTEAC，0,TTEBC，那么爱相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电势为000,,,TTETTETTEBCACAB实用价值：可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中，只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得，而不需逐个进行测定。⑥误差因素：参考端温度受周围环境的影响措施：aC00恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）c仪表机械零点调整法d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法四、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流法。（10分）答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。温度补偿方法：a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b电桥补偿法五、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？（8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。⑺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。减小系统误差的方法：①引入更正值法：若通过对测量仪表的校准，知道了仪表的更正值，则将测量结果的指示值加上更正值，就可得到被测量的实际值。②替换法：是用可调的标准量具代替被测量接入测量仪表，然后调整标准量具，使测量仪表的指针与被测量接入时相同，则此时的标准量具的数值即等于被测量。③差值法：是将标准量与被测量相减，然后测量二者的差值。④正负误差相消法：是当测量仪表内部存在着固定方向的误差因素时可以改变被测量的极性，作两次测量，然后取二者的平均值，以消除固定方向的误差因素。⑤选择最佳测量方案：是指总误差为最小的测量方案，而多数情况下是指选择合适的函数形式及在函数形式确定之后，选择合适的测量点。四、《传感器与检测技术》试卷班级：学号：姓名：成绩：一、填空题：（40分）1、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通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①_金属___材料和②____半导体_____体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由_电阻应变效应___形成的，而②的电阻变化主要是由___造成的。材料传感器的灵敏度较大。3、在变压器式传感器中，原方和副方互感M的大小与绕组匝数成正比，与穿过线圈的磁通____成正比，与磁回路中磁阻____成反比，而单个空气隙磁阻的大小可用公式______表示。4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为_绝对误差____、相对误差_______、和引用误差_____三类，其中___绝对误差__可以通过对多次测量结果求平均____的方法来减小它对测量结果的影响。5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下__材料中电子溢出表面的_________现象，即外光电效应，___光电管以及光电倍增管_传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的______现象，即内光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下光势垒现象，即_光生伏特_____效应，光敏二极管及光敏三极管______传感器属于这一类。6、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab（T,To）=TBATTBA0d)(NNln)TT(ek0。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。7、偏差式测量是指测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法；零位测量是指测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时用已知的基准量决定被测未知量的测量方法；微差式测量是指将被测的未知量与已知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此差值的方法。二、问答题：（25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）答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。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。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性2、简述霍尔电动热产生的原理。（5分）答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。三、分析、计算题：（35分）在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系如下表所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则？（10分）测量次数I12345压力xi（MPa）245810电压yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.09（3）y=50.00x-10.50（4）y=-5.00x-1.05（5）y=5.00x+0.07答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小的就是所求，很明显（5）为所求。