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《传感器原理及应用》的试题及答案一、填空（30分，每空1分）1.有一温度计，它的量程范围为0∽200℃，精度等级为0.5级。该表可能出现的最大误差为±1℃，当测量100℃时的示值相对误差为±1%。2.在选购线性仪表时，必须考虑应尽量使选购的仪表量程为欲测量的1．5倍倍左右为宜。3.传感器由、、三部分组成。4.利用热敏电阻对电动机实施过热保护，应选择突变型热敏电阻。5.霍尔元件采用恒流源激励是为了减小温漂。6.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是常数。7.被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。8.闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。9.当半导体材料在某一方向承受应力时，它的电阻率发生显著变化的现象称为半导体压阻效应。10.传感器静态性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性。11.静态特性指标其中的线性度的定义是指。12.静态特性指标其中的精度等级的定义式是即A＝ΔA/YFS＊100％。13.传感器确定拟合直线有切线法、端基法和最小二乘法3种方法。14.传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。15.金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。16.金属箔应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同点是金属应变片的灵敏度系数与金属丝应变片灵敏度系数不同，金属丝应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属箔式应变片的灵敏度。17.采用应变片进行测量时要进行温度补偿的原因是：电阻丝有温度系数，试件与电阻丝的线膨胀系数不同。18.对电阻应变式传感器常用温补方法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法三种。19.单位应变引起的电阻的相对变化称为电阻丝的灵敏系数。20.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称应变效应。21.固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。22.应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。23.电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的互感系数的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。24.与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种:差动整流电路和相敏max*100%LFSYY检波电路。25.差动电感式传感器结构形式主要有变气隙式、螺线管式两种。26.差动变压器结构形式主要有变隙型、螺线管型两种。27.电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤。28.电感式传感器可以分为自感式、互感式、涡流式三大类。29.压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。30.压电式传感器使用电荷放大器时，输出电压几乎不受连接电缆长度的影响。31.压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电荷放大器和电压放大器两种形32.热电阻引线方式有三种，其中三线制适用于工业测量，一般精度要求场合；二线制适用于引线不长，精度要求较低的场合；四线制适用于实验室测量，精度要求高的场合。33.霍尔效应是指在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差的现象。34.制作霍尔元件应采用的材料是半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。35.霍尔片不等位电势是如何产生的原因是重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上。36.按照工作原理的不同，可将光电式传感器分为光电效应传感器、红外热释电传感器、固体图像传感器和光纤传感器。37.通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为几大类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应，这类元件有光电管、光电倍增；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。二、选择题(30分，每题2分)1.在以下几种传感器当中C属于自发电型传感器。A、电容式B、电阻式C、压电式D、电感式2.C的数值越大,热电偶的输出热电势就越大。A、热端直径B、热端和冷端的温度C、热端和冷端的温差D、热电极的电导率3.将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的。A、应变效应B、电涡流效应C、压电效应D、逆压电效应4.热电阻测量转换电路采用三线制是为了A、提高测量灵敏度B、减小非线性误差C、提高电磁兼容性D、减小引线电阻的影响5.在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是。A、补偿热电偶冷端热电势的损失B、起冷端温度补偿作用C、将热电偶冷端延长到远离高温区的地方D、提高灵敏度6.减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。A、减小激励电流B、减小磁感应强度C、使用电桥调零电位器7.在仿型机床当中利用电感式传感器来检测工件尺寸，该加工检测装置是采了测量方法。8.A、微差式B、零位式C、偏差式9.自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了。C、使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的幅度和相位10.为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括(D)。A、补偿导线法B、电桥补偿法C、冷端恒温法D、差动放大法11.热电偶测量温度时(D)。A、需加正向电压B、需加反向电压C、加正向、反向电压都可以D、不需加电压12.在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪个基本定律(A)。A、中间导体定律B、中间温度定律C、标准电极定律D、均质导体定律13.将一支灵敏度为0.08mV/°C的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为50°C。电压表上读数为60mV，则热电偶热端温度为（D）解：根据题意，电压表上的毫伏数是由热端温度，t冷端温度为50°C产生的，即E(t，50)=60mV又因为E(t，50)=E(t，0)-E(50，0)，E(t，0)=E(t，50)+E(50，0)=60+4=64mV，t=64/0.08=800℃A、600；B、750；C、850；D、80014.已知在某特定条件下材料A与铂配对的热电势为13.967mV，材料B与铂配对的热电势是8.345mV，则在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势为（A）解：由参考电极定律EAB(T，T0)=EAPt(T，T0)-EBPt(T，T0)=13.967-8.345=5.622mV。A、5.622；B、6.622；C、7.622；D、8.622。15.（本题为多选题）热电偶近年来被广泛采用，以下属于热电偶具有的优点有(ABCD)。A、结构简单B、精度高C、热惯性小D、可测局部温度、便于远距离传送与集中检测16.（本题为多选题）半导体热敏电阻包括:(ABC)A、正温度系数热敏电阻B、负温度系数热敏电阻C、临界温度系数热敏电阻D、非温度系数热敏电阻17.下列关于测温传感器的选择中合适的是（B）。A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器；B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器；C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器；D、没有固定要求。18.用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是(C)。A、接线方便B、减小引线电阻变化产生的测量误差C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响D、减小桥路中电源对热电阻的影响19.下列光电器件中，基于光电导效应工作的是(B)。A、光电管B、光敏电阻C、光电倍增管D、光电池20.制作霍尔元件最合适的材料是（D）。A、铜；B、石英晶体；C、镍；D、半导体21.空霍尔片不等位电势是产生的原因是（C）。A、由于高频交流的作用；B、霍尔传感器没有放在中间位置；C、霍尔电极不能焊接在同一等位面上；D、导线焊接不牢固；22.在使用霍尔片时，减小霍尔片不等位电势通常最行之有效采用的方法是（C）。A、机械修磨；B、化学腐蚀；C、补偿网络进行补偿；D、无法解决。23.本题为多选题）光纤传感器中常用的光探测器有以下哪几种?(ABC)A、光敏二极管B、光电倍增管C、光敏晶体管D、固体激光器24.在做霍尔传感器位移实验时，为了减小测量误差，应该使霍尔片与磁场强度（A）。A、垂直；B、平行；C、可以成任意角度；D没有要求。25.光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和(D)两个重要部件A、反射镜B、透镜C、光栅D、光探测器26.为了测量金属内部裂纹，我们可以采用（A）传感器。A、涡流式；B、压电式；C、光电式；D、压阻式。二、证明题1.证明热电偶的参考电极定律：EAB（T,T0）=EAC（T,T0）-EBC（T,T0）,并画出原理图EAB(T,T0)NBNCNCNAeTTKNBNAeTTKln()0(ln)0(NBNCeTTKNCNAeTTKln)0(ln)0(=EAC(T,T0)+ECB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)2.证明热电偶的中间导导体体定律T如如果果将将热热电电偶偶TT00端端断断开开，，接接入入第第三三导导体体CC，，回回路路AABB电电势势为为EEAABBCC（（TT，，TT00））证明EEAABBCC（（TT，，TT00））==EEAABB（（TT，，TT00））T0T0C证:EABC（T，T0）=EAB（T）+EBC（T0）+ECA（T0）（1）（5分）设T=T0时EABC（T0）=0则有EBC（T0）+ECA（T0）=-EAB（T0）（6分）将上式代入方程（1）有：EABC（T，T0）=EAB（T）-EAB（T0）=EAB（T，T0）（5分）3.证明热电偶的中间温度定律试证明：EAB（T，T0）=EAB（T，TC）+EAB（TC，T0）证明：EAB(T,T0)NBNAeTTCKTCTKNBNAeTTKln)0()(ln)0(NBNAeTTCKNBNAeTCTKln)0(ln)(=EAB(T,TC)+EAB(TC,T0)4.用补偿热电偶可以使热电偶不受接线盒所处温度1t变化的影响如图（b）所示接法。试用回路电势的公式证明。解：如图（b）所示，AB为测温热电偶，CD为补偿热电偶，要求补偿热电偶CD热电性质与测温热电偶AB在0→1000C范围内热电性质相近，即有ABCDetet。根据热电特性，可以画出如图（b）等效电路图。因此回路总电势10,,ABCDEttt主要是由四部分接触电势组成。则有10011,,ABCDABCDBDACEtttetetetet（1）根据热电势特性；当回路内各点温度相等时，回路电势为零。即当01ttt时，0ABCDE，得1111BDACCDABetetetet（2）因为11ABCDetet，故上式（2）等于零，此时将（2）式带入（1）式有10000,,,ABCDABCDABABABEtttetetetetEtt由以上结果可知与接线盒温度1t无关，只要保持补偿热点偶处0t恒定即可正常测温。三、简答题1.我国的模拟仪表有哪些精度等级？现欲测量240V左右的电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6%，问：若选用量程为250V的电压表，其精度应选哪一级？若选用量程为500V的电压表，其精度又应选哪一级？（本题10分）答：0．10．20．51．01．52．55