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传感器期末考试试卷答案

考试科目:传感器与自动检测技术

16变极距型电容传感器做成差动结构后,灵敏度提高原来2倍

222、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。

26、电涡流传感器从测量原理来分,可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。

27、电感式传感器可以分为自感式、互感式、涡流式三大类。

28、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。

35、常用的热电式传感元件有热电偶和热敏电阻。

36、热电偶是将温度变化转换为电势的测温元件,热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。

340、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。

43、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。

44、按照测量光路组成,光电式传感器可以分为透射式、反射式、辐射式和开关式光电传感器。

45、光电传感器的理论基础是光电效应。

46、用石英晶体制作的压电式传感器中,晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比,而与晶片几何尺寸和面积无关。

52、物质的光电效应通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏打效应三类。。

54、电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。

62、热电偶属于温度传感器,常用来测量物体的温度。

64、光纤按其传输模式多少分为单模光纤和多模光纤。。

66、热敏电阻按温度系数可分为PTC(或正温度系数型)、NTC或负温度系数型以及在某一温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器CTR的传感器。

67、霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测量转换为电势的传感器。。

73、光敏二极管是一种利用PN结单向导电性的结型光电器件。

76、热电偶回路产生的电势由接触电势传和温差电势两部分组成。

82、光电效应通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。

83、金属应变片的工作原理是基于金属的应变效应。

84、霍尔传感器的误差主要包括零位误差和温度误差。

87、红外传感器按工作原理可分为量子型及热型两类。

88、常用的基本电量传感器包括电阻式、电感式和电容式传感器。

四、简答题(4题,共18分)

301、试述传感器的定义、共性及组成。

答:①传感器的定义:能感受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;②传感器的共性:利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等);③传感器的组成:传感器主要由敏感元件和转换元件组成。

304、什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

答:材料的电阻变化是由尺寸变化引起的,称为应变效应。应变式传感器的基本工作原理:当被测物理量作用在弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变,变换成相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,将引起应变敏感元件的电阻值发生变化,通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

306、在传感器测量电路中,直流电桥与交流电桥有什么不同,如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善?

答:直流电桥适合供电电源是直流电的场合,交流电桥适合供电电源是交流的场合。半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍,全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍,且二者均无非线性误差。

311、根据电容式传感器工作原理,可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?

答:根据电容式传感器的工作原理,可将其分为3种:变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。

变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比,适合测量位移量。

变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比,适合测量线位移和角位移。

变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同,通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测,并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。

316、何谓电涡流效应?怎样利用电涡流效应进行位移测量? 答::电涡流效应指的是这样一种现象:根据法拉第电磁感应定律,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,通过导体的磁通将发生变化,产生感应电动势,该电动势在导体内产生电流,并形成闭合曲线,状似水中的涡流,通常称为电涡流。

利用电涡流效应测量位移时,可使被测物的电阻率、磁导率、线圈与被测物的尺寸因子、线圈中激磁电流的频率保持不变,而只改变线圈与导体间的距离,这样测出的传感器线圈的阻抗变化,可以反应被测物位移的变化。

332、热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?常用的补偿方法有哪些?

答(1)因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数,而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的,为了使热电势能反映所测量的真实温度,所以要进行冷端补偿。

(2)A:补偿导线法B:冷端温度计算校正法C:冰浴法D:补偿电桥法。

335、热电阻传感器主要分为哪两种类型?它们分别应用在什么场合?

答: (l)铂电阻传感器:特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用,也常被用在工业测量中。此外,还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递,是目前测温复现性最好的一种。

(2)铜电阻传感器:价钱较铅金属便宜。在测温范围比较小的情况下,有很好的稳定性。温度系数比较大,电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯,价格便宜。不足之处是测量精度较铅电阻稍低、电阻率小。

336、要用热电偶来测量两点的平均温度,若分别用并联和串联的方式,请简述其原理,指出这两种方式各自的优缺点是什么?

答:在并联方式中,伏特表得到的电动势为2个热电偶的热电动势的平均电动势,即它已经自动得到了2个热电动势的平均值,查表即可得到两点的平均温度。该方法的优点:快速、高效、自动,误差小,精度高。缺点:当其中有一个热电偶损坏后,不易立即发现,且测得的热电动势实际上只是某一个热电偶的。

在串联方式中,伏特表得到的电动势为环路中2个热电偶的总热电动势,还要经过算术运算求平均值,再查表得到两点的平均温度。该方法的优点:当其中有一个热电偶损坏后,可以立即发现;可获得较大的热电动势并提高灵敏度。缺点:过程较复杂,时效性低,在计算中,易引入误差,精度不高。

340、试解释外光电效应器件和内光电效应器件各自的工作基础并举例。

答:外光电效应器件的工作基础基于外光电效应。所谓外光电效应,是指在光线作用下,电子逸出物体表面的现象。相应光电器件主要有光电管和光电倍增管。

内光电效应器件的工作基础是基于内光电效应。所谓内光电效应,是指在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象,它可分为光导效应和光生伏特效应。内光电效应器件主要有光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏晶体管。

46..试论述常用的温度传感器的异同。

答:常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻和集成温度传感器等;(2分)它们的相同点是:都是接触式测温方法;(1分) 不同点是:(1)工作原理不同热电偶依据的是热电效应,热敏电阻利用的是半导体电阻随温度变化的特性,集成温度传感器是利用感温PN的电压电流特性与温度的关系;(3分) (2)主要特点不同热电偶具有种类多、结构简单、感温部小、广泛用于高温测量的特点,热敏电阻具有种类多、精度高、感温部较大、体积小、响应快、灵敏度高等特点,集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等特点.(3分)

40.电涡流传感器是如何实现探伤的?

使电涡流传感器与被测体距离不变,如有裂纹出现,将会引起金属的电阻率、磁导率的变化。(3分)在裂纹处也可以说有位移的变化。这些综合参数的变化将会引起传感器参数的变化,(2分)通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的. (1分)

43.简述霍尔电势的产生原理。

一块半导体薄片置于磁场中(磁场方向垂直于薄片),当有电流流过时,电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。(2分)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;(2分) 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.(2分) 46.传感器技术在日常生活中的应用非常广泛,其中超市收款台采用条形码扫描的方法来得到各种商品的信息,实现快速收费的目的。条形码扫描的方法涉及到光电传感器,试分析条形码扫描笔的工作原理。

答:扫描笔的前方为光电读入头,它由一个发光二极管和一个光敏三极管组成;(2分) 当扫描笔在条形码上移动时,若遇黑色收线条,发光二极管发出的光将被黑线吸收,光敏三极管接受不到反射光,呈现高阻抗,处于截止状态;当遇到白色间隔时,发光二极管所发出的光纤,被反射到光敏三极管的基极,光敏三极管产生电流而导通;(4分)整个条形码被扫描后,光敏三极管将条形码变成了一个个电脉冲信号,该信号经放大、整形后便形成宽窄与条形码线的宽窄及间隔相对应的脉冲列,脉冲列经计算机处理后,完成对条形码的识读. (3分)

361、一台精度等级为0.5级、量程范围600~1200℃的温度传感器,它最大允许绝对误差是多少?检验时某点最大绝对误差是4℃,问此表是否合格?

解:根据精度定义表达式A=Equation Chapter (Next) Section 1△A/ YF.S×100%,并由题意已知:A=0.5%,YF.S=(1200—600)℃,得最大允许绝对误差

A=A.YF.S=0.5%×(1200—600)=3℃

此温度传感器最大允许绝对误差为3℃。检验某点的最大绝对误差为4℃,大于3℃,故此传感器不合格。

366、已知某温度计测量范围0~200℃。检测测试其最大误差△Ymax=4℃,求其满度相的误差,并根据精度等级标准判断精度等级。

解:YFS=200-0=200

由A=ΔA/YFS*100%有A=4/200*100%=2%。精度特级为2.5级。