《传感器与检测技术》期末考试试卷及答案 下载本文

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。 317、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。 答: (1)不同点:

1 )自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化;

2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。

(2)相同点:两者都属于电感式传感器,都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管型。 323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应? 答:正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时,其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。

当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压,那么压电片将产生机械振动,即压电片在电极方向上产生伸缩变形,压电材料的这种现象称为电致伸缩效应,也称为逆压电 效应。

沿石英晶体的x轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为\纵向压电效应\。沿石英晶体的y轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为\横向压电效应\。 331、简述热电偶的几个重要定律,并分别说明其实用价值。

答:1、中间导体定律;2、标准电极定律;3、 连接导体定律与中间温度定律 实用价值:略。

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。

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333、试说明如图所示的热电偶三线制测温时,是如何消除连接导线电阻r带来的测温误差的。 答:当电桥平衡时,可写出下列关系式,即

由此可以得出

设计电桥时如满足R1=R2则图中右边含有r的项完全消去,这种第333题图 情况下连线阻r对桥路平衡毫无影响,即可以消除热电阻测量过程中r的影响。但必须注意,只有在对称电桥(R1=R2的电桥) ,且只有在平衡状态下才如此。 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。 339、什么是光电效应和光电器件?常用的光电器件有哪几大类?

答:所谓光电效应,是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为光电器件。

常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。 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。

341、什么是光电式传感器?光电式传感器的基本工作原理是什么?

答:光电式传感器(或称光敏传感器) 。利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、电流、电阻等)的装置。

光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的,即因光照引起物体的电学特性

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而改变的现象。 名词解释: 36.热电效应

热电效应是两种不同的导体组成闭合回路时(1分),若两接点温度不同1分)在该电路中产生电动势的现象.(1分)

38.霍尔效应

当置于磁场中的半导体薄片的电流方向与磁场方向不一致时(1分),在半导体薄片上平行于电流和磁场方向(1分)的两个面之间产生电动势的现象.(1分)

38.光电效应

用光照射某一物体(1分),组成该物体的材料吸收光子能量而发生相应的电效应的物理现象.(2分)

38.灵敏度

传感器达到稳定工作状态时(1分)输出变化量与引起此变化的输入变化量之比.(2分)

37.内光电效应

光照射于某一物体上,(1分)使其导电能力发生变化的现象.(2分)

39.简述传感器的基本组成。

传感器一般由敏感元件和转换元件组成。(2分) 敏感元件是能够完成预变换作用的器件;(1分) 转换元件是能将感觉到的被测非电量参数转换为电量的器件;(1分) 转换元件是传感器的核心部分。(1分) 并不是所有的传感器都包括敏感元件与转换元件.(1分)

42.光纤的主要参数有哪些?

光纤的主要参数有:(1)数值孔径 它反映纤芯吸收光量的多少,是标志光纤接受性能的重要参数;(2分) (2)光纤模式 就是光波沿光纤传播的途径和方式;(2分)(3)传播损耗 是由光纤纤芯材料的吸收、散射以及光纤弯曲处的辐射损耗影响造成的.(2分)

46.在《传感器技术》这门课程中讲述了多种传感器,其中温度传感器在实际应用中具有重要实用价值,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

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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)

五 、计算综合题(3题,共22分)

1、如图为实验室常采用的冰浴法热电偶冷端温度补偿接线图, (1) 图中依据了热电偶

两个基本定律,分别指出并简述其内容;(4分) (2) 将冷端至于冰水槽

的主要原因是什么?(2分)

(3) 对补偿导线有何要求?(2分) 答案:

(1) 中间导体定律:在热电偶回路中,只要接入的第三导体两端温度相同,则

对回路的总的热电动势没有影响。中间温度定律:热电偶AB的热电势仅取决于热电偶的材料和两个结点的温度,而与温度沿热电极的分布以及热

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