传感器试题A.doc

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姓 名

学 号

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****大学考试试卷（A卷）
2012 ~2013 学年 2 学期 传感器原理及应用A 课程 闭卷
时间120分钟，56 学时， 3.5学分，总分100分，占总评成绩 80 % 2013年5月24日
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
合计
满分
20
14
9
30
27

100
得分

得分

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）
1.【 】涡流传感器适合测量
A．液位 B．转速 C．温度 D．角度
2.【 】要测量温度变化范围0℃~1000℃的热处理炉温度，应选用的温度传感器是
A.热敏电阻 B.铂热电阻 C. K型热电偶 D.AD590
3.【 】描述传感器能检测到的最小被测量的能力的技术指标是
A．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．分辨率
4.【 】NTC热敏电阻的电阻值随温度的升高
A．线性增大 B．线性减小 C．非线性增大 D．非线性减小
5.【 】沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，
A．晶体不产生压电效应 B．在晶体的电轴x方向产生电荷
C．在晶体的机械轴y方向产生电荷 D．在晶体的光轴z方向产生电荷
6．【 】变气隙式电感传感器做成差动形式后，
A．灵敏度降低，非线性误差减小 B．灵敏度降低，非线性误差增大
C．灵敏度提高，非线性误差减小 D．灵敏度提高，非线性误差增大
7.【 】以下属于能量转换型的传感器是
A.热电阻式传感器 B.压电式传感器 C.电感式传感器 D.电阻应变式传感器
8.【 】变极距型电容传感器的非线性误差可以采用下列哪种转换电路消除？
A．运算放大器式测量电路 B．变压器电桥电路
C．差动脉冲调宽电路 D．调频测量电路
9.【 】基于外光电效应原理的光电传感元件是
A．光电池 B．光电二极管 C．光电倍增管 D．光敏电阻
10.【 】为使其有良好的动态特性，二阶传感系统的阻尼比取值为
A. 0 B. 1 C. 0.6~0.8 D. 0.3~0.6

8
得分

二、填空题（本大题共 5 小题，每空2分，共 14 分）

1. 电感式传感器是利用线圈的 或 的变化来实现测量的一种装置。
2. 当两片压电晶片串联后，其电压U’、电荷Q’与单片的电压U、电荷Q的关系为 ， 。
3. 电子卡尺的分辨力可达0.01 mm，行程可达200 mm，它的内部所采用的电容传感器型式是
。
4.在米级范围的长度/位移测量领域，常用的传感器包括光栅、磁栅、 等。
5.当差动变压器式传感器铁芯处于中间位置时输出不为零，这个电压称为 。
得分

三、术语解释（本大题共3小题，每小题3分，共9分）
1. 线性度：

2. 涡流：

3. 压电效应：

得分

四、简答题（本大题共５小题，每小题６分，共３０ 分）

1. 电阻应变式传感器的温度误差产生的原因是什么？通常采用什么方法补偿？

2. 为什么变极距式电容传感器只能测量微小直线位移？

3. 光栅副形成的莫尔条纹有哪些特性？

4. 为什么压电式传感器不能测量静态信号？

5. 欲实现对图示传送带上传送的金属材质工件计数，可以采用何种传感器？简述其工作原理。

得分

五、计算题（本大题共 3 小题，每小题9分，共 27 分）

1. 某压电式传感器由x切石英晶片做成，已知石英晶体纵向压电系数d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数，晶片尺寸为。当晶片受到20N的力沿x轴垂直作用时，求传感器输出的电荷量和极间电压值。（已知真空的介电常数ε0=8.85×10-12F/m）

2. 如图所示正方形平行极板电容器，极板宽a＝4cm，长b＝4cm，极板间距离，若用此传感器测量位移x，试写出总电容C与位移x的关系式，并计算此传感器的灵敏度的大小。（已知极板间介质为空气，。）

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3. 一台采用等截面梁做弹性元件的电子秤，在梁的上、下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重传感器，如右图所示。已知梁的参数为l0＝200mm，b=20mm，h=5mm，E=2×105N/mm2，且梁在力F作用下受到的应力为，应变片灵敏系数k=2.0,将四片应变片接成直流四臂差动电桥，电桥供电电压为3V，试计算称重2kg时电桥输出电压等于多少？

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****大学考试试题答案（A卷）
2012 ~2013 学年 2 学期 传感器原理及应用A 课程
一、 单项选择题（本大题共10 小题，每小题2分，共20 分）
1~5：B，C，D，D，A 6~10：C，B，A，C，C
二、 填空题（本大题共5 小题，每空2分，共14 分）
1. 自感，互感 2. U’=2U，Q’=Q 3.容栅（变面积型）
4.感应同步器（或容栅） 5.零点残余电压
三、 名词解释（本大题共3小题，每小题3分，共9 分）
1. 线性度：指传感器实际输出输入特性曲线与拟合直线之间的最大偏差，通常用相对误差表示：。
2. 涡流：指金属导体置于变化的磁场中，由于电磁感应，在导体内产生漩涡状流动的感应电流。
3. 压电效应：某些电介质在沿一定方向受到力的作用而发生变形时，其表面上会产生电荷，当外力去掉时，它们又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。
四、 简答题（本大题共 5小题，每小题6分，共30 分）
1. 答：两个原因：（1）敏感栅金属的电阻随温度变化（2分）；（2）敏感栅、弹性元件材料具有不同的线膨胀系数（2分）。通常利用差动应变电桥实现温度补偿（2分）。
2. 答：变极距型电容传感器电容变化与极距变化成非线性关系，为减小非线性误差，极距变化量不能大（3分）；并且，由于其灵敏度随初始极距的减小而增大，为此，传感器的初始极距就很小，故变极距型电容传感器只能测量微小位移（3分）。
3. 答：（1）运动对应关系：莫尔条纹的移动量和移动方向与光栅副的相对位移量和方向有严格对应关系（2分）；（2）位移放大作用：B=W/θ（2分）；（3）误差平均效应（2分）。
4. 答：由于传感器内部会产生的信号“漏损”，实际外部负载也不可能无穷大，使得压电传感器受力后产生的电荷或电压不能长期保存，将以某时间常数按指数规律放电，因此压电传感器不能测量静态量。
5. 答：如图，可以采用涡流传感器（电容传感器、光电传感器等也可）。当每个工件通过涡流传感器所在位置时，由于涡流效应，将引起传感器输出信号变化，经处理后将信号输入计数器，即可得到工件数量。

五、 计算题（本大题共3小题，每小题9分，共27分）
1. 解：石英晶片的电容为：
（3分）
传感器输出电荷量为
（3分）
极间电压为
（3分）
2. 解：传感器等效电路如图所示 ：
（2分） 总电容为： （3分）
灵敏度为： （2分）
（2分）
3.解：单个应变片受到的应变为：（2分），代入已知参数，得
（3分）
接成四臂差动，即：（1分）
四臂差动电桥输出为：（3分）