自动检测技术2012年考试复习题-答案.doc

一、填空题：
1、传感器由         敏感元件   、 转换元件          、        转换电路  组成
2、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。
3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度    越高       。
4、下面公式是计算传感器的    线性度       。

5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为   
0.16V/mm       。
6、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值DPmax=4 KPa，则该仪表的精度等级         1级      。
7、传感器能感知的输入量越小，说明     分辨率         越高。 
二、问答题
1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。
答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性
2、产生随机误差的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？
答：是测量中独立的、微小的、偶然的因素引起的结果。既不能用实验的方法消除，也不能修正。可以通过增加测量次数，利用概率论的一些理论和统计学的方法进行数据结果处理，服从正态分布
3、什么是系统误差？怎样减小系统误差？
答：分为恒值误差，例如刻度盘分度差错。变值误差，环境温度的影响、零点漂移等。系统误差有规律。可以通过实验的方法引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以剔除。
4、如何判断系统中存在粗大误差。
答：粗大误差是测量人员的粗心大意及电子测量仪器收到突然强大的干扰所引起的，粗大误差明显超过正常条件下的误差。
五、分析与计算题
1、有一温度计，它的测量范围为0—2000C，精度为0.5级，求
1）该表可能出现的最大绝对误差。
2）当示值分别为200C、1000C的示值相对误差。
 解：1）Δ=200×±0.5%=±10C

2）±1/20×100%=5%
±1/100×100%=1%
2、预测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
1）若选用量程250V的电压表，精度选哪一级。
2）若选用量程300V、500V的电压表，精度各选哪一级.
解：1）绝对误差《=0.6%*240=1.44
0.6×25%0=1.5V
1.44/250=0.00576
1.5/240=0.62%
选1.0级的仪表
一、填空题：
1、电位器式传感器是一种将       位移或角位移      转换成      电阻或电压       的传感器。
2、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这一效应称为
3、电阻应变式传感器可直接测量的物理量是  力           ，电阻应变片的制作材料分为       金属    和   半导体        两种。它们收到外力电阻发生变化，第一种是由          形成的，第二种是由         造成的。     半导体       的灵敏度较大。
4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是       。
5、应变测量电桥的三种接法是  单臂电桥           、   半桥           全桥            。
输出电压分别为
、   、    电桥转换电路，因接法不同，灵敏度也不同，   全桥          的灵敏度最大，实验证明输出电压与应变或受力成     线性        （线性/非线性）关系。
6、要使直流电桥平衡，必须使相对桥臂的电阻值的      乘积       相等。
7、电阻应变效应做成的传感器可以测量     力 、加速度 、扭矩
8、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择     半桥或全桥     的测量转换电路。
二、问答题
1、解释应变效应、压阻效应。
答：导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化。半导体受力后，电阻会改变，成为压阻效应。
2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么？
答：因

输出电压受温度的影响。
因应变电阻R1与R2完全相同，从下式看出输出电压与温度无关

补偿的方法是采用双臂半桥或全臂全桥。
3、压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点是什么？
四、分析与计算题
1、采用阻值R=120 灵敏度系数K=2.0的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变 =1000um/m时，若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式。（设输出阻抗为无穷大）
=10×2×1000×10-6=0.02V=20mV.可采用双臂半桥或全桥的工作方式。
一、填空题：
1、根据参数的变换，电感式传感器按原理可分为__变隙式____、_变面积式_____式和_变介电常数式_____。
2、对于变隙式电感传感器，电感L与气隙厚度δ成_反____比，δ小，灵敏度就_高_____。为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器只能用于__微小____位移的测量。
3、变截面式电感传感器理的电感量L与气隙截面积A是_线性_____（线性/非线性）关系。，灵敏度为__ N2u0/2d0____。
4、单线圈电感传感器与差动式电感传感器的特性比较可以看出，差动式电感传感器的线性较__好____，灵敏度较__高____。
5、差动电感和变压器线性范围约为线圈骨架长度的_1/4~1/10左右。
6、差动变压器激励电源频率以______为宜。
7、 欲测量极微小的位移，应选择__变隙式_____自感传感器。
8、希望线性范围为±1mm，应选择线圈骨架长度为__20mm ___左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。
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_使输出既能反映被测量的大小，也能方向 _。
10、希望远距离传送信号，应选用具有__4~20mA ___输出的标准变送器。
11、当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感L__减小__调频转换电路的输出频率f__增大______。（填增大或减小）
12、欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为__100kHz~2MHz ______ 。
13、电容传感器的测量转换电路有三种，分别是_变隙式、变面积式、变介电常数式
14、电容传感器的最大特点是__非接触__________测量。
15、在电容两块平行极板的间隙中插入_________，可提高其击穿电压。
二、问答题：
1、某些传感器在工作时采用差动结构，这种结构相对于基本结构有什么优点？
答：差动形式误差小、线性范围宽、灵敏度大
2、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？
答：衔铁处于零点附近存在的微小误差电压称为零点残余电压。它一方面限制了系统的分辨力，另一方面造成非线性。消除的方法：提高框架和线圈的对称性；尽量采用正弦波作为激励源；正确选择磁路材料，适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区；在线圈上并联阻容移向网络，补偿相位误差；采用相敏检波电路 
三、分析与计算题
1、有一台两线制压力变送器，量程范围为 0~1MPa ，对应的输出电流为 4~20mA 。求：  
1 ）压力 p 与输出电流 I 的关系表达式（输入 / 输出方程）。当 p 为 0MPa  和 0.5MPa 时变送器的输出电流。
2）如果希望在信号传输终端将电流信号转换为 1~5V 电压，求负载电阻 R L 的阻值。
解1）50KPa 2）-60—60mV
2 、下图是利用分段电容传感器测量液位的原理示意图。玻璃连通器3的外圆壁上等间隔地套着N个不锈钢圆环,显示器采用101线LED光柱（第一线常亮，作为电源指示）。

图 光柱显示编码式液位计原理示意图
1— 储液罐 2—液面 3—玻璃连通器 5—不锈钢圆环 6—101段LED光柱
1）、该方法采用了电容传感器中变极距、变面积、变介电常数三种原理中的哪一种？
2）、被测液体应该是导电液体还是绝缘体？
3）、分别写出该液位计的分辨率（%）及分辨力（几分之一米）的计算公式，并明如何提高此类液位计的分辨率。
4）、设当液体上升到第个N不锈钢圆环的高度时,101线LED光柱全亮。若N=32，则当液体上升到第八个不锈钢圆环的高度时，共有多少线LED亮？
1）、答：变介电常数 2）、答：导电液体 3）、答：1/11 4）、答：25
一、填空题：
1、光敏电阻利用 效应，光电池利用 效应。
2、温度上升，光敏三极管、光敏二极管的暗电流 上升 。
A外光电效应     B 内光电效应           C光生伏特效应
3、普通硅光电池的峰值波长落在 接近红外 区域。
4、光敏二极管在测光电路中应处于 反向 偏置状态。
5、一只十码道的绝对角编码器，其分辨率为 3.6度 。
二、问答题
1、光电效应分成分类？ 分别如何定义？
答：用光照射某一物体，可以看到物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子的能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。光电效应通常分为三类，分别是外光电效应、内光电效应、光电池。
2、试用所学光电传感器分析a、超市用激光扫描检测商品的条形码b、洗手间红外反射式干手机工作原理。
答：a 利用明暗条纹吸收光通量的原理。
b遮蔽光通量原理。
3、光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优点？光纤式传感器中光纤的主要优点有哪些？
答：光纤具有信息传输量大，抗干扰能力强，保密性好，重量轻，尺寸小，灵敏度高，柔软和成本低等优点
4、二进制码盘和循环码盘各有什么优缺点？
 答：循环冯又称为格雷码，它也是一种二进制编码，只有“0”和“l”两个数。图所示为四位二进制循环码盘。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即由“0”变为“1”或“1”变为“0”。因此，在两数变换过程中，因光电管安装不准等产生的阅读数误差，最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。所以，它是消除非单值性误差的一种有效方法
一填空题
1、压电传感器里常见的压电元件有  石英晶体       、 压电陶瓷        和     高分子材料    三种。
2、动态力传感器中，两片压电片多采用_ _并联____接法，可增大输出电荷量；在电子打火机和煤气灶点火装置中，多片压电片采用____串联__接法，可使输出电压达上万伏，从而产生电火花。
3、霍尔元件采用恒流源激励是为了     保证B和UH特性的一致性     。
4、公式EH=KHIBcosθ 中的角θ 是指     磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角 。
5、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是  使用电桥调零电位器
 二、问答题

1、什么是压电效应？用压电效应传感器能否测量静态和变化缓慢的信号？为什么？
答：某些电介质, 当沿着一定方向对其施力而使它变形时, 其内部就产生极化现
象, 同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷, 当外力去掉后, 其又重新
恢复到不带电状态， 这种现象称压电效应。不能。因为当作用于压电元件力为
静态力（ω=0）时, 则前置放大器的输入电压等于零, 因为电荷会通过放大器输
入电阻和传感器本身漏电阻漏掉, 所以压电传感器不能用于静态力测量
2、常用的压电元件有哪几种？哪种测量精度最高？
答：压电传感器里常见的压电元件有石英晶片、压电陶瓷和分子材料三种
3、什么是霍尔效应？用霍尔元件测量时有哪些因素会造成测量误差？如何减弱或消除？      
答：  霍尔效应是物质在磁场中表现的一种特性，他是由于运动电荷在磁场中受到洛仑兹力作用产生的结果。霍尔原件的电阻率，迁移率和载流子浓度等都随温度的变化而变化，因此在工作温度改变时，其内阻及霍尔电压均会发生响应的变化，从而给测量带来不可忽略的误差，为了减小误差，除选用温度系数较小的材料，还可以采用适当的补偿电路
4、压电传感器为什么要接前置放大电路？放大电路有哪两种？各有什么优缺点？ 
答：  压电式传感器本身的内阻很高，而输出的能量信号又非常微弱。电压放大器和电荷放大器。电压放大器与电荷放大器相比，电路简单，元件少，价格便宜，工作可靠，但是，电缆长度对传感器测量精度的影响较大。电荷放大器的突出优点是在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关，当然在实际中，传感器与测量仪器总有一定距离，它们之间用长电缆连接，由于电缆噪声增加，这样就降低了信噪比，是低电平震动的测量受到一定程度的限制。
四、计算题
3、现有一测单向脉动力的压电传感器如图所示，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常数为200×10-12C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=2000pF,测得输出电压uo=5sinωt(V)。求：
1）该传感器产生的电荷为多少？ 2）此被测脉动力大小是多少？
解：1）由Q=-UO·CF=-5sinωt×2000pf=10-8 sinωt (C)
2) F=Q/d=200×10-12/10-8 sinωt=0.02 sinωt(N)
一、填空题
1、测温热电阻分为           和           。
2、热敏电阻按温度系数又可分___          、_             、 _。
3、热电偶的输出电势由_热端__ _ _和 冷端 构成，热端和冷端的温差 的数值越大，输出电势就越大。
4、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__补偿热电偶冷端热电势的损失_ 。
二、问答题
1、简述热电偶与热电阻的测量原理的异同。
答：二者相同点：都能测温度且只能直接测温度量
不同点：热电阻传感器原理为阻值大小变化对应温度变化，而热电偶传感器为热电动势大小变化对应温度变化
2、设一热电偶工作时产生的热电动势可表示为EAB(t , t0)，其中A、B、t、t0各代表什么意义？ t0在实际应用时常应为多少？  
A、B——两热电极
T——热端温度，即被测温度
t0————冷端温度
t0常应为0℃
3、用热电偶测温时，为什么要进行冷端补偿？冷端补偿的方法有哪几种？
因工作现场常常缺乏使热电偶传感器的冷端保持在0℃的条件
三、计算题
1、用一K型热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得此时的热电动势为29.186mV（T，40）+（40,0），求被测的温度大小？
解：EAB（T，0）= EAB（tn，t0）+ EAB（t，tn）
即EAB（0，t）= EAB（0，40℃）+ EAB（40℃，t）
查表，得
EAB（0，40℃）=1.612
所以EAB（0，t）=1.612+29.186=30.798（mV）
查表，得
t=740℃
2、用一K型热电偶测钢水温度，形式如图示。已知A、B分别为镍铬、镍硅材料制成，A`、B`为延长导线。问：

   1）满足哪些条件时，此热电偶才能正常工作？
   2）A、B开路是否影响装置正常工作？原因？
   3）采用A`、B`的好处？
   4）若已知t01=t02=40℃，电压表示数为37.702mV，则钢水温度为多少？
   5）此种测温方法的理论依据是什么？
解：1）t01=t02，tn1=tn2
2)不影响。因钢水导电且温度处处相同。
3）为了使冷端远离高温区，降低测量成本。
4）由EAB（t，t0）= EAB（t，tn）+ EAB（tn，t0）
得，EAB（t，t0）=1.612+37.702=39.314（mV）
查表得 t=950℃
5） 中间温度定律　　　　　　　　　                            
3、有一个金属热电阻，分度号为Pt100，其特性为，若采用三线制电桥，R1=R2=R3= 100Ω，E=5V求：
1）    该电阻的材料
2）    测温范围
3）    0℃的电阻值
4）    计算t=40℃时电桥的开路输出电压。r1，r2  r3  都不计，不考虑Ra的影响  

解（1）铂
（2）测温范围：-200-9600C
（3）0℃的电阻值为100Ω