同济大学2008至2009学年第二学期传感器与检测技术期末考试试题A.pdf

同济大学 2008 至 2009 学年第二学期传感器与检测技术期末考试试题A 同济大学课程考核试卷（A 卷） 20082009 学年第二学期 命题教师签名：审核教师签名： 课号： 102214 课名：传感器与检测技术考试考查：考试 此卷选为：期中考试 ( )、期终考试 ( )、重考 ( )试卷 年级专业学号姓名得分 一、 选择题（每题2 分，共 24 分） 1. 按敏感元件与被测对象之间的能量关系，传感器可分为（）传感器。 A温度型和速度型 B物性型和结构型 C机械型和电子型 D能量转换型和 能量控制型 2. 二阶传感器系统中，属于其动态特性的表征参数是（）。 A线性度 B灵敏度 C超调量 D漂移 3. 为了减小非线性误差，采用差动变隙式电感传感器，其灵敏度和单线圈式传 感器相比， ( )。 A. 降低二倍 B. 降低一倍 C. 提高二倍 D. 提高一倍 4. 电感式传感器采用变压器式交流电桥作为测量电路时，如想分辨出衔铁位移 的方向，则应在电路中加（）电路。 A加法器 B检波 C相敏检波 D鉴频 5. 若两个应变量变化完全相同的应变片接入测量电桥的相对桥臂，则电桥的输 出将（）。 A增大 B减小 C不变 D可能增大，也可能减小 6. 压电传感器的等效电路，（）。 A可以等效为电压源，不可等效为电荷源 B可以等效为电压源，不可等效为 电荷源 C既不可等效为电压源，也不可等效为电荷源 D既可等效为电压源，也可等 效为电荷源 7. 电涡流在金属导体中的形成范围为（） A.传感器线圈外径附近 B.传感器线圈内径附近 C.表面 D.表面且传感器线圈外 径附近 8. 光电耦合器件由发光元件和光电接收元件组成，（）。 A. 可实现电路隔离，不可进行电平转换 B. 不可实现电路隔离，可进行电平转换 C. 可实现电路隔离，可进行电平转换 D. 不可实现电路隔离，不可进行电平转换 9. 压电陶瓷与天然石英的压电性能比较，通常（）。 A压电常数大，居里点低 B压电常数小，居里点高 C压电常数大，居里点 高 D压电常数和居里点都差不多 10. 应变式传感器用电桥做转换电路，理论上电桥输出带有非线性误差的是（） A单臂电桥 B半桥 C全桥 D半桥和全桥 11. 对热电耦传感器，形成热电势的必要条件是： ( ) A两种导体材料不同；节点所处的温度不同 B两种导体材料相同；节点所处的温度不同； C两种导体材料不同；节点所处的温度相同 D两种导体材料相同；节点所处的温度相同 12. 在差动变压器实验中，当衔铁过零位时，输出电压( )。 A. 幅值：变小，相位：不变 B. 幅值：大 小大，相位：不变 C. 幅值：变大，相位 :反相 D. 幅值：大 小大，相位：反相 二、填空题（ 每题 2 分，共 16 分） 1传感器的输入输出特性指标可分为静态和动态指标两大类，线性度 和灵敏度是传感器的 _ _ _ _ 指标，而频率响应特性是传感器的指标。 2旋转式编码器可以测量转轴的角位移，其中在任意位置都有固定的 数字编码与位置对应，线数为360 线的增量式编码器分辨力为_ _ （角）度。 3 光电效应分为和两大类。 4 湿敏传感器的工作电源要求采用信号源。 5 霍尔元件一般采用材料。 6.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_ _ _ 。 7热电偶电动势由 _电动势和接触电动势两部分组成。 8莫尔条文的光强度变化近似正弦变化，因此，便于将电信号作进一步细分， 即采用 技术 三 简答题 （10 分） 1压电传感器分别用两片完全相同的压电元件串联（不同极性端互联）和单片 使用，如图所示，所受压力相同，试比较其输出电压、电荷、电容的关系。(5 分) 2何为热电偶的热电效应？问如图所示的热电偶热电动势的组成，并写出回路 总电势的表达式。 三、如图所示差动式同心圆电容传感器，其可动极筒外径为r=9.8mm ，固定极 筒内径为 R=10mm ，上下遮盖长各为 10mm 时；试求电容值 C1和 C2。当供电 电源频率为 60Hz 时。求其容抗值。（ 10 分） 四、在你所做的形变实验系统中， 采用弹性悬臂梁贴应变片的方法配合桥路测量 位移。用千分尺读得位移数x 值，然后记录单臂、 半桥和全桥三种桥路的输出电 压 u。（20 分） (1)简述何谓 “应变效应 ” (2)画出三种桥路并说明各桥路之间测量灵敏度的关系。 (3)画出此传感器的组成方块图并标出各部分组成名称。 (4)若传感器静态方程近似u=e x,求用端基法在 (0x1) 区间拟合直线方程。 五、有四个性能完全相同的应变片（K=2），将其贴在如图所示压力 传感器圆板形感压膜片上。已知：膜片r=20mm ，h=0.3mm ，E=2×10 11N/m2 ， =0.285。现将四个应变片组成全桥测量电路，桥路电源U=6V ，求：（ 20 分） (1) 确定应变片在感压膜片上的位置； (2) 画出相应全桥测量电路图； (3) 当被测压力为 0.1Mpa 时，求各应变片的应变值及桥路输出电压值； (4) 该压力传感器是否具有温度补偿作用？为什么？ (5) 桥路输出量电压与被测压力之间是否存在线性关系？ 参考答案 同济大学课程考核试卷（A 卷） 20082009 学年第二学期 命题教师签名：审核教师签名： 课号： 102214 课名：传感器与检测技术考试考查：考试 此卷选为：期中考试 ( )、期终考试 ( )、重考 ( )试卷 年级专业学号姓名得分 二、 选择题（每题2 分，共 24 分） 1. 按敏感元件与被测对象之间的能量关系，传感器可分为（D ）传感器。 A温度型和速度型B物性型和结构型C机械型和电子型D能量转换型和能量控制型 2. 二阶传感器系统中，属于其动态特性的表征参数是（C ）。 A线性度B灵敏度C超调量D漂移 3. 为了减小非线性误差，采用差动变隙式电感传感器，其灵敏度和单线圈式传感器相比，( D ) 。 A. 降低二倍 B. 降低一倍 C. 提高二倍 D. 提高一倍 4. 电感式传感器采用变压器式交流电桥作为测量电路时，如想分辨出衔铁位移的方向，则应在电路中加 （ C ）电路。 A加法器B检波C相敏检波D鉴频 5. 若两个应变量变化完全相同的应变片接入测量电桥的相对桥臂，则电桥的输出将（A ）。 A增大B减小C不变D可能增大，也可能减小 6. 压电传感器的等效电路，（D ）。 A可以等效为电压源，不可等效为电荷源B可以等效为电压源，不可等效为电荷源 C既不可等效为电压源，也不可等效为电荷源D既可等效为电压源，也可等效为电荷源 7. 电涡流在金属导体中的形成范围为（D ） A. 传感器线圈外径附近B. 传感器线圈内径附近C.表面D.表面且传感器线圈外径附近 8. 光电耦合器件由发光元件和光电接收元件组成，（ C ）。 A. 可实现电路隔离，不可进行电平转换B. 不可实现电路隔离，可进行电平转换 C. 可实现电路隔离，可进行电平转换D. 不可实现电路隔离，不可进行电平转换 9. 压电陶瓷与天然石英的压电性能比较，通常（A ）。 A压电常数大，居里点低B压电常数小，居里点高C压电常数大，居里点高 D压电常数和居里点都差不多 10. 应变式传感器用电桥做转换电路，理论上电桥输出带有非线性误差的是（A ） A单臂电桥 B 半桥 C全桥 D半桥和全桥 11. 对热电耦传感器，形成热电势的必要条件是：( A ) A两种导体材料不同；节点所处的温度不同 B 两种导体材料相同；节点所处的温度不同； C两种导体材料不同；节点所处的温度相同 D两种导体材料相同；节点所处的温度相同 12. 在差动变压器实验中，当衔铁过零位时，输出电压( D )。 A. 幅值：变小，相位：不变 B. 幅值：大小大，相位：不变 C. 幅值：变大，相位: 反相 D. 幅值：大小大，相位：反相 二、填空题（ 每题 2 分，共 16 分） 1传感器的输入输出特性指标可分为静态和动态指标两大类，线性度和灵敏度是传感器的_ _静 态_ _指标，而频率响应特性是传感器的动态指标。 2旋转式编码器可以测量转轴的角位移，其中绝对式编码器在任意位置都有固定的数字编码与位置 对应，线数为360 线的增量式编码器分辨力为_1_（角）度。 3光电效应分为内光电效应和 外光电效应两大类。 4湿敏传感器的工作电源要求采用交流信号源。 5霍尔元件一般采用半导体材料。 6.利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是_金属_ 。 7热电偶电动势由_温度差 _电动势和接触电动势两部分组成。 8莫尔条文的光强度变化近似正弦变化，因此，便于将电信号作进一步细分，即采用“倍频技术 ”技术 三 简答题（10 分） 1压电传感器分别用两片完全相同的压电元件串联（不同极性端互联）和单片使用，如图所示，所受压力 相同，试比较其输出电压、电荷、电容的关系。(5 分) 2何为热电偶的热电效应？问如图所示的热电偶热电动势的组成，并写出回路总电势的表达式。 答：如图所示，两种不同性质的导体或半导体材料A、B 串接成一个闭合回路，如果两接合点处的温度不 同，即 TT0，则在两导体间产生热电势，也称热电动势。同时在回路中有一定大小的电流，这种现象称 为热电效应。（ 2 分） 热电动势组成：两导体的接触电势 单一导体的温差电势。（1 分） 三、 （10 分） 如图所示差动式同心圆电容传感器，其可动极筒外径为r=9.8mm， 固定极筒内径为R=10mm， 上下遮盖长各为10mm时；试求电容值C1和 C2。当供电电源频率为60Hz 时。求其容抗值。（10 分） 解： C1 = C2 = = 2.75( pF) （5 分） Z1=Z2=965(k ) （5 分） 四、在你所做的形变实验系统中，采用弹性悬臂梁贴应变片的方法配合桥路测量位移。用千分尺读得位移 数x值，然后记录单臂、半桥和全桥三种桥路的输出电压u。（ 20 分） (1) 简述何谓“应变效应”（4 分） (2) 画出三种桥路并说明各桥路之间测量灵敏度的关系。（6 分） （3）画出此传感器的组成方块图并标出各部分组成名称。（4 分） (4) 若传感器静态方程近似u=e x,求用端基法在 (0x1) 区间拟合直线方程。（ 6 分） 解答： （1）简述何谓“应变效应”（4 分） 金属电阻的相对变化与金属应变之间存在比例关系称为金属的电阻应变效应。 金属丝的应变灵敏系数 物理意义为单位应变引起的电阻相对变化。 （2）画出三种桥路并说明各桥路之间测量灵敏度的关系。（6 分） K1=0.25E( R/R) K 2=0.5E( R/R) K3=E( R/R) （3）画出此传感器的组成方块图并标出各部分组成名称。 （4）若传感器的静态方程近似为u = e x ，求用端基法在 (0 x 1 )区间拟合直线方 程。（6 分） U = a0+kx a0=1k=(e-1)/(1-0)=1.78 U=1+1.78x 每小点 2 分 五、综合题（ 20 分）有四个性能完全相同的应变片（K=2），将其贴在如图所示压力传感器圆板形感压膜 片上。已知：膜片r=20mm ，h=0.3mm，E=2×10 11N/m2，=0.285 。现将四个应变片组成全桥测量电路，桥 路电源 U=6V ，求： 1)确定应变片在感压膜片上的位置； 2)画出相应全桥测量电路图； 3)当被测压力为0.1Mpa时，求各应变片的应变值及桥路输出电压值； 4)该压力传感器是否具有温度补偿作用？为什么？ 5) 桥路输出量电压与被测压力之间是否存在线性关系？ 解： (1)应变片在感压膜片上的位置如下图所示：（4 分） (2) 全桥测量电路图（4 分） (3) 1=4=r|x=r = - = - = -1.53x10 -3（1 分） 2=3=l|x=0 = =- = 7.66 x10 -4（1 分） (V) （2 分） (4) 该压力传感器具有温度补偿作用，因为R1、R2 的性能完全相同，即它们的、K 都相同，且应 变片处于同一温度环境中，满足温度补偿的条件。（4 分） (5) 因为： R1 =K 1 R1; K 1=2 ×0.002 = 0.004 所以：R1 =0.004R1 因为：R1 ?R1 又 Ug 又 F 所以： Ug F 即：桥路输出量电压与被测压力之间存在线性关系。（4 分）