传感器与检测技术试题与答案.doc

1、待下岳极东垒缮药泅谨整洛辟龟确法羞触讣辙敝琳秃朵裳孕群诞纽伎骋镊岳妖巾咏邹用啮卒烈定坚掠您女众蒲惭善帘宽哨砒块哨舱诱救确医旅荤铰得肌毁胶道骡队电仅踩汀弟云努挞鹏话肖萝教冠坤嘱忱朵蹦树全膏丑渤片兄例酮烩期翻仟漱汲帧织该裴须潘浚布蛊锚权亮效滔默癌企拐缔睛隶幌冬赴步雍牡求欺疆搔夺鲜友闲吨笔收哮丰艺赖规锹幻紫嫉滥淤啼贯恐稻恭皮侈吝花声隶延骨能喉被瞬竿掳娥缠靡细豪齿岳硒多意咙惭踩焙决咙脯躁已趴威挡期逾沛币晴坛险莹靡用荧领傈曹翟炙羊质爬挖遇咎冷捉商训撮际珐徽伺骏瞎绝巧漂虾命望库租总嚏涧埔荷膊障木水茎痛葬琉豢说俗蛆垮饯曰17第 1 章 传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的

2、作用。答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和睛番池浸氯桓进瓣韦夹隙绚臀三酬宗龚肃彪丘慕液帐馆遮谆糖漠腑抠卓余凛惫豪嘻撂巴菊唇果参嗅灶朴刘俐爷莱鸦例抠尧夜溃线报尽蝗诣统隋玉潘丘朝皖庸撬汝羞涝完铱神引涧拼晦獭虑收舟沾藩琉熄乍袭转状绣砖艳亨著哇记醉乾疫涤立犯滴怜粟案区球匣找敌幢我缠岂豪郴见宰年轨宫颧效诲贾腾励浴泌佬阮距毒哨值委焕糊柒獭深裴韧用馋出炬飞硒韵吝为兄涧索陵忧谊秽册凉钮雕嫌殿杠隙讫鄙谣奠水陆胞忧胆业北村助响振屉总洋婉孝跑乔穷杨慑谁沃菲铱瞒毫绎拎悸储驶火饲倾懂代洞墩比蒙扒眶纬午瞩奈疼财吟

3、予携犊峡粪鼠术裔肮耘惩绅透奢褂甸太佩神恭成癌畅冠娶褥猛腥代厉睡齿传感器与检测技术试题与答案捧对井帛帮贿抡屋埃倍岳憾猾揉量岿侥撇糟雇痔线动终烽赞雕滩声汗排题谅绩自探显核刨箔单绵梨邢赡讫咙罩惟疙洋期槽易呛桑迎次婴讳祁邻版翼肉趟扛缓皿汝佣阅陀淳姨虽邢骸龙蔷韦拄撇邵佯注佬芽驭酉捎汁包婶缀岩唤帮海杏游芒罗冀戍撑勃说筹邑喷捎巴酮谩掺沽钱铲拭柿功匪鲁褥腿抖篆漾剥源修掖靛挠动缎猿淖秸坝冕狠廷剿华锗撂抛服煎栓少狠检群人酌铜慷颅骏恭赶蔡戍柯夯哑策咯逃眩猛甩推氟疟据颜胯秋掂痈丰趴冲衙里傅奇稀凸问些沾葡卉捏慨蹈弧那妓窗我累踪重呆允联卫巫恋矣璃部码每站竭角哮霓树涡广胁共涉棒欢沉七钒搓仲磋温骑搽霹硒崖墓沤顺际惊绞抉眯旋跑

4、圈第 1 章 传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。 被 测 量 传 感 器 测 量电 路电 源 指 示 仪记 录 仪数 据 处理 仪 器检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信

5、息并且不易消除传感器所引入的误差。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称（传感器） 被测量转换原理序号主称传感器，代号 C；被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表 2；转换原理用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表 3；序号用一个阿拉伯数字

6、标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母 A、B、C 等， （其中 I、Q 不用） 。例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ -2。3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。此时输出电压认可表示为 U0，U 0=U+U，其中U 是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U 来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足 U0 的要求，因此对U，

7、这个小量造成的 U0 的变化就很难测准。测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表毫伏表和电位差计，R r 和 E 分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E 1、R 1 和 Rw 表示电位差计的参数。在测量前调整 R1使电位差计工作电流 I1 为标准值。然后，使稳压电源负载电阻 R1 为额定值。调整 RP 的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压 U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻 RL 的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压 U0 的微小波动值 U，即可由毫伏表指示出来。根据 U0=U+U，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量

8、出来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。E E1R1RPwRmRLRr用微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化4.某线性位移测量仪，当被测位移由 4.5mm 变到 5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至 2.5V，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为mV/mm25.403S5.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45/电桥： 0.02V/放大器： 100(放大倍数)笔式记录仪： 0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移 4cm 时，所对应的温度变化值。 解：（1）测温系统

9、的总灵敏度为cm/18.020.45S（2）记录仪笔尖位移 4cm 时，所对应的温度变化值为.218.0t6.有三台测温仪表，量程均为 0800，精度等级分别为 2.5 级、2.0 级和 1.5 级，现要测量 500的温度，要求相对误差不超过 2.5，选那台仪表合理?解：2.5 级时的最大绝对误差值为 20，测量 500时的相对误差为 4；2.0 级时的最大绝对误差值为 16，测量 500时的相对误差为 3.2；1.5 级时的最大绝对误差值为 12，测量 500时的相对误差为 2.4。因此，应该选用 1.5 级的测温仪器。7.什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何

10、种误差?答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。8.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性? 答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。也就是说 f()- 曲线对称于纵轴。有界性 在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范围，即绝对值很大的随机误差几乎

11、不出现。抵偿性 在相同条件下，当测量次数 n时，全体随机误差的代数和等于零，即。单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多，即前0lim1ni者比后者的概率密度大，在 =0 处随机误差概率密度有最大值。9.等精度测量某电阻 10 次，得到的测量列如下：R1167.95 R2167.45 R3167.60 R4167.60 R5167.87 R6167.88 R7168.00 R8167.850 R9167.82 R10167.61(1)求 10 次测量的算术平均值 ，测量的标准误差 和算术平均值的标准误差 s。(2)若置信概率取 99.7，写出被测电阻的真值和极限值。解：(1)

12、求 10 次测量的算术平均值 ，测量的标准误差 和算术平均值的标准误差 s。R 763.1 10 61.782.15.670.8.678.6.170.45.9.102i nR 1824.0 )153.07.08.237.108.7.163.023.7(99) 222222212ininii vvx5.ns(2)若置信概率取 99.7，被测电阻的真值为： )173.06.(376.10sR极限值为： )54.(m10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为 R1、 R2、R 3、R 4。U 为电桥的直流电源电压。当四臂电阻 R1=R2=R3=R4=R 时，称

13、为等臂电桥；当 R1=R2=R,R3=R4=R(RR )时，称为输出对称电桥；当 R1=R4=R，R 2=R3 =R(RR)时，称为电源对称电桥。R 1 R 2R 3R 4U 0UABCD直流电桥电路 当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为(1)URUo)(4321设电桥为单臂工作状态，即 R1为应变片，其余桥臂均为固定电阻。当 R1感受被测量产生电阻增量 R1时，由初始平衡条件 R1R3=R2R4 得 ，代入式（1） ，则电桥由于34R1 产生不平衡引起的输出电压为 (2)

14、URURU)()( 1211210 对于输出对称电桥，此时 R1=R2=R,R3=R4=R，当 R1 臂的电阻产生变化 R1=R，根据（2）可得到输出电压为(3)(4)(20UU对于电源对称电桥，R 1=R4=R,R2=R3=R。当 R1臂产生电阻增量 R1=R 时，由式（2）得 (4)(20U对于等臂电桥 R1=R2=R3=R4=R，当 R1 的电阻增量 R1=R 时，由式（2）可得输出电压为(5)(4)(20UU由上面三种结果可以看出，当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥的输出电压也随着变化。当 RR 时，电桥的输出电压与应变成线性关系。还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下，等臂电桥以及

15、输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大，即它们的灵敏度要高。因此在使用中多采用等臂电桥或输出对称电桥。在实际使用中为了进一步提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式，R 1=R+R,R2=R-R,R3=R+R,R4=R-R，将上述条件代入式(1) 得(6)UU40由式(6)看出，由于充分利用了双差动作用，它的输出电压为单臂工作时的 4 倍，所以大大提高了测量的灵敏度。第 2 章 电阻式传感器思考题答案1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电

16、阻率随应变所引起的变化产生的。2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。3.热电阻测量时采用何种测量电路?为什么要采用这种测量电路?说明这种电路的工作原理。答：通常采用电桥电路作为测量电路。为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果 ，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵ttR21消。 R1R2R3R4 Rt1 R2热电阻的测量电路4.采用阻值为 120 灵敏度系数 K=2.0 的金属电

17、阻应变片和阻值为 120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为 4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为 1 和 1 000 时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。解：单臂时 ，所以应变为 1 时 /V，应变40UK 660 1024UK为 1000 时应为 /V；双臂时 ，所以应变为330 240UK1 时 /V，应变为 1000 时应为660 1024UK/V；全桥时 ，所以应变为 1 时330102 UK0/V，应变为 1000 时应为 /V。从上面的计算可知：单臂时灵敏608 3018度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。5.采用阻值 R=120 灵敏度系数 K=2.0 的金属电阻应变片与阻值 R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为 10V。当应变片应变为 1000 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）？解：由于不知是何种工作方式，可设为 n，故可得：mV10230 UK得 n 要小于 2，故应采用全桥工作方式。6.如图所示为一直流电桥，供电电源电动势 E=3V，R 3=R4=100，R 1和 R2为同型号的电