《测试技术》课补充复习题及答案.docx
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《测试技术》课补充复习题及答案
《测试技术》课补充复习题及答案
简答题:
1.传感器(或测试仪表)在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作,试说明标定的意义?
答:
确定传感器静态特性指标和动态特性参数。
2.以自感式传感器为例说明差分式传感器可以提高灵敏度的原理。
解:
差分式灵敏度:
与单极式传感器灵敏度
比较
灵敏度提高一倍,非线性大大减少。
3.简述霍尔电动势产生的原理。
答:
一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中,当有电流I流过时,电子受到洛伦兹力作用而发生偏转。
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,相应的电动势称为霍尔电动势UH。
4.光电池的工作原理,指出它应工作在电流源还是电压源状态。
答:
光电池是基于光生伏特效应制成的,是自发电式;是有源器件。
它有较大面积的P━N结,当光照射在P━N结上时则在结的两端出现电动势。
它应工作在电压源状态。
5.按照传感型(功能型)和传输型光纤传感器的特点应该选用哪种光纤(单模/多模),为什么?
答:
功能型(或称物性型、传感型)光纤不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能。
它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长,从而对外界因素进行测量和数据传输。
可分为振幅调制型、相位调制型及偏振态调制型。
多模单模皆可
非功能型(或称结构型、传光型)其光纤只是作为传光的媒介,还需加上其他敏感元件才能组成传感器。
多模。
6.光纤传感器的工作原理。
答:
光导纤维工作的基础是光的全内反射,当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时,就会在光纤的接口上产生全内反射,并在光纤内部以后的角度反复逐次反射,直至传递到另一端面。
光纤传感器利用光导纤维,按其工作原理来分有功能型(或称物性型、传感型)与非功能型(或称结构型、传光型)两大类。
功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导,而且具有测量的功能。
非功能型光纤传感器其光纤只是作为传光的媒介,还需加上其他敏感元件才能组成传感器。
7.简述电阻应变片式传感器的工作原理。
答:
电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应,即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。
8.什么是传感器静态特性?
答:
传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。
9.改善传感器性能的技术途径有哪些?
答:
进行可靠性设计。
其典型的设计程序如下:
首先是明确可靠性指标,产品的可靠性指标应与产品的功能、性能一起被确定。
可靠性指标应符合产品的特点,它可以是单一的可靠性特征值,也可以是由多个可靠性特征值构成的可靠性指标体系,确定产品可靠性指标以后的可靠性设计程序依次:
建立系统可靠性模型;可靠性分配;可靠性分析;可靠性预测;可靠性设计和评审;试制品的可靠性试验和最终的改进设计。
可靠性设计的原则是:
首先要尽量简单,元件少、结构简单、工艺简单、使用简单、维修简单,其次是技术上成熟、选用合乎标准的原材料和元件、采用保守的设计方案。
对于看似先进但不够成熟的产品或技术应持慎重的态度。
采用局部失效不致对全局造成严重后果和预测可靠性高的方案。
10.什么是传感器的可靠性?
可靠性设计程序和原则是什么?
答:
传感器的可靠性是指传感器在规定条件、规定时间,完成规定功能的能力。
可靠性设计程序:
建立系统可靠性模型
可靠性分配
可靠性分析
可靠性预测
可靠性设计评审
试制品的可靠性试验
最终的改进设计
可靠性设计原则:
尽量简单、组件少、结构简单
工艺简单
使用简单
维修简单
技术上成熟
选用合乎标准的原材料和组件
采用保守的设计方案
计算题:
1、将一只灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60mV,求热电偶热端的温度为多少?
答:
℃
2、用石英晶体加速度计测量机器的振动,已知加速度计的灵敏度为5pC/g(g为重力加速度),电荷放大器的灵敏度为50mV/pC,当机器振动达到最大加速度时,相应的输出幅值为2V,求机器的振动加速度。
(1pC=10-12C)
答:
a=
(80m/s2)
3、某传感器为一阶系统,当受阶跃函数作用时,在t=0时,输出为10mV;t→∞时,输出为100mV;在t=5s时,输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
解:
此题做飞升曲线:
y(t)=10+(1-e-t/T)
由y(5)=50则T=-5/ln5/9=8.51
4、已知以阻值R=120Ω,灵敏度S=2.5的电阻丝应变片与阻值为120Ω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,当应变片的应变为1000με时,分别求出单臂、双臂电桥的输出电压。
解:
单臂:
V
双臂:
V
综合题:
一、根据五题图所示电路,试分析并说明其检测电路中以下几个问题:
题图
1传感器是一什么类型的传感器?
热电阻Rt,用三根导线①、②、③引至测温电桥。
其中两根引线的内阻(r1、r4)分别串入测量电桥相邻两臂的R1、R4上,引线的长度变化不影响电桥的平衡,所以可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。
ri与激励源Ei串联,不影响电桥的平衡。
三线制电桥测量电路的稳定性较好,灵敏度较高。
2RP1、RP2主要起什么作用?
RP1的阻值:
应大于桥臂电阻的50倍以上(例如10kΩ),以免影响电桥的线性度和灵敏度。
由于元件的误差等原因,安装完成的电桥仍存在微小的不平衡,因此必须在电桥中加入一个调零电位器。
RP2的阻值:
来微调电桥的满量程输出电压。
3五题图中的电桥是几端线连接方式,说明其优点;
三线制接法,其电桥测量电路的稳定性较好,灵敏度较高。
4写出U02的关系式;
⑤
;
二、图4-32是压力传感器实用电路。
传感器采用绝对压力传感器,恒流驱动,电流为1.5mA,灵敏度为6~18(mV/N/cm2),额定压力范围为0~9.8N/cm2。
1试写出检测电路的工作原理;
2试说明放大电路应采用什么类型的放大器,都有哪些要求;
3试写出输出增益
公式;
4计算输出增益的倍数;
5试说明对桥路不平衡的电压进行补偿为电路中哪部分,试写出补偿电路的工作原理。
解:
①电路中DZl采用LM385,其稳定电压为2.5V。
为传感器提供1.5mA恒流源的基准电压。
【因为电源电压为+15V,所以电阻R1压降为12.5V。
则流过Rl及Dzl的电流为125μA。
电阻R2上的电压与Dzl电压相同,也为2.5V,所以恒流源传感器的运放A1的输出电流为(2.5V/1.67kΩ)1.5mA。
】
②压力传感器的应变电阻为桥式连接,从传感器输出端取出的电流要变换为差动电压输出。
因此,要采用输入阻抗高,放大倍数大的差动电压放大电路(A2和如A3)。
但传感器输出电压很低,为60~180mV,因此,如果要求测量精度很高时,必须选用失调电压极小的运放。
③因为压力传感器输出为60—180mV,如果要求放大电路输出电压为1V,则要求放大电路增益为5.5~17倍可调,此电路增益AV可表示为:
④有上述计算可知,AV满足要求。
A5为差动输入,单端输出的放大电路,把电压差信号变换成对地输出信号,此处A5的放大倍数为1。
当压力为0时,传感器输出应为0。
但实际上,压力为0时,传感器桥路不平衡,有约±5mV电压,如果A2和A3差动放大器的增益为5倍,则输出就有±25mV的电压,因此,要进行补偿。
⑤为补偿传感器桥路不平衡所产生的电压,将电位器RP2所形成的电压经A4进行阻抗变换,再通过R8加到A5的同相输入端,就可起到补偿作用。
A4接成电压跟随器,用流经R8的电流转换成电压对桥路不平衡的电压进行补偿。
三、试分析(题图所示)的光电控制电路的工作原理,请写出:
1.传感器V1是一什么类型的传感器;
2.电阻Rb1的作用是什么?
3.电阻Rb2的作用是什么?
4.继电器导通与V2的关系如何?
5.VD是一什么元件,有何作用。
题图
答:
1.V1是光敏三极管;当有光照时,V1导通;当无光照时,V1截止。
2.Rb1起限流作用,保护V2。
3.Rb2是下拉电阻,IΦ为工作电流时,使V2处于导通状态。
4.当IΦ≠0为工作电流时,则V2处于导通状态,继电器KA吸合;IΦ=0,则V2处于截止状态,继电器KA释放。
VD是续流二极管,保护V2的作用。
四、试说明题图所示一输送带纠偏类型检测电路,写出其工作原理:
1.光学透镜有何作用;
2.图中R1、R2都是什么类型传感器,有何作用;
3.放大器A的作用,其放大倍数如何计算;
4.可调电阻RP有何作用;
5.U0的输出是单极性还是双极性,与检测量的关系如何?
答:
1.光学透镜具有将散射光变换为平行光再聚焦的作用,将光聚焦在光敏传感器上;
2.图中R1、R2都是光敏电阻类型传感器,有明暗比较作用;
3.放大器A的作用,其放大倍数A=-Rf/R;
4.可调电阻RP有调零的作用;
5.U0的输出是双极性输出△U0=UA±UB;
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