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传感器测试题
成都理工大学《传感器原理与应用》试题1
一填空(每空1分,共20分)
1.通常传感器由___敏感元件__转换元件___基本电路___部分组成,
是能把外界__非电信号______转换成__电信号______器件和装置。
2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化,这种现象
称__应变____效应;半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象
称__压阻___效应。
直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同,圆
弧部分使灵敏度K下降了,这种现象称为___横向____效应。
3.螺线管式差动变压器式传感器理论上讲,衔铁位于中心位置时输出电压为零,而
实际上差动变压器输出电压不为零,我们把这个不为零的电压称为
__零点残余______电压;利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移
方向(或正负)可采用________相敏检波______电路。
4.把一导体(或半导体)两端通以控制电流I,在垂直方向施加磁场B,在
另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势,这种现象称
____霍尔____效应,这个电动势称为___霍尔____电势。
外加磁场
使半导体(导体)的电阻值随磁场变化的现象成____磁阻____效应。
5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象,同时在
它的表面产生符号相反的电荷,当外力去掉后又恢复不带电的状态,这种
现象称为___正压电____效应;在介质极化方向施加电场时电介质会产生
形变,这种效应又称___逆压电_____效应。
6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称__外光电______效应;
入射光强改变物质导电率的现象称___光电导_____效应;半导体材料
吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称___光生伏特_____效应。
7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内
部会产生一圈圈闭合的电流,利用该原理制作的传感器称__电涡流_____
传感器;这种传感器只能测量_____金属___物体。
8、不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路,如果两端温度不同,电路中
会产生电动势,这种现象称___热电____效应;若两金属类型相同两端
温度不同,加热一端时电路中电动势E=_0__。
二选择题(每空1分,共20分)
电阻应变片磁敏电阻霍尔元件气敏传感器湿敏传感器
光电耦合器压电传感器电容传感器热敏电阻CCD电荷耦合器
压阻式传感器光纤传感器磁电传感器光电二极管差动变压器
热释电器件磁敏晶体管电涡流传感器光电池超声波传感器
热电偶红外传感器色敏传感器
正确选择以上传感器填入以下空内:
1可以进行位移测量的传感器有_光纤传感器_____、_差动变压器_____、___电阻传感器___;
2可以完成温度测量的有_热电偶_____、__热敏电阻____、___热释电元件___;
3半导体式传感器是__磁敏电阻___、_霍尔元件____、__气敏传感器___、__压阻传感器____;
4光电传感器有_光电耦合器件_____、__色敏传感器____、__光纤传感器____、___光电二极管___;
5用于磁场测量的传感器_磁敏晶体管_____、_霍尔元件_____、;
6进行振动(或加速度)测量的传感器__压电传感器____、_磁电传感器_____;
7利用物体反射进行非电量检测的传感器_超声波传感器_____、__红外传感器____;
三计算(每题5分,共10分)
1、图为一直流应变电桥,E=4V,R1=R2=R3=R4=350Ω,
求:
①R1为应变片其余为外接电阻,
R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?
。
U0=E*△R1/4/R1=0.01V
②R1、R2是应变片,感受应变极性大小相同
其余为电阻,电压输出U0=0
③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=0.02
④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性,
邻臂异性,电压输出U0=0.04。
2石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动,已知加速度计灵敏度为
5pc/g,电荷放大器灵敏度为50mv/pc,当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V,试求机械的振动加速度(单位g)。
四问答题(每题5分,共10分)
1压力传感器测量砝码数据如下,试解释这是一种什么误差,产生这种误差的原因是什么。
N(g)01.02345
正行程(mv)01.522.533.5
反行程(mv)00.5122.53.5
2解释下列磁敏传感器:
①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同?
②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么?
③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件,在本质上有什么不同?
五电路分析(每题5分,共20分)
1。
下图左是电容式差压传感器,金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。
下图右为二极管双T型电路,电路中电容是左图中差动电容,UE电源是占空比为50%的方波。
试分析:
▪当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值;
▪当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向(正负)。
2。
图为酒精测试仪电路,A是显示驱动器。
问:
①TGS—812是什么传感器?
②2、5脚是传感器哪个部分,有什么
作用?
③分析电路工作原理,调节电位器
RP有什么意义?
3。
图为光电传感器电路,GP—IS01是光电断路器。
分析电路工作原理:
①当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是
导通还是截止?
②二极管是一个什么器件,在电路中起到什么
作用?
③如果二极管反相连接晶体管VT状态如何?
4。
下图是电阻应变仪电路框图,电桥采用交流供电,应变信号为一正弦变化的信号频率为20Hz,振荡频率4KHz。
请画出放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形示意图。
成都理工大学《传感器原理与应用》试题2(80分)
1.在右下图所示的电桥中,R1=1000Ω,R3=1500Ω,C2=1μF时电桥
平衡。
电容C4是多少?
(5分)
2.作为光波5μm红外线的传感器材料有哪些?
(5分)
3.在用光开关检测物体的系统中,指出输出电压的时间波形。
(5分)
4.由光电二极管二维阵列组成面型传感器进行图像检测,对图像的分辨率由光电二极管的个数决定,试说明理由。
(5分)
5.高温加热的钢板为红色,当温度继续升高时变为白色,试说明原因。
(5分)
6.试举坑内甲烷气体量传感器的例子。
(5分)
试举工厂排水污浊监视用传感器的例子。
试举汽车排气成分调整用传感器的例子。
7.已知某压力传感器的测定范围为0~10000Pa,输入特性表示为
y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗?
(5分)
8.某CO2气体传感器在20。
C,浓度范围为0~100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),
用差动法回答以下问题(其中R1=10MΩ,E=2V):
(15分)
∙利用最简单的电阻-电压变换电路,绘出X,V0的关系图。
∙利用电桥进行电阻-电压变换电路,绘出20。
C时X,V0的关系图。
另外,当30。
C时,Rx=x+500(kΩ),在同一张图上再加上X,V0的关系图,然后进行比较。
∙采用两个差动法的传感器电路绘出20。
C,30。
C时X,V0的关系,然后与
(2)中的图形进行比较。
9.设阻抗Rs为1kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离,静电感应所产生的噪声电压为多少?
分布电容设为10pF/m。
(10分)
10.
(1)采用超声波或光脉冲信号,由从对象反射回来的脉冲的时间进行距离检测,空气中的音速为340m/s,软钢中纵波的因素为5900m/s,光的速度为3*108m/s,求这三种情况下1ms的往复时间对应得距离。
根据计算结果,比较采用光脉冲所需要系统得信号处理速度要比采用超声波脉冲时的系统速度快几倍?
(2)根据
(1)的结果,讨论利用脉冲往复时间测距,采用超声波和光波各有什么特点。
(10分)
11.为了实现以下目的,试从低通、高通、带通和带阻滤波中选择最合适的一种:
(10分)
∙除去麦克风中混入的广播电波信号;
∙从天线接收的电视波中仅选择第三频道;
∙除去混入所取出的脑电波信号中的电力线频率(频率为50Hz)干扰。
成都理工大学《传感器原理与应用》试题3
一、填空:
(20分每题2分)
1.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化,这种现象
称效应;固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象
称效应。
直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同,
圆弧部分使灵敏度K下降了,这种现象称为效应。
2.测量系统的静态特性指标主要有
。
3.霍尔元件灵敏度的物理意义是
。
4.光电传感器的理论基础是光电效应。
通常把光线照射到物体表面后产生的光
电效应分为三类。
第一类是利用在光线作用下
效应有;
第二类是利用在光线作用下效应,
这类元件有;
第三类是利用在光线作用下效应,这类元件
有。
5.热电偶所产生的热电势是电势和电势组成的,其表达式为
Eab(T,To)=。
在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线
法)是在和之间,接入,它的作用。
∙把一导体(或半导体)两端通以控制电流I,在垂直方向施加磁场B,在另外
两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势,这种现象称_______
效应,这个电动势称为_______电势。
外加磁场使半导体(导体)的电阻
值随磁场变化的现象成________效应。
7.变气隙式自感法感器,当街铁移动靠近铁芯时,铁芯上的线圈电感量(①增加②减小③不变)
8.仪表的精度等级是用仪表的(①相对误差②绝对误差③引用误差)来表示的。
9.电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系,除(①变面积型②变极距型③变介电常数型)外是线性的。
10.差动变压器式传感器理论上讲,衔铁位于中心位置时输出电压为零,而
实际上差动变压器输出电压不为零,我们把这个不为零的电压称为______
__电压;利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向(或正负)可采用
______________电路。
二、用镍铬-镍硅势电偶测量某低温箱温度,把热电偶直接与电位差计相连接。
在某时刻,从电位差计测得热电热为-1.19mv,此时电位差计所处的环境温度为15℃,试求该时刻温箱的温度是多少度?
(20分)
镍铬-镍硅热电偶分度表
测量端温度℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
热
电
动
势
(mv)
-20
-0.77
-0.81
-0.84
-0.88
-0.92
-0.96
-0.99
-1.03
-1.07
-1.10
-10
-0.39
-0.43
-0.47
-0.51
-0.55
-0.59
-0.62
-0.66
-0.70
-0.74
-0
-0.00
-0.04
-0.08
-0.12
-0.16
-0.20
-0.23
-0.27
-0.31
-0.35
+0
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
+10
0.40
0.44
0.48
0.52
0.56
0.60
0.64
0.68
0.72
0.76
+20
0.80
0.84
0.88
0.92
0.96
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
三、电路分析(每题10分,共20分)
o下图左是电容式差压传感器,金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2,两边压力分别为P1、P2。
下图右为二极管双T型电路,电路中电容是左图中差动电容,UE电源是占空比为50%的方波。
试分析:
▪当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值;
▪当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向(正负)。
o图为酒精测试仪电路,A是显示驱动器。
问:
▪TGS—812是什么传感器?
▪2、5脚是传感器哪个部分,有什么作用?
▪分析电路工作原理,调节电位器RP有什么意义?
四、下面是热电阻测量电路,试说明电路工作原理并计算(5分)
1.已知Rt是Pt100铂电阻,且其测量温度为T=50℃,试计算出Rt的值和Ra的值(10分)
2.电路中已知R1、R2、R3和E,试计算电桥的输出电压VAB。
(5分)
其中(R1=10KΩ,R2=5KΩ,R3=10KΩ,E=5伏).
成都理工大学《传感器原理与应用》试题4
一、填空题:
(30分)
1、传感器是_____________________________________传感器通常由直接响应于被测量的_______产生可用信号输出的_______________以及相应的_____组成。
2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①____材料和②_________体材料。
它们在受到外力作用时电阻发生变化,其中金属材料的电阻变化主要是由____形成的,而半导体材料的电阻变化主要是由___造成的。
材料传感器的灵敏度较大。
3、在变压器式传感器中,原方和副方互感M的大小与成正比,与____成正比,与磁回路中____成反比,而单个空气隙磁阻的大小可用公式______表示。
4、测量过程中存在着测量误差,按性质可被分为_____、_______、和_____三类,其中_____可以通过对多次测量结果求____的方法来减小它对测量结果的影响。
5、光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用的光电效应大致有三大类:
第一类是利用在光线作用下___________现象,即效应,____传感器属于这一类;第二类是利用在光线作用下______现象,即效应。
传感器属于这一类。
第三类是利用在光线作用下现象,即______效应,______传感器属于这一类。
6、热电偶所产生的热电势是由_______________电势和___________电势组成。
其表达式为Eab(T,T=)___________________。
在热电偶温度补偿中,补偿导线法(即冷端延长线法)是把__________________________________导线与热电偶配接。
它的作用是___________________。
二、问答题:
(30分)
1、什么是传感器动态特性和静态特性,简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要,而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性?
(10分)
2、简述霍尔电势产生的原理。
(10分)
3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。
(10分)
三、分析、计算题:
(40分)
1、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动(x1,x2发生变化时自感L变化情况。
已知空气所隙的长度为x1和x2,空气隙的面积为S,磁导率为μ,线圈匝数W不变)。
(10分)
2、分析如图2所示变介质平板电容传感器,电容(C)变化对液位变化(x)的灵敏度。
已知长方形极板的长为l,高为h,极板间距离为d,容器内下面介质的高度为x(xh),介电常数为ε2,容器内上面介质的介电常数为ε1。
(10分)
3、设5次测量某物体的长度,其测量的结果分别为:
9.810.010.19.910.2厘米,若忽略粗大误差和系统误差,试求在99.73%的置信概率下,对被测物体的最小估计区间。
(10分)
4、在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时,传感器输出电压值与压力值之间的关系如下表所示,简述最小二乘法准则的几何意义,并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则?
(10分)
测量次数I
1
2
3
4
5
压力xi(MPa)
2
4
5
8
10
电压yi(V)
10.043
20.093
30.153
40.128
50.072
(1)y=5.00x-1.05
(2)y=7.00x+0.09
(3)y=50.00x-10.50
(4)y=-5.00x-1.05
(5)y=5.00x+0.07
成都理工大学《传感器原理与应用》试题5
一、填空:
(20分)
1.通常传感器由_______________________________部分组成,是能把外界各种_____________转换成_____________器件和装置。
2.热电偶所产生的热电势是由_____________电势和_____________电势组成的,其表达式为Eab(T,To)=_____________。
在热电偶温度补偿中,补偿导线法(即冷端延长线法)是在_____________和之间,接入它的作用是_____________。
3.光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用的光电效应大致有三大类:
第一类是利用在光线作用下_____________效应,这类器件有_____________等;第二类是利用在光线作用下效应,这类器件有_____________等;第三类是利用在光线作下效应,这类器件有_____________。
4.压磁式传感器的工作原理是:
某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械应力,从而引起_____________,这种现象称为_____________。
相反,某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生_____________,这种现象称为_____________。
5.磁电式传感器是利用_____________产生感应电势的。
而霍尔式传感器为_____________在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的。
霍尔式传感器可用来测量_____________,_____________,_____________,_____________。
6.测量过程中存在着测量误差。
绝对误差是指_____________其表达式为_____________;相对误差是指其表达式为_____________;引用误差是指_____________其表达式为_____________
7.光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。
如果两个光栅距相等,即W=0.02mm,其夹角θ=0.1°,则莫尔条纹的宽度B=_____________莫尔条纹的放大倍数K=_____________。
8.测量系统的静态特性指标通常用_____________来表征。
9.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象,同时在它的表面产生符号相反的电荷,当外力去掉后又恢复不带电的状态,这种现象称为_____________效应;在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变,这种效应又称_____________效应。
10.同位素的原子核在没有外力作用下自动发生衰变,衰变中释放出
_____________射线,这种现象称为_____________。
二、寄生电容与电容传感器相联时影响传感器的灵敏度,它的变化为虚假信号影响传感器的精度。
试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。
(15分)
三、在生产过程中测量金属板的厚度,非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。
试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。
(15分)
四、计算与问答题(每题10分,共20分)
1、有一吊车的拉力传感器如右图所示。
其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在
等截面轴上。
已知R1、R2、R3、R4标
称阻值均为120Ω,桥路电压为2V,
物重m引起R1、R2变化增量为1.2Ω。
∙画出应变片组成的电桥电路。
∙计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。
∙说明R3、R4起到什么作用?
2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动,已知加速度计灵敏度为5pc/g,电荷放大器灵敏度为50mv/pc,当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V,试求机械的振动加速度(单位g)。
五、下图是一红外测温装置,测量温度高于1000℃,红外探测器是热释电元件,利用热辐射测温。
请回答下列器件各起到什么作用?
(10分)
o光学系统:
透镜_____________;滤光片_____________;
o步进电机与调制盘_____________;
o温度传感器_____________
o红外探测器_____________。
成成都理工大学《传感器原理与应用》试题6(100分)
1.钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%,钢材的应力为10kg/mm2。
求钢材的应变。
钢材的应变为300*10-6时,粘贴的应变片的电阻变化率为多少?
(10分)
2.截面积为1mm2、长度为100m铜线的电阻为多少?
具有和它相同电阻的100m铝线的截面积为多大?
比较此时的铝线重量和铜线重量。
(5分)
∙试推导惠斯顿电桥输入输出之间的关系。
(10分)
∙给出力平衡测量系统得一个应用实例,并给出系统的信号流方框图。
(10分)
∙铂线电阻在20。
C时为10Ω,求50。
C时的电阻。
(5分)
∙
下图1所示的铂测温电阻元件,当温度由0。
C上升到100。
C时,电阻变化率ΔR/R0为多少?
下图2所示的热敏电阻(R0=28kΩ),其ΔR/R0为多少?
图1图2
上图1所示的铂测温电阻元件,在0~200。
C范围内的电阻温度系数为多少?
(10分)
7.要测1000。
C左右的高温,用什么类型的热电偶好?
要测1500。
C左右的高温呢?
(5分)
8.使用k型热电偶,基准接点为0。
C、测量接点为30。
C和900。
C时,温差电动势分别为1.203mV和37.326mV。
当基准接点为30。
C,测温接点为900。
C时的温差电动势为多少?
(10分)
9.0。
C时的电阻为100Ω的铂金热电阻。
300。
C时的阻值按下面两种方法计算,其结果之差换算成温度差是多少?
(15分)
∙电阻用温度的一次方程表示,RT=R0(1+At+Bt2)式中B=0,A=0.003851。
C-1。
(此时100。
C时的电阻值为138.51Ω)
∙电阻值与温度为二次函数关系。
∙用一次方程近似时,温度误差为多少?
10.某热敏电阻0。
C时电阻为30kΩ,若用来测量100。
C物体的温度,其电阻为多少?
设热敏电阻的系数B为3450K。
(5分)
11.和人体体温(36。
C)相同的黑体,其热辐射的分光辐射辉度为最大时波长为多少?
(5分)
12.在下图所示的电路中,差动变压器二次电压的有效值,接头c1’d’间是5V,接头c1’’d1’’间是3.5V。
此时,电流表M上所流的电流是多少mA?
这里两个电阻各1kΩ(二极管的电阻可认为是0)。
(10分)
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