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检测与转换技术含答案 作者： 日期：2 检测与转换技术课程考试试题选讲一、卷面结构1、 填空题（每空1分，共24分）2、 选择题（每题1分，共10分）3、 简答题（每题6分，共30分）4、 计算题（每题8分，共16分）5、 应用题（每题10分，共20分）二、试题选讲1、 简答题部分1） 在下面等截面悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，要求组成差动全桥电路。请在悬臂梁上对应的应变电阻处标上R1、R2、R3、R4。在下图电桥电路上标上R1R4，组成差动全桥电桥电路，注明极性（受力情况）。 左图从上到下从左到右为R1,R2 R3，R4右图从上到下从左到右为R2，R1 R4，R32） 什么是电涡流效应？影响电涡流效应等效阻抗因素有哪些？答：电涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，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，导体内将产生呈涡旋状的感应电流(电涡流)的现象3） 简述螺线管式差动变压器测量位移量的工作原理，并给出输入-输出特性曲线。答：一次绕组通电，两完全对称且反相串联的二次绕组将产生感应电动势，其数值与互感量成正比，电源电压恒定时互感量的大小与衔铁位置有关，通过一二次绕组互感量的变化，进而改变输出电压从而反映出铁氧体铁芯位移的大小与方向。4） 什么是正压电效应？什么是逆压电效应？其能量转换关系如何？答：正压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施外力而使它变形时，致使其晶格产生变形或内部产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷；当外力维持不变或去掉后，又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变的现象。机械能电能逆压电效应：当在某些电介质极化方向施加(交变)电场，这些电介质也会产生机械变形的现象；当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失的现象。常称(电致伸缩效应)。电能机械能 具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机械能电能的相互转换，如下图所示。5） 什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？答：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B 成正比，且当B 的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。 6） 应用超声波传感器探测工件时，要在探头与工件之间涂一层耦合剂，请问这是为什么？7）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？热电偶冷端温度补偿的方法有哪些？ 答： 必要性： 1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定，因此将产生误差。2、一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。冷端温度补偿的方法一、 冷端恒温法二、 计算修正法三、 仪表机械零点调整法四、 电桥补偿法8）简述热电偶中间导体定律，举例说明中间导体定律在温度测量中的具体应用（两种以上）。答：中间导体定律：在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。这条定律说明：利用热电偶测温时，在回路中引入连接导线和仪表，接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势。【开路热电偶】冶炼厂测融溶金属温度9）什么是外光电效应？什么是光电导效应？什么是光生伏特效应？请各列举出12种对应的光电器件。答：光电效应：用光照射某一物体时，可以看作物体受到一连串能量为hf的光子的轰击，组成该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。外光电效应：在光线的作用下，能使电子逸出物体表面的现象；内光电效应：在光线的作用下，能使物体的电阻率发生变化的现象；光生伏特效应：在光线的作用下，能使物体内部产生一定方向电动势的现象10）简述莫尔条纹是怎样产生的，利用光栅的莫尔条纹测量位移时有什么特点？答：指示光栅和主光栅叠合在一起，并使得两者沿刻线方向成一很小的角度。由于遮光效应，在光栅上显出明暗相间的条纹，两块光栅的刻线相交处形成亮带；一块光栅的刻线与另一块的缝隙相交处形成暗带。特点：1、起放大作用2、莫尔条纹的纹距移动与光栅的栅距移动成正比3、起均化误差的作用2、 计算题部分1） 对某元件的开孔直径的尺寸进行了15次测量，其测量数据如下（单位：mm）：？.42、 ？.43、 ？.40、 ？.42、 ？.43、 ？.39、 ？.30、 ？.40、 ？.43、 ？.41、 ？.43、 ？.42、 ？.39、 ？.39、 ？.40、 试求：算术平均值 x 。 标准偏差并用3准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出最终测量结果。2）有应变有一直流应变电桥如下图，图中E=？V，初始R1=R2=R3=R4=？，试求：只有R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为R=？时，电桥输出电压U0=？将R1、R2都为金属应变片，性质完全相同，其感应的应变极性相反时，R3=R4为外接电阻，当R1R2的变化量为R=？时，电桥输出电压U0=？将R1、R2都为金属应变片，性质完全相同，其感应的应变极性相反时，R3=R4为外接电阻，当R1R2的变化量为R=？时，电桥输出电压U0=？答案：PPT课件第二章16页3）变间隙式电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如下图所示。传感器的起始电容量Cx0=20pF，定动极板距离d0=1.5mm，C0=200pF，运算放大器为理想放大器(即K,Zi),Rf。输入电压ui=5sint V。求当电容传感器动极板上产生使d0减小位移量x=0.15mm时,求电路输出电压u0为多少? 解：由测量电路可得 /V4）当一个热电阻温度计所处的温度为？时，电阻值为？。当温度为？时，它的电阻值为？。假设温度与电阻之间的变换为线性关系，试计算当温度分别处在？和？时的电阻值是多少？5）下图为电容传感器的双T型电桥测量电路，已知R1=R2=R=40k，RL=20 k,=10V，=1MHz,C1=10pf, C2=10pf,C1=+1pf, C2=-1pf。求：画出电容C1、C2在正、负半周期的充、放电等效电路图。若已知U=E MC 求U的值。注：M=R(R+2RL)RL/（R+RL）2C0UL3、 应用与计算题部分1） 两根高分子压电电缆（PVDF）平行埋设于柏油公路的路面下约5cm，相距L=？米，如下图所示，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。现有一辆超重车辆以较快的车速压过测速传感器，两根PVDF压电电缆的输出信号如右图所示，试求1.计算车速为多少？（单位：km/h）2.计算汽车前后轮间距为多少？（单位：m）【可据此判断车型】3.说明载重量m及车速v与A、B压电电缆输出信号波型的幅度或时间间隔之间的关系。（已知：同一车轮通过A和B电缆，所花时间为？格；汽车的前后轮冲过同一根电缆所花时间为？格。）解：(1)v=2m/(2.74格25ms/格)=0.029M/ms =105.1km/h(2)d=vt=0.029m/ms5.3格25ms/格=3.9m(3)m越重，信号幅度越高; 车速v越快，时间间隔越短2） 在炼钢厂中，有时直接将廉价热电极（易耗品。例如镍偶丝，时间稍长即熔化）插入钢水温度，如图所示。试说明：1. 为什么不必要将热电极的测量端焊在一起？2. 要满足哪些条件才不影响测量精度？采用上述方法是利用了热电偶的什么定律？3. 如果被测物不是钢水，而是熔化的塑料行吗？ 答：1、主要运应了热电偶热效应原理，因为钢水能导电，又温度相同，把它看作第三导体接入2、热电势变化大，热电势与温度程线性关系，物理化学性能稳定，运用了中间导体定律3、不行，因为朔料不导电，不能形成回路，不能构成热电势3） 旋转编码器又称码盘，是一种旋转式位置传感器，分为绝对式编码器（图6）和增量式编码器（图7），就这两种类型的编码器回答以下问题：图6绝对式光电码盘 图7增量式光电码盘1. 简述绝对式码盘与增量式码盘有何区别？答：绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形2. 分别写出，码道数为？的绝对式编码器的最小能分辨的角度及分辨率，以及码盘圆周上的夹缝条纹数为？，采用？细分技术的增量式光电编码器的最小分辨的角度及分辨率。答：绝对式编码器，阿尔法=360度除以2的n次方，分辨率=2的n次方分子一。增量式：分辨的角度阿尔法=360度除以n,分辨率=n分子一3. 现有一个增量式光电编码器，其参数为？p/r，采用？细分技术，现在？s时间内侧得？个脉冲，则码盘的转速（r/min）是多少？转速n=60*m(t*N）4）、时钟脉冲控制CCD电荷耦合转移过程分析：下列三个相位不同的控制电压1、2、3，其波形如下，分别从t1t4四个时间段内描述势阱电位高低状况及电荷由势阱1到势阱2的电荷转移过程。答：当t=t1时，1相处于高电平，2，,3相处与低电平，在电极1、4下面出现了势阱，存储了电荷，在t=t2时，2相处于高电平，电极2,5下面出现势阱，由于相邻电极之间的间隙很小，电极1、2及4、5下面的势阱相互耦合，由于电极1、4下的势阱存在电荷引起表面势变化，势阱相应变浅，电子存在其中的概率变小，电荷向电极2、5下面势阱转移；随着1电压下降，电极1、4下的势阱相应变浅，在t=t3时有更多的电荷转移到电极2、5下的势阱内，t=t4时，只有2处于高电平，信号电荷全部转移到2、5下面的势阱内，随着控制脉冲的变化，信号电荷便从CCD的一端转