《传感检测技术》期末试卷一(3套含答案)

PAGE1-《传感检测技术》期末考试试卷（A卷）题号第一题第二题第三题第四题第五题第六题总分得分填空（15′）传感器通常由＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿和辅助电源等组成。利用热敏电阻对电机进行过热保护，应选择＿＿＿＿型热敏电阻。镍铬-镍硅热电偶的输出端子的正极是＿＿＿＿。电阻应变片是基于导体或半导体的＿＿＿＿效应工作的。传感器的灵敏度是指稳态下，＿＿＿＿与＿＿＿＿的比值。测量误差按性质和产生原因，分为、和疏失误差三类。传感器网络的基本要素是＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。无线传感器节点的基本功能是＿＿＿＿、＿＿＿＿、控制和通信。选择（5′）1.电子吸收光子的能量变为能导电的自由电子，引起物体电阻率变化的现象称为（

）效应。A光电导

B霍尔

C光生伏特

D热释电2.以下几种传感器中属于自发电型（有源）传感器的是（

）。

A、电容式

B、电阻式

C、压电式

D、电感式3.应变电桥电路中，差动（四臂）全桥工作状态的灵敏度是双臂电桥的二倍，是单臂电桥的（

）倍。A、1

B、2

C、3

D、44.热电阻测量转换电路采用三线制是为了(

)。A、提高测量灵敏度

B、减小非线性误差

C、提高电磁兼容性

D、减小引线电阻的影响5.热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要目的是(

)。A、补偿冷端热电势的损失

B、起冷端温度补偿作用C、将热电偶冷端延长以远离高温区

D、提高灵敏度6.一个位的数字面板表，其测量上限是(

)mV。A、1.999

B、19.99

C、199.9

D、1999判断（5′）1.传感器的作用是将非电量转换成电学量。（）2．可以通过系统校正来减小或消除随机误差。（）3.超声波接收探头是利用压电晶体的压电效应工作的。（）4.把光纤作为敏感元件的传感器称为结构型光纤。（）5.电容式液位计检测液位变化相当于传感器电极间介电常数变化。（）简答（共20′）（必要时可画图）什么是系统误差？测量时如何减小系统误差？弹性敏感元件在传感器中起什么作用？说明热电偶的测温原理。简述差压节流式流量计的测量原理。什么是霍尔效应。6.数显仪表一般由哪几部分组成？有哪几种构成方法？计算（共35′）某毫伏表给定精度为2.0级（2%F·S），满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差(以mV计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的相对误差。由计算结果能得出什么结论?

2.光电式编码器的码盘码道数n=10，求其极限角分辨力；要使角分辨力优于0.1°，码盘的码道数至少应是多少？3.某热敏电阻在0℃和100℃时电阻值分别为200kΩ和10kΩ。试计算该热敏电阻的灵敏度。4.用S型热电偶测温，其冷端温度为40℃，测得热电势E(t,40)=10.577mV,S型热电偶分度表（参考端温度为0℃工作端温度℃102030405011001110112011301140热电动势mV0.0550.1130.1730.2350.29910.75710.81210.87010.93010.992分析（共20′）分析图示应变式加速度传感器的工作原理。分析图示光电式计数器工作原理。图中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。A卷参考答案填空（每空1′）敏感元件、转换元件、处理电路PTC镍铬极应变输出变化量、输入变化量系统误差、随机误差传感器、感知对象、用户(观察者)采集数据、数据处理选择（每题1′）1.

A2.B3.D4.

D5.C6.C判断（每题1′）1.（√）2．（×）3.（√）4.（×）5.（√）简答（每题4′）由于测量系统或环境而引起的、数值恒定或有规律出现的一类误差称为系统误差。减小方法是改进测量仪表、消除环境影响或引入修正值。2.在测力或相关传感器中，弹性敏感元件将力转换成相应的位移量。3.热电偶根据热电效应测温。将热电偶冷端温度固定，则热端温度对应的热电动势通过分度表查询，即可得出被测温度值。4.根据流体力学原理，管道中某处的压强与该处流体的流速成反比关系。利用流体流经孔板时，所产生的压力差与流量之间存在一定关系的原理，通过测量压差来实现流量测定。5.半导体薄片置于磁场中（图），当有电流通过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。6.数显仪表一般由信号变换、前置放大器、线性化器、模/数转换、标度变换、数字面板表、调节器、继电器、V/I变换电路以及电源等部分所组成。有模拟线性化方案、模/数转换线性化方案、数字线性化方案等三种构成方法。计算1.Δm=(50-10)×2%=0.8mV1/2量程时：γ1=Δm/[0.5(50-10)]=4%1/8量程时：γ2=Δm/[0.125(50-10)]=16%结论：被测量越是接近仪表满度值，测量误差越小。（12′）2.角分辨力α=360°/210≈0.35°要使角分辨力优于0.1°，即360°/2n≤0.1°,∴n≥12,马道数至少为12.（6′）3.K=（10－200）/100=-1.9kΩ/℃（4′）4.查表得E（40，0）=0.235mV计算:E(t,0)=E(t,40)+E(40,0)=(10.577+0.235)mV=10.812mV再反查分度表，可得被测温度为1100℃。（13′）分析当被测点的加速度沿图中所示箭头方向时，悬臂梁自由端受惯性力F=ma的作用，质量块m向加速度a相反的方向相对于基座运动，使梁发生弯曲变形，应变片电阻发生变化，产生与加速度成正比的输出电压信号。（10′）输送带运行时，每一个工件经过光源附近使R1中断一次接收信号，其电阻变大，则输出电压增大，随着流水线运行，R1输出电压脉冲，实现工件计数。（10′）

《传感检测技术》期末考试试卷（B卷）填空（15′）热敏电阻有＿＿＿＿和＿＿＿＿两大类。应用于压电式传感器中的压电材料通常有有

、

、

。3.形成干扰的三因素是＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。4.某铜热电阻在温度为0摄氏度时阻值为50欧姆，则其分度号是＿＿。5.导体或半导体的＿＿＿＿效应是电阻应变片工作的物理原理。6.无线传感器节点的基本功能是数据采集、＿＿＿、＿＿＿和＿＿。7.直流应变电桥灵敏度最高的是＿＿＿接法，灵敏度最低的是＿＿。选择（5′）1.光敏电阻适于作为（）A.光的测量元件

B.光电开关元件C.加热元件

D.发光元件2.下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）A.压力

B.扭矩

C.

厚度D.温度3.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小，两个桥臂（）A．都用大阻值应变片B．都用小阻值应变片C．分别用应变极性相反的应变片D．分别用应变极性相同的应变片4.以下几种传感器不属于有源传感器的是（）A.热电阻

B.压电传感器

C.光电池

D.热电偶5.变气隙式自感传感器的街铁移动靠近铁芯时，铁芯线圈电感量

（）A.增加

B.减小

C.不变

D.不确定6.三位半数字仪表的显示上限是（）A.1.999

B.19.99

C.

199.9D.1999判断（5′）1.求和取平均是为了减小随机误差。（

）2.压电式传感器不能进行动态测量。（）3.利用热敏电阻对电机过热保护时，应选择NTC型热敏电阻。()4.超声波发射探头利用了压电晶体的逆压电效应。（）5.热电阻测量电路采用三线制是为了减小引线电阻的影响。()简答（20′）（必要时可画图）举例说明什么是传感器的分辨力？简述热电偶冷端补偿的必要性及常用的冷端补偿方法。什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差？光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各有哪些？差压式液位计的测量原理是什么？数字式显示调节仪表按功能分为哪些类型？其调节方式有哪几种？计算（35′）已知某一被测电压约12V，现有两个电压表：①100V，0.5级；②15V，2.5级。计算说明选用哪个表测量误差较小？

用K型热电偶测温，其冷端温度为30℃，测得热电势E(t,30)=31.663mV,求被测温度。K型热电偶分度表（参考端温度为0℃工作端温度℃1020304050760770780790热电动势mV0.3970.7981.2031.6112.02231.62932.04232.45532.866刻线密度为200线/mm的直光栅，位移分辨力是多少？若条纹计数显示为5，则被测位移是多少？某线性热敏电阻在20℃和100℃时电阻值分别为10kΩ和50kΩ。试计算该热敏电阻的灵敏度。分析（20′）磁电式传感器与霍尔式传感器有何异同。分析图示热线式气体流量计的测量原理，说明其适用范围。图中热线RK和RH为铂丝。B卷参考答案填空（每空1′）NTC、PTC单晶体、多晶体、高分子材料干扰源、干扰途径、接收器Cu50应变数据处理、控制、通信四臂全桥、单臂半桥选择（每题1′）1.

B2.D3.C4.

A5.A6.D判断（每题1′）1.（√）2．（×）3.（×）4.（√）5.（√）简答（每题4′）传感器能够检测的被测量最小变化量。如数字式仪表的分辨力就是显示数字的最后一位的一个字。2.热电偶与仪表连接时，要求自由端温度稳定为0℃才可以利用分度表求出被测温度。实际环境一般不是03.在同一条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号随机变化。偶然因素的影响而引起的。因为随机误差服从统计规律，可以用增加测量次数、求取算术平均值的方法加以控制。4.内光电效应，相应元件有光敏二极管、光敏三极管等；光电导效应，相应元件有光敏电阻等；外光电效应，对应元件是光电管及光电倍增管；光生伏特效应，光电池。5.差压传感器装在靠近容器的底部，测量液面高度对应的压力。6.按数显仪表功能分为显示仪、显示报警仪、显示输出仪、显示记录仪等。调节方式分为继电器触点输出的二位调节、三位调节，时间比例调节，连续PID调节。计算1.用0.5级电压表测量时，最大标称相对误差为γx1=％=×100％=4.2％用2.5级电压表测量时，最大标称相对误差为γx2=％=×100％=3.1％γx1＞γx2应选择15V，2.5级的电压表。（12′）2.查表得E（30，0）=1.203mV计算:E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=(31.663+1.203)mV=32.866mV再反查分度表，可得被测温度为790℃。（13′3.位移分辨力为1/200【mm】,被测位移为5×（1/200）【mm】=0.025【mm】（6′）4.K=（50－10）/（100-20）=0.5kΩ/℃（4′）分析磁电式传感器基于电磁感应原理，可以检测金属材料；霍尔传感器基于霍尔效应，用于检测铁磁性材料。（10′）流体流速变化时，热丝的热量损失率随之变化，使热丝的温度发生相应变化，则其阻值变化，电桥输出电压即可变化。适用于干燥的非导电气体流量的测量。（10′）

1.简述传感器技术在检测系统中的地位和作用。（8'）2.某增量式码盘码道数n=10，求其极限分辨力；要使角分辨力优于0.1°，码盘的码道数至少应是多少？（6'）3.用K型热电偶测量某高炉的温度，已知参考端温度为20℃,高精度毫伏表测得冷端电压值为31.244mv，回答以下问题：（共18'）（1）估算高炉温度。（2）解释热电偶的测温原理，说明什么是补偿导线。（3）根据分度表，估算K型热电偶在0～100℃范围内的线性度。（4）解释冷端温度补偿的意义和方法。4．为什么压电材料仅适于测量动态力，而不适合检测静态力（如称重）？解释图示压电式加速度传感器的工作原理。（8'）1—基座2—引出电极3压电晶片4—质量块5—弹簧6—壳体7—固定螺孔5．用一台3½位、0.5级的数字温度计测量汽轮机高压蒸汽温度。数字面板显示如图所示，求出该仪表的：（1）分辨力（2）可能的最大满度相对误差和绝对误差（3）被测温度示值（4）示值相对误差（5）被测温度的实际值上下限。（提示：该仪表的显示上限为199.9℃）℃（共12'）6．解释图示超声波液位检测系统的原理。讨论图中反射小板的作用。（8'）7．根据家用电器中传感器的使用情况，填全表格（4'）家用电器使用传感器传感器主要功能煤气灶压电元件电饭锅自动保温电冰箱双金属片压力式温度传感器8．参照下图，简述光纤的传输原理，并解释什么是“数值孔径”。（10'）9．设计一个液位的测控装置，要求在容器液位达到上限时自动停止加注液体，低于下限时自动注水。容器是密闭的，只允许在容器外设置检测装置。（共18'）⑴对设计问题的理解⑵设计总体思路及设计框图⑶传感器的选择及设计图⑷显示方式设计⑸信号转换设计⑹设计方案评价10．TVT99B材料分拣实验台的主要功能是什么？根据实验台的配置填写表格。（共8'）符号名称作用SASBSNSFW1～5

C卷参考答案1．在工业控制领域中，只有准确的检测才能有精确的控制，这句话生动地反映了工业生产中传感器的重要地位。（2'）传感器把工业参数转换成电量，是机械本体与控制装置的“纽带”和“桥梁”。（3'）传感器的作用包括信息的收集、信息数据交换和控制信息的采集。随着自动化等新技术的发展，传感器的使用数量越来越大，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。（3'）2．角分辨力为α=360°/210≈0.35°（2分）当n=12时α=360°/212≈0.09°，所以码道数应为12（4分）3．（1）查表得E（20，0）=0.798mV计算:E(t,0)=E(t,20)+E(20,0)=(31.244+0.798)mV=32.042mV，再反查分度表，可得被测温度为770℃（5'）（2）依据热电效应，两种不同导体构成闭合回路，当两接点温度不同时，回路中将产生与温差成比例的电动势。固定冷端温度，则根据热电动势即可求取热端温度值。（3'）（3）根据定义P8，非线性误差为：（5'）（4）实际的冷端不为零度，需要采取补偿措施才能查取分度表。方法有：冰浴法、计算法、仪表调整法、电桥法（5'）4．静态测时，压电效应所产生的电荷会瞬间中和而消失。（2'）当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用（）。压电元件产生电荷。电荷与加速度a成正比，因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。（6'）5．标准值（mA）05101520测量值（读数、mA）0.025.0810.1415.2419.86绝对误差0.020.080.140.24-0.14相对误差-1.57%1.38%1.57%-0.7%（1）填全数据