传感器与自动检测技术 试卷及答案 模拟试卷五

传感器与自动检测技术全真模拟试卷五

试卷一（闭卷）

（考试时间90分钟，总分80分）

题号一二三总分

分数

评卷人

I一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

密在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请

.将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不

1得分。

I1、传感器的主要功能是（）o

IA.检测和转换B.滤波和放大

AC.调制和解调D.传输和显示

封

|2、在直流电路中使用电流表和电压表测量负载功率的测量方法属于（）o

IA.直接测量B.间接测量

IC.组合测量D.等精度测量

I3、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用（）。

IA.直流平衡电桥B.直流不平衡电桥

1C.交流平衡电桥D.交流不平衡电桥

级

।4、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（）o

IA.直流电桥B,变压器式交流电桥

C.差动相航检波电路D.运算放大电路

।

5、实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是（）0

A.纯金属B.非金属

।

C.半导体D.合金

6、光电管和光电倍增管的特性主要取决于（）o

A.阴极材料B.阳极材料

C.纯金属阴极材料D.玻璃壳材料

7、用光敏二极管或三级管测量某光源的光通量时，是根据它们的什么特性

实现的（）o

A.光谱特性B.伏安特性

C.频率特性D.光电特性

8、超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上的什么特性而工作

的（）o

A.反射B.折射C.衍射D.散射

9、下列关丁微波传感器的说法中错误的是（）o

A.可用普通电子管与晶体管构成微波振荡器

B.天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性

C.用电流一电压特性呈非线性的电子元件做探测微波的敏感探头

D.可分为反射式和遮断式两类

10、用N型材料Sn02制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与

N02接触后（）o

A.电阻值变小B.电阻值变大

C.电阻值不变D.不确定

二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）

1、什么是传感器动态特性和静态特性？简述在什么条件下只研究静态特就

能够满足通常的需要，而在什么条件下一般要研究传感器的动态特性？

实现不失真测量的条件是什么？

2、分析如图所示自感传感器当动铁心左右移动时自感L变化情况（已知空

气隙的长度为xl和〉:2,空气隙的面积为S,磁导率为〃，线圈匝数W

不变）。

3、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电

效应。

4、什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？如何提高霍尔传感器的灵

敏度？

5、光导纤维是利用哪种光学现象进行导光的？光纤的数值孔径有何意义？

三、分析计算题(本大题共3小题，每小题10分，共30分)

注意：自动化、电与专业的学生第1小题必做，并从第2-4小

题中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。

1、已知某金属棒的长度和温度之间的关系为L,=Lo(l+ar)。在不同温

度下，测得该金属棒的长度如下表所示。请用最小二乘法估计0匕时金属

棒的长度和金属的线膨胀系数ao

rf/℃10.040.070.0100.0

Lti/mm

20.021.023.024.0

2、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径厂4mm,假设

与被测工件的初始间隙依0.3mm.试求：

(1)如果传感器与工件的间隙变化量增大△d=10电容变化量为多少？

(2)如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF,则在间隙增大〃m时的输

出电压为多少？

3、使用镖错-镶硅热电偶，其基准接点为30C,测温接点为400C时的

温差电动势为多少？若仍使用该热电偶，测得某接点的温差电动势为

10.275mV,则被测接点的温度为多少？

镣铛-模硅热电偶分度表（参考端温度为。匕）

工0102030405060708090

作

端

温热电动势/mV

度

/匕

00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.681

1004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.737

2008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.793

30012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.974

40016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.214

50020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476

4、利用某循环码盘测得结果为“1010”，设循环码盘的电刷初始位置为

“0000”，该码盘的最“'分辨率是多少？其实际转过的角度是多少？如果

要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为1mm,则码盘半径应有多

大？

试卷二(开卷)

(考试时间30分钟，总分20分)

题号评卷人得分

综合设计分析题

综合设计分析题(本大题共20分)

在如图所示的悬臂梁测力系统中，可能用到4个相同特性的电阻应变片

&，&，&，名应变后灵敏系数右2,初值为100Q。当试件受力F时，

若应变片要承受应变，则其平均应变为£=1000，m/m。测量电路的电源电压

为直流3VO

(1)若只用1个电阻应变片构成单臂测量电桥，求电桥输出电压及电桥

非线性误差。

(2)若要求用2个电阻应变片测量，且既要保持与单臂测量电桥相同的

电压灵敏度，

又要实现温度补偿，请画图标出2个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘

出转换电桥，标明这2个应变片在桥臂中的位置？

(3)要使测量电桥电压灵敏度提高为单臂工作时的4倍，请画图标出各

个应变片在悬臂梁上所贴的位置，给出转换电桥，标明各应变片在各桥臂中

的位置，并给出此时电桥喻出电压及电桥非线性

误差大小?

传感器与自动检测技术模拟试卷五参考答案

试卷一

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）

在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正

确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不得分。

1、A2、B3、C4、C5、D

6、A7、D8、A9、A10、B

二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）

1、什么是传感器动态特性和静态特性？简述在什么条件下只研究静态特就能

喷满足通常的需要，而在什么条件下一般要研究传感器的动态特性？实现

不失真测量的条件是什么？

答：传感器的动态特性，是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特

性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的静态特性，是指它在稳态（静态或准静态）信号作用下的输入-

输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。

当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。

当输入量随时间变化的一般要研究传感器的动态特性。

实现不失真测量的条件是：

幅频特性：A3）=|H（j闻=A（常数）

相频特性：/（。）=-%（线性）

2、分析如图所示自感传感器当动铁心左右移动时自感L变化情况（已知空气

隙的长度为xl和x2,空气隙的面积为S,磁导率为〃，线圈匝数W不变）。

A

也w。w

答：线圈中自感量：L=±==

IIRm

磁路总磁阻：R.。用_="1+29=2_

〃oAo〃Sm4s

空气隙XI和X2各自变而其和不变，其他变量都不变，所以自感量L不

变。

3、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效

应。

答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。石英晶体受外

力作用而变形时，产生压电效应。

压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料，原始的压电陶瓷材料并不具有

压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。

压电陶澄的压电系数叱七英晶体大得多（即压电效应更明显），因此用

它做成的压电式传感器的灵敏度较高。但稳定性、机械强度等不如石英晶体。

4、什么是霍尔效应？霍尔目势与哪些因素有关？如何提高霍尔传感器的灵敏

度？

答：当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电

位差，这一现象被称为霍尔效应。

霍尔电势

UIH1=E11..b=vBb=--1=R,1.1—1=K.1.1IB

nedd

霍尔电势与霍尔电场以、载流导体或半导体的宽度X载流导体或半导

体的厚度d、电子平均运动速度V、磁场感应强度B、电流I有关。

R1

霍尔传感器的灵敏度KH=-4=――7。为了提高霍尔传感器的灵敏

度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，

所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。

5、光导纤维是利用哪种光学现象进行导光的？光纤的数值孔径有何意义？

答：光导纤维是利用光的全反射现象进行导光的。

光纤的数值孔径：NA=Sin0c=Vni2-n22

0c-----临界角

nl----纤芯折射率

n2——包层折射率

数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的NA

越大，表面它可以在较大入射角范围内输入全反射光，集光能力就越强，光

纤与光源的藕合能力越容易，且保证实现全反射向前传播。但NA越大，光信

号的畸变也越大，所以要适当选择NA的大小。

三、分析计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）

注意：自动化、电气专业的学生第1小题必做，并从第2-4小题

中选做两个小题；测控专业的学生在4个小题中任选3个小题。

1、已知某金属棒的长度和温度之间的关系为乙=乙0。+匕，）。在不同温度

下，测得该金属棒的长度如下表所示。请用最小二乘法住计0C时金属棒的

长度和金属的线膨胀系数a。

^./℃10.040.070.0100.0

Lti/mtn

20.021.023.024.0

解:误差方程乙一/。（1+。％）=匕，=1,2,3,4

令,x2=a-10

-ilo.o--20-

140.021

系数矩阵A=,直接测得值矩阵乙=

170.023

1100.0_24_

被测量估计矩阵x=

r

由最小二乘法：AAX=ALt则

110

111I1404220

AA=iooj1

1040707022016600

1100

20

1111I21_F88'

104070iooj2315050

24

・・・|A'A|=18000w0

A11Fl6600-220

・(IAlI2

•.A”MLA2I18000|_-2204

1Fl6600-220T88--19.4333

flf

.\X=[AA]-AL18000^-2204£5050_

0.0467

/.Zo=%1=19.4(/wn)

a=迎=0,0467=2.4x10-3”)

/019.43

2、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=5mm,假设与

被测工件的初始间隙do=0.5mm。已知试真空的介电常数等于8.854x1012F/m,

求：

(1)如果传感器与工件的间隙变化量增大△dnO〃m,电容变化量为多少？

(2)如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF,则在间隙增大△dG〃m时的输出

电压为多少？

解：①电容式传感器的电容量：c二警&

d

则初始电容量：

k8.854xlO-,2xlO'6x^x25xlO3i「

Cn=——=------------------------------=1.39pF

d0().5

间隙变化后的电容量：

8.854x10-12x106xx25x106广

C=———=------------------------------=1t.36pF

d0+Ad500+10

则电容变化量：AC=C0-0=1.39-1.36=0.03pF

②灵敏度Ku=^-=100—,所以U°=AC-100吧

ACpF°pF

Uo=^rA(^--4—)100

则：d°d°+Ad

=8.854xIO'12x106x1x25xIC?x(J----L)x100=2.78mV

500501

3、使用镖铭-银硅热电偶，其基准接点为30C,测温接点为400C时的温

差电动势为多少？若仍使月该热电偶，测得某接点的温差电动势为

10.275mV,则被测接点的温度为多少？

镖铐-银硅热电偶分度表(参考端温度为0C)

工作0102030405060708090

端温

热电动势/mV

度/℃

00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.681

1004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.737

2008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.793

30012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.974

40016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.214

50020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476

解：由分度表查得E(30C,0匕)=1.203mV,

E(400t：,0匕)=16.395mVo

由中间温度定律E(t,t0);E(t,tJ+E(tc,to)有：

E(400C,30匕)=E(400C,0C)-E(30C,0C)=16.395-1.203=15.192mV

由分度表查得E(250℃,OC)=10.151mV,

E(260匕,0匕)=10.560mVo

E-E

由插值法茨首,储一口）得:

=250+--------

4、利用某循环码盘测得结昊为勺010”,设循环码盘的电刷初始位置为“0000”,

该码盘的最小分辨率是多少?其实际转过的角度是名少？如果要求每个最小

分辨率对应的码盘圆弧长度最大为1mm,则码盘半径应有多大？

解：该循环码为4位码盘，

360。

则该码盘的最小分辨系为0=—=22.5°

24

循环码“1010”对应的二进制码为“1100”。

二进制码“1100”对应的十进制数是“12”。

则码盘实际转过的角度是12x22.5°=270。

,则55盘半径R=2.55mm

3607~22.5°

试卷二

综合设计分析题(本大题共2