《传感器与测量技术》试题 一、填空：(20分) 1、测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨 力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。(2分) 2、霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控 制电流时的霍尔电势的大小。(2分) 3、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光电子逸出 物体表面的外光电效应，这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是 利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻：第三类是利用在光线作用下使物体内部 产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差 势组成的，其表达式为Eab（工，T0)三。T-m+o-o 在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和 热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源 较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.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， 其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。 相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象 称为负压电效应。(2分) 6.变气隙式自感传感器，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）(2分) 7.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。(2分) 8.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。(2分) 9.电位器传器的（线性），假定电位器全长为Xmax,其总电阻为 Rmax,它的滑臂间的阻值可以用Rx=(①Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③Xmax/XRmax④X/XmaxRmax)来计算，其中电阻灵敏度Rr= (①2p(bth)/At,②2pAt/b+h,③2A(b+b)/pt,④2Atp(b+h))。 (4分) 二、用镍铬镍硅热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势为-1.19v,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)
《传感器与测量技术》试题 一、填空：（20 分） 1、 测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨 力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。（2 分） 2、 霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控 制电流时的霍尔电势的大小。（2 分） 3、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光电子逸出 物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是 利 用 在 光 线 作 用 下 使 材 料 内 部 电 阻 率 改 变 的 内 光 电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部 产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。 4.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差 电势组成的，其表达式为 Eab（T，To）= A B T T T B A 0 ( )d N N (T T )ln e k 0 − + − 。 在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和 热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源 较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。 5.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， 其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。 相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象 称为负压电效应。（2 分） 6. 变气隙式自感传感器，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）（2 分） 7. 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。（2 分） 8. 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。（2 分） 9. 电位器传器的（线性），假定电位器全长为 Xmax, 其总电阻为 Rmax，它的滑臂间的阻值可以用 Rx = （① Xmax/x Rmax,②x/Xmax Rmax,③ Xmax/XRmax ④X/XmaxRmax）来计算，其中电阻灵敏度 Rr= （① 2p(b+h)/At, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h)）。 （4 分） 二、用镍铬-镍硅热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势为-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 0 2 3 4 8 9 温度℃ 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、什么是系统误差？产生系统误差的原因是什么？ 如何发现系统误 差？减少系统误差有哪几种方法？(20分) 答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的 规律性出现，则把这种误差称为系统误差。 系统误差出现的原因有： ①工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起 的误差。 ②方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。 ③定义误差：是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差。 ④理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测 量所引起的误差。 ⑤环境误差：是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等） 不是仪表校验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误 差。 ⑥安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。 ⑦个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起 的误差。 发现系统误差的方法有： ①实验对比法：这种方法是通过改变产生系统误差的条件从而进 行不同条件的测量，以发现系统误差。这种方法适用于发现不 变的系统误差。 ②剩余误差观察法：是根据测量数据的各个剩余误差大小和符号 的变化规律，直接由误差数据或误差曲线图形来判断有无系统
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、什么是系统误差？产生系统误差的原因是什么？如何发现系统误 差？减少系统误差有哪几种方法？（20 分） 答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的 规律性出现，则把这种误差称为系统误差。 系统误差出现的原因有： ①工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起 的误差。 ②方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。 ③定义误差：是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差。 ④理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测 量所引起的误差。 ⑤环境误差：是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等） 不是仪表校验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误 差。 ⑥安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。 ⑦个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起 的误差。 发现系统误差的方法有： ① 实验对比法：这种方法是通过改变产生系统误差的条件从而进 行不同条件的测量，以发现系统误差。这种方法适用于发现不 变的系统误差。 ② 剩余误差观察法：是根据测量数据的各个剩余误差大小和符号 的变化规律，直接由误差数据或误差曲线图形来判断有无系统
误差。这种方法适用于发现有规律变化的系统误差。 ③计算数据比较法：对同一量测量得到多组数据，通过计算比较 数据比较，判断是否满足偶然误差条件，以发现系统误差。 减小系统误差的方法： ①引入更正值法 ②替换法 ③差值法 ④正负误差相消法 ⑤选择最佳测量方案 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.己知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) R R3 (a) 8-2 其中(R=10K2,R2=5K2,R=10K2,E=5伏) 答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。 图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。 热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3 分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的R。分别接在指示 电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥 在零位调整时，应使R=Ra+Ro为电阻在参考温度（如OC)时的电 阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻
误差。这种方法适用于发现有规律变化的系统误差。 ③ 计算数据比较法：对同一量测量得到多组数据，通过计算比较 数据比较，判断是否满足偶然误差条件，以发现系统误差。 减小系统误差的方法： ①引入更正值法 ②替换法 ③差值法 ④正负误差相消法 ⑤选择最佳测量方案 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） 答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。 图中 G 为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra 为零位调节电阻。 热电阻都通过电阻分别为 r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和 r3 分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的 Rg 分别接在指示 电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥 在零位调整时，应使 R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如 0C）时的电 阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻
相连，可能导致电桥的零点不稳。 Rt=R(1+At+Bt2) =100[1+3.940×10-3×50+(-5.802×10-7)×5021 =119.55 五、请设计一温度传感器，写出它的等效电路和测量电路，分析其工 作原理，计算公式，并说明如何提高传感器的灵敏度和抗干扰性能？ (20分)
相连，可能导致电桥的零点不稳。 119.55 100[1 3.940 10 50 ( 5.802 10 ) 50 ] Rt R (1 At Bt ) 3 7 2 2 0 = = + + − = + + − − 五、请设计一温度传感器，写出它的等效电路和测量电路，分析其工 作原理，计算公式，并说明如何提高传感器的灵敏度和抗干扰性能？ （20 分）