《传感器与测量技术》试卷4卷答案 班级： 学号： 姓名： 成绩： 一、填空题：(40分) 1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置传感器 通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调 节转换电路组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为①_金属材料和②半导体体材 料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由_电阻应变效应 形成的，而②的电阻变化主要是由 一造成的。 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的大小与绕组匝数成正比，与 穿过线 圈的磁通成正比，与磁回路中磁阻 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 绝对误差 一、相对误差 和引用误差 三类，其中 绝对误差 可以通过对多次测量结果求 平均 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_材料中电子溢出表面的 现象，即外光电 效应， 光电管以及光电倍增管传感器属于这一类：第二类是利用在光线作用下 材料电阻率发生改变的 现象，即内光电 效应。光敏电阻 传 感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下光势垒 现象，即光生伏特 效应，光敏二极管及光敏三极管 传感器属于这一类。 6、热电偶所产生的热电势是由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 E(T-T)InN+f(Gx-Gn)dr 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。 7、偏差式测量是指测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法：零 位测量是指测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态：在测量系统达 到平衡时用己知的基准量决定被测未知量的测量方法：微差式测量是指将被测的未知量与己 知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此差值的 方法。 二、问答题：(25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) 答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性
《传感器与测量技术》试卷 4 卷 答案 班级： 学号： 姓名： 成绩： 一、填空题：（40 分） 1、传感器是 能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置传感器 通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件 以及相应的 信号调 节转换电路 组成。 2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为① _金属___ 材料和②____半导体_____体材 料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中①的电阻变化主要是由 _电阻应变效应___ 形成的，而②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 绕组匝数 成正比，与 穿过线 圈的磁通____成正比，与磁回路中 磁阻____ 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 _绝对误差____ 、 相对误差 _______ 、 和 引用误差 _____ 三类，其中 ___绝对误差__ 可以通过对多次测量结果求 平均 ____ 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 __材料中电子溢出表面的_________现象，即 外光电 效应， ___光电管以及光电倍增管_ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下 材料电阻率发生改变的 ______ 现象，即 内光电 效应。 光敏电阻 传 感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下 光势垒 现象，即 _光生伏特_____ 效应， 光敏二极管及光敏三极管______ 传感器属于这一类。 6、热电偶所产生的热电势是由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。 7、偏差式测量是指测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法；零 位测量是指测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达 到平衡时用已知的基准量决定被测未知量的测量方法；微差式测量是指将被测的未知量与已 知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此差值的 方法。 二、问答题：（25 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） 答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性
一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出 量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是 指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时 传感器的输入一输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性 2、简述霍尔电动热产生的原理。(5分) 答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过 时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面 缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止 电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电场，相应的电势称为霍尔电势H。 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) 答：在外界温度变化的条件下，由于敏感橱温度系数，及棚丝与试件膨胀系数(P。与B,) 之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。 三、分析、计算题：(35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。己 知空气隙的长度为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)
一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出 量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是 指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时 传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性 2、简述霍尔电动热产生的原理。（5 分） 答：一块半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流 I 流过 时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面 缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止 电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电场，相应的电势称为霍尔电势 UH。 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） 答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数 t 及栅丝与试件膨胀系数（ g与 s ） 之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。 三、分析、计算题：（35 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）
x2 Φ=L=半_@-W 解： Rm, ΓIIRn R=2{+丛+红=4+6 又 yS,S0gS台S'S0 空气隙的长度x1和x2各自变，而其和不变，另其他变量都不变故L不变 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e2,容器内上面介质的介电常数为e1。(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。 (5分) x=12x=9.8+100+10.1+9,9+102=10 n 5 V=x-x 分别为-0.200.1-0.10.2 μ∈[x-3o,x+3o]=[9.52,10.48]
解： Rm IW = ， Rm W I W I L 2 = = = 又 = = + = + + = n i i i x i n i x i i i m S l S l S l S l S l R 1 0 0 0 0 0 2 1 0 0 1 空气隙的长度 x1 和 x2 各自变，而其和不变，另其他变量都不变故 L 不变 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(x h)，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：9.8 10.0 10.1 9.9 10.2 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。 （5 分） 10 5 1 (9.8 10.0 10.1 9.9 10.2) 1 = + + + + = = = n i i x n x v x x i = 1 − 分别为-0.2 0 0.1 -0.1 0.2 0.16 1 1 1 2 = − = = n i i v n [x − 3, x + 3] = [9.52,10.48]
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，并讨论下列电压一压力直线中哪一条最符合最 小二乘法准则？(10分) 测量次数1 2 3 5 压力xi(MPa) 2 4 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 答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。 将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小的就是所求，很明显(5)为所求
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 答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。 将几组 x 分别带入以上五式，与 y 值相差最小的就是所求，很明显（5）为所求