《传感器与测量技术》试卷4卷答案 班级 学号: 姓名: 成绩: 、填空题:(40分) Ⅰ、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 出信号的器件或裝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 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Eb(T,T。) v(T-T)nN+(-小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
《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。 、问答题:(25分 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-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,当有电流丨流过时,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UHε 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α及栅丝与试件 膨胀系数(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 、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(x1x2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)
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-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）
L 平恥W2 解 又 μSμS0μSaμS,μS 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:9.8100 10.199102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) (98+10.0+10.1+9.9+10.2) x =x1=x分别为-0.200.1-0.102 Vn-12=0.16 u∈[x-3,x+3o]=[9.52,1048 4、在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时,传感器输出电
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-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 3 4 压力xi(MPa) 2 4 5 10 电压yi(V)10.0432009330.15340.12850.072 (1)y=500x-1.05 (2)y=7.00x+0.09 (3)y=50.00X-10.50 (4)y=5.00×-105 (5)y=500X+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
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