内蒙古大学《传感器与检测技术》习题集3及答案

传感器与检测技术习题三一、填空题：（40分）1、传感器是 _ 传感器通常由直接响应于被测量的 _ 和产生可用信号输出的_ 以及相应的 _ 组成。2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为 _ 材料和 _体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主要是由 _ 形成的，而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 成正比，与 _成正比，与磁回路中 _ 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 _ 、 _ 、和 _ 三类，其中 _ 可以通过对多次测量结果求 _ 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 _现象，即 效应， _ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下 _ 现象，即 效应。 传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下 现象，即 _ 效应， _ 传感器属于这一类。6、热电偶所产生的热电势是由 _ 电势和 _ 电势组成。其表达式为Eab（T，T = ） _ 。在热电偶温度补偿中，补偿导线法（即冷端延长线法）是把 _ 导线与热电偶配接。它的作用是 _ 。7、偏差式测量是指 _ 方法；零位测量是指 _ 方法；微差式测量是指 _ 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）2、简述霍尔电动热产生的原理。（5分）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）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，线圈匝数W不变）。（10分）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2，容器内上面介质的介电常数为1。（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）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I12345压力xi（MPa）245810电压yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（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传感器与检测技术习题3答案一、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 _金属_ 材料和_半导体_体材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主要是由 _电阻应变效应_ 形成的，而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）=。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-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及栅丝与试件膨胀系数（）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，线圈匝数W不变）。（10分）解：， 又空气隙的长度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2，容器内上面介质的介电常数为1。（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） 分别为-0.2 0 0.1 -0.1 0.24、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I12345压力xi（MPa）245810电压yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（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。