发布时间 : 星期六 文章《传感器与检测技术》期末考试试卷及答案更新完毕开始阅读
333、试说明如图所示的热电偶三线制测温时，是如何消除连接导线电阻r答：当电桥平衡时，可写出下列关系式，即
由此可以得出
设计电桥时如满足R1=R2则图中右边含有r的项完全消去，这种情况下连线除热电阻测量过程中r的影响。但必须注意，只有在对称电桥(R1=R2的电桥) ，335、热电阻传感器主要分为哪两种类型?它们分别应用在什么场合?
答: (l)铂电阻传感器：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复现性最好的一种。
(2)铜电阻传感器：价钱较铅金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是测量精度较铅电阻稍低、电阻率小。
336、要用热电偶来测量两点的平均温度，若分别用并联和串联的方式，请简述其原理，指出这两种方式各自的优缺点是什么?
答：在并联方式中，伏特表得到的电动势为2个热电偶的热电动势的平均电动势，即它已经自动得到了2个热电动势的平均值，查表即可得到两点的平均温度。该方法的优点：快速、高效、自动，误差小，精度高。缺点：当其中有一个热电偶损坏后，不易立即发现，且测得的热电动势实际上只是某一个热电偶的。
在串联方式中，伏特表得到的电动势为环路中2个热电偶的总热电动势，还要经过算术运算求平均值，再查表得到两点的平均温度。该方法的优点:当其中有一个热电偶损坏后， 可以立即发现；可获得较大的热电动势并提高灵敏度。缺点：过程较复杂，时效性低，在计算中，易引入误差，精度不高。
339、什么是光电效应和光电器件?常用的光电器件有哪几大类?
答：所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为光电器件。
常用的光电器件主要有外光电效应器件和内光电效应器件两大类。 340、试解释外光电效应器件和内光电效应器件各自的工作基础并举例。
答：外光电效应器件的工作基础基于外光电效应。所谓外光电效应，是指在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。相应光电器件主要有光电管和光电倍增管。
内光电效应器件的工作基础是基于内光电效应。所谓内光电效应，是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的现象，它可分为光导效应和光生伏特效应。内 光电效应器件主要有光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏晶体管。 341、什么是光电式传感器?光电式传感器的基本工作原理是什么?
答：光电式传感器(或称光敏传感器) 。利用光电器件把光信号转换成电信号(电压、电流、电阻等)的装置。 光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的，即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。 名词解释: 36.热电效应
热电效应是两种不同的导体组成闭合回路时(1分)，若两接点温度不同1分)在该电路中产生电动势的现象.(1分) 38.霍尔效应
当置于磁场中的半导体薄片的电流方向与磁场方向不一致时(1分)，在半导体薄片上平行于电流和磁场方向(1分)的两个面之间产生电动势的现象.（1分） 38.光电效应
用光照射某一物体（1分），组成该物体的材料吸收光子能量而发生相应的电效应的物理现象.（2分） 38.灵敏度
传感器达到稳定工作状态时（1分）输出变化量与引起此变化的输入变化量之比.（2分） 37.内光电效应
光照射于某一物体上，(1分)使其导电能力发生变化的现象.(2分)
精选
阻r对桥路平衡毫无影响，即可以消且只有在平衡状态下才如此。 带来的测温误差的。
第333题图
39.简述传感器的基本组成。
传感器一般由敏感元件和转换元件组成。(2分) 敏感元件是能够完成预变换作用的器件；(1分) 转换元件是能将感觉到的被测非电量参数转换为电量的器件；(1分) 转换元件是传感器的核心部分。(1分) 并不是所有的传感器都包括敏感元件与转换元件.(1分) 42.光纤的主要参数有哪些？
光纤的主要参数有：(1)数值孔径 它反映纤芯吸收光量的多少，是标志光纤接受性能的重要参数；(2分) （2）光纤模式 就是光波沿光纤传播的途径和方式；(2分)（3）传播损耗 是由光纤纤芯材料的吸收、散射以及光纤弯曲处的辐射损耗影响造成的.(2分)
46.在《传感器技术》这门课程中讲述了多种传感器，其中温度传感器在实际应用中具有重要实用价值，试论述常用的温度传感器的异同。 答:常用的温度传感器有热电偶、热敏电阻和集成温度传感器等;(2分)它们的相同点是：都是接触式测温方法;(1分) 不同点是：（1）工作原理不
同 热电偶依据的是热电效应，热敏电阻利用的是半导体电阻随温度变化的特性，集成温度传感器是利用感温PN的电压电流特性与温度的关系;(3分) （2）主要特点不同 热电偶具有种类多、结构简单、感温部小、广泛用于高温测量的特点，热敏电阻具有种类多、精度高、感温部较大、体积小、响应快、灵敏度高等特点，集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等特点.(3分) 40.电涡流传感器是如何实现探伤的？
使电涡流传感器与被测体距离不变，如有裂纹出现，将会引起金属的电阻率、磁导率的变化。(3分)在裂纹处也可以说有位移的变化。这些综合参数的变化将会引起传感器参数的变化，(2分)通过测量传感器参数的变化即可达到探伤的目的. (1分) 43.简述霍尔电势的产生原理。
一块半导体薄片置于磁场中(磁场方向垂直于薄片)，当有电流流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。（2分） 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；(2分) 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.(2分)
46.传感器技术在日常生活中的应用非常广泛，其中超市收款台采用条形码扫描的方法来得到各种商品的信息，实现快速收费的目的。条形码扫描的方法涉及到光电传感器，试分析条形码扫描笔的工作原理。
答：扫描笔的前方为光电读入头，它由一个发光二极管和一个光敏三极管组成；(2分) 当扫描笔在条形码上移动时，若遇黑色收线条，发光二极
管发出的光将被黑线吸收，光敏三极管接受不到反射光，呈现高阻抗，处于截止状态；当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光纤，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生电流而导通；(4分)整个条形码被扫描后，光敏三极管将条形码变成了一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成宽窄与条形码线的宽窄及间隔相对应的脉冲列，脉冲列经计算机处理后，完成对条形码的识读. (3分)
五 、计算综合题（3题，共22分）
1、如图为实验室常采用的冰浴法热电偶冷端温度补偿接线图， （1） 图中依据了热电偶两个
其内容；（4分）
（2） 将冷端至于冰水槽的主（3） 对补偿导线有何要求？答案：
（1） 中间导体定律：在热电偶
体两端温度相同，则对回
回路中，只要接入的第三导路的总的热电动势没有影要原因是什么？（2分） （2分）
基本定律，分别指出并简述
响。中间温度定律：热电偶AB的热电势仅取决于热电偶的材料和两个结点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。
（2） 热电偶分度表以0摄氏度为基准；
精选
（3） 与导体材料A、B有相同热电特性
（不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同；连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应；补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测量带来误差。）
361、一台精度等级为0.5级、量程范围600~1200℃的温度传感器，它最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格？
解：根据精度定义表达式A=△A/ YF.S×100%，并由题意已知：A=0.5%，YF.S=（1200—600）℃，得最大允许绝对误差
△ A=A.YF.S=0.5%×（1200—600）=3℃
此温度传感器最大允许绝对误差为3℃。检验某点的最大绝对误差为4℃，大于3℃，故此传感器不合格。
366、已知某温度计测量范围0~200℃。检测测试其最大误差△Ymax=4℃，求其满度相的误差，并根据精度等级标准判断精度等级。 解：YFS=200－0=200 由A=ΔA/YFS＊100％有 A＝4/200＊100％＝2％。 精度特级为2.5级。
367、检定一台1.5级刻度0~100Pa压力传感器，现发现50Pa处误差最大为1.4Pa，问这台压力传感器是否合格？ 解：根据精度定义表达式：A＝ΔA/AyFS*100%,由题意可知：A＝1.5％，YFS＝100 所以 ΔA＝A YFS＝1.5 因为 1.4＜1.5 所以 合格。
374、采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。如图（a）杨氏模量E=2×10N/cm，泊松比? =0.3。求（1）画出应变片在圆柱上贴粘位置及相应应变? =？电阻相对变化量△R/R=？
解：（1）按题意采用四个相同应变片测力弹性元件，贴的位置如图374（a）所示。 R1、R3沿轴向受力F作用下产生正应变
7
2
所示，力F=1000kg。圆柱断面半径r=1cm，
F R1 R2 R3 R4 测量桥路原理图；（2）各应变片的
?
1
＞0， ? 3＞0；
R2、R4沿圆周方向贴则产生负应变 ? 2＜0， ? 4＜0。
四个应变电阻接入桥路位置入图（b）所示。从而组成全桥测量电路可以提高输出
精选
F
计算题374题图
电压灵敏度。
（2） ?1＝? 3＝?/E ＝F/(SE)＝1000×9.8/（2×3.14×1×2×10）＝1.56×10＝156 ? ? ?2＝ ?4＝－ ? F/SE＝－0.3×1.56×10
－4
27－4
=－0.47×10＝－47 ? ?
－4
－4
△R1/R1＝△R3/R3＝k1 ? ＝2×1.56×10=3.12×10
－4
△R2/R2＝△R4/R4＝－k2 ?＝-2×0.47×10＝-0.94×10
376、采用四个性能完全相同的电阻应变片（灵敏度系数为K），将其贴在薄壁圆筒式压力传感元件外表圆周方向，弹性元件周围方向应变，
式中，p为待测压力， ?泊松比，E杨式模量，d为筒内径，D为筒外电压U。
要求满足如下条件：
（1）该压力传感器有温度补偿作用； （2）桥路输出电压灵敏度最高。
试画出应变片粘贴位置和相应桥路原理图并写出桥路输出电压表
达式。
径。现采用直流电桥电路，供电桥
－4－4
(2??)d?t?p2(D?d)E计算题376题图
解：按题意要求圆周方向贴四片相同应变片如果组成等臂全桥电路。当四片全感受应变时，桥路输出信号为零。故在此种情况下，要求有补偿环境温度变化的功能，同时桥路输出电压还要足够大，应采取参比测量方式即两片R1、R3贴在有应变的圆筒壁上做敏感元件，而另两贴片R2、R4在不感受应变的圆筒外壁上作为补温元件，如图（a）所示。
然后再将四个应变片电阻接入图（b）桥臂位置上。此时被测压力变化时， R1、R3随筒壁感受正应变量? 1>0， ? 3 >0。并且? 1＝ ? 3 ；R2和R4所处位置筒壁不产生应变，故? 2＝ ? 4＝0。桥路电压U0只与敏感元件R1、R3有关，故把R1和R3放在桥壁上，可获得较高的电压灵敏度。则输出信号电压U0为
另一方面R2、R4放于桥臂上与R1、R3组成的全桥测量电路，当环境温度变化时产生境温度变化有补偿作用，使
的电阻变化量均相同，故对环
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