工程测试技术习题.pdf

第一部分 1. 试分析传感器的一般构成：传感器一般有敏感元件和转换元件构 成如下图： 其中敏感元件是指传感器中能直接感受或影响被测量的部分。转换元 件是指传感器中能够将敏感元件感受或影响的被测量量转换成适于传 输或测量的电阻、电荷、电压等电量部分。 测量电路一般为信号调理与转换电路，将转换元件输出的电量经电荷 放大器、电桥、振荡器等转换电路，实现信号放大、抗混叠滤波、调 制解调、A/D或D/A转换、电压/频率转换等功能，将信号转换为便于显 示、记录、处理和控制的有用定信号的电路。 2. 常见的热电偶冷端温差补偿方法？ 答：冰点槽法 计算修正法 零点迁移法冷端补偿器法 软件处理法 3. 简述霍尔转角测量的原理 在金属或半导体薄片的两端通过控制电流I，那么半导体中的载流子 （电子）将沿着电流I相反的方向运动。并在磁感应强度为B的外磁场作 用下，使电子受到磁场力FL(洛伦兹力)而发生偏转，从而产生霍尔电压 UH。 (其中，RH霍尔系数，由载流材料的物理性质决定) （ SH灵敏度系数 d 薄片厚度） 如果磁场和薄片的发现夹角为，那么UH = SH I cos，即 4. 传感器的功能是把非电量检测出来，并转换为电量，以便于系 统达到最终的控制目的。以Pt100而言，它把 温度 这一个电压 表或电流表不能测量的非电量转换成热电偶回路中的热电动势 5. 热电偶回路中的热电动势EAB（T,T0）=EAB(T)- EAB(T0)，若 T=T0，则无论A B关系如何，恒有EAB（T,T0）= ，若热端 温度为1000 ，冷端温度为22，电极A内部某点温度为 X=0，则X的存在 不会 影响回路中的热电动势。 6. 半导体热敏电阻传感器可以分为 NTC 和 PTC 两种。 7. 对于电阻应变片连接构成的电桥电路，双臂电桥电路 能 进行温 度补偿。 8. 某压电式传感器用于测量振动加速度，其灵敏度S为600mv/g， 其输出电压为 U0=1200sint(mv)，其所测加速度最大值为 2g （计算公式为：） 9. 传感器常采用 420mA 电流或 15V 电压信号做为标准范围的 输出信号。 10. 超声波传感器如何实时监测流量？ 答：超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体 和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。 主要有：时差法测流量 相位差法测流量 频率差法测流量 11.用压电式传感器监测一机件的振动，已知外附质量块m=2000g。 另外有U0=KF=200000000000sin314t(mv)，传感器的灵敏度为1mv/N， 求振动频率、最大加速度值 11. 若电容一般表达式为C=A/d分析，则电容型传感器的工作方式 可以分为 变介质型 变面积型 和 变极距型 12. 由感应方式的不同，电感式传感器有 自感 和 互感 两类，由 L=N2uA/(2)可知，这种电感式传感器可测量的基本物理量是 空间尺寸 13. 温度t=0时，热电阻Cu50的电阻值应该为 50 14. 光电管的原理是基于 外光电效应 15. 已知以传感器的I/O函数关系为y=100x+4，则该传感器的灵敏度 为K= 100 16. 传感器如何判断纸张的白度是否达标？（投射，反射或直射其中 的方法） 17. 涡流传感器转速监测的原理是什么？ 答：涡流传感器的工作原理是基于电涡流效应。如图所示： 线圈自感的变化程度取决于励磁电流i1的频率f，线圈L至 金属板之间的距离，线圈L的外形尺寸，金属导体材料的 电阻率、磁导率等参量有关。当改变其中一盒参量（其 余为常量）则线圈自感就成为此参量的单值函数，即可达到 不同的测量目的。改变，就是测量位移量，通过机械装置将 角速度与线速度互相转换，就可以达到以测量位移量而实现测量转速 18. 设计一系统实现行进中汽车的转速监测功能。传感器自选。 第二部分 1. 线性非时变测试系统的零状态响应是激励信号与系统 单位冲激 响应 的卷积积分；线性系统是满足 齐次性 和 叠加性 的系统； 根据激励信号作用之前系统是否响应，系统可分为 非因果 和 因 果 系统，描述系统动态特性的数学模型方法有 微分方程、传递 函数 和 频率特性 三种 2. 频率f的信号作用于线性测试系统，输出信号的频率为 f 。但是 输出信号的幅值与相位会有变化。 3. 体现信号变化的中心趋势或直流分量的值是信号的 均值 。 4. 金属电阻应变片的灵敏度一般为 2 ，用他构成的搬迁电路自身 能 进行温度补偿。 5. 热电偶实际应用中，冷端温度应为T= 0 ，EAB的大小与热电极 的集合形状与尺寸 无 关系。 6. 光纤纤芯折射率n1和包层折射率n2应满足的关系是 n1n2 。 7. 光电池的工作依赖于光生伏特效应，光敏三极管的工作基于 内 光电 效应。 8. 分度号分别为Cu50的传感器，0时，其敏感元件电阻值为 50 ，热敏电阻可分为PTC 和 NTC 两种；光敏电阻的亮电流与暗 电流之差称为 光电流 。 9. 某压力变送器的函数关系式为I=50P+4（单位：mA MPa）当它 的输出电流I为10 mA时，所检测的压力大小是 3/25 MPa 。 10. 对AD590，当温度从50变化到0或100时，其输出变化I= 50A 。 11. 当电转速计与隐灭式光学温度计的测量方式都属于 非接触式 测 量。 12. 信号f(t)=10t，t0，对其拉式变换得 F(s)=10/s 。 13. 非周期信号可分为准周期信号和 瞬态信号 。 14. AD590将其输出电流转换成电压，获得1mV/K的灵敏度，理想状 况下串联电阻阻值为 1000 。 15. 为了提高传感器的线性度和灵敏度，从整体结构上改进传感器的 方法是采用 差动 结构。 16. 由感应方式的不同，电感式传感器有 自感式 和 互感式 两类。 17. 容栅传感器中的敏感元件电容的变化方式属于变 面积 型。 18. 光纤纤芯折射率n1和包层折射率n2应满足的关系是 n1n2 。 19. 若光栅传感器能测量的基本物理量是 位移 ，且两光栅的栅线夹 角为30，所观察的第一条莫尔条纹纵向位移量计算为 y=115m，则光栅片的横向x= 1m 。 20. 温度为0时，热敏电阻Pt100的电阻值应为 100 。 21. 电阻应变式传感器压力检测系统中，弹性钢柱属于 敏感元件 ； 电阻应变片构成的双臂电桥电路 能 进行温度补偿。 22. 金属热电阻Pt50，t=0时，其敏感部件的电阻值应该是 50 。 23. 对理想AD590，当温度从20变化到 100 或 -60 ，其输出变 化I=80A。 24. 霍尔电动势UH=KHIBsin，指的是 B与霍尔元件的法线夹角 ， 0。 25. 对于热电偶，如果A，B两极材料 相同 ，则EAB(T,T0)=0;如果 T=T0，则EAB(T,T0)=0；实际应用中，热电偶冷端温度应该为t0= 0 。 26. 光纤纤芯折射率n1和包层折射率n2应满足的关系是 n1n2 ，其 数值孔径。 27. 光电池的工作是基于 光生伏特效应 ，其物理结构是一个大面 积的PN结。 28. 常见的超声波的产生基于 逆压电效应 ，其接收基于 压电效应 。 第三部分（选择题） 31.传感器的静态特性的参数不包括（ A ） A磁导率 B.灵敏度 C.分辨率 D.线性度 32. 弹性等截面轴轴向受压时（ C ） A轴向应变为正 B.径向应变为正 C.轴向应变为负 D. 泊松系数明显变化 33铂热电阻和铜热电阻相比较，前者的有点是（ A ） A.电阻率大 B.电阻体的体积较大 C.稳定性较差 D.价格便宜 34.自感式传感器中的变气隙比较另外两种形式而言（ A ） A.尺寸测量精度高 B.线性度好 C.灵敏度低 D.不能形成差动式结 构 35.集成霍尔传感器3020T开关（ D ） A.没有磁滞 B.输出包括三种状态 C.不能测量转速 D.无触点磨损 36.光导纤维根据测试中的作用来分类包括（ B ） A.阶跃型 B.功能型 C.单模型 D.多模型 37.石英晶体作为压电材料，其电效应显示于（ A ） A. x面 B. y面 C. z面 D.光轴 38.气体成分测试中，元件阻抗值增大的情况有（ C ） A. 气体CO附于N型半导体 B. 气体O2附于P型半导体 C.还原性气体附于P型半导体 D. T=0K 39.对模拟信号处理不包括（ B ） A.放大 B. D/A C. A/D D.滤波 40.模拟信号的最高频率为314rad/s，以下适合的采样的频率是（ B ） A.50Hz B.100Hz C. 50rad/s D. 100rad/s 41.下列属于传感器静态特性的参数中越小越好的是（ A ） A. 重复性 B.迟滞 C. 相对介电常数 D.磁导率 42.测试系统DSP单元的模拟量输入通道不包括的环节是（ C ） A. 放大 B. 隔离 C. D/A D. A/D 43.电阻应变式传感器不能测量的物理量是（ A ） A. 气体成分 B. 压强 C. 加速度 D. 位移 44.电涡流式传感器不能对以下哪个量进行直接测量（ C ） A.振动加速度 B. 体重 C. 温度 D. 压力 45.每毫米刻线10条或25条的光栅传感器栅片夹角为30，则y=Kx或者 B=Kw，其位移放大数值K值为（ C ） A. 0.628 B. 0.333 C. 115 D .311 46. 石英晶体作为压电材料，其电效应显示于（ A ） A. x面 B. y面 C. z面 D.光轴 47.以下未能体现宏微观动态平衡的事（ D ） A. 霍尔电动势 B. 热电偶的接触电动势 C. PN结 D. 差动式结构 48.某型传感器用以测量振动加速度，其Sn=200mV/g，其输出电压为 u0=1000sint(mV)，则其所测最大及速度值为（ B ） A. 1200m/s B.5g C. 5m/s D. 800m/s 49.超声波传感器不便于监测的是（ B ） A. 零件内部缺陷 B. 温度 C. 厚度 D. 位移 50.气体成分传感器的敏感元件阻抗值减小的情况有（ A ） A. CO附于N型半导体 B. H2附于P型半导体 C. 还原性气体附于P 型半导体 D . T=0K 51.按同一行程多次测量结果来描述传感器性能的参数是（ D ） A. 线性度 B. 迟滞 C. 上升时间 D. 重复性 52.下列接线方式中能减小热电偶测量误差的事（ C ） A. 二线制 B. 二进制 C. 三线制 D. 一线制 53.一铁质金属齿盘有50对凸起（100只齿），现用涡流传感器测量器转 速。u0变化频率为2000Hz，则转速为（ D ）(j计算公式n=60f/p) A. 600r/min B. 800r/min C.2400r/min D.1200r/min 54.以下测量仪表测量方式为非接触式测量的是（D） A. 接触电动势 B. 压电加速度 C. 光电度 D. 光电转速计 55.元件阻抗值曾大的情况有（ C ） A. 气体CO附于N型半导体 B. 气体O 2 附于P型半导体 C. 还原性气体附于P型半导体 D. T=0K 56.下列传感器中性质上区别于其他三个的是（ B ） A.热电偶 B. 光栅传感器 C. DS1820温度传感器 D. 霍尔集成传感器 UGN3020 57.超声波传感器不可以检测的是（ B ） A. 零件探伤 B. 温度 C. 测厚 D. 测速 58.把两块压电片串联可以（ D ） A. 稳定输入 B.减小误差 C. 增大电荷 D. 增大电压 59.以下可用于气体成分检测的材料有（ D ） A.铂铑铂 B. 石英晶体 C. 铜 D. 二氧化钛 60.信号处理单元中常用数字处理器一般表示为（ A ） A.DSP B. MAC C. DDZ D. VT 第四部分 61. 请说明一般测试传感器的构成 敏感元件是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换 装置。 传感元件是一种将敏感元件输出的非电物理量转换成电参量或电 信号形式。 测量电路一般为信号调理与转换电路，将转换元件输出的电量经电荷 放大器、电桥、振荡器等转换电路 62.请分析说明热电阻三线制接线如何消除温度误差 答：三线制测温消除导线产生误差的原理 相邻的两桥臂增加统一阻值的电阻，对电桥的平衡无影响 63.试选择一种传感器进行转速测量，并说明其原理。 答：若被测量旋转体上已开有一条或数条槽或做成齿状，则可以在旁边 安装一个电涡流传感器，当转轴转动时，传感器周期也改变着与 旋转体表面的距离。由于它的输出也是周期性的发生变化，此输 出信号经过放大、变换后，可以可以用频率计测出其变化频率， 从而测出转轴的转速；若转轴上开P个槽，频率计的读书为f（单 位：Hz），则转轴的转速n（单位为：r/min）的计算公式为 n=60f/P。 64.试述热电偶的中间温度定律及实用意义 答：一个热电偶闭合回路接入三种导体材料，只要这三种材料连接的 接点相同，则次回路的热电动势数值不因第三材料的接入而改变， 即E总=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0) 65.说明光栅传感器的位移放大原理。 答：位移的放大作用：当光栅每移动一个光栅栅距时W时，莫尔条纹也 跟着移动一个条纹宽度BH，如果光栅做反向移动，条纹移动方向也 相反。莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角之间的关系式为： ， 越小，越大，这相当于把栅距W放大了倍，从而提高了测量的灵 敏度。 66.如何理解数值孔径为NA？ 答： 67.请计算说明电容传感器通过何种电路使极距电压关系线性化？ （图） 答; 68.试对电容式传感器实现角位移的测量的过程和原理进行分析。 答：当动极板有一个角位移时，与定极板之间的有效覆盖面积就 发生了改变，从而改变了两极板之间的电容量。 (图) 69.简述霍尔测量转角原理 在金属或半导体薄片的两端通过控制电流I，那么半导体中的载流子 （电子）将沿着电流I相反的方向运动。并在磁感应强度为B的外磁场作 用下，使电子受到磁场力FL(洛伦兹力)而发生偏转，从而产生霍尔电压 UH。 (其中，RH霍尔系数，由载流材料的物理性质决定) （ SH灵敏度系数 d 薄片厚度） 如果磁场和薄片的发现夹角为，那么UH = SH I cos，即 71.简述热电偶冷端延长技术及使用意义。 答：热电偶的冷端延长：把热电偶的冷端用一种具有和所连接的热 电偶相同的热点性能、其材料是廉价金属导线延伸到远离被测对象 且温度比较稳定的地方。选功能之一是实现了冷端的迁移；之二是 降低了成本。工程中采用的补偿导线，在0到100摄氏度之间，要求 补偿导线和所配的热电偶具有相同的热电特性。 72.试述传感器如何判断被测物体表面光洁度是否达标。 答：光栅传感器采用反射的基本形式，光电元件可以任选，如光敏电 阻，它没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可以加直流电压， 也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗阻值）很大，电路 中电流很小（暗电流）。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时， 它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中的电流（亮电流）迅速增 大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的 灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻阻值在兆欧级，亮电阻在几千欧 以下。亮电流与暗电流只差叫做光电流。光电器件的输出随被测物 反射回的光通量、光照度而发生变化，此输出信号经过信号处理 后，用电路测出其光强或光通量、照度，从而测定被测物体表面的 光洁度等级。 73.检测系统由那几部分组成？说明个部分的作用。 答：敏感元件是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的 预变换装置。 传感元件是一种将敏感元件输出的非电物理量转换成电参量或 电信号形式。 基本转换电路将电信号量转换成便于测量的电量， 如：电压，电 流，频率等。 75.描述传感器静态特性的主要技术指标是什么？ 答：（1.）线性度 输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度， 又称非线性误差。 （2）