检测与转换技术试卷

试卷（A 卷） 标准答案及评分标准 一、名词解释（本大题共 5 小题，每小题 3 分，共 15 分） 。 1、应变效应： 应变效应是指当金属体或半导体在受到外力作用而发生机械变形时，其电阻值相应地发应变效应是指当金属体或半导体在受到外力作用而发生机械变形时，其电阻值相应地发 生变化（生变化（3 分）分） 线性度（传感器特性） ： 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。 （传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。 （3 分）分） 2、霍尔效应： 把一个导体（半导体薄片）两端通以电流把一个导体（半导体薄片）两端通以电流 I，在垂直方向施加磁感强度，在垂直方向施加磁感强度 B的磁场，在薄片的的磁场，在薄片的 另外两侧会产生一个与控制电流另外两侧会产生一个与控制电流 I和磁场强度和磁场强度 B的乘积成比例的电动势的乘积成比例的电动势 。 或通电的导体 （半。 或通电的导体 （半 导体）放在磁场中，电导体）放在磁场中，电流流 I 与磁场与磁场 B 方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种 现象称霍尔效应现象称霍尔效应。 （3 分）分） 3、热电阻效应：物质的电阻率随温度变化而变化的现象称为热电阻效应。物质的电阻率随温度变化而变化的现象称为热电阻效应。 （3 分）分） 4、光电导效应： 在光线的作用下物体导电率发生变化的现象称为光电导效应（在光线的作用下物体导电率发生变化的现象称为光电导效应（3 分）分） 5、莫尔条纹： 两块具有相同栅距的长光栅叠合在一起，使它们的刻线之间交叉一个很小的角度，在与两块具有相同栅距的长光栅叠合在一起，使它们的刻线之间交叉一个很小的角度，在与 光栅刻线大致垂直的方向上，产生明暗相间的条纹，这些条纹成为莫尔条纹。 （光栅刻线大致垂直的方向上，产生明暗相间的条纹，这些条纹成为莫尔条纹。 （3 分）分） 二二、填空题（本大题共 20 空，每空 1 分，共 20 分） ，请将答案填写在题中横线上。 1、信息提取信息提取 、_信息转信息转换换_2、绝对误差绝对误差 ，相对误差相对误差 3、变气隙型变气隙型 ，变介质型变介质型 和 螺线型螺线型 4、大气窗口低、大气窗口低、 5、 电荷存储电荷存储 ， 电荷转移、电荷输出电荷转移、电荷输出 6、频透射式频透射式 7、_增量式增量式_,绝对式绝对式 8、负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻 和和临界温度系数热敏临界温度系数热敏 电阻电阻 9、电压放大电路、电荷放大电路电压放大电路、电荷放大电路 10、直线位移直线位移感应同步器。 （每空（每空 1 分）分） 三三、简答题（本大题共 7 小题，每小题 5 分。本大题满分共 35 分） 。 1、简述传感器的静态特性定义以及特性指标。 传感器的静态特性是指传感器在静态工作状态下的输入输出特性。 （传感器的静态特性是指传感器在静态工作状态下的输入输出特性。 （2 分）分） 传感器的特性一般传感器的特性一般指输入、输出特性，包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、指输入、输出特性，包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、 稳定度、漂移、电磁兼容性、可靠性等。稳定度、漂移、电磁兼容性、可靠性等。 （3 分）分） 2、试分析磁电感应式传感器与霍尔传感器的异同。 相同点相同点;都是磁感应式传感器，都是都是磁感应式传感器，都是磁电转换原理工作的；磁电感应式传感器体积大，霍尔磁电转换原理工作的；磁电感应式传感器体积大，霍尔 传感器体积小； （传感器体积小； （2 分）分） 不同点：不同点：磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电 量输出。是典型的有源传感器。量输出。是典型的有源传感器。 霍尔传感器工作时需要外加电源，由是半导体材料组成。 （霍尔传感器工作时需要外加电源，由是半导体材料组成。 （3 分）分） 3、热电偶中主要存在哪些电动势，并说明形成的微观原因。 热电偶中主要存在热电偶中主要存在温差电动势和接触电动势两种电动势。 （温差电动势和接触电动势两种电动势。 （1 分）分） 温差电动势：同一导体的两端因其温度的不同而产生的一种热电动势。 （温差电动势：同一导体的两端因其温度的不同而产生的一种热电动势。 （2 分）分） 接触电动势：当两种导体接触时，由于两者电子密度不同，电子在两个方向上扩散的速接触电动势：当两种导体接触时，由于两者电子密度不同，电子在两个方向上扩散的速 率就不同，这样在两个导体之间形成一个电位差。 （率就不同，这样在两个导体之间形成一个电位差。 （2 分）分） 4、简介直流电桥作为测量电路的工作原理。 当电桥各桥臂电阻满足如下条件时当电桥各桥臂电阻满足如下条件时 3241 RRRR 电桥平衡。当电桥平衡。当 R 变化时，利用变化时，利用 E RRRRR RRRRR U )( )( 43211 32411 0 可以进行测量电路阻值。可以进行测量电路阻值。 5、 压电传感器不能测量频率低或静止的参数，试结合其等效电路说明原因。 压电传感器可以看作是一个带电的电容器，当外接负载时，压电传感器可以看作是一个带电的电容器，当外接负载时， 只有外电路负载无穷大，内部也无漏电时，受力所产生的电压只有外电路负载无穷大，内部也无漏电时，受力所产生的电压 才能长期保存下来，若负载不是无穷大，则电路以时间常数才能长期保存下来，若负载不是无穷大，则电路以时间常数 RLCa按指数规律放电，无法测量。所以不能测量频率低或静止的按指数规律放电，无法测量。所以不能测量频率低或静止的 （2 分）分） 参数。 （参数。 （3 分）分） 6、 试简述电磁炉的工作原理 高频电流通过励磁线圈， 产生交变磁场， 在铁质锅底利用涡流效应会产生无数的电涡流，高频电流通过励磁线圈， 产生交变磁场， 在铁质锅底利用涡流效应会产生无数的电涡流， 使锅底自行发热，烧开锅使锅底自行发热，烧开锅 内内 的的 食食 物。物。 7、试分析高分子压电薄膜制作的压电喇叭的工作原理。 先利用压电效应把机械能转换为电能，再利用逆压电效应把放大的电能转换为机械能。先利用压电效应把机械能转换为电能，再利用逆压电效应把放大的电能转换为机械能。 四四、综合题（本大题共 3 小题，每小题 10 分。本大题满分共 30 分） 。 1、画出差动电感传感器的带相敏整流的电桥电路，并分析当衔铁不动而外加电源 U 极性 发生改变时，输出电压 Uo 的极性是否变化及其原因。 如图所示：如图所示： 当输入交流电压为正半周， 即当输入交流电压为正半周， 即 A 点电压为正，点电压为正，B 点为负时，点为负时，VD1、VD4 导通，导通，VD2、VD3 截止。则截止。则 在在 AECB支路中，支路中，C 点电位因点电位因 Z1增大而比平增大而比平 衡时降低；在衡时降低；在 AF FD DB B 支路中，支路中，D D 点电位因点电位因 Z Z2 2减减 小而比平衡时增高。所以小而比平衡时增高。所以 D D 点电点电 （4 4 分）分） 位高于位高于 C C 点电位。点电位。(3 分分) 当输入交流电压为负半周，即当输入交流电压为负半周，即 A 点电压为负，点电压为负，B 点为正时，点为正时，VD2、VD3 导通，导通，VD1、 VD4 截止。则在截止。则在 BCFA 支路中，支路中，C 点电位因点电位因 Z2的减小而比平衡时降低；在的减小而比平衡时降低；在 BD DE E A A 支路中，支路中，D D 点电位因点电位因 Z Z1 1增大而比平衡时增高。所以增大而比平衡时增高。所以 D D 点电位仍然高于点电位仍然高于 C C 点电位。点电位。(3 分分) 输出电压的极性不会改变。输出电压的极性不会改变。 2、试画出电容式传感器的等效电路图，并分别分析其组成部分。 （5 分） C 为传感器的电容，为传感器的电容，RP 为并联损耗电阻，为并联损耗电阻，RS 为串联损耗电阻，为串联损耗电阻， L 为电感，为电感，CP 为寄为寄 生电容（生电容（2 分）分） 并联损耗电阻并联损耗电阻 RP代表极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗， 这些损耗通常在低频时代表极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗， 这些损耗通常在低频时 的影响较大，随着频率的增高，其影响也相应减弱直至可以忽略不计。 （的影响较大，随着频率的增高，其影响也相应减弱直至可以忽略不计。 （2 分）分） 串联损耗电阻串联损耗电阻 RS 代表引线电阻，电容器支架和极板的电阻，只有在工作频率很高时，才代表引线电阻，电容器支架和极板的电阻，只有在工作频率很高时，才 要加以考虑。 （要加以考虑。 （2 分）分） 电感电感 L 是由电容器本身的电感和外部引线的电感所组成。 电容器本身的电感与电容器的是由电容器本身的电感和外部引线的电感所组成。 电容器本身的电感与电容器的 结构形式有关，引线电感则与引线长度有关，引线越短，电感越小。结构形式有关，引线电感则与引线长度有关，引线越短，电感越小。 （2 分）分） 寄生电容寄生电容 CP 主要指电缆寄生电容，它与传感器电容主要指电缆寄生电容，它与传感器电容 C 相并联。电容式相并联。电容式传感器一般电传感器一般电 容量都很小，属于小功率、高阻抗器件，极易受外界干扰。寄生电容比电容传感器的电容容量都很小，属于小功率、高阻抗器件，极易受外界干扰。寄生电容比电容传感器的电容 大几倍至几十倍，且具有随机性，严重影响传感器的输出特性。因此消灭寄生电容的影响，大几倍至几十倍，且具有随机性，严重影响传感器的输出特性。因此消灭寄生电容的影响， 是电容式传感器实用化的关键。 （是电容式传感器实用化的