传感器(同名637)

1、2007 甲、概念1、传感器的作用是什么？ 2分答：传感器的作用就是将感知的被测量按一定的规律转化为某一种量值输岀，通常是电信号。2分2、什么是引用误差？答：引用误差为仪器仪表示值误差与仪表量程的百分比，即3、什么是热电效应？热电偶测温回路产生的电势有哪些？ 2分答：两种不同的导体或半导体连接成一个闭合回路，当两接点温度不同时，那么在该回路中就会产生电 动势，这种现象称为热电效应。2分热电偶测温回路产生的电势有两种：接触电势和温差电势。4、用函数表达式来描述中间温度定律。 答：E的,To) - m汹:J 為)+ ( T % )5、什么是灵敏度？也尸2分答：灵敏度指输岀的变化量与输入的变化量之比

2、，即二、填空1、仪表的精度等级是 最大绝对允许误差 除以 量程 乘以100%。 2分2、 传感器输入量一般是非电 量，转换成的输出量是 电 量。2分3、 试说明液位数据采集系统作为标定系统的非电量的标准发生器液位量筒 。2分4、 试说明液位数据采集系统作为标定系统的待标定的传感器液位变送器。2分5、 差动变压器式传感器铁芯位移变化使一次绕组与二次绕组之间的互感 参数2分 发生变化。三、选择1、数据采集实验中所用的各种变送器标准输岀信号 AA电压；B电阻；C电感；D电流。2分2、 C是在相同条件下，屡次测量同一被测量值的过程中出现的误差，它的绝对值和符号以不可预计的方式变化。2分A相对误差；B绝

3、对误差；C随机误差；D系统误差。3、电阻应变传感器测量力，测量力使应变片产生应变，同时 A值发生相对 2分 变化。A电阻；B电容；C电感；D自感。2分4、传感器是处在检测系统的A。A信号输入端；B数据处理单元；C信号输出端；D显示单元5、 丨不属于检测系统的静态指标。A丨灵敏度；B丨非线性度；C时间常数；D丨回程误差。四、判断1、传感元件的输入-输岀特性一定呈线性。否2分2、变送器的输入-输岀特性一定呈线性。是2分3、电阻应变片发生的应变是属于电量变化。否2分4、应变片的电阻发生变化是属于电量变化。是2分5、自感式电感传感器的测量电路是采用交流供电的电桥电路。是2分五、简述10 分概述压力数据

4、采集实验的主要测量原理。以压力变送器为标准检测仪器，来检测压力表的性线度。将压力变送器输岀的电压信号值vi换算成压力测量值pi,并与对应压力表示值 pi'比拟，纪录每点一组测试值； p1、p1'，p2、p2'， p3、p3'，, pn、 pn'o找出pi - pi'最大一组测试差值作为最大非线性绝对误差示值 Lmax = pi - pi'。其中y L 线性度非线性误差； Lmax最大非线性绝对误差示值；YFS压力表量程。六、论证：20分现有A、B两个不同输出信号形式的压力传感器，A输出直流电压信号 Vo，B输出直流电流信号Io,可分别经信

5、号线接到显示仪表。设信号传输线的电阻为Rl，显示仪表信号输入电阻为 Ri、输入电压为Vi。请用电路分析的方法，讨论最好选用哪个压力传感器。如图1所示。(b)B传感器信号传输电路答：分析图1 a的电路有以下关系式:(1)甩+尺j(2)Vi的大小与信号线的电阻Rl有关，电阻Rl越大，输入由、2式可得3式： 从3式可看出，显示仪表的输入电压 电压Vi越小。分析图1 b的电路有以下关系式：4 =呗从5式可看出，显示仪表的输入电压Vi由上述分析可知，B传感器输岀直流电流信号 选B传感器。七、计算 下表是所测的液位数据采集实验的一组数据。其中 液位相对应的电压值，是液位传感器的输岀量。液位Di=k Di&

6、#39; + b(1)求：k值和b值结合实验具体说明k值和b值分别表征什么实际意义？。的大小与信号线的电阻 Rl无关。为恒流源，在信号线中传输无衰减与损耗，所以最好Io10 分Di表示液位，是液位传感器的输入量；Vi表示与与电压Vi最终标定结果用以下公式表示， 即 ViD； (mm)0100200300400500(50070080090010001 740fi1 6501.5S71.4341.4261 3281.2501 1871 0901.0501.005答；首先求k的算术平均值，将表榕中的数据代入下式，求出平均11k=o aco73e将表格中的零点值： Di = 0，Vi =1.7406

7、代入1式中，求出 b = 1.7406。k值是表征液位变送器输岀量与输入量的比值，即灵敏度。b值是表征液位变送器的输岀量与输入量初始点的数值不相同，即特性直线不经过坐标原点。八、应用共20分，每题10分以下图由C型弹簧管与差动变压器组成的两环节传感器检测系统，各环节在规定的检测范围内，均具有线性特性。C型弹簧管受04MPa液压介质作用，使其管末端产生与压力相对应，大小为 L的位移量，带动 差动变压器的铁芯移动；再经差动变压器测量环节输出与位移量大小相对应的 15 V标准电压信号。其中相敏检波放大单元的放大系数为K = 400。1指岀各环节信号传输方向2各环节的函数式与检测系统输岀量的函数式。3

8、求证输入P与输岀V的函数关系式。答：1信号的传输方向 PT L T V0。2首先分析差动变压器检测环节的输入-输岀关系，当差动变压铁芯位移 L = 0时，差动变压器测量环节输岀电压 V0 = 1V ;当差动变压铁芯位移到达最大时L = Lmax时，差动变压器测量环节输岀电压V0 = 5V。在规定的检测范围内，输入与输岀成线性关系。即有如下关系成立:由上方程组得:r 1z 100卩Q = 400Z+1(1)再分析C型弹簧管检测环节的输入一一输岀关系，当输入压力P = 0时，C型弹簧管的末端位移L = 0 ;当输入压力到达P = 4MPa时，C型弹簧管的末端位移 Lmax = 1/100。在输入量

9、P从04MPa检测范围内， 输入与输岀成线性关系。即有如下关系成立：3、将1式代入2式中得该系统总的输入输岀特性: 2007 乙、概念1、 什么传感器的标定？2分 答：标定指利用标准设备产生标准量，或用基准量来确定传感器输岀电量与输入非电量之间关系的过 程。2、传感器的精度一般均比机械式压力表的精度高。当分析机械式压力表的线性度时，以哪种传感器为标准器？为什么？ 2分答：以压力变送器与 PC机组成的数据采集系统为标准器。因为该系统的精度等级要高于压力表。3、 什么是传感器的动态特性？ 2分答：动态特性是指传感器在测量动态信号时，输岀对输入的响应特性。4、 什么是回程误差？ 2分答：实际测量系统

10、在相同的测量条件下，当输入量由小增大，或由大减小时，对于同一输入量所得到的两 个输岀量的差值，称为回程误差。5、 岀现回程误差的主要原因是什么？2分 答：岀现回程误差的主要原因是传感器机械局部存在不可防止的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动等 因素。二、填空1、 精度高，说明 系统 误差与随机 误差都小。2分2、在相同条件下，屡次测量同一被测量值，其误差的绝对值和符号或保持不变，或条件变化时按某一规律变化，具有这和性质的误差称为系统误差。2分3、试说明液位数据采集系统作为标定系统的非电量的标准发生器液位量筒 。2分4、试说明液位数据采集系统作为标定系统的待标定的传感器液位传感器 。2分5、差动

11、变压器式传感器铁芯位移变化使一次绕组与二次绕组之间的互感 参数2分发生变化。三、选择1、数据采集实验中所用的各种变送器标准输岀信号 AA电压；B电阻；C电感；D电流。2分2、 C是在相同条件下，屡次测量同一被测量值的过程中出现的误差，它的绝对值和符号以不可预计的方式变化。2分A相对误差；B丨绝对误差；C随机误差；D丨系统误差。3、 电阻应变传感器测量力，测量力使应变片产生应变，同时A值发生相对2分变化。A电阻；B电容；C电感；D自感。2分4、传感器是处在检测系统的A。A信号输入端；B数据处理单元；C信号输出端；D显示单元。5、 为了减小绝对误差，用同一精度的仪表测量，选择量程CA丨要最大；B丨

12、要最小；C要接近被测量值；D适中。四、判断1、传感元件的输入一输岀特性一定呈线性。否2 2、变送器的输入一输岀特性一定呈线性。是3、电阻应变片发生的应变是属于电量变化。否24、应变片的电阻发生变化是属于电量变化。是25、自感式电感传感器的测量电路是采用交流供电的电桥电路。是2分五、简述1、液位数据采集实验中所用的液位变送器是输岀模拟信号，还是数字信号，请说明你的判断根据。答：液位数据采集实验中所用的液位变送器是输岀模拟信号。变送器的产品铭牌标有输出信号电压15V的字样。2、 传感器的静态特性是什么？主要的技术指标有哪些？ 5分答：传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输岀与输入的 关

13、系称为传感器的静态特性。描述传感器静态特性主要指标有：灵敏度、线性度、迟滞。3、 图1为一测量桥路，其中 R仁R2=R3=R4， 10分Rp为一个温度系数为负的、阻值较大的电阻。试用符号描述Rp补偿零点漂移的变化过程。答: TfTR1fTUaUiTUbUO 工0 (Rp/R1) J UaUa= UUO=0六、论证：图2为一自感式电感传感器的测量电路。 Z1、Z2为传感器阻抗，设当衔铁下移时， Z1 = Z - AZ, Z2 = Z +AZo试推导出U0 = f ( Z)的函数关系和灵敏度K = U0/ Z的数学表达式。10 分TpqLZ答:首先戏整不桥路的闭合回酱电ad!U- F1 十 2)討

14、I1 2 +Z2UU*Z2US =1'22 _ Zl + Z2U 72 -Z1_ 2 _ Z1 -FZ2(1 )1处于初始状态时，Z1=Z2=Z，代入1式，得输出电压內=Q2衔铁下移时，Z1 = Z - Z，Z2 = Z + &代入1式得输出电压_U=77七、计算如以下图3(a)所示测量吊车起吊物质量的拉力传感器。电阻应变片R1、R2、R3、R4帖在等载面轴的弹性体上。弹性体载面积为 2,弹性模量E = 2 t011N/m2，泊松比为0.3，R1、R2、R3、R4标称值均为120Q，灵敏系数为2.0,它们组成全桥 电路，如以下图3 b所示。桥路供电电压为 2 V，测得输出电压为

15、2.6mV。求：1求弹性体的纵 向应变及横向应变；2求该检测系统输入一一输出特性，即 U0 = Kf ( £ );3求该检测系统灵敏度 K = U0 / f ( £ ); 4所吊起的重物质量为多少吨？答:：轴截面积 A =,弹性模量E = 2 >1011 N/m2，泊松比 卩=0.3应变片阻值 R1 = R2 = R3 = R4 = 120Q,灵敏系数 K0 = 2.0，桥路供电电压 E = 2V，桥路输出电压 uO = 2.6mVo解：1求弹性体的纵向应变及横向应变；由题意可知：纵向应变有横向应变有込泊松比H ' /半=r 132求该检测系统输入一一输出特性

16、，即uO = K f £ ;全桥输出电压kUQ =左R山尺2 +卫尺了也尺44E0.7K站23求该检测系统灵敏度K = u0 / f £ ;由2式得3式Aixc =0. 35 ® E®由3式得该检测系统灵敏度ALtQ AUf,4所吊起的重物质量 m为多少吨由2式得纵向应变1.86 X2Awo Z X 2.6 X IO'3OJS = 0 7 X NO X 2横向应变 Q= 1F 0.3 1.86 XO-3 = 5.58 10-4由1式得传感器所受的拉力为:F = AE 1 = 1.96 1-3 -011 .86 -0-3= 7.2912 -05 (

17、N)重物的质量为：p7.291 2 X 1 O5m p 鼻74 4(f)9.8 X 10J9* X八、应用以下图，在转轴上开 N个凹槽，每秒转过涡流传感器的凹槽数为Z。1该测速仪的输入量是属于什么物理量？与转轴的转速成种关系？5分2经放大整形电路输岀的是什么信号？试画岀波形图，求转轴的转速n = ?,5分单位r/min口詞流传盛寤_-放大讎形答：1输入量为频率，与转轴的转速成正比。2经放大整形电路输出的是方波信号。波形图如下表示:L个方波Ist设每秒转数J旳|n'，那么有如下比例关系成立:所以,60Z2007 丙、填空题共30分，每题3分1、精确度是精密丨度和准确度的总和。2、通常用传

18、感器的 线性度和灵敏度来描述传感器的输岀一输入特性。3、导电材料因变形而引起的 电阻丨值变化的现象称为 应变效应。4、电感式传感器是利用电磁感应的原理将被非电量转换为线圈的自感系数或互感变化的装置。5、 热电偶回路产生的热电动势由接触丨电动势和温差电动势两局部组成。6、 金属热电阻具有 正丨的温度系数，热敏电阻具有正丨的温度系数或 负的温度系数。7、 传感器静态特性的主要技术指标包括灵敏度、线性度和迟滞丨。&被测量数值处在 稳定状态时，传感器输入输岀关系称为传感器的静态特性。9、涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量。10、电阻应变片是由金属丝、基底、引线、盖层、粘贴剂组成。其核心

19、局部是金属丝 二、选择共10分，每题2分1、数据采集实验中所用的各种变送器标准输岀信号 A丨。A电压；B电阻；C电感；D电流。2、 C是在相同条件下，屡次测量同一被测量值的过程中岀现的误差，它的绝对值和符号以不可预计的方式变化。A相对误差；B绝对误差；C随机误差；D丨系统误差。3、电阻应变传感器测量力，测量力使应变片产生应变，同时 A值发生相对 变化。A电阻；B电容；C电感；D自感。4、传感器是处在检测系统的A。A信号输入端；B数据处理单元；C信号输出端；D显示单元5、 为了减小绝对误差，用同一精度的仪表测量，选择量程CA丨要最大；B丨要最小；C要接近被测量值；D适中。三、问答题共20分，每题

20、10分1、说明变间隙型自感式传感器的组成、工作原理并画岀。答：I 7'I组成：线圈，铁心和衔铁三局部组成工作原理：衔铁与被测物体连接，被测物体带动衔铁位移，使气隙6变化，弓I起磁阻变化。从而导致电感线圈电感值变化。只要测岀这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小。四、论证共20分每题10分1、金属电阻应变片在使用时，为什么会产生温度误差？2、 如以下图所示，将两个应变片 R1、R2,在同一温度场；R1受力为工作片，R2不受力为补偿片；连接在 相邻桥的桥臂上。当温度发生变化时，工作片R1和补偿片R2的电阻都发生变化，由于R1与R2为同类应 变片，又粘贴在相同的材料上，因此，温度变化引起

21、的应变片电阻变化量相同。 t 温度的变化值单位为'Ca 电阻丝的电阻温度系数，表示单位温度变化引起的电阻相对变化单位为1/C。由于电阻会随环境温度升高而增大，会给与应变相对应的电阻测量造成误差。2、由图可知：1温度变化引起的应变片 R1、R2电阻变化量相同，即 R1t = R2t ；2应变片R1为工作片，工作时：其电阻变化量为R1 = R + R1t;不工作时：其电阻变化量 R1 = R1t;应变片R2为补偿片，其电阻变化量为R2 = R2t;3R3 R4为平衡电阻，其电阻变化量厶R3 = R4 = 0 ;U40U4刪U_ 40=0由上述分析，应变片 R1不工作时，桥路输岀为：(Ml

22、- LR2-出3+ 出4)(ARI 一 甩)- AA2t)环境温度变化而引起的电阻变化使R1t和 R2t的作用相互抵消，试件未受应力时，电桥仍然平衡应变片R1工作时，桥路输岀为:U-(Ml 4馳U(A/?l -+侦ULR4冗0R2起到温度补偿从上式可知，电桥输岀只与被测试件的应变有关，而与环境温度无关，所以应变片 作用0809 1甲一、填空共30分，每空3分1、 为了使用目的所采用的接近真值的值代替真值，它与真值误差可忽略不计， 这样的值称为约定真值。2、 绝对误差与仪表的量程之比，称为引用误差。3、 静态特性的主要技术指标主要有灵敏度、线性度、分辨率、迟滞度 。4、 动态特性是指动态测量时，

23、输岀量和输入量随时间 变化的特性。5、 传感器输入量一般是非电量 量，转换成的输出量是电 量。6、 应变式电阻传感器中的测量电路在初始状态时，经调整、补偿后输岀应为零 。7、 在热电偶回路中接入第三导体后， 只要第三种导体连接端的 温度 相同,就不会影响热电偶回路的热 电势。&自感式电感传感器通过改变磁路间隙来测量机械位移量。二、分析与解答共30分，每题5分1、金属应变片粘贴在弹性试件上，构成一种传感器。弹性试件受力产生应变£，使金属应变片的电阻产 生相对变化量 R/R，设该金属应变片灵敏度为 K，写岀传感器特性公式，并指岀传感器的输入量、输 岀量，说明属于何种物理量。R答：

24、传感器特性公式为：K输入量为机械应变量，属于机械位移量；RR输岀量为电阻相对变化量，属于电参量。R2、求均方根偏差b时，用何值代替真值？写岀计算公式。答：用算术平均值X代替真值。均方根偏差为% x)2i 13、随机误差是在相同条件下，屡次测量同一被测量值的过程中岀现的误差，它的绝对值和符号以不可预计的方式变化，但符合哪种分布概率？画出分布曲线答：符合正态分布曲线4、一般传感器的输入与输岀关系呈何种规律？其灵敏度是否为变量？写岀灵敏度的表达式。 答：一般传感器的输入与输岀关系呈线性规律，其灵敏度为常量。灵敏度的表达式为Ky 输出变化量x 输入变化量5、分别用量程为1000kg的磅称和量程为150

25、 kg的人体称称体重，两称的精度均为1级,用哪种称量误差较小？误差各为多少kg?答：人体称称量误差较小。磅称量的绝对误差1100010kg100人体称量的绝对误差11501.5kg100K(T To)innA enB6、构成热电偶效应有哪两种因素？用接触电势公式说明答：接触电势为 Eab(T, T0)由公式可知：(1) 当nA nB即两种不同材料的导体;(2)当T T0即热电偶冷端与热端存在温差;上两因素具备，那么会产生热电势。三、计算共10分，每题5分图1为光电耦合电路，当流过发光二极管的 电流达Ii = 16mA时，二极管导通压降为 0.7V。 当输入电压为高电位时，光三极管饱和导通，其

26、输出电流为 Io，Ro = R2 = 2 k 。Ro = 1k Qo(1)输出电压U0的幅值与波形，输出信号频率是否与输入信号频率相同？2R1 = ？ U0 = ？解：1输出电压U。的波形为方波，输出信号频,输出信号的幅值为 ：U0 l0 R0 20 1 20v2输入电路分析得:12 Ii R,0.7输出电路分析得：U0 I0 R0四、论证共10分，每题5分Ri120.7120.7=0.706 kIi16212 V2 2上图为应变片温度补偿原理图， 设R,、R2为同一规格的应变片，温度系数a相同，当温度变化 T时,应变片电阻R?R2均为 T，R3、R4为固定电阻，所电阻的初始电阻均为Ro。用全桥工作方式输出表达式论证补偿原理。1写出该电桥的输出表达式。2