2022年传感器与检测技术试题与答案

1、第 1 章 传感器与检测技术基础摸索题答案 l. 检测系统由哪几部分组成 . 说明各部分的作用； 答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器, 测量电路和显示记录装置等几部分组 成,分别完成信息猎取, 转换, 显示和处理等功能；当然其中仍包括电源和传输通道等不行 缺少的部分；下图给出了检测系统的组成框图； 指示仪 被测量 传感器 测量 记录仪 电路 电源 数据处 理仪器 检测系统的组成框图 传感器是把被测量转换成电学量的装置, 明显, 传感器是检测系统与被测对象直接发生 联系的部件, 是检测系统最重要的环节, 检测系统猎取信息的质量往往是由传感器的性能确 定的,由于检测系统的其它环节无法添

2、加新的检测信息并且不易排除传感器所引入的误差； 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号； 通常传感器 输出信号是脆弱的, 就需要由测量电路加以放大, 以中意显示记录装置的要求； 依据需要测 量电路仍能进行阻抗匹配,微分,积分,线性化补偿等信号处理工作； 显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节, 大小或变化的过程； 2. 传感器的型号有几部分组成,各部分有何意义 . 依次为主称（传感器） 被测量转换原理序号 主称传感器,代号 C； 主要作用是使人们明白被测量的 被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记；见附录表 2； 转换原理用一个或两个汉语拼音的第一个大

3、写字母标记；见附录表 3； 序号用一个阿拉伯数字标记,厂家自定,用来表征产品设计特性,性能参数,产 品系列等； 如产品性能参数不变, 仅在局部有改动或变动时, 加注大写字母 A ,B ,C 等,（其中 I, Q 不用）； 其序号可在原序号后面次序地 例：应变式位移传感器： C WY - YB - 20；光纤压力传感器： C Y - GQ- 2； 3. 测量稳压电源输出电压随负载变化的情形时,应当接受何种测量方法 . 如何进行 . 答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情形时, 最好接受微差式测量； 此时输出电压 认可表示为 U0, U 0=U+ U,其中 U 是负载电阻变化所引起的输出电压变

4、化量,相对 U来讲为一小量；假如接受偏差法测量,外表必需有较大量程以中意 U0 的要求,因此对 U , 这个小量造成的 U0 的变化就很难测准；测量原理如下图所示： 图中使用了高灵敏度电压表毫伏表和电位差计, Rr 和 E 分别表示稳压电源的内阻 和电动势,凡表示稳压电源的负载, E1 ,R1 和 Rw 表示电位差计的参数；在测量前调整 R1 精品文档,供参考！ 第 1 页,共 6 页使电位差计工作电流 I1 为标准值；然后,使稳压电源负载电阻 R1 为额定值；调整 RP 的活 动触点, 使毫伏表指示为零, 这相当于事先用零位式测量出额定输出电压 U；正式测量开头 后,只需增加或减小负载电阻

5、RL 的值, 负载变动所引起的稳压电源输出电压 U 0 的微小波动 值 U,即可由毫伏表指示出来；依据 U0=U +U,稳压电源输出电压在各种负载下的值都 可以精确地测量出来； 微差式测量法的优点是反应速度快, 测量精度高, 特殊适合于在线控 制参数的测量； Rm RP Rw Rr R1 RL E E1 用微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化 4. 某线性位移测量仪, 当被测位移由 4.5mm 变到 减至 ,求该仪器的灵敏度； 解：该仪器的灵敏度为 时,位移测量仪的输出电压由 S 2 mV/mm 5. 某测温系统由以下四个环节组成,各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： / 电桥：

6、放大 器： 笔式记 100 放大倍数 录仪： 求： 1 测温系统的总灵敏度； 2 记录仪笔尖位移 4cm 时,所对应的温度变化值； 解： （1）测温系统的总灵敏度为 S 0.02 100 0.18 cm/ （2）记录仪笔尖位移 4cm 时,所对应的温度变化值为 t 4 6. 有三台测温外表,量程均为 0800,精度等级分别为 级, 级和 级,现要测量 500的温度,要求相对误差不超过 ,选那台外表合理 .解： 级时的最大确定误差值为 20,测量 500时的相对误差为 4； 级时的最大 确定误差值为 16,测量 500时的相对误差为 ；级时的最大确定误差值为 12, 测量 500时的相对误差为

7、；因此,应当选用 1.5 级的测温仪器； 精品文档,供参考！ 第 2 页,共 6 页7. 什么是系统误差和随机误差 .正确度和精密度的含义是什么 . 它们各反映何种误差 .答：系统误差是指在相同的条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变, 或依据确定的规律变化的误差； 随机误差就是指在相同条件下, 多次测量同一量时, 其误差 的大小和符号以不行预见的方式变化的误差；正确度是指测量结果与理论真值的一样程度, 它反映了系统误差的大小,精密度是指测量结果的分散程度,它反映了随机误差的大小； 8. 听从正态分布规律的随机误差有哪些特性 .答：听从正态分布规律的随机误差的特性有： 对称性

8、随机误差可正可负, 但确定值相等的 正,负误差显现的机会相等；也就是说 f - 曲线对称于纵轴；有界 在确定测量条件 性 下,随机误差的确定值不会超过确定的范畴, 即确定值很大的随机误差几乎不显现； 抵偿性 n在相同条件下,当测量次数 n时,全体随机误差的代数和等于零,即 lim n i 0 ；单 i 1 峰性 确定值小的随机误差比确定值大的随机误差显现的机会多, 即前者比后者的概率密度 大,在 =0处随机误差概率密度有最大值； 9. 等精度测量某电阻 10 次,得到的测量列如下： R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 1 求 10 次测量的算术平均值 R,测量的标准误

9、差 和算术平均值的标准误 s； 差 2 如置信概率取 ,写出被测电阻的真值和极限值； 解： 1 求 10 次测量的算术平均值 R ,测量的标准误差 和算术平均值的标准误s； 差 R10 R1 R2 Rn i 1 10 10 .11n2 x 21nv 2110 v 222222 0.153 x n1n1i 1 9i1i 1 s n2222910 2 如置信概率取 ,被测电阻的真值为： R0 3s 0.173 极限值为： Rm 3 精品文档,供参考！ 第 3 页,共 6 页10. 试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系； 答：如以下图,电桥各臂的电阻分别为 R1, R2,R3, R4； U 为电

10、桥的直流电源电压； 当四臂电阻 R1=R2=R3=R4=R 时,称为等臂电桥；当 R1=R2=R,R3=R4=R RR 时,称为输出 对称电桥；当 R1=R4=R, R2=R3=R RR 时,称为电源对称电桥； A DR1 R2CU0 R4R3B U直流电桥电路 当电桥输出端接有放大器时, 由于放大器的输入阻抗很高, 所以可以认为电桥的负载电 阻为无穷大, 这时电桥以电压的形式输出； 输出电压即为电桥输出端的开路电压, 其表达式 为 R1 R3 R2 R4 3U o U 1 R1 R2 R3 R4 设电桥为单臂工作状态,即 R1 为应变片,其余桥臂均为固定电阻；当 R1 感受被测量产 生电阻增

11、量 R1时,由初始平稳条件 R1R3=R2R4 得 R 1 R 4,代入式（ 1）,就电桥由于 R1 R2 R3 产生不平稳引起的输出电压为 U 0 R1 R2 R1U R1 R2 R1 U 2 2 R2 R1 2 R2 R1 对于输出对称电桥, 此时 R1=R2=R,R3 =R4=R ,当 R1 臂的电阻产生变化 R1 =R,依据（ 2） 可得到输出电压为 U 0 URR RUR3 =R 时,由式（ 2） R 2 R R4 R 对于电源对称电桥, R1=R4=R,R2=R3=R ；当 R1臂产生电阻增量 R 1得 对于等臂电桥 U 0 URR R4 R 2 R RR1=R2=R3=R4=R,

12、当 R1 的电阻增量 R1=R时,由式（ 2）可得输出电压 为 U 0 URR RUR5 电桥的输出电压也随着变 R 2 R R4R由上面三种结果可以看出, 当桥臂应变片的电阻发生变化时, 化；当 R R 时,电桥的输出电压与应变成线性关系；仍可以看出在桥臂电阻产生相同变 化的情形下, 等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大, 即它 们的灵敏度要高；因此在使用中多接受等臂电桥或输出对称电桥； 在实际使用中为了进一步提高灵敏度, 常接受等臂电桥, 四个被测信号接成两个差动对 称的全桥工作形式, R1=R +R,R2=R-R,R3=R+R,R4=R-R,将上述条件代入式 1

13、 得 精品文档,供参考！ 第 4 页,共 6 页U 0 4URUR6 4 倍,所以 4RR由式 6看出,由于充分利用了双差动作用,它的输出电压为单臂工作时的 大大提高了测量的灵敏度； 第 2 章 电阻式传感器摸索题答案 1. 金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同 .答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的, 主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的； 2. 直流测量电桥和沟通测量电桥有什么区分 .半导体材料的应变效应就 答：它们的区分主要是直流电桥用直流电源, 只适用于直流元件, 沟通电桥用沟通电源,适 用于全部电路元件； 3. 热电阻测量时接受何种测量电路

14、 .为什么要接受这种测量电路 .说明这种电路的工作原理； 答：通常接受电桥电路作为测量电路； 分之一电桥电路； 由于接受这种电路, 为了克服环境温度的影响常接受下图所示的三导线四 热电阻的两根引线的电阻值被支配在两个相邻的桥臂 t 中,假如 R1 t R2 ,就由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消； R1 R2R 1Rt R4 R3 R热电阻的测量电路 4. 接受阻值为 120 灵敏度系数 的金属电阻应变片和阻值为 120 的固定电阻组成电 桥,供桥电压为 4V,并假定负载电阻无穷大；当应变片上的应变分别为 1 和 1 000 时,试 求单臂,双臂和全桥工作时的输出电压,并

15、比较三种情形下的灵敏度； 解：单臂时 U 0 K U ,所以应变为 1 时 U 0 K U 42 10 62 10 6/V ,应变为 4441000 时应为 U 0 K U 42 10 32 10 3 /V ；双臂时 U 0 K U ,所以应变为 1442时 U 0 K U 42 10 64 10 6/V , 应 变 为 1000 时 应 为 22精品文档,供参考！ 第 5 页,共 6 页U 0 K U 642 10 34 10 3/V ； 全 桥 时 U 0 K U , 所 以 应 变 为 1 时 22U 0 8 10 /V ,应变为 1000 时应为 U 0 8 10 3/V ；从上面的运

16、算可知： 单臂时灵敏度 最低,双臂时为其两倍,全桥时最高,为单臂的四倍； 5. 接受阻值 R=120 灵敏度系数 的金属电阻应变片与阻值 R=120 的固定电阻组成电 桥,供桥电压为 10V ；当应变片应变为 1000 时,如要使输出电压大于 10mV ,就可接受何 种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？ 解：由于不知是何种工作方式,可设为 n,故可得： 310 mV U 0 K U n210 10 n得 n 要小于 2,故应接受全桥工作方式； 6. 如以下图为始终流电桥,供电电源电动势 E=3V , R3=R4=100 , R1 和 R2 为同型号的电阻 应变片, 其电阻均为 50 ,灵敏度系数 ；两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的 正反两面；设等强度梁在受力后产生的应变为 5 000,试求此时电桥输出端电压 U 0； R4 R3 R1 R1 R2R2 题 6 图 解：