传感器技术与应用- 试卷及答案 试卷2

试卷2得分一、选择题（每题2分，共10分，请将答案直接填写在表1中）表1：题号12345答案1.磁敏式传感器的命名依据是（）。A.结构B.输入量C.输出量D.工作原理2.“光在真空中于1/299792458s内行进的距离”对应（）。A.理论真值B.约定真值C.相对真值。3.在测量过程中，许多因素微小变化的综合影响会造成一次测量数据产生的误差类型是（）。A.系统误差B.粗大误差C.随机误差4.可以在固体、液体、气体三种介质中传播的波是（）。A.横波B.纵波C.表面波D.板波5.分度号Cu50中数字“50”的含义是指当环境温度为（）左右时，铜热电阻的电阻值。A.0°CB.25°CC.100°C得分二、判断题（每题1分，共10分，请将“√”或“×”直接填写在表2中）表2：题号12345答案题号678910答案1.传感器的敏感元件和转换元件可以是同一个构件。2.传感器的阈值是输出端可测的最小的变化量。3.多传感器数据融合系统的特征层融合与数据层融合相比，对通信宽带要求更高。4.检定时间可以根据使用者的实际需要灵活安排。5.处于被测温度场中的热电偶的热电极接触点，被称为热端或自由端。6.绝对式光电编码器的码盘上的码道条数就是其数字编码的位数。7.导体应变片和半导体应变片的工作原理都是应变效应。8.收发一体型和收发分体型的超声波传感器存在检测盲区的原因是相同的。9.通过全极霍尔开关不能辨别磁场的南极和北极。10.化学传感器在检测的过程中不一定会发生化学反应。得分三、填空题（每空1分，共10分）1.热敏电阻测量温度基于效应。2.螺线管式差动变压器实质是感式的电感传感器。3.压电元件可以等效为一个电荷源与一个电容器相联的电荷发生器。4.光电管的工作原理为光电效应。5.莫尔条纹形成实质是光的影像。6.当激励电流不为零，施加磁场的磁场强度为零时，霍尔传感器的输出端仍有电势输出，此电势被称为。7.横波的质点振动方向与波的传播方向。8.在工业测温系统中，金属热电阻通常采用线制接法。9.光纤临界角𝜃c的弦被定义为数值孔径，其值越大，说明光纤的集光能力越强。10.对热电偶进行冷端温度补偿的计算修正法是基于热电偶的定律。得分四、简答题（本题共20分）1.简述传感器静态特性指标重复性与迟滞特性的区别。（4分）2.简述电涡流效应和集肤效应产生的原因和呈现的现象，并明确两者之间存在的联系。（6分）3.简述功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别。（4分）4.简述霍尔效应和物理磁阻效应的联系与区别。（6分）得分五、综合分析题（本题共50分）1.有一个压力变送器，实际测量获得的静态特性曲线与理论拟合直线之间最大的偏差△YLmax为0.2mA，输出电流范围为4～20mA，求该压力变送器的线性度γL。（5分）2.有一台准确度等级为0.5级电压表，量程为10V，当电压测量值U为4V时，请求解本次测量值对应的最大绝对误差和最大测量值相对误差。（10分）3.如图1所示电路图，已知，不受力时，四个电阻标称电阻均为。受到压力作用时，R1、R2阻值变化量，求解输出电压值。（10分）图14.有一直线光栅，栅线密度为250条/mm，主光栅与副光栅的夹角θ为1.8˚。求光栅的栅距W和莫尔条纹的宽度BH。（保留3位有效数字）（10分）5.请从本门课程学习的传感器类型中列举5种可以制作成接近开关的传感器，请逐一简述这5种类型传感器作为接近开关的检测原理。（15分）【试卷2-答案】一、选择题（每题2分，共10分，请将答案直接填写在表1中）表1：题号12345答案DBCBA二、判断题（每题1分，共10分，请将“√”或“×”直接填写在表2中）表2：题号12345答案√××××题号678910答案√××√√三、填空题（每空1分，共10分）1.热电阻2.互3.并4.外5.干涉6.不等位电势7.垂直8.三9.正10.中间温度四、简答题（本题共30分）1.简述传感器静态特性指标重复性与迟滞特性的区别。（4分）答：（1）重复性指在相同的工作条件下，同一输入量从同一方向进行满量程变化，多次趋近并到达同一校准点时所测量的一组输出量之间的分散程度。（2分）（2）迟滞特性指传感器对应同一输入信号，正行程和反行程的输入-输出特性曲线不重合的现象。（2分）2.简述电涡流效应和集肤效应产生的原因和呈现的现象，并明确两者之间存在的联系。（6分）答：（1）电涡流效应金属导体置于变化的磁场中或在磁场中进行切割磁力线运动时，根据电磁感应定律可知，在金属导体中将产生感应电流，由于感应电流呈闭合的漩涡状，所以称为电涡流，此种现象称为电涡流效应。（2分）（2）集肤效应也称为趋肤效应，指导体中通以交流电流或将导体置于交变磁场中，在导体横截面上电流分布不均匀的一种现象，即内部电流不是沿着整个导线横截面传送，而是趋向沿导线表面传送。呈现出导体边缘部分电流密度大，导体中心部分电流密度小的现象。（2分）（3）两者联系集肤效应产生的本质原因是导体内部传输的交变电流产生了交变磁场，感应生成电涡流，电涡流在靠近导体横截面表层的区域流向与主电流方向一致，而在靠近导体横截面中心的区域流向与主电流的方向相反，这就造成导体横截面的边缘部分电流密度大，导体横截面中心部分电流密度小。即集肤效应是因电涡流效应的存在导致的电流在导体中分布不均匀的一种特殊现象。（2分）3.简述功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别。（4分）答：功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别是光纤实际发挥的作用不同：（1）功能型光纤传感器中的光纤，不仅用于传输光信号，还用于对光信号实现调制。（2）非功能型光纤传感器中的光纤，只用于传输光信号。4.简述霍尔效应和物理磁阻效应的联系与区别。（6分）答：（1）联系：（3分）霍尔效应和物理磁阻效应在原理上紧密关联，磁场中的金属导体或半导体材料流过电流时，载流子会受到洛伦兹力作用，载流子会在垂直于电流流向的方向发生偏转，运行轨迹延长，导致电阻率升高，此现象为磁阻效应。在垂直于电流方向的导体两侧会产生内电场，形成电势差，这个现象是霍尔效应。两种效应同时存在。（2）区别：（3分）当外施磁场发生变化时，霍尔效应会导致输出端霍尔电压的变化；物理磁阻效应会导致金属或半导体材料阻值的变化。综合分析题（本题共50分）1.有一个压力变送器，实际测量获得的静态特性曲线与理论拟合直线之间最大的偏差△YLmax为0.2mA，输出电流范围为4～20mA，求该压力变送器的线性度γL。（5分）答：由输出电流范围为4～20mA，可以得到量程：（2分）（3分）2.有一台准确度等级为0.5级电压表，量程为10V，当电压测量值U为4V时，请求解本次测量值对应的最大绝对误差和最大测量值相对误差。（10分）答：由题意已知：→；（2分）量程为；测量值（2分）则最大绝对误差为：（3分）最大测量值相对误差:（3分）3.如图1所示电路图，已知，不受力时，四个电阻标称电阻均为。受到压力作用时，R1、R2阻值变化量，求解输出电压值。（10分）答：图1直流双臂电桥的输出电压求解式：（字母列式6分，代入数值求解4分）4.有一直线光栅，栅线密度为250条/mm，主光栅与副光栅的夹角θ为1.8˚。求光栅的栅距W和莫尔条纹的宽度BH。（保留3位有效数字）（10分）答：（3分）（3分）（4分）5.请从本门课程学习的传感器类型中列举5种可以制作成接近开关的传感器，请逐一简述这5种类型传感器作为接近开关的检测原理。（15分）（主观题，答案不唯一）答案样例：（1）变间隙型、变面积型、变介质型电容式传感器：当被测量接近，电容式传感器的电容量发生变化，可以检测到被测量接近的状态。（3分）（2）电涡流传感器：主要用于检测金属物体的接近。当金属物体接近电涡流传感器在激励电流作用下产生的磁场时，会在金属物体内部感应出电涡流，电涡流会产生一个磁场，反过来影响电涡流传感器产生的磁场，从而导致电涡流传感器端的激励线圈阻抗发生变化，从而检测出金属物体的接近状态。（3