传感器及检测技术试题5答案和评分标准

《传感器及检测技术》试卷标准答案及评分标准一、单选题（每题2分，共20分）12345678910CBCDAACBBB二、判断题（每题1分，共10分）12345678910××√√×√×××√三、简答题（共20分）1.（共5分）（共5处得分点。答错/漏答一项扣1分，扣完为止；若只简要回答每项提纲，没有进行具体阐述，扣3分。）答：（1）原理与特点不同：热电偶的测温原理是基于热电效应；热电阻的测温原理是基于导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性；（2）信号性质不同：热电偶是产生热电动势的变化；热电阻产生的是阻值变化；（3）检测的温度范围不一样：热电偶是中高温检测，热电阻通常是中低温检测；（4）材料不同：热电偶是双金属或合金材料，热电阻是一种金属材料；（5）工作中的现场判断不同：热电偶有正负极，补偿导线也有正负之分，热电阻用万用表判断短路和断路即可。2.（共8分）（每点2分，论述清楚，意思正确即可得分。回答不完整，酌情扣分。）答：（1）各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，如铜-铜镍补偿导线只能与铂铑10-铂热电偶配用，铜-康铜只能与镍铬-镍硅热电偶配用等；（2）补偿导线与热电极连接时，正极应当接正极，负极应当接负极，极性不能反接，否则将会造成更大的测量误差；（3）补偿导线与热电偶连接的两个接点必须靠近，尽量保持两个接点温度相同；（4）补偿导线必须在规定的温度范围内使用，而且补偿导线长度控制在15m以内。3.（共8分）（论述清楚，意思正确即可得分。回答不完整，酌情扣分。）答：金属应变片电阻变化主要由其结构尺寸变化所致，而半导体应变片是利用半导体的物理效应即压阻效应工作的。金属应变片：优点：结构简单，频率特性好，价格低廉，品种多样，可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。缺点：具有非线性，输出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等；不能用于过高温度场合下的测量。（4分）半导体应变片：优点：灵敏度高，工作频带宽，机械迟滞小，分辨力高。缺点：温度稳定性差，灵敏度离散性打，非线性误差大。（4分）四、电路分析题(共24分)（划线文字为主要得分点，漏写/错写不得分）1.（共11分）答：（1）（3分）PTC热敏电阻是一种正温度系数的热敏电阻，其电阻值随着温度升高而增大。（2）（4分）热敏电阻PTC由运放LMV358构成的恒流源来驱动。当PTC热敏电阻表面温度升高时，阻值增大，TP1处电压增加，TP2处电压减小，当温度上升至一定值时，TP2处电压小于TP3处电压，比较器U10A将输出低电平，红色发光二极管将被点亮，说明温度大于设定的上限温度；反之，当PTC表面温度下降时，热敏电阻阻值减小，TP1处电压减小，TP2处电压增加，当温度下降到一定值时，TP2处电压大于TP4处电压，比较器U10B输出高电平，绿色发光二极管将被点亮，说明温度小于设定的下限温度；当PTC表面温度介于设定的上下限温度之间时，两个发光二极管均不亮，表示温度正常。（3）（4分）图中RP2负责上限温度设置，RP1负责下限温度设置。2.（共12分）答：（1）（4分）超声波发送器是利用逆压电效应制成的，即在压电元件上施加电压，元件变形引起空气振动产生超声波。超声波接收器是利用正压电效应制成的，即接收到的超声波促使接收器的振子随着相应频率进行振动，由于存在正压电效应，就产生与超声波频率相同的高频电压。（发射、接收各2分）（2）（8分）模块1为控制电路。超声波发射器并不需要连续向外发送超声波信号，而是在一定时间间隔内发送一串脉冲。由U2组成低频振荡器，并通过非门取反得到一个正脉冲宽度大约为1ms的控制信号（周期大约为72ms）。（3分）模块2为40KHz超声波信号产生电路。其中U4的4脚受到脉冲作用，每1ms对外发送一串40KHz的脉冲信号（40个脉冲信号），其脉冲频率以及信号占空比可通过RP1电位器进行调节。（3分）模块3为驱动电路。为增大超声波发射探头的驱动电流，本电路采用了两个反相器并联结构以增大电路的驱动电流。（2分）五、分析计算题(共26分)1.（共6分）解：γ∴∆x=±0.02V（3分）故δ=∆x2.（共12分）（本题除了考核学生公式计算等能力，还有学生对单位的认知能力。测量中单位很重要，若计算正确，单位有误，根据具体情况扣分）解：（1）γx1=∆xδ1=∆x1x0×100%=（2）γx2=∆xδ2=∆x2x0×100%=（3）γx3=∆xδ3=∆x3x0×100%=综上所述，只有δ3<2.5%满足要求