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《传感器原理与应用》期末考试试题含答案详解

发布日期:2021-03-29 20:30

  《传感器原理与应用》 期末考试试题含答案详解 一 填空(每空 1 分, 共 20 分) 1.通常传感器由___________________部分组成, 是能把外界________转换成________器件和装置。 2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化, 这种现象 称______效应; 半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化, 这种现象 称_____效应。 直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同, 圆 弧部分使灵敏度 K 下降了, 这种现象称为_______效应。 3.螺线管式差动变压器式传感器理论上讲, 衔铁位于中心位置时输出电压为零,而 实际上差动变压器输出电压不为零, 我们把这个不为零的电压称为 ________电压; 利用差动变压器测量位移时如果要...

  《传感器原理与应用》 期末考试试题含答案详解 一 填空(每空 1 分, 共 20 分) 1.通常传感器由___________________部分组成, 是能把外界________转换成________器件和装置。 2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化, 这种现象 称______效应; 半导体或固体受到作用力后电阻率要发生变化, 这种现象 称_____效应。 直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同, 圆 弧部分使灵敏度 K 下降了, 这种现象称为_______效应。 3.螺线管式差动变压器式传感器理论上讲, 衔铁位于中心位置时输出电压为零,而 实际上差动变压器输出电压不为零, 我们把这个不为零的电压称为 ________电压; 利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移 方向(或正负) 可采用______________电路。 4.把一导体(或半导体) 两端通以控制电流 I, 在垂直方向施加磁场 B, 在 另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势, 这种现象称 ________效应, 这个电动势称为_______电势。 外加磁场 使半导体(导体) 的电阻值随磁场变化的现象成________效应。 5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象, 同时在 它的表面产生符号相反的电荷, 当外力去掉后又恢复不带电的状态, 这种 现象称为_______效应; 在介质极化方向施加电场时电介质会产生 形变, 这种效应又称________效应。 6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称________效应; 入射光强改变物质导电率的现象称________效应; 半导体材料 吸收光能后在 PN 结上产生电动式的效应称________效应。 7、 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内 部会产生一圈圈闭合的电流, 利用该原理制作的传感器称_______ 传感器; 这种传感器只能测量________物体。 8、 不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路, 如果两端温度不同, 电路中 会产生电动势, 这种现象称_______效应; 若两金属类型相同两端 温度不同, 加热一端时电路中电动势 E =___。 二 选择题(每空 1 分, 共 20 分) 电阻应变片 磁敏电阻 霍尔元件 气敏传感器 湿敏传感器 光电耦合器 压电传感器 电容传感器 热敏电阻 CCD 电荷耦合器 压阻式传感器 光纤传感器 磁电传感器 光电二极管 差动变压器 热释电器件 磁敏晶体管 电涡流传感器 光电池 超声波传感器 热电偶 红外传感器 色敏传感器 正确选择以上传感器填入以下空内: 1 可以进行位移测量的传感器有______、 ______、 ______; 2 可以完成温度测量的有______、 ______、 ______; 3 半导体式传感器是_____、 _____、 _____、 ______; 4 光电传感器有______、 ______、 ______、 ______; 5 用于磁场测量的传感器______、 ______、; 6 进行振动(或加速度) 测量的传感器______、 ______; 7 利用物体反射进行非电量检测的传感器______、 ______; 三 计算 (每题 5 分, 共 10 分) 1、 图为一直流应变电桥, E = 4V, R1=R2=R3=R4=350Ω, 求: ①R1 为应变片其余为外接电阻, R1 增量为△R1=3.5Ω 时输出 U0=?。 ②R1、 R2 是应变片, 感受应变极性大小相同 其余为电阻, 电压输出 U0=?。 ③R1、 R2 感受应变极性相反,输出 U0=?。 ④R1、 R2、 R3、 R4 都是应变片,对臂同性, 邻臂异性, 电压输出 U0=?。 2 石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动, 已知加速度计灵敏度为 5pc/g, 电荷放大器灵敏度为 50mv/pc, 当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为 2V, 试求机械的振动加速度(单位 g)。 四 问答题(每题 5 分, 共 10 分) 1 压力传感器测量砝码数据如下, 试解释这是一种什么误差, 产生这种误差的原因是什么。 N(g) 0 1.0 2 3 4 5 正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5 反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5 2 解释下列磁敏传感器: ①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同? ②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么? ③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件, 在本质上有什么不同? 五 电路分析(每题 5 分, 共 20 分) 1 。 下图左是电容式差压传感器, 金属膜片与两盘构成差动电容 C1、 C2 ,两边压力分别为 P1、 P2。 下图右为二极管双 T 型电路, 电路中电容是左图中差动电容,UE 电源是占空比为 50%的方波。 试分析: 当两边压力相等 P1=P2 时负载电阻 RL 上的电压 U0 值; 当 P1P2 时负载电阻 RL 上电压 U0 大小和方向(正负)。 2 。 图为酒精测试仪电路, A 是显示驱动器。 问: ①TGS812 是什么传感器? ②2、 5 脚是传感器哪个部分, 有什么 作用? ③分析电路工作原理, 调节电位器 RP 有什么意义? 3 。 图为光电传感器电路, GPIS01 是光电断路器。 分析电路工作原理: ①当用物体遮挡光路时晶体三极管 VT 状态是 导通还是截止? ②二极管是一个什么器件, 在电路中起到什么 作用? ③如果二极管反相连接晶体管 VT 状态如何? 4 。 下图是电阻应变仪电路框图, 电桥采用交流供电, 应变信号为一正弦变化的信号频率为 20Hz, 振荡频率 4KHz。 请画出放大器、 相敏检波器、 低通滤波器的输出波形示意图。 《传感器原理与应用》 试题 1 答案) 一.填空(每空 1 分, 共 20 分) 1.通常传感器由敏感元件、 转换元件、 基本转换电路三部分组成, 是能把外界非电量转换成电量的器件和装置。 2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化, 这种现象 称应变效应; 固体受到作用力后电阻率要发生变化, 这种现象称 压阻效应。 直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同, 圆弧部分 使灵敏度 K 下降了, 这种现象称为横向效应。 3.差动变压器式传感器理论上讲, 衔铁位于中心位置时输出电压为零, 而 实际上差动变压器输出电压不为零, 我们把这个不为零的电压称为 零点残余电压; 利用差动变压器测量位移时, 如果要求区别位移方向(或 正负) 可采用相敏检波电路。 4.把一导体(或半导体) 两端通以控制电流 I, 在垂直方向施加磁场 B, 在 另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势, 这种现象称 霍尔效应, 这个电动势称为霍尔电势。 外加磁场使半导体(导体) 的电阻值随磁场变化的现象成磁阻效应。 5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象, 同时在 它的表面产生符号相反的电荷, 当外力去掉后又恢复不带电的状态, 这种 现象称为正压电效应; 在介质极化方向施加电场时电介质会产生 形变, 这种效应又称逆压电效应。 6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称外光电效应; 入射光强 改变物质导电率的现象称光电导效应; 半导体材料吸收光能后在 PN 结上产生电动式的效应称光生伏特效应。 7、 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内 部会产生一圈圈闭合的电流, 利用该原理制作的传感器称电涡流 传感器; 这种传感器只能测量金属物体。 8、 不同的金属两端分别连在一起构成闭合回路, 如果两端温度不同, 电路中 会产生电动势, 这种现象称热电效应效应; 若两金属类型相同两端 温度不同, 加热一端时电路中电动势 E =0。 二.选择题(每空 1 分, 共 20 分) 电阻应变片 磁敏电阻 霍尔元件 气敏传感器 湿敏传感器 光电耦合器 压电传感器 电容传感器 热敏电阻 CCD 电荷耦合器 压阻式传感器 光纤传感器 磁电传感器 光电二极管 差动变压器 热释电器件 磁敏晶体管 电涡流传感器 光电池 超声波传感器 热电偶 红外传感器 色敏传感器 正确选择以上传感器填入以下空内: 1.可以进行位移测量的传感器有光纤传感器、 差动变压器、 电阻传感器; 2.可以完成温度测量的有热电偶、 热敏电阻; 热释电; 3.半导体式传感器是磁敏、 霍尔元件、 气敏传感器、 压阻传感器; 4.光电传感器有光电耦合器、 色敏传感器、 光纤传感器、 光电二极管; 5.用于磁场测量的传感器霍尔器件、 磁敏晶体管; 6.进行振动(或加速度) 测量的传感器磁电传感器、 压电传感器; 7.利用物体反射进行非电量检测的传感器超声波传感器、 红外传感器; 三.计算 (每题 5 分, 共 10 分) 1.图为一直流应变电桥, E = 4V, R1=R2=R3=R4=350Ω, 求: ①R1 为应变片其余为外接电阻, R1 增量为△R1=3.5Ω 时输出 U0=?。 ②R1、 R2 是应变片, 感受应变极性大小相同 其余为电阻, 电压输出 U0=?。 ③R1、 R2 感受应变极性相反,输出 U0=?。 ④R1、 R2、 R3、 R4 都是应变片,对臂同性, 邻臂异性, 电压输出 U0=?。 解: ① ② ③ ④ 2.石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动, 已知加速度计灵敏度为 5pc/g, 电荷放大器灵敏度为 50mv/pc, 当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为 2V, 试求机械的振动加速度(单位 g)。 解: 四.问答题(每题 5 分, 共 10 分) 1.压力传感器测量砝码数据如下, 试解释这是一种什么误差, 产生这种误差的原因是什么。 N(g)012345 正行程(mv)0 1.5 2 2.5 3 3.5 反行程(mv)0 0.5 1 2 2.5 3.5 解: 迟滞误差; 静态误差; 传感器本身材料的缺陷造成。 2.解释下列磁敏传感器: ①磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同? ②磁敏晶体管与普通晶体管的不同之处是什么? ③磁敏电阻与霍尔元件属同一类磁电转换元件, 在本质上有什么不同? 解: ①磁敏晶体管有放大作用; ②普通晶体管无磁灵敏度; 磁敏电阻不能区别磁极性。 五.电路分析(每题 5 分, 共 20 分) 1.下图左是电容式差压传感器, 金属膜片与两盘构成差动电容 C1、 C2 ,两边压力分别为 P1、 P2。 下图右为二极管双 T 型电路, 电路中电容是左图中差动电容,UE 电源是占空比为 50%的方波。 试分析: 当两边压力相等 P1=P2 时负载电阻 RL 上的电压 U0 值; 当 P1P2 时负载电阻 RL 上电压 U0 大小和方向(正负)。 解: ①U0=0 ②U0=UfM(C1-C2) 因为 C1〈 C2 所以 U0〈 0 , 输出负电压。 2.图为酒精测试仪电路, A 是显示驱动器。 问: TGS812 是什么传感器? 2、 5 脚是传感器哪个部分, 有什么作用? 分析电路工作原理, 调节电位器 RP 有什么意义? 解: ①气敏传感器; ②加热电极, 可加速还原反应提高气敏传感器灵敏度; ③调节测量系统的测量范围和满度值。 3.图为光电传感器电路, GPIS01 是光电断路器。 分析电路工作原理: 当用物体遮挡光路时晶体三极管 VT 状态是导通还是截止? 二极管是一个什么器件, 在电路中起到什么作用? 如果二极管反相连接晶体管 VT 状态如何? 解: ①截止; ②红外发射管, 起控制作用; ③截止。 4.下图是电阻应变仪电路框图, 电桥采用交流供电, 应变信号为一正弦变化的信号频率为 20Hz, 振荡频率 4KHz。 请画出放大器、 相敏检波器、 低通滤波器的输 出波形示意图。