检测技术与自动化仪表期末试卷 (2)

标准答案

一、名词解释（本大题共5小题，每小题3分，共15分）。 1、应变效应：

应变效应是指当金属体或半导体在受到外力作用而发生机械变形时，其电阻值相应地发生变化（3分）

线性度（传感器特性）：

传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。（3分） 2、霍尔效应：

把一个导体（半导体薄片）两端通以电流I，在垂直方向施加磁感强度B的磁场，在薄片的另外两侧会产生一个与控制电流I和磁场强度B的乘积成比例的电动势 。或通电的导体（半导体）放在磁场中，电流I与磁场B方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。（3分）

3、热电阻效应：物质的电阻率随温度变化而变化的现象称为热电阻效应。（3分） 4、光电导效应：

在光线的作用下物体导电率发生变化的现象称为光电导效应（3分） 5、莫尔条纹：

两块具有相同栅距的长光栅叠合在一起，使它们的刻线之间交叉一个很小的角度，在与光栅刻线大致垂直的方向上，产生明暗相间的条纹，这些条纹成为莫尔条纹。（3分） 二、填空题（本大题共20空，每空1分，共20分），请将答案填写在题中横线上。

1、信息提取 、_信息转换_2、绝对误差 ，相对误差 3、变气隙型 ，变介质型 和 螺线型 4、大气窗口低、 5、 电荷存储 ， 电荷转移、电荷输出 6、频透射式

7、_增量式__,绝对式 8、负温度系数热敏电阻、正温度系数热敏电阻 和临界温度系数热敏电阻9、电压放大电路、电荷放大电路 10、直线位移感应同步器。（每空1分） 三、简答题（本大题共7小题，每小题5分。本大题满分共35分）。

1、简述传感器的静态特性定义以及特性指标。

传感器的静态特性是指传感器在静态工作状态下的输入输出特性。（2分）

传感器的特性一般指输入、输出特性，包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定度、漂移、电磁兼容性、可靠性等。 （3分）

2、试分析磁电感应式传感器与霍尔传感器的异同。

相同点;都是磁感应式传感器，都是磁电转换原理工作的；磁电感应式传感器体积大，霍尔传感器体积小；（2分）

不同点：磁电感应式传感器工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电量输出。是典型的有源传感器。

霍尔传感器工作时需要外加电源，由是半导体材料组成。（3分） 3、热电偶中主要存在哪些电动势，并说明形成的微观原因。 热电偶中主要存在温差电动势和接触电动势两种电动势。（1分）

温差电动势：同一导体的两端因其温度的不同而产生的一种热电动势。（2分） 接触电动势：当两种导体接触时，由于两者电子密度不同，电子在两个方向上扩散的速率就不同，这样在两个导体之间形成一个电位差。（2分）

4、简介直流电桥作为测量电路的工作原理。

当电桥各桥臂电阻满足如下条件时 R1R4R2R3

电桥平衡。当R变化时，利用

U0(R1R1)R4R2R3E

(R1R1R2)(R3R4)可以进行测量电路阻值。

5、 压电传感器不能测量频率低或静止的参数，试结合其等效电路说明原因。

压电传感器可以看作是一个带电的电容器，当外接负载时， 只有外电路负载无穷大，内部也无漏电时，受力所产生的电压 才能长期保存下来，若负载不是无穷大，则电路以时间常数

RLCa按指数规律放电，无法测量。所以不能测量频率低或静止的

（2分） 参数。（3分） 6、 试简述电磁炉的工作原理 高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底利用涡流效应会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅 内 的 食 物。

7、试分析高分子压电薄膜制作的压电喇叭的工作原理。

先利用压电效应把机械能转换为电能，再利用逆压电效应把放大的电能转换为机械能。 四、综合题（本大题共3小题，每小题10分。本大题满分共30分）。

1、画出差动电感传感器的带相敏整流的电桥电路，并分析当衔铁不动而外加电源U极性发生改变时，输出电压Uo的极性是否变化及其原因。

如图所示：

当输入交流电压为正半周，即A点电压为正，B点为负时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止。则在A→E→C→B支路中，C点电位因Z1增大而比平衡时降低；在A→F→D→B支路中，D点电位因Z2减小而比平衡时增高。所以D点电

（4分） 位高于C点电位。(3分)

当输入交流电压为负半周，即A点电压为负，B点为正时，VD2、VD3导通，VD1、VD4截止。则在B→C→F→A支路中，C点电位因Z2的减小而比平衡时降低；在B→D→E→A支路中，D点电位因Z1增大而比平衡时增高。所以D点电位仍然高于C点电位。(3分)

输出电压的极性不会改变。

2、试画出电容式传感器的等效电路图，并分别分析其组成部分。

（5分）

C为传感器的电容，RP为并联损耗电阻，RS为串联损耗电阻， L为电感，CP为寄生电容（2分）

并联损耗电阻RP代表极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗，这些损耗通常在低频时

的影响较大，随着频率的增高，其影响也相应减弱直至可以忽略不计。（2分）

串联损耗电阻RS代表引线电阻，电容器支架和极板的电阻，只有在工作频率很高时，才要加以考虑。（2分）

电感L是由电容器本身的电感和外部引线的电感所组成。电容器本身的电感与电容器的结构形式有关，引线电感则与引线长度有关，引线越短，电感越小。 （2分）

寄生电容CP主要指电缆寄生电容，它与传感器电容C相并联。电容式传感器一般电容量都很小，属于小功率、高阻抗器件，极易受外界干扰。寄生电容比电容传感器的电容大几倍至几十倍，且具有随机性，严重影响传感器的输出特性。因此消灭寄生电容的影响，是电容式传感器实用化的关键。（2分）

3、对于冷端温度不是零度时，为热电偶如何分度表的问题提供了依据的基本定律是什么?试证明该定理。

答：该基本定律是中间温度定律。内容为：热电偶在两接点温度分别为T、T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为T、Tn和接点温度分别为Tn、T0时的相应热电动势的代数和。

证明：

即：