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第 1 页 共 10 页 传 感器 与自动 检测 技术 模拟 试卷四 参考 答案 试卷一 一 、单 项选择 题（ 本大题 共 10 小 题，每 小题 2 分， 共20 分） 在 每小 题列出 的四 个选项 中只 有一个 选项 是符合 题目 要求的 ， 请将 正 确选 项前的 字母 填在题 后的 括号内 。 错选 、 多选 和未 选均不 得分。 1、A 2 、C 3、B 4 、C 5 、B 6、D 7 、D 8、B 9 、C 10 、A 二 、简 答题（ 本大 题共 5 小 题， 每小题 6 分， 共30 分） 1、 什么是传感器的基本特性? 传感器的基本特性主要包括哪两大类？ 解 释其定 义并 分别 列出 描述 这两大 特性 的主 要指 标 。( 要求每种特性至少 列出2 种常用指标) - 。 - 2、 试 分析 下图 所示 差动整 流电 路的 整流 原理 ，若将 其作 为螺 线管 式差 动 变压器 的测 量电 路， 如何 根据输 出电 压来 判断 衔铁 的位置 。 第 2 页 共 10 页 A Ui a b c d a 1 2 4 3 b C1 2 4 C1 U24 c 5 6 8 7 d C2 6 8 C2 U68 B Ui a b c d b 3 2 4 1 a C1 2 4 C1 U24 d 7 6 8 5 c C2 6 8 C2 U68 C1 2 4 C2 6 8 U0 U26 U24 U86 U24 U68 U24 U68 U0 0 U24U68 U00 U24U68 U00 U0 3、 压电元件在使用时常采用串接或并接的结构形式, 试述在不同接法下 输出电 压、 输出 电荷 、输 出电容 的关 系， 以及 每种 接法的 适 用 场合 。 4、 采 用热 电阻测 量温 度时,常用 的引 线方式 主要 有哪 几种? 试 述这 几种 引 线方式 各自 的特 点及 适用 场合。 第 3 页 共 10 页 5、 什 么是 光电 效应 和光电 器件 ？常 用的 光电 器件有 哪几 大类 ？试 解释 这 几类光 电器 件各 自的 工作 基础 并 举例 。 三 、分 析计算 题（ 本大题 共 3 小题 ，每小 题 10 分， 共30 分） 注意：自动化、电气专业的学生第 1 小题必做，并从第 2 4 小 题中选做两个小题； 测控专业的学生 在 4 个小题中任选 3 个小题。 1、 通 过某 检测 装置 测得 的 一组输 入输 出数 据如 下表 所示。 试用 最小 二乘 法 拟合直 线, 并求 其线 性度 和 灵敏度 。 x 1 2 3 4 y 2.2 4.1 5.8 8.0 ： x a a y 1 0 0 . 8 8 . 5 1 . 4 2 . 2 L ， 4 1 3 1 2 1 1 1 A ， 1 0 a a X 30 10 10 4 4 1 3 1 2 1 1 1 4 3 2 1 1 1 1 1 A A 第 4 页 共 10 页 0 20 30 10 10 4 A A 方 程有 解 2 . 0 5 . 0 5 . 0 5 . 1 4 10 10 30 20 1 1 ) ( 22 21 12 11 1 A A A A A A A A 8 . 59 1 . 20 0 . 8 8 . 5 1 . 4 2 . 2 4 3 2 1 1 1 1 1 L A 91 . 1 25 . 0 8 . 59 1 . 20 2 . 0 5 . 0 5 . 0 5 . 1 ) ( 1 L A A A X 25 . 0 0 a ， 91 . 1 1 a 拟合 直线 为 x y 91 . 1 25 . 0 输入x: 1 2 3 4 输出y : 2.2 4.1 5.8 8.0 理论值y : 2.16 4.07 5.98 7.89 y y L : 0.04 0.03 0.18 0.11 18 . 0 max L 非线 性误 差为 ： % 25 . 2 % 100 8 18 . 0 % 100 max FS L Y L 灵敏度 为: 91 . 1 dx dy S n 第 5 页 共 10 页 2、 一 个以 空气 为介 质的 平 板电容 式传 感 器结构 如右 图所 示， 其 中a=10mm ，b=16mm ， 两极板 间 距d=1mm 。 测量 时，若 上极 板在 原始位 置( x=0mm ） 上向 左平移 了2mm （即x=2mm ） ， 求该 传感 器的电 容变 化量 、 电容相 对变 化量 和位 移相 对灵敏 度 K0 （已知 空气 的相 对介 电常 数r=1F/m ，真 空时的 介电 常数 0=8.854 10 -12 F/m ） ： d xb d ab d b x a C C C r r r 0 0 0 0 ) ( ) ( 10 83 . 2 10 1 10 16 10 2 10 854 . 8 1 13 3 3 3 12 F F 13 10 83 . 2 2 . 0 10 10 10 2 3 3 0 0 0 a x d ab d xb C C r r 100 10 10 1 1 3 0 0 a x a x x C C K 3 、 镍铬 镍 硅 热 电 偶 ， 工 作 时 冷 端 温 度 为 30 ， 测 得 热 电 动 势 E(t,t0)=38.560mv， 求被 测介质 实际 温度 。(E(30,0)=1.203mv) b x a d S第 6 页 共 10 页 工作端 温度( ) 0 20 40 60 70 80 90 热电动势 (mv) 900 37.325 38.122 38.915 39.703 40.096 40.488 40.897 ： t0=30 E t,t0 =38.560mv : E(t,t0)= E(t,0)- E(t0,0)= E(t,0)- E(30,0)=38.560 E(t,0)=38.560+ E(30,0)=38.560+1.203=39.763(mv) 39.703 39.763 40.096 EM=39.763,EL=39.703,EH=40.096 tL=960, tH=970 ) ( L H L H L M L t t E E E E t t ) 960 970 ( 703 . 39 096 . 40 703 . 39 763 . 39 960 527 . 961 （） 4、利用 一个 六位 循环码 盘 测量角 位移, 其最 小分辨 率 是多少 ？如 果要求 每 个 最 小 分 辨 率 对 应 的 码 盘 圆 弧 长 度 最大 为 0.01mm, 则 码 盘 半 径 应 有 多 大? 若码盘 输出 数码为 “101101 ”,初 始位置 对应 数码 为 “110100 ”, 则码 盘实 际转过 的角 度是 多少? ： 625 . 5 2 360 6 r 5.625 0.01mm, 01 . 0 625 . 5 2 360 r 第 7 页 共 10 页 mm r 1 . 0 625 . 5 2 01 . 0 360 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 54 2 4 16 32 2 2 2 2 1 2 4 5 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 39 1 2 4 32 2 2 2 2 0 1 2 5 375 . 84 625 . 5 15 15 ) 39 54 ( x 第 8 页 共 10 页 试卷二 综 合设 计分析 题（ 本大题 共20 分） 。 如上图 所示 为一弹 性元 件 为圆柱 型的 应变式 测力 传 感器结 构示 意图。 已知弹 性元 件横截 面积 为 S，弹性 模量 为 E ，应变 片 初始电 阻值 （在外 力 F=0 时 ）均 相等 ，电 阻丝 灵敏度 系数 为 K0 ，泊 松比 为。 1、设计 适当 的测 量电路 （ 要求采 用全 桥电路 ） ，画 出 相应电 路图 ，并 推导桥 路 输 出电 压 U0 和外 力 F 之间 的函 数关 系式。 （ 提示 ： RR ，推 导 过程中 可做 适当 近似 处理 ） 2、分 析说 明该 传感 器测 力 的工作 原理 （配 合所 设计 的测量 电路 ） 。 1 电 桥输 出电 压为： F R 1 R 2 R 3 R 4 U i R 4 R 3 R 2 R 1 U 0 第 9 页 共 10 页 i i o U R R R R R R R R U R R R R R R U 3 2 4 1 4 2 3 1 3 2 2 4 1 1 初始状 态（ 0 F ）时 ， 0 4 3 2 1 R R R R R ， 0 o U 当 0 F 时， 1 0 1 R R R ， 2 0 2 R R R ， 3 0 3 R R R ， 4 0 4 R R R i o U R R R R R R R R R R R R R R R R U ) )( ( ) )( ( ) )( ( 3 0 2 0 4 0 1 0 4 0 2 0 3 0 1 0 R R 对 上式 作近 似处 理， 略 去分母 中 R 项及分 子中 R 高次 项， 则 i o U R R R R R R R R R R R U 2 0 4 0 2 0 2 0 3 0 1 0 2 0 4 i U R R R R R 0 4 2 3 1 4 设轴向 应变 为 x ，则径 向应 变为 x ， 由传感 器结构 示意 图可知 ，当传 感器受 力F 时，应变 片 1 R 和 3 R 产生 的应变 为： x 3 1 而应变 片 2 R 和 4 R 的应 变为 ： x 4 2 又 应力 S F 应变 ES F E x ES F K R K R R R x 0 0 0 0 3 1 ES F K R K R R R x 0 0 0 0 4 2 代入 0 U 计算式 中可 得： 第 10 页 共 10 页 i U R ES F K R ES F K R U 0 0 0 0 0 0 4 2 2 ) 1 ( 2 0 ES F K U i F ES U K i 2 ) 1 ( 0 2、工 作原 理 ： 当传感 器弹 性元 件受 到沿 轴向的 外力F 作用 时， 将产 生一定 形变 从而 引起粘 贴在 弹性元 件上 的 四个应 变片 （两个 沿轴 向 粘贴， 另两 个沿径 向粘 贴）发 生相 应应变 ，致使其中两 个应 变片阻 值增 加 ，另两 个应 变片阻 值减 小。将 四个 应变 片接 入所 设计的 全桥 电路 中， 经推 导，测 量电 路输 出电 压 F ES U K U i 2 ) 1 ( 0 0 由上式 可见 ， 当 、 0 K 、E 、S 及桥路电 源电 压 i U 一定时 ， 输 出电 压 0 U 与外 力F 成正比 ，即 输出 电压 0 U 的大小 反映 了被 测外 力F 的大 小， 如此实 现了 对外 力F 的测量 。