辽宁石油化工大学传感器期末B卷及答案

适用专业班级： 自动化08级，测控08级，电气08级，信息0801 试题类型 ：A、B 制作人： 郭颖 一、判断题（每小题1分，共10分）

1 × 2 √ 3 × 4 √ 5 √ 6 × 7 × 8 × 9 √ 10 ×

1、变磁阻式电感传感器属于互感型的电感传感器；（×）

2、沿电轴X-X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；（√） 3、传感器的重复性误差是属于系统误差；（×） 4、驱动电缆法实际上是一种等电位屏蔽法；（√）

5、压阻效应中由于几何形状改变引起的电阻变化很小；（√）

6、把两种相同导体或半导体两端相接组成闭合回路，则回路产生热电势，这种现象称为热电效应；（×）

7、金属丝的灵敏度Ks恒小于同一材料金属应变片的灵敏系数K；（×） 8、对于所有的二阶传感器，总是希望其固有频率越高越好；（×） 9、修正值本身也有误差；（√）

10、将温度变化转为热电势变化的传感器称为热电阻传感器。（×） 二、选择题（每小题1分，共10分）

1 B 2 D 3 C 4 B 5 A 6 A 7 C 8 C 9 A 10 D

1、下列测力传感器中，属于发电型测力传感器的是（ B ） A．自感式传感器 B．磁电感应式传感器 C．电容式传感器 D．应变式传感器 2、半导体热电阻式传感器简称（ D ）。

A．热敏晶体管 B．热电偶传感器 C．热电阻 D．热敏电阻

3、金属在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象称为（ C ）

A．霍尔效应 B．光电效应 C．应变效应 D．压电效应 4、在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象称（ B ）

Ａ．光电效应 B．光生伏特效应 C．内光电效应 D．外光电效应 5、某些电介质，当在电介质极化方向施加电场，它会产生变形，这种现象称为（ A ）

A．逆压电效应 B．正压电效应 C．顺压电效应 D．无压电效应

6、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（ A ）。

A．增大 B．减小 C．不变 7、应变式传感器是一种（C）的测量装置。

A．只能测量应变 B．只能测量电阻的相对变化

C．可以测量能转化为应变的被测量 D．可以测量所有的被测量 8、电容式传感器在结构上加等位环的目的是为了（ C ）。

A．补偿温度变化的影响 B．减小寄生电容

C．减小边缘效应 D．可以测量静态信号

9、对于周期性的系统误差，可采用（ A ）方法进行消除。

A.半周期法 B.对称法 C.代替法 D.抵消法 10、哪一个特征不是测量列中的随机误差的特性（ D ）。

A.对称性 B.单峰性 C.抵偿性 D.不变性 三、填空题（每题1分，共 14 分）

1、按照误差的特点与性质，误差可分为 随机 误差、 系统 误差、 粗大 误差。 2、7.691499保留四位有效数字应该是 7.691 。 3、传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时 输出 变化量与引起此变化的输入变化量之比。 4、目前我国生产两种初始电阻值分别为R0= 100Ω与R0=10Ω的铂热电阻，它们对应的分度号分别为 Pt100 与 Pt10 。

5、由于转换原理的 非线性 和衔铁正、反方向移动时电感变化量的 不对称性 ，因此变间隙式电感传感器只能用于微小位移的测量。

6、光电池是利用 光生伏特 效应把光直接转变成电能的器件。 7、压电元件是一个电压很大的信号源，它可以等效一个 电荷源 和一个 电容 并联的等效电路。

8、霍尔元件是 半导体 材料制成的。 四、简答题（每题4分，共16分）

1、什么叫热电效应？热电势由哪几部分组成的？

答：把两种不同的导体或半导体材料连接成闭合回路，将它们的两个接点分别置于不同温度，则在回路中内产生热电势的现象，称为热电效应。（2分） 由接触电势（1分）和温差电势（1分）组成。

2、何谓压电传感器的电压灵敏度和电荷灵敏度？并说明二者的关系。

Uq答：电压灵敏度kua （1分）；电荷灵敏度kq（1分）；

FF kqCaku（2分）

3、传感器的线性度是怎样确定的？拟合直线有几种方法？

答：线性度：在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的

百分比。（2分） 端基法（1分），最小二乘法（1分）。

4、说明差动变压器的零点残余电压产生的原因并指出消除残余电压的方法。 答：产生原因：基波分量（1分），高次谐波（1分）。

消除方法：①从设计和工艺上保证结构对称性；②选用合适的测量线路；③采用补偿

线路。（以上三点只要答出两点就给2分）

五、分析题（每题10分，共20分） 1、Hemispherical capacitive presure transmitter,the output current ICLCHIC, IC is CLCHconstant current source,shown in the follow figure. Deflection y is proportional to differential pressure y, yKwpHpL, Kw is proportional coefficient, 2、3 are stators.Prove: I is proportional to ppHpL [注：hemispherical—半球状的，constant current source—恒流源，deflection—挠度， proportional coefficient—比例系数，stators—定极板] 解：

初始状态时：pHpL时，p=0，有 CHCLC0 （1分） 当pHpL时，p0，CHC0CA （2分 ）

C0CAC0CA （2分）

CAC0 CL将CH、CL表达式代入输出电流表达式，化简后可得

ICCLCHIC0IC （2分）

CLCHCA电容CA与挠度y成反比，可写为

CAKA （1分） y由I和CA二式及挠度表达式yKwpHpL，可推导出 IC0CyCKIIC0IC0wC(pHpL) （1分） CAKAKAC0KwIC，IK(pHpL)Kp （1分） KA 令 K2、图为霍尔传感器温度补偿线路。若已知α为是霍尔传感器灵敏度（KH）温度系数，β为霍尔元件内阻r0的温度系数，δ为补偿电阻R0的温度系数，问当补偿电阻取何值时，输出电压与温度基本无关？（设温度为T0时，霍尔元件灵敏度为KH0，输入电阻为r0,补偿元件阻值为R0）（10分）

解： 令

KHKH01T

rr01T RR01T （2分） 由图可知：当温度为T0时：

UH0KH0IB0KH 当温度为T时： UHKHIBKH01TEEBKH01TB （2分） RrR01Tr01TEB （2分） 0R0r0 设补偿后输出霍尔电势不随温度变化，则应满足条件 UH0UH 即 KH0EEBKH01TB （2分） R0r0R01Tr01T 整理得 R0r0 （1分）  ，一般很小，可以忽略。 R0r （1分） 0

六、计算题（共30分）

1、There are four strain gauges R1、R2、R3、R4 shown in Fig.(a) . U and R1=R2=R3=R4=R are

''''''UOUOUOknown. ??? (9 points)

UOUOUO

Solution：

For Fig (a): R1R3R2R4 （1分） For Fig (b), output voltage of the bridge:

1RR1RUUU （2分） UobU2RRR22RR4RFor Fig (c), output voltage of the bridge: RRRR1RUocUUUU （2分）

RRRRRR2RR2RFor Fig (d), output voltage of the bridge:

1RRR1R UodUUUU （2分）

2RRRR2R2RFor Fig (e), output voltage of the bridge: UoeRRRRRUUU （2分）

RRRRRRRRR

2、在等精度测量的条件下，对管道内的压力进行了8次测量，数据如下（单位MPa）：0.665， 0.666，0.678，0.698， 0.600，0.661， 0.672,，0.664。试用格罗布斯准则判别是否含有粗大误差。(12分）已知=0.05时，g0(n,)g0(8,0.05)2.03,

g0(n,)g0(7,0.05)1.94,g0(n,)g0(6,0.05)1.82

解：按大小顺序将测量列重新排列如下：

0.600，0.661,0.664,0.665,0.666,0.672,0.678,0.698 （1分）

18xxi0.663 （1分）

8i118(xix)20.028 （1分） 81i1已知g0(n,)g0(8,0.05)2.03

计算v(1)0.063，v(8)0.035 （1分） 因为v(1)g0(8,0.05)0.057 （1分）

故x(1),含有粗差，应剔除。

去掉x（1）后再重新计算余下测量值的算术平均值

17xxi0.6727i1'

'1xix71i17'2 （2分）

0.013已知g0(n,)g0(7,0.05)1.94

余下测量值残余误差v(1)0.011,v(7)0.026 而 v(7)g0(7,0.05)0.025 （1分） 故x(7),含有粗差，应剔除。

去掉x（7）后再重新计算余下测量值的算术平均值

16xxi0.6686i1'''

''1xix61i17''2 （2分）

0.006已知g0(n,)g0(6,0.05)1.82

余下测量值的残余误差v(1)0.007,v(6)0.01 而g0(6,0.05)0.011 （1分）

''v(1)、v(6)均小于0.011。故不存在粗差。 （1分）

3、There is a segment shown in the figure.Assume AB=z1,BC=z2,CD=z3.After measuring,we get AB=1.015mm,

BC=0.985mm,

CD=1.020mm,

AC=2.016mm,

BD=1.981mm,

AD=3.032mm.Please use the least square method, z1=? z2=? z3=?(9 points) [注：segment—线段]

A B C D Solution： Z1=1.015－v1

Z2=0.985－v2 Z3=1.020－v3

Z1+Z2=2.016－v4 (3分)

Z2+Z3=1.981－v5 Z1+Z2+ Z3=3.032－v6

组成正规方程

3Z1+2Z2+ Z3=6.063

2Z1+4Z2+2Z3=8.014 （3分） Z1+2Z2+ 3Z3=6.033

解得Z1=1.028（1分）Z2=0.983（1分） Z3=1.013（1分）

七、补充题（此部分文小语种同学和重修同学做答）

1、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两应变片接入差动电桥（参看下图）。若钢的泊松比μ=0.285，应变片的灵敏系数K=2，电桥电源电压U=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化△R1=0.48Ω。试求电桥的输出电压UO（9分）

解：

R1K (1分) R1R110.4810.0022000 (2分) R1K1202  r0.2852000570 (2分)

R2KrR225701061200.137 (2分)

UO1R1R210.480.137()U()22.57103V2.57mV (2分) 4R1R241201202、现测试某霍尔元件的灵敏度KH,已知霍尔片所受磁场强度为0.3T，通过霍尔片的电流为20mA，测得霍尔电势为33mV。求该霍尔元件的灵敏度。（4分） 解：∵UH= KH I B （1分） ∴KH= UH /I B (1分)

=33/（20×0.3）=5.5V/(A·T) （2分）

3、如图所示平板式电容位移传感器。已知：极板尺寸a=b=4mm，间隙d0=0.5mm，极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板沿x方向移动2mm，求此时电容量 。 （5分）

解：极板沿x方向移动δ时，传感器的电容量为

C

0rA0rbad0d0=0.142pF （5分）

4、由测量方程3x+y=2.9、 x-2y=0.9、 2x-3y=1.9，试求x，y的最小二乘处理及其相应精度。（10分）

V12.9(3XY)V20.9(X2Y) （1分） V1.9(2X3Y)3则线性参数的误差方程式可表示为

V12.931XV=0.9-212Y 即V=L-AX （1分）

1.9V2331231223231又CATA311145 （1分） 514C*1145 C （1分） 514C1712.92114531 ∴X=C-1ATL=0.91715141231.92.9474131 =0.91712923321.90.963= （2分） 0.015 将X=0.963，Y=0.015代入误差方程将得到 V1=-0.004；V2= -0.033；V3= -0.019

vi2(0.033)2(0.019)2(0.004)20.001466 （1分）

i13  vi1n2int0.001466 （2分） 0.03 832140.01 （1分） 171 x1x2d11d220.038