20111020感测技术A(期中试卷)答案.docVIP

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2011~2012学年第一学期

《感测技术》期中考试试卷

试题卷：A（闭卷）

适用年级：2009级

适用专业：电子信息工程

考试时间：90分钟

题号

一

二

三

四

五

六

七

总分

得分

阅卷人

一、简答题（每题5分，共40分）

1．举例说明什么是传感器，它的特点是什么

传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的便于处理的另一种物理量的测量器件，其输出信号大多为易于处理的电量，如电压、电流等。从狭义上讲可以认为传感器是实现非电量到电量转换的器件。例如热电阻测量温度

2．说明什么是系统误差和随机误差。

在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。

测量结果与在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差。也可以采用如下的表达：在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差。

3．说明灵敏度对测量的影响

灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用k来表示，即：

k＝＝

对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，即k＝y／x，那么，斜率越大，输出直线就越倾斜，这种传感器反应比较灵敏，能够准确测量微小变化。

对于非线性传感器k＝dy／dx不是一个固定常数，因而其灵敏度在测量范围内并不固定，测量精度不易保持稳定。

当被测量变化均为?x时，即?x1＝?x2＝?x，其相应的变化?y2???y1，这时对于仪表标度就存在一些困难，影响测量的准确性。

图灵敏度的定义a

图灵敏度的定义

a）线性传感器b）非线性传感器

一般来说都希望传感器输入－输出曲线是一直线，灵敏度（即斜率）较大，这种测量输出比较准确。

4．举例说明那些传感器可以进行非接触检测，有什么特点。

例如超声波、涡流传感器等。非接触检测不影响被测物的运行工况；②不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长；③响应快，一般响应时间可达几毫秒或十几毫秒；④采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强；⑤无触点、无火花、无噪声，所以适用于要求防爆的场合（防爆型）；⑥输出信号大，易于与计算机或可编程控制器（PLC）等接口；⑦体积小，安装、调整方便。它的缺点是触点容量较小，输出短路时易烧毁。

5．说明三种类型电容传感器的名称及优点

变面积式，线性输出，常用于直线、角位移测量

变极距式，非线性，精度高，范围小

变介电常数式，线性常用于液位测量

1）较大的相对变化量

2）能在恶劣条件下工作

3）功率小

4）响应快

6．说明什么是二线制仪表。

所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。多数情况下，其中一根（红色）为+24V电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。

7．为什么压电传感器只能应用于动态测量

由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量（一般必须高于100Hz，但在30kHz以上时，灵敏度下降）

8．差动变压器式压力传感器，其压力与膜盒挠度的关系、差动变压器衔铁的位移与输出电压的关系如图所示。求：

当输出电压为50mV时，压力p为多少千帕？

2）在图a、b上分别标出线性区，综合判断整个压力传感器的压力测量范围?

3）灵敏度分别是多少?

50KPa

-50~50KPa。

K1=5/50mm/kpak2=50/5mV/mm

二、分析题（30分）

1．（15分）如图所示为电容式油量表，请说明工作原理。

图电容式油量表示意图

图电容式油量表示意图

1－油箱2－圆柱形电容器3－减速器4－伺服电机

当油箱中无油时，电容传感器的电容量为Cxo，调节匹配电容使Co＝Cxo，并使可变电阻RP的滑动臂位于0点，即RP的电阻为0。此时Cxo／Co＝R4／R3，电桥满足平衡条件，电桥输出为零。伺服电机不转动，油量表指针偏转角?＝0。

当油箱中油量增加，液位上升至h处时，Cx＝Cxo＋?Cx，而?Cx与h成正比，此时电桥失去平衡，电桥输出电压放大后驱动伺服电机，经减速后带动指针偏转，同时使可变电阻RP的滑动臂移动，从而使RP阻值增大。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡