1、西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷 类别：网教专业：机电一体化技术 课程名称【编号】：传感器与测试技术【0928】 A 卷 大作业满分：100 分 一、简答论述题（共 8 题 50 分） 1、什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？（10 分） 当我们对同一物理量进行多次重复测量时， 如果误差按照一定的规律性出现， 则把这种 误差称为系统误差。 系统误差出现的原因有： 工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。 方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差。 定义误差：是由于对被测量的定义不够明确而形成的误
2、差。 理论误差：是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误 差。 环境误差：是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校 验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误差。 安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。 个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。 减小系统误差的方法： 引入更正值法：若通过对测量仪表的校准，知道了仪表的更正值，则将测量 结果的指示值加上更正值，就可得到被测量的实际值。 - 1 - 替换法：是用可调的标准量具代替被测量接入测量仪表，然后调整标准量具， 使测量仪表的指针与被测量接入时相同，则此时的标准量具的数
3、值即等于被测 量。 差值法：是将标准量与被测量相减，然后测量二者的差值。 正负误差相消法：是当测量仪表内部存在着固定方向的误差因素时，可以改 变被测量的极性，作两次测量，然后取二者的平均值，以消除固定方向的误差 因素。 选择最佳测量方案：是指总误差为最小的测量方案，而多数情况下是指选择 合适的函数形式及在函数形式确定之后，选择合适的测量点。 2、传感器的静态特性和动态特性（5 分） 考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳 定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入 量的快速变 化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频
4、率响应特性。 3、电容式传感器（6 分） 把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数 的电容器。 4、超声波的波型种类及各种波型的物理意义（6 分） 当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体 积发生交替变化时均能产生纵波。横波波型： 当介质中质点的振动方向与超声波垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体 积变形外，还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能 在固体介质中传播。 - 2 - 表面波波型： 是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看
5、成是由平行于表面的纵波 和垂直于横波的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面 1/4 波长深处振幅最强，随着深 度的增加很快率减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。 5、光纤传感器的工作原理（6 分） 光导纤维工作的基础是光的全内反射，当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时，就会 在光纤的接口上产生全内反射，并在光纤内部以后的角度反复逐次反 射，直至传递到另一端面。光纤传感器利用光导纤维，按其工作原理来分有功能型（或称物 性型、传感型）与非功能型（或称结构型、传光型）两大类。功能型光 纤传感器其光纤不仅作为光传播的的波导，而且具有测量的功能。非功能型光纤传感
6、器其光 纤只是作为传光的媒介，还需加上其他敏感元件才能组成传感器。 6、简述霍尔电动势产生的原理（6 分） 答：一块长为l、宽为d 的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电 流 I 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 Uh。这种现象称为霍尔效应，也是霍尔 电动势的产生原理。 石英晶体（6 分） 石英的化学成分为 SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物 中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。低温石英常呈带尖顶的六方 柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石
7、英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具 油脂光泽，无解理。受压或受热能产生电效应。 8、码盘式传感器（5 分） 码盘式传感器又称为角数字编码器，是一种旋转式位置传感器。码盘式传感器是建立在编码器的 基础之上，它不需要基准数据，更不需要计数系统，在任意位置都可给出与位置相对应的固定数 字码输出，是测量轴角位置和位移的方法之一。 二、分析、计算题（共 3 题 50 分） - 3 - 1、 如图所示，Rt 是 Pt100 铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制 测量电路的温度补偿作用。（20 分） 答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻
8、、测量电阻和显示电表组成。 图中 G 为指示电表，R1、R2、R3 为固定电阻，Ra 为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为 r2、 r3、Rg 的三个导线和电桥连接，r2 和 r3 分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg 分 别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时， 应使 R4=Ra+Rt0 为电阻在参考温度（如 0C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的 接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。 2、 传感器的灵敏度是如何定义的？某位移传感器， 在输入量变化 5 mm 时， 输出电压变化为 300 mV, 求其灵敏度。（15 分） 解： 传感器是将各种非电量，包括物理量、化学量、生物量等，按一定规律转换成便于处理和传 输的另一种物理量，一般为电量的装置。 灵敏度为：60mV/mm o 3、 将一只铬镍-康铜热电偶与电压表连接， 电压表接线端的温度为 50 C， 若电压表上读数为 60mV, o 热电偶的灵敏度为 0.08mV/ C。问热电偶端温度是多少？（15 分） 解：该热电偶的灵敏度为 0.08mV/C。 - 4 - - 5 -
