传感器原理及应用试题答案及评分标准

传感器原理及应用 试卷答案及评分标准

任课教师

张惠莉

一、 填空题（10分，每空0.5分） 1、传感元件、敏感元件、测量电路 2、 随机误差、系统误差、粗大误差 3、自感式、互感式 4、压电 电荷

5、変面积型、変极距型、变介电常数型 6、A类评定 B类评定 7、MOS电容器 8、 压阻 高 9、细分 10、数值孔径

二、 选择题（20分，每题2分）

1. A 2. B 3. B 4. C 5. A 6. A 7. B 8. A 9. C 10. B 三、 简答题（50分）

1. 测试系统的静态特性指标有哪些？举出四个并解释其含义。（10分）

答：测试系统的静态特性是指被测信号为定值或变化十分缓慢时测试装置输出与输入的关系。描述测试系统静态特性的指标主要有灵敏度、非线性度、回程误差和重复性。

灵敏度：在稳态情况下，系统的输出信号变化量与输入信号变化量之比为成为灵敏度，用S表示，S=△y/△x。

非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度。

回程误差：也称滞后量、迟滞，反映了当测试系统输入量由小增大和由大减小的测试过程中，所得输出量的不一致程度。

重复性：当测试系统在输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得的特性曲线不一致的程度。

2. 热电阻与热敏电阻有何异同？（10分） 答：电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温度的变化来测量温度的元件。工作用的热电阻体直接称为热电阻。包含对金属导体类热电阻和热敏电阻。而热敏

电阻是专指一种电阻值随其温度成指数变化的半导体热敏元件。

3. 采用差动变压器测量位移量，能否直接获得位移的方向？说明原因。如若不能说出解决的方法。（10分） 答：不能。

原因：差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；

方法：在测量电路中采用相敏检波电路，经滤波输出直流电压信号，则由其正负可判断方向。

4. “莫尔条纹”如何形成的？对位移的放大作用是如何实现的？ （10分） 答：（1）当指示光栅和标尺光栅的线纹相交一个微小的夹角时，由于挡光效应或光的衍射作用，在与光栅线纹大致垂直的方向上(两线纹夹角的等分线上)产生出亮、暗相间的条纹，这些条纹称为“莫尔条纹”。

（2）在两光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时，莫尔条纹在刻线方向移动。两光栅相对移动一个栅距W，莫尔条纹也同步移动一个间距BH。莫尔条纹的间距BH与两光栅线纹夹角θ之间的关系为：BH?W2sin??W?, 当W一定时，θ越小，则BＨ

2越大。这相当于把栅距放大了1/θ倍，提高了测量的灵敏度。

5. 何谓霍尔效应？为什么霍尔元件多采用N型半导体材料？（10分） 答：（1）金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应，相应的电势称为霍尔电势UH。

霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。

。

RH—霍尔系数， kH—灵敏度系数， d —薄片厚度。

（2）霍尔元件的霍尔系数为：R1H?ne， e — 电子电量的绝对值。RH大小小取

决于载流子的密度n，n越大RH越小，霍尔电势越小，所以金属不宜制作霍尔元件。实际霍尔元件都是半导体材料制成的，而且由于半导体中电子的迁移率比空穴迁移率高，因此多采用N型半导体材料。

第 1 页 共 2 页

传感器原理及应用 试卷答案及评分标准

四、 综合题（20分）

1. 直流电桥的平衡条件是什么？试证明之。（10分）

答：直流电桥平衡条件：其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。

证明：电桥电路如图所示，图中E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，

任课教师

张惠莉

RL为负载电阻。

当RL→∞时，电桥输出电压为 U?R1R3?o?E??R1?R?R?R??；

?234?当电桥平衡时，Uo=0。则有：R1R4=R2R3 或 R1R?R3，证毕。 2R4

BIo R1R2 ＋ ACRLUo －R3 R4 D E

2. 一电容传感器，圆形极板半径r=4mm，初始间隙为0.3mm，问当间隙变化±1μ m时，电容的变化量是多少？若测量电路的灵敏度为100mv/pF，读数仪表的灵敏度为5格/mv，则仪表指示值变化多少格？（10分）

答：dC???0?S?2d??0.4?10?3pF（5分） 100?dC?5?0.2格（5分）

第 2 页 共 2 页