传感器技术 1试卷 第 1 页 共 5 页 中国计量大学 2019年硕士研究生招生考试试题 考试科目代码： 803 考试科目名称：传感器技术 1 所有答案必须写在报考点提供的答题纸上，做在试卷或草稿纸上无效。 一、填空（每空 1 分，共 1×30=30 分） 1.能量转换型传感器主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如基于 、 、 等的传感器都属于此类传感器。 2.对传感器进行动态标定的目的是确定动态指标，主要是 、 、 。 3.各种电阻应变片的结构大体相同，通常由 、 、 、 组成。 4.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称 效应； 半导体材料在光线作用下其电阻值往往会变小，这种现象称 效应；半导体材料吸收光能后在 PN 结上产生电动势的效应称 效应。 5.热电偶传感器产生的热电动势包括 电势和 电势两部分；热电偶的 定律为热电偶制定分度表提供了理论依据；根据 定律，可允许采用第三种材料的导线连接热电偶。 6.压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理， 此放大电路有 和 两种形式。压电式传感器在使用电压放大器时，连接电缆长度会影响系统 ；而使用电荷放大器时，其输出电压与传感器的 成正比。 7.电感式传感器是以电和磁为媒介，利用电磁感应原理将被测非电量如压力、位移、流量等非电量转换成线圈 或 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。 8.应变片温度补偿的措施有 、 。 传感器技术 1试卷 第 2 页 共 5 页 9.国家标准（ GB 7665-1987）中传感器定义为能够感受规定的 并按照一定规律转换成 的器件或装置；传感器一般由 、 、 3部分组成。 二、单项选择题（每小题 2 分，共 2×10=20 分） 1.利用电桥进行温度补偿，补偿片的选择是（ ） 。 A 与应变片相邻，且同质的工作片 B 与应变片相邻，且异质的工作片 C 与应变片相对，且同质的工作片 D 与应变片相对，且异质的工作片 2.下列对传感器动态特性的描述正确的是（ ） 。 A 一阶传感器的时间常数 越大 , 其工作频带越宽 B 二阶传感器的固有频率 0越小 , 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数 越小 , 其响应速度越快。 D .二阶传感器的固有频率 0越小 , 其响应速度越快。 3.传感器的下列指标全部属于静态特性的是 ( )。 A 线性度、灵敏度、阻尼系数 B 幅频特性、线性度、稳态误差 C 灵敏度、重复性、漂移 D 精度、时间常数、重复性 4.石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是 ( )。 A 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好 B 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好 C 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好 D 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好 5.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（ ） 。 A 线性度越好 B 迟滞越小 C 重复性越好 D 分辨力越高 传感器技术 1试卷 第 3 页 共 5 页 图 1 6.当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的 ( )。 A 伏安特性 B 光电特性 C 光谱特性 D 频率特性 7.超声波传感器的声波频率（ ） 。 A 低于 16Hz 低于 10kHz 高于 10kHz 高于 20kHz 8.通常能够产生压磁效应的物质是（ ） 。 A 金属 陶瓷 铁磁材料 高分子 9.SnO2和 ZnO 半导体材料常用于（ ） A 气敏传感器 B 电感式传感器 C 光电传感器 D 电阻式传感器 10.将一支灵敏度为 0.08 mV/°C 的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为 50°C。电压表上读数为 60mV，则热电偶热端温度为（ ） °C。 A 700 B 750 C 850 D 800 三、简答题（每小题 6 分，共 6×5=30 分） 1.何谓电涡流效应 ?怎样利用电涡流效应进行位移测量 ? 2.试说明什么是电容式传感器的边缘效应？如何消除？ 3.试写出恒定磁通式磁电感应传感器的感应电动势和运动速度之间的关系， 并说明其灵敏度和振动频率的关系。 4.请画出压电传感器在实际应用中的电荷源等效电路。压电传感器测量电路的主要作用是什么？ 5.试说明如图 1 所示的应变式加速度传感器的工作原理。 传感器技术 1试卷 第 4 页 共 5 页 图 4 图 2 图 3 四、综合题（共 70 分） 1.（ 15 分）如图 2 所示气隙型电感传感器，衔铁断面积244mmS =× ，气隙总长度 0.8mml= ，衔铁最大位移0.08mml=± ，激励线圈匝数 N=2500 匝，导线直径0.06mmd = ，真空磁导率70410H/m=× ，电阻率61.75 10 cm=×。忽略漏磁及铁损。要求计算： （ 1）线圈电感值； （ 4 分） （ 2）将上述电感传感器接入如图 3 所示的调频电路，图中C=1uF，试求其振荡频率； （ 4 分） （ 3）若图 2 中的衔铁往上移动了 0.08mm，求图 3 中的频率变化量。 （ 7 分） 2.（ 15 分）已知 :有四个性能完全相同的金属丝应变片 (应变灵敏系数 K=2)，将其粘贴在梁式测力弹性元件上，如图 4 所示。在距梁端 b 处应变计算公式：26,pbewt = 设力 p 100kg， b 100mm，t 5mm， w 20mm， e 2×105N/mm2。求： （ 1）在梁式测力弹性元件距梁端 b 处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应测量桥路原理图； （ 4分） （ 2）求出各应变片电阻相对变化量； （ 4 分） （ 3）若桥路电源电压为 6V、负载为无穷大时，此时桥路输出电压0U 是多少 ?（ 3 分） （ 4）这种测量法对环境温度变化是否有补偿作用 ?为什么 ?（ 4 分） 传感器技术 1试卷 第 5 页 共 5 页 3.（ 10 分）一台变极距非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径 r=4mm，介电常数为128.85 10 F/m× ，假设与被测工件的初始间隙 d0=0.3mm。试求： （ 1）若传感器与工件的间隙变化量 d=±10µm，若近似线性关系，问电容变化量为多少 ?（ 4 分） （ 2）此时非线性误差为多少？（ 3 分） （ 3）若测量电路的灵敏度为 Ku=100mV/pF，则当 d =±1µm 时的输出电压为多少 ?（ 3 分） 4.（ 10 分）已知某压电式传感器测量最低信号频率 1Hzf = ，现要求在 1 Hz 信号频率时其灵敏度下降不超过 5%，若采用电压前置放大器输入回路总电容 500pFiC = 。 （ 1）求该前置放大器输入总电阻iR 是多少？（ 6 分） （ 2）可以采取哪些措施提高该传感器的最低测量频率？（ 4 分） 5.（ 10 分）图 5 为利用超声波测量流体流量的原理图，设超声波在静止流体中的流速为 c，顺流时测得超声波传输时间 t1，逆流时测得超声波传输时间 t2，超声波传感器 1 和 2 的距离为 L。 （ 1）分析其工作原理； （ 4 分） （ 2）求流体的流速 v。 （ 6 分） 图 5 6.（ 10 分）设计一种可用于测量液位的传感器， （ 1）画出传感器结构示意图； （ 5 分） （ 2）说明其基本工作原理。 （ 5 分） 【完】 超声波传感器 1 超声波传感器 2 v 管道 D t1t2L 电路