检测与转换技术复习资料.docx

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检测与转换技术复习资料

大学本科检测与转换技术复习题

一、填空题

1、传感器是指那些被测对象的某一确定信息具有___________-功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的____________的元器件或装置。

2、一般说来传感器应由____________、_____________和其他辅助部件组成。

3、为了减小电阻式传感器半导体应变片的桥式测量电路的非线性误差，可以通过________________、_________________、___________________三种方法来改进。

4、根据被测参数的变化量，可以把电容式传感器分为_________________型电容传感器,________________型电容传感器和_________________型传感器。

5、电感式传感器能够把被测量（如位移、压力、流量等）转换成线圈的___________________或_________________的变化，再由测量电路转化成电流或电压变化而实现非电量到电量的转换。

6、热电式传感器是一种将_______________变化转换成_____________________变化的装置。

7、光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为____________，此时流过的电流称为_____________。

在受到光照射时的阻值称为________________，此时流过的电流称为________________。

8、霍尔传感器在实际应用中，由于半导体的固有特性和制造工艺的缺陷，造成测量中会引起_______________误差和_________________误差，需要对其进行补偿。

9、差动式电容传感器的非线性误差比单一电容传感器的线性误差大大的____________，当陪与适当电路，其输出特性在正负33%范围内，偏离直线的误差不超过_____________。

10、一般说来传感器应由______________、_______________和其他辅助部件组成。

11、热电偶能将__________变化转换成__________变化，而热电阻则是将____________变化转成_____________的变化。

12、传感器是指那些被测对象的某一确定信息具____________功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的______________的元器件或装置。

13、半导体温度传感器可以分为_____________和____________传感器两类。

14、在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为____________，而向外发射的电子叫做___________。

基于这种_______________的光电器件有_______________。

15、霍尔传感器在实际应用中，由于半导体的固有特性和制造工艺的缺陷，造成测量中会引起____________误差和_______________误差，需要对其进行补偿。

16、具有____________的介质物质称为压电材料，如________________。

17、根据仪表误差产生的原因，将仪表误差分为和两类。

18、在正弦交流电路中，电动系功率表的偏转角

与被测负载的有功功率成。

19、对称三相四线制电路用一个单相功率表，就可以测量出它的有功功率，即采用所谓的测量。

20、三表跨相法测量三相无功功率的适用范围是：

。

21、由于三相电路的接线形式不同，三相有功电能表有和电能表两种。

22、光敏二极管在电路中处于工作状态。

23、相敏电路的作用是_____________________________________________。

24.磁电系列兆欧表主要用于测量，所测电阻的范围为，欧姆表的测量范围。

25、传感器的发展方向是_______、___________、_______________、____________。

26.可用、和__________________传感器检测温度。

27.电容传感器可测量、_______________、_______________和振动学等。

28.相对湿度是指，一般用百分数来表示，记作“％RH”。

29.任何电测量指示仪表的测量机构都必须包括_______、________、、________四个部分。

30、传感器通常包含和两大部分。

31、电阻应变式传感器可将转换成为与之有确定关系的,再经过测量电路转换成信号的一种装置.

32、电感式传感器利用把被测量转换为线圈的或的变化。

33、电涡流式传感器最大特点是可对被测物体进行测量。

34、压电陶瓷要作为压电传感器的测力元件在测量前必须进行处理。

35、热电偶冷端补偿方式有、等。

36、具有的介质物质称为压电材料，如。

37、光电管是利用效应而制成的，而光敏电阻则是利用效应而制成的。

38.传感器的静态特性指标有、、、。

39．在同一条件下所进行的一系列重复测量称为，被测量本身所具有的真正值称为

，测量器具读数装置所指示出来的被测量数值称为。

40．绝对误差是与之间的差值，绝对误差与被测量的约定值之比，称为。

41．假设有一组等精度测量值X1,X2,…,Xn,其全体测量值的数学期望就是测量值的。

42．达依拉准则的数学表达式为。

43．电测量的指示仪表包括和两大类，测量机构中，对活动部分产生反作用力矩的装置称为。

44．磁电系测量机构中的驱动装置主要由和构成，其测量的基本量是。

45．兆欧表的结构主要是由两部分组成，即和。

46．目前我国广泛使用的工业热电偶是具有和的热电偶。

47．热电阻由、和等主要部件组成。

48．传感器根据工作原理可分为、、和电势式。

49.传感器的静态特性指标有、、、。

50.相敏电路的作用是__________________________________________________。

51.磁电系列兆欧表主要用于测量，所测电阻的范围为，欧姆表的测量范围。

52.当二压电片串联使用具q'=，u'=，宜以作为输出量。

53.电子细分的目的是_____________________________________________。

54.传感器发展的方向是__________________________________________。

55.对于SnO2气敏元件吸附还原性气体时，器件的阻值；对于烧结型半导体湿敏元件，随着湿度的增加，其阻值；％RH表示。

56、可用、、传感器检测温度。

二、简答题

1.霍尔传感器的工作原理是什么？

2.莫尔条纹的特点是什么？

3、如何测量600伏以上的交流电压？

4、结合实际工作说明电磁系仪表的主要技术性能？

5、电测量指示仪表的测量机构必须具备哪几个基本功能?

6、结合实际工作说明电流互感器的基本工作原理。

7、何谓正压电效应？

画出压电元件的等效电路。

8.说明变隙式和变截面式自感传器的工作原理和特点。

14、为什么电磁系仪表既适用于直流电路，又适用子交流电路?

15．有两块直流电流表，它们的准确度等级和量限分别为

1.0级0~250mA

2.5级0~75mA

现要测量50mA的直流电流，为了减少测量误差，选用哪块表好？

为什么？

16．什么是补偿法测量？

试述其特点。

17．电位差计是如何测量电阻的？

18．变压器的电桥有何优点？

它是怎样测量三端阻抗的？

四、名词解释

1、外光电效应，光电导效应。

2、霍尔效应

3．引用误差（写出计算式）

4、绝对误差，是相对误差

5．应变效应6．压电效应：

7．热电效应

8．光电效应

9．．补偿电桥法

10．差动变压器

11．光敏电阻

12．霍尔效应

西华大学本科检测与转换技术复习题答案

一、填空题

1、感受或响应，有用输出信号

2、敏感元件，转换元件

3、提高桥臂比，采用差动电桥，采用高内阻的恒流电桥。

4、变极距，变极板面积，变介质

5、自感系数L，互感系数M

6、温度，电量

7、暗电阻，暗电流，亮电阻，亮电流

8、零位误差，温度引起的误差

9、降低，1%

10、敏感元件，转换元件

11、温度，电势，温度，电阻

12、感受或响应，有用输出信号

13、热敏电阻，PN结温度

14、外光电效应，光电子，外光电效应，光电管、光电倍增管

15、零位误差，温度引起的误差

16、压电效应，石英晶体等

17、基本误差、附加误差

18、正比19、“一表法”

20、电源电压对称，而负载也对称得各种三相电路以及电源电压对称，但负载不对称的三相三线制和三相四线制电路

21、三相四线有功、三相三线有功

22、反偏

23、辨向、整流、消除零点残余电压………

24、绝缘电阻；0.1MΩ以上；1Ω～0.1MΩ。

25、集成化、微型化、智能化、网络化

26、热电阻、热敏电阻、热电偶

27、压力、力、位移

28、气体的水蒸气分压与同温度下饱和水蒸气压的比值

29、驱动装置、控制装置、阻尼装置、指示装置

30．敏感元件、转换元件

31．非电物理量、电阻值、电压或电流

32．电磁感应、自感、互感

33非接触型

34极化

35补偿导线法、冷端温度校正法、冰浴法、补偿电桥法（任写两种均可）

36、压电效应石英晶体等

37、外光电、内光电38、线性度、迟滞、重复性、灵敏度

39．等精度测量，真值，示值；40．示值，被测量真值，相对误差；41．真值；

42．

43．模拟式，数字式，控制装置；44．永久磁铁，载流线圈，直流线圈或周期变动电流平均值；45．比率型磁电系测量机构，手摇发电机；46．标准化分度号，分度表

47．电阻体，绝缘套管，接线盒；48．电阻式，电感式，电容式；

49.线性度、迟滞、重复性、灵敏度

50.整流辨向、消除零点残余电压

51.绝缘电阻；0.1MΩ以上；1Ω～0.1MΩ。

52.

，电压

53.提高分辨率

54.集成化、微型化、智能化、网络化

55.下降（变小）；下降（变小）；相对湿度

56.热电阻、热敏电阻、热电偶

二、简答题

1.答：

如图所示的金属或半导体薄片，若在它的两端

通过控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强

度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向上将产

生电动势UH。

这种现象称为霍尔效应。

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，

当电场作用在运动电子上的电场力fE与洛伦兹力fc相等时，电子积累便达到动态平衡。

这时，在薄片两横断面之间建立的电场称为霍尔电场EH，相应的电动势称为霍尔电动势UH,其大小表示为：

2.答：

莫尔条纹的特点是：

1）莫尔条纹的移动量、移动方向与光尺的位移量、位移方向具有对应关系。

2）

，莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用。

当

很小时，

对

有几百倍的放大作用（

为光栅距）。

3）莫尔条纹对光栅栅距局部误差具有消差作用。

3、为安全起见，600V以上的电压的测量一般不直接接入电压表，而是要通过电压互感器，将一次侧的大电压交换到二次侧的100V后再进行测量。

4、1、交直流两用，但主要用于交流；2、用于直流测量时，有磁滞误差；过载能力强；4、标尺刻度不均匀；5、受外磁场影响大；6、受频率影响大、7、波形误差。

5、在被测量作用下，能产生使仪表可动部分偏转的转动力矩。

可动部分偏转时，能产生随偏转角增大而增大的反作用力矩。

可动部分运动时，能产生阻尼力矩。

可动部分有可靠的支撑装置。

能直接指示出被测量的大小。

6、电流互感器主要由一次绕组、二次绕组及铁芯组成。

当一次绕组中通过电流I1时，则在铁芯上就会存在一次磁动势I1N1（Nl为一次绕组的匝数）。

根据电磁感应和磁动势平衡的原理，在二次绕组中就会产生感应电流I2：

，并以二次磁动势I2N2（N2为二次绕组的匝数）去抵消一次磁动势IlNl，在理想情况下，存在的磁动势平衡方程为IN1+I2N2=0此时的电流互感器不存在误差，所以称之为理想的电流互感器

7、当沿一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态。

公式为Q=dF，式中d为压电系数。

压电元件可以等效为一个电荷源Q和一个电容器Ca并联或一个电压源U和一个电容器Ca串联。

8、变气隙式传感器图（略）在铁芯的结构和材料确定之后，自感L是气隙厚度δ和气隙截面积S的函数，即L=f（δ、S）。

如果保持S不变，则L为δ的单值函数，可构成变气隙型传感器。

变截面式传感器如图（略） 

在铁芯的结构和材料确定之后，自感L是气隙厚度δ和气隙截面积S的函数，即L=f（δ、S）。

如果保持δ不变，则L为S的单值函数，可构成变截面式传感器。

9．答：

该图是变介质型电容式传感器的结构原理图。

在外力作用下位移a与容量c成线性关系。

无介质ε2的容量为C0则有位移a后总的容量为：

C＝C0＋C0*

*

10．1）、r＝（

）2*100％＝3.5％

2）、r＝

*100％＝18.75％

11．AC，AB和BC三个热电偶，其接点温度一端为T，另一端为T0。

EAC（T，T0）=eAC（T）-eAC（T0）

EAB（T，T0）=eAB（T）-eAB（T0）

两式相减得

EAC（T，T0）-EAB（T，T0）＝eAC（T）-eAC（T0）-[eAB（T）-eAB（T0）]

＝eAC（T）-eAB（T）-[eAC（T0）-eAB（T0）]

根据热电偶基本定律可知

eAC（T）-eAB（T）＝eBC（T）

eAC（T0）-eAB（T0）＝eBC（T0）

因此

EAC（T，T0）-EAB（T，T0）=eBC（T）-eBC（T0）

=EBC（T，T0）

12、

13、证明如下：

设D材料和B材料相同，C材料和A材料相同

ET=eAB（T1）+eBD（T0）+eDC（T0）+eCA（T0）

因为A和C材料一致，B和D材料一致，

eBD（T0）=eCA（T0）=0

eDC（T0）=eBA（T0）

所以ET=eAB（T1）+eBA（T0）=E1

同例可得ET=E2

ET=E3

所以ET=（E1+E2+E3）/3

14、这是由于定圈中磁场的极性与其中被磁化的铁片的极性能够随着电流方向的改变而同时变化，使铁片与磁场（或被磁化的定铁片）之间的相互作用力不发生改变，其转动力矩的方向不发生改变。

电磁系仪表测量直流时，不存在极性问题。

所以电磁系仪表既适用于直流电路，又适用于交流电路。

15．答：

第一块仪表的相对误差为：

=

=

=0.05

第二块仪表的相对误差为：

=

=

=0.375

显然第二快仪表的相对误差较小，故选择第二块仪表。

16．答：

用调节电位器来补偿电源的电压降，测量过程中没有从被测量电源中吸取能量，从而消除了方法误差的测量手段称为补偿测量法。

17．答：

电位差计是利用比较测量法采用补偿原理直接测量电势或电压的仪器。

通常分三个回路，工作电流回路，标准回路和测量回路。

使用时首先调定工作电流，调节电位器使检流计读数为零，然后开始测量。

在I确定以后，就不允许再改变电位器，测得读数Rh。

由于电位差计中用了标准量具直接参与了比较过程和采用了补偿原理，故其准确度很高。

18．答：

1变压器电桥的电压比基本上是实数，精度搞，且温度和时间稳定性高。

2变压器电桥灵敏度比一般电桥高，且在很宽的范围内能得到恒定。

3其电影比与一标准量具相结合就能相应地等效为一个可调导纳。

4变压器电桥的工作频率很宽。

5变压器电桥调速快，便于实现自动化和数字化。

6变压器电桥可以进行三端或四端阻抗的测量。

其测量三端电阻方法见教材P86图3-21

三、计算题

1、ΔR=R0Kε=120x2x600x10-6=0.14Ω

2．解：

由于电动机为对称三相负载，所以线电流为

负载阻抗角

=30度

于是

电机的总消耗功率为P=P1+P2=2502W

3．解：

1）

2）若用电桥测量电路，相关电路图如右图所示

若电桥电源U＝4V，则

3）若U0降至2mV，则

4．解：

1）

2）当测量到500C和2000C时，其最大误差仍为3度，因此所测温度值越接近测量范围的上限，则相对误差越小。

3）所以，测量值应选择：

。

四、名词解释

1、外光电效应：

在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。

光电导效应：

在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化

2、霍尔效应：

半导体薄片，置于磁感应强度为B的磁场中，两相对的两边通过电流I且与磁场方向正交。

则半导体薄片另外两边将产生由电势UH且UH正比于B与I的乘积。

这一现象称为霍尔效应。

3、引用误差指绝对误差与仪表测量上限（量程）比值的百分数，计算式为引用误差=（绝对误差/测量上限）×100％

4、绝对误差等于测量结果与被测量真值之差。

相对误差等于绝对误差与被测量真值的比值，以百分数表示

5应变效应：

半导体或导体材料在受到外界力作用下，产生机械形变，机械形变导致其电阻的变化，这种应形变而使其电阻值发生变化的现象称应变效应。

6压电效应：

当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时，会产生形变，此时这种材料的两表面将产生符号相反的电荷。

当去掉外力时又重新回到不带电的现象，这种现象称为压电效应。

7热电效应：

将两种不同的金属连接成一条闭合回路，将其中一个接点进行加热到T度，而另一点放于室温中，则在回路中就有电流流过，这一现象称为热电效应。

8光电效应：

在光线的作用下，物体内的电子逃逸出物体表面向外发射的现象称为光电效应。

当光照射到物体上，使物体的电阻率发生变化，或发生光生电动势的效应叫做内光电效应

9．答：

补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电动势变化值。

10．差动变压器是互感传感器，是把被测位移转换为传感器线圈的互感变化量，由于这种传感器通常是差动的，故称之为差动传感器。

11．有些半导体在黑暗的环境下电阻很好，但受到光线照射时，由于激发电子空穴对而使电阻降低。

基于这样原理制造的有光导管称为光敏电阻。

12．金属或半导体薄片，若在两端通过控制电流，并在薄片上施加磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。