传感器技术与应用试题二及答案

传感器技术与应用试题二及答案
一、填空：
1、传感器的基本用途可归结为：（1）生产工程的测量与控制；（2）环境监测与保护；（3）交通运输与资源探测；（4）医疗卫生和家用电器。

2、在过程工业中，需要经常检测的“四大参数”为湿度、压力、流量和液面。

此外还包括密度、粘度等参数。

与“四大参数”相比，这些参数的检测和控制更困难。

3、压力传感器中按原理主要有如下几种：电容式、电感式、电阻应变片式、压阻半导体式、压电式等传感器。

其中电容式压力传感器灵敏度高、稳定性好，可以测量从声压到几十兆帕的压力。

4、声即声音，通常指人耳能感觉到的空气振动。

广义而言，声音是各种弹性介质中的机械波，包括人耳不能感知的振动。

介质可以是各种气体、液体和固体。

5、超声具有方向性好、穿透力强、在液体、固体中衰减很小、能量易于集中等优点。

因此超声可用于工业检测、探伤、测距、测速、清洗、焊接、医学成像诊断、碎石等。

在工业、农业、国防、医药卫生和科学研究等方面得到广泛的应用。

6、光是由粒子即光子所组成，这种粒子具有一定的质量、能量和动量。

因此,光既具有波动的本性，又具有粒子性。

7、光电效应分为内光电效应和外光电效应。

8、光敏三极管有PNP型和NPN型两种。

光敏三极管的结构与一般三极管很相似，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，并且其基极通常不连接引线。

9、工程上把红外线所占据的波段分为四部分：近红外、中红外、远红外和极远红外。

10、工业上，常采用冷端自动补偿法，也就是电桥补偿法。

这种补偿方法是在热电偶和测量仪表间接入一个不平衡电桥，也称为冷端温度补偿器。

二、判断：
1、人耳能听到的声音的频率范围一般为20Hz~20kHz，称为可听声。

频率高于20kHz的声称为超声。

（√）
2、微波以波的形式向四周辐射，当波长远小于物体尺寸时，微波具有似光性；当波长和物体尺寸有相同数量级时，微波又有近于声学的特性。

（√）
3、微波在空间传播的形式实质上是交变电流，它由一定能量的、不连续的“能量子”所组成。

（╳）
4、发射微波信号时，先由波导管将微波振荡器产生的振荡信号传输到天线，再通过天线向外发射。

为了使发射的微波具有尖锐的方向性，天线需要具有特殊的结构。

如喇叭形天线、抛物面天线、介质天线与隙缝天线等。

（√）
5、开关型集成霍尔传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种光敏传感器。

（╳）。

6、霍尔式压力传感器就是一种将非电量转换成位移量的传感器。

（√）
7、所谓光电效应是指在光的照射下一些金属、金属氧化物或半导体材料释放电子的现象。

（√）。

8、光的波长越短，即频率越低，其光子的能量也越大；反之，光的波长越长，其光子的能量也就越大（╳）。

9、红外传感器是用来检测物体红外辐射的敏感器件。

所谓红外辐射就是红外光，红外光是太阳光谱的一部分，其波长范围为0.76～10000μm。

（╳）
10、若把两个热电极的一个端点焊接在一起组成热端，就构成了热电偶。

（√）
三、简答题：
1、简述传感器测试电路基本组成？
答：
2、画出传感器在伺服控制系统中的应用组成图
答：
3、简述过程工业控制用传感器的要求？
答：过程工业控制用传感器的要求有三点。

(1)智能化。

(2)高可靠性和稳定性。

(3)高精度和优异的动态特性。

4、简述超声波探伤仪。

答：超声波探伤仪，采用超声波原理可对金属及非金属材料与缺陷特征值进行检测，例如可检测钢板中存在的缺陷，可对焊缝、锻件、铸件、复合材料进行探伤。

超声波探伤是无损检测技术的重要组成部分。

以超声波原理制成的探伤仪器称为超声波探伤仪。

超声波探伤仪种类繁多，而其中的脉冲波探伤仪是最常用的一种，其基本工作原理为：探伤仪向被测试件发射脉冲波，由被测试件底部反射回来的声波与在被测试件中遇到缺陷所反射回来的声波的幅度是有区别的，根据反射回来的声波来判断缺陷状况。

5、微波的特点？
答：(1)、微波的频率较高，传播指向性强；
(2)、微波的波长短，因此遇到各种障碍物容易被反射；
(3)、微波的穿透力较强，不易受环境因素影响，例如烟雾、灰尘、强光等；
(4)、介质对微波的吸收作用与介质的介电常数有关，其中水对微波的吸收作用最强。

四、问答题：
1、传感器选用的基本原则是什么？
答：传感器选用的基本原则可以总结为两点。

（1）与测量条件有关的因素。

1)测量的目的；
2) 测试对象的选择；
3) 测量范围；
4) 输入信号的幅值
5) 频带宽度；
（2）与传感器有关的技术指标。

1）传感器的类型
2) 灵敏度、
3) 输入信号的幅值
4) 频带宽度
以上是有关选择传感器时主要考虑的因素。

此外传感器的安装方法也是实际使用中常常需要考虑的问题之一。

总之，如何正确合理的选用传感器，是传感器应用之前必须要认真分析和重点关注的问题之一。

2、工业应用中怎样实现传感器信号的远距离传输？
答：工业自动化中，信号常常需要远距离传输，而直接传送电压信号，由于传输
线越长，电阻越大，因此远距离时，传送的信号容易被衰减。

从而导致接收端测得的信号不准确。

此外长距离传送电压信号，在传输线上必然引入干扰，这种干扰往往使后级电路不能正常工作。

因此，信号的远距离传输是传感器在工业自动化应用中必需关注的问题之一。

目前的解决途径有两种方法。

(1)选用电流输出型传感器(适用于功耗较大的敏感元件)；如图1所示。

(2)采用高精度电流输出型模块，将电压信号转换成4～20mA电流信号输出(见图2)。

图1 标准4~20mA两线制传感器的应用
图2 信号转换模块的应用
两线制传感器既可采集电流信号、亦可采集电压信号。

不管传输线长短。

在负载电阻(一般取300Ω)上，测得的信号电压不会随传输线长度的改变而变化。

对于已经采用电压输出信号的传感器，为了保证信号的远距离传输不受衰减和干扰，可以选用高精度转换模块，将电压输出改为电流输出后再进行远距离传输。

五、计算题：
温度传感器对某温度进行12次等精度测量，测量数据（℃）如下
20.46，20.52，20.50，20.52，20.48，20.47，
20.50，20.49，20.47，20.49，20.51，20.51
要求对该组数据进行分析整理，并写出最后结果。

解：1）记录填表将测量数据xi(i =1、2、3、……12)按测量序号依次列在表格中。

2）计算
①求出测量数据列的算术平均值。

49.2092.24512
1
12111211≈⨯===∑∑--i i n i i x x n x
②计算各测量值的残余误差
x
x p i i -=。

当计算无误时，理论上有
01
=∑-n
i i
p
，但实际上，由于计算过程中四舍五入所引入的误差，此关系式往往
不能满足。

本题中。

0004.012
1
≈=∑-i i p
③计算标准误差。

由于
14
2
1068.44⨯=∑i
p
，于是02.011
1068.441
4
12
1
2
≈⨯=
-=
--∑n p
i i
σ
（3）判别坏值
本题采用拉依达准则检查坏值，因所有测量值的剩余误差均满足，显然数据中无坏值。

（4）写出测量结果
006.0==
n
σ
σ
所以，测量结果可表示为 018.049.203 ==σx x （ºC ）。