20xx年电大传感器与检测技术期末考试试题与答案小抄参考

20xx年电大传感器与检测技术期末考试试题与答案小抄参考内容摘要：

3 21200     ax CCK x /pF 1 02 03 04 0p FCx1 2 34xc m0 第四章 电感式传感器。 答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是： 传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。 它的主要优点是什么。 答：电涡流式传感器的灵敏度主要受 导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。 电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。 所示的差动相敏检波电路的工作原理。 答：如图所示，设差动电感传感器的线圈阻抗分别为 Z1和 Z2。 当衔 铁处于中间位置时， Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态， C 点电位等于 D 点地位，电表指示为零。 当衔铁上移，上部线圈阻抗增大， Z1=Z+△ Z，则下部线圈阻抗减少， Z2=Z△ Z。 如果输入交流电压为正半周，则 A点电位为正， B 点电位为负，二极管 V V4导通， V V3截止。 在 AECB 支路中， C 点电位由于 Z1增大而比平衡时的 C 点电位降低；而在 AFDB 支中中， D 点电位由于 Z2的降低而比平衡时专业好文档 9 D 点的电位增高，所以 D 点电位高于 C 点电位，直流电压表正向偏转。 如果输入交流电压为负半周， A 点电位为负， B 点电位为正， 二极管 V V3导通， V V4截止，则在 AFCB 支中中， C 点电位由于 Z2减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压若为负半周，即 B 点电位为正， A 点电位为负， C 点相对于 B点为负电位， Z2减少时， C 点电位更负）；而在 AEDB 支路中， D点电位由于 Z1 的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是 D 点电位高于 C 点电位，电压表正向偏转。 同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。 ～移相器 ， L L2为传 感器的两差动电感线圈的电感，其初始值均为 L0。 R R2 为标准电阻， u 为电源电压。 试写出输出电压 u0与传感器电感变化量 △ L间的关系。 解： 输出与输入的关系是 uRLLf LLfRLLf LLfu     22200212000 )](2[ )(2)](2[ )(2    若电感增量无穷小，且两个电阻均为 R，则： uRfL Lfu 2200 )2(4    u0uR 1R 2L 1L 2 VU0 题 4 图 题 5 图 整流电路，试分析电路的工作原理。 答： 这是简单的电压输出型，动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压，中间可调整零位，输出电压与铁芯位移成正比。 这种电路由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大。 第五章 热电偶传感器 1．什么是金属导体的热电效应 ?试说明热电偶的测温原理。 专业好文档 10 答：热电效应就是两种不同的导体或半导体 A 和 B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。 热电偶测温就是利用这种 热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。 2．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因。 答：当 A 和 B 两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同 (即电子密度不同 )，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。 现假设导体 A 的自由电子密度大于导体 B 的自由电子密度，则导体 A 扩散到导体 B 的电子数要比导体 B 扩散到导体 A 的电子数大。 所以导体 A 失去电子带正电荷，导体 B 得到电子带负电荷，于是，在 A、 B 两导体的接触界面上便形成一个由 A 到 B 的电场。 该电场的方向与扩散进行的 方向相反，它将引起反方向的电子转移，阻碍扩散作用的继续进行。 当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体 A 扩散到导体 B 的自由电子数与在电场作用下自导体 B 到导体 A 的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。 在这种状态下， A 与 B 两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。 对于导体 A 或 B，将其两端分别置于不同的温度场 t、 t0中 (t t0)。 在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。 这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。 该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最后也达到了动态平衡状态。 这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为温差电动势。 3．简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。 答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两接点的温度如何，热电动势为零。 根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同，也可以检查热电极材料的均匀性。 二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 它使我们可以方便地在回路中直 接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。 三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。 只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。 四是中间温度定律：热电偶在两接点温度 t、 t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为 t、 tn和 tn、 t0时的相应热电动势的代数和。 中间温度定律为补偿导线的使用提供 了理论依据。 4．试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。 答：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。 这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合，有 0℃恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法。 将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所 (如仪表室 )，其实质是相当于将热电极延长。 根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。 修正公式为： )t,(tE)t( t,E)t( t,E 01AB1AB0AB  ；四是电桥补偿法。 利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动 势的变化，工作原理如下图所示。 ++Ut eR 1 R 2R 3 R 4R CM R5I 1 I 2I 图中， e 为热电偶产生的热电动势， U 为回路的输出电压。 回路中串接了一个补偿电桥。 R1~R5 及 RCM专业好文档 11 均为桥臂电阻。 RCM 是用漆包铜丝绕制成的，它和热电偶的冷端感受同一温度。 R1~R5均用锰铜丝绕成，阻值稳定。 在桥路设计时，使 R1=R2，并且 R R2的阻值要比桥路中其他电阻大得多。 这样，即使电桥中其他电阻的阻值发生变化，左右两桥臂中的电流却差不多保持不变，从而认为其具有恒流特性。 线路设计使得 I1=I2=I/2=。 回路输出电压 U 为热电偶的热电动势 e、桥臂电阻 RCM的压降 URCM及另一桥臂电阻 R5 的压降 UR5三者的代数和： R5RCM UUeU  当热电偶的热端温度一定，冷端温度升高时，热电动势将会减小。 与此同时，铜电阻 RCM 的阻值将增大，从而使 URCM 增大，由此达到了补偿的目的。 自动补偿的条件应为 tRIe CM1   5．用镍铬 镍硅 (K)热电偶测量温度，已知冷端温度为 40℃，用高精度毫伏表 测得这。