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《传感器与检测技术》试卷3班级学号姓名成绩:
一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下:X
0.
92.
53.
34.
55.
76.7Y
1.
11.
62.
63.
24.
05.0试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度分）（10
二、下图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中是固定电阻，R1与是电阻应变片，工作时RI受拉,H2=R3=R R4R4受压，△庐桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失0,去平衡，这时，就用桥路输出电压表示应变片变后电阻值的变化Ad量试证明二-（分）（△曲而分）Ad2（10bUcd
三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法分）（io
四、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流法分）（10
五、论述的工作原理，如何用设计一台摄像机分）CCD（6
六、人们说，传感器代表着今后传感器发展的总趋势，为什么？SMART（分）6
七、什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？分）（8
八、什么是传感器的可靠性？可靠性设计程序和原则是什么？什么是传感器的失效？失效有哪几种？失效分析方法有哪几种？分）（10
九、利用所学知识，设计一套湿度传感器（包括敏感元件的选择、测量电路的设计、采用温度补偿及抗干扰措施）分）（15
十、设计一套智能测温传感器要求测温范围一转换10〜40C,A/D为位数字（包括硬件和软件）分）10（15《传感器与检测技术》试卷班级—学号—姓名成绩:
一、测得某检测装置的一组输入输出数据如下:
0.
92.
53.
34.
55.
76.7X
1.
11.
62.
63.
24.
05.0Y试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度（1分）解y=kx+h△i=上二匹必三互-Ex科左）b=;;近西一（Ex）代入数据求得左=
0.68b=
0.25所以y=
0.68x+
0.254=
0.2384=-
0.35J=-
0.163J=-
0.114=-
0.126J=-
0.19446=±^1^x100%=士竺=±7%为5拟合直线灵敏度k=
0.68,线性度土7%o
二、下图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，△庐0,桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出/d=-/2A Wo10电压左d表示应变片变后电阻值的变化量试证明:分）大____________a|Z》网XX―d证明R1=R+ARRA=R—AR__E____________-E--RR—EUcd=t/Uc「db R+AR+R R—AR+R4R2-AR2E AR略去A/的二次项，即可得d=
三、什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应用分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法（10分）答
①热电动势两种不同材料的导体（或半导体）A、B串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电动势因而有电流产生相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势，通称热电动势
②接触电动势接触电动势是由两种不同导体的自由电子，其密度不同而在接触处形成的热电动势它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关
③温差电动势是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电动势
④热电偶测温原理热电偶的测温原理基于物理的“热电效应:所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象两点间的温差越大，产生的电动势就越大引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小
⑤热电偶三定律a中间导体定律热电偶测温时，若在回路中插入中间导体，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶回路总的热电动势不产生影响在用热电偶测温时，连接导线及显示一起等均可看成中间导体b中间温度定律任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T,冷端为了时的热电动势等于该热电偶热端为T冷端为，时的热电动势与同一热电偶热端为7；,冷端为时热电势的代数和应用对热电偶冷端不为0°时，可用中间温度定律加以修正热电偶的长度不够时，可根据中间温度定律选用适当的补偿线路C参考电极定律如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T,7）时分别为项式7义），稣/丁，”），那么爱相同温度下，又A、B两热电极配对后的热电动势为稣/丁工BT=ECT/—实用价值可大大简化热电偶的选配工作在实际工作中，只要获得有关热电极与标准箱电极配对的热电动势，那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电动势便可由上式求得，而不需逐个进行测定
⑥误差因素参考端温度受周围环境的影响措施aOC恒温法b计算修正法（冷端温度修正法）c仪表机械零点调整法d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法
四、霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？请详细推导分流法（10分）答霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等霍尔组件的不等位电动势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电动势，可用输出的电压表示温度2未卜彳学方^去.a分流电质法适用于恒流源供给控制电流的情况b电桥补偿法推导分流法略
五、论述CCD的工作原理，如何用设计一台摄像机（6分）答CCD是一种半导体器件，在N型或P型硅衬底上生长一层很薄的S02,再在S,薄层上依次序沉积金属电极，这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片CCD可以把光信号转换成电脉冲信号每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这就起到图像传感器的作用
六、人们说，SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势，为什么？（6分）答从SMART传感器的功能和优点两方面来看
①功能a）自补偿功能如非线性、温度误差响应时间等的补偿b）自诊断功能如在接通电源时自检c）微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能，构成一死循环工作系统d）信息存储和记忆功能c）数字量输出和显示
②优点a）精度高，可通过软件来修正非线性，补偿温度等系统误差，还可补偿随机误差，从而使精度大为提高b）有一定的可编程自动化能力包括指令和数据存储、自动调零、自检等c）功能广智能传感器可以有多种形式输出，通过串口、并口、面板数字控制数或CRT显示，并配打印机保存资料d）功能价格比大在相同精度条件下，多功能智能传感器比一功能普通的传感器性能价格比大可见，SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势
七、什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？（8分）答当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现,则把这种误差称为系统误差系统误差出现的原因有
①工具误差指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差
②方法误差指由于对测量方法研究不够而引起的误差
③定义误差是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差
④理论误差是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差
⑤环境误差是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校验时的标准状态，而是随时间在变化，从而引起的误差
⑥安装误差是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差⑺个人误差是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差减小系统误差的方法
①引入更正值法若通过对测量仪表的校准，知道了仪表的更正值，则将测量结果的指示值加上更正值，就可得到被测量的实际值
②替换法是用可调的标准量具代替被测量接入测量仪表，然后调整标准量具，使测量仪表的指针与被测量接入时相同，则此时的标准量具的数值即等于被测量
③差值法是将标准量与被测量相减，然后测量二者的差值
④正负误差相消法是当测量仪表内部存在着固定方向的误差因素时，可以改变被测量的极性，作两次测量，然后取二者的平均值，以消除固定方向的误差因素
⑤选择最佳测量方案是指总误差为最小的测量方案，而多数情况下是指选择合适的函数形式及在函数形式确定之后，选择合适的测量点
八、什么是传感器的可靠性？可靠性设计程序和原则是什么？什么是传感器的失效？失效有哪几种？失效分析方法有哪几种？（10分）答传感器的可靠性是指传感器在规定条件、规定时间，完成规定功能的能力可靠性设计程序
①建立系统可靠性模型
②可靠性分配
③可靠性分析
④可靠性预测
⑤可靠性设计评审
⑥试制品的可靠性试验
⑦最终的改进设计可靠性设计原则
①尽量简单、组件少、结构简单
②工艺简单
③使用简单
④维修简单
⑤技术上成熟
⑥选用合乎标准的原材料和组件
⑦采用保守的设计方案产品丧失完成规定功能能力所有状态及事件的总和叫失效失效的分类
①按失效发生场合分试验失效、现场失效
②按失效的程度分完全失效、局部失效
③按失效前功能或参数变化的性质分突然失效、退化失效
④按失效排除的性质分稳定性失效、间歇失效
⑤按失效的外部表现分明显失效、隐蔽失效
⑥按失效发生的原因分设计上的失效、工艺上的失效、使用上的失效
⑦按失效的起源分自然失效、人为失效
⑧按与其他失效的关系分独立失效、从属失效
⑨按失效浴盆曲线上不同阶段分早期失效、偶然失效、耗损失效等失效分析的方法
①失效模式、效应及危害度分析
②工艺过程FMMEA及质量反馈分析
③失效树分析方法
九、利用所学知识，设计一套湿度传感器（包括敏感元件的选择、测量电路的设计、采用温度补偿及抗干扰措施）（15分）
十、设计一套智能测温传感器要求测温范围一14℃，A/D转换为1位〜数字（包括硬件和软件）（15分）答案略。
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