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辽宁业大学试题标准答案及评分标准

二、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分）

1、引起零点残余电压的原因是什么？如何消除零点残余电压？

答：产生零点残余电压的原因是：传感器的两个二次绕组的电气参数与几何尺寸不对称；传感器磁性材料磁化曲线的非线性；励磁电压本身含高次谐波。

消除办法：尽可能保证传感器的几何尺寸、绕组线圈电气参数和磁路的对称；采用适当的测量电路，如相敏检波整流电路。

2、什么是正压电效应？什么是逆压电效应？什么是纵向压电效应？什么是横向压电效应？答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷聚集的现象。

当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。 3、什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关？如何提高霍尔传感器的灵敏度？

答、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。

答：霍尔电动势UH?EHb?vBb??IBIB?RH?KHIB nedd霍尔电动势与霍尔电场EH、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。霍尔传感器的灵敏度KH?RH1??。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成dned薄片行。又因为霍尔元件的灵敏度与载流子的浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低时

的材料作霍尔元件。

4、什么是光电效应和光电器件？光电效应有哪几大类？每种光电效应对应的常用光电器件都有哪些？

答：所谓光电效应，是指物体吸收了具有一定能量的光子后所产生的电效应。根据光电效应原理工作的光电转换器件称为光电器件；光电效应分为内光电效应和外光电效应，

外光电效应：是指在光线作用下，电子逸出物体表面的现象。相应的光电器件主要有光电管和光电倍增管；

内光电效应：是指在光线作用下，物体的导电性能发生变化或者产生光生电动势的现象，它可分为光电导效应和光生伏特效应。内光电效应常用的器件有：光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏晶体管。

5、采用热电阻测量温度时，常用的引线方式主要有哪几种？试述这几种引线方式各自的特点及适用场合？

答：热电阻常用的引线方式主要有：两线制、三线制、四线制。

两线制的特点是结构简单、费用低，但是引线电阻及其变化会带来附加误差。主要适用于引线不长、测温精度要求较低的场合。

三线制的特点是可较好地减小引线电阻的影响，主要适用于大多数工业测量场合。

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四线制的特点是精度高，能完全消除引线电阻的影响，主要适用于实验室等高精度测量场合。 6、分析微波传感器的主要组成及其各自的功能。

答：微波传感器主要包括：微波发生器、微波天线及微波检测器。微波发生器是产生微波的装置；

微波天线用于将振荡器产生的微波信号发射出去的装置；微波检测器用于探测微波信号的装置。四、分析计算题（共4题，共计35分） 1、（7分）某温度传感器为时间常数??3s的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温度最终输出值的三分之一和二分之一所需的时间。

解：传感器受突变温度可以看作输入是阶跃函数，对于一阶系统，其阶跃输入响应为

y(t)?A(1?e?)，当输出达到输入的三分之一时，y(t)?A(1?e?)?时间t1???ln(1?)??3ln?t?t1A，此时对应的3132?1.2164s 3?t同理，当当输出达到输入的二分之一时，y(t)?A(1?e?)?1A，此时对应的时间211t2???ln(1?)??3ln?2.08s

222、（6分）某一电容测微仪,传感器的圆形极板半径r?4mm,工作初始间隙d?0.3mm,问 (1) 工作时,如果传感器与工件的间隙变化量?d?2?m时,电容变化量是多少?

(2) 如果测量电路的灵敏度S1?100mV/pF,读数仪表的灵敏度S2?5格/mV,在

?d?2?m时,读数仪表的示值变化多少格?

解：（1）C0??0?rAd08.854?10?12F/m???4?4?10?6??1.48pF ?30.3?10?d2?10?6?C?C0?1.48pF??0.987?10?2pF ?4d03?10（2）系统总的灵敏度为：S?S1?S2?500格/pF

所以读数仪表的示值变化为：y?S??C?500?0.987?10pF?5格

3、（6分）某霍尔元件尺寸(l, b, d)为1.0cm*0.35cm*0.1cm，沿l方向通以电流I=1.0mA，在

垂直lb面加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/A*T, 求其输出霍尔电动势和载流子浓度。

解：霍尔电势为UH?KHIB?22?1.0?10?0.3mV?6.6mV

?3?2 3

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UH?vBb,vb?UH6.6mV??2.2?10?4V/T B0.3TI?nevbd,1?10?3?n?1.6?10?19?2.2?10?4?0.1?10?2

n?2.84?1020/m3

4、（10分）用两只K型热电偶测量两点温差，其连线如图所示，已知t1?420℃，t0?30℃，显示仪表显示的温差电势为15.24mV，（1）试问两点温差为多少；（2）后来发现t1温度下的那只热电偶错用E型热电偶，其它都正确，试求两点实际温差。

（已知K型热电偶e（420，0）=17.241mV，e（30，0）=1.203 mV，e（49.5，0）=2.001mV，e（40，0）=1.611mV， e（360，0）=14.708mV，e（440，0）=18.088mV；E型热电偶e（420，0）=30.546 mV，e（30，0）=1.801mV；）

解：（1）由测温原理知：eAB（t1，t0）- eAB（t2，t0）=15.24

eAB（t1，0）- eAB（t2，0）=15.24

eAB（t2，0）= eAB（t1，0）- 15.24= eAB（420，0）-15.24 =17.241-15.24=2.001mV （4分）

由e（49.5，0）=2.001mV ，t2=49.5℃，△t=420-49.5=370.5℃（2）（2）：eABE（t1，t0）- eABK（t2，t0）=15.24

[eABE（t1，0）-eABE（t0，0）]- [eABK（t2，0）-eABK（t0，0）]=15.24 eAB（t2，0）= [eABE（t1，0）-eABE（t0，0）]+ eABK（t0，0）- 15.24 = [eABE（420，0）-eABE（30，0）]+ eABK（30，0）- 15.24 =30.546-1.801+1.203-15.24=14.708 （4分）

由e（360，0）=14.708mV ，t2=360℃，△t=420-360=60℃（2分）

5、（6分）试计算n1?1.46,n2?1.45的阶跃折射率光纤的数值孔径值。如果光纤外部介质的n0?1，求最大入射角?c的值。

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解：sin?c?1n0n1?n2?n1?n2

222222NA?sin?c?n1?n2?1.462?1.452?0.17

?c?arcsinn12?n22?arcsin0.17?9.8rad

四、综合设计分析题（本大题共15分）

在如图所示的悬梁测力系统中，可能用到的四个相同特性的电阻应变片为R1,R2,R3,R4，各应变片灵敏系数K?2，初值为100?。当试件受力F时，若应变片要承受应变，则其平

?m/m。测量电路的电源电压直流3V。均应变为??1000（1）若只用一个电阻应变片构成单臂测量电桥，求电桥输出电压及电桥非线性误差。

（2）若要求用两个电阻应变片测量，且既要保持与单臂测量电桥相同的电压灵敏度，又要实现温度补偿，请在图中标出两个应变片在悬梁上所贴的位置；绘出转换电桥，标明这两个应变片在桥臂中的位置。

（3）要使测量电桥电压灵敏度提高为单臂工作时的4倍，请在图中标出各应变片在悬梁上所贴的位置；绘出转换电桥，标明各应变片在各桥臂中的位置；并给出此时电桥输出电压及电桥非线性误差的大小。

解：解：（1）设用电阻应变片R1作测量电桥的测量臂，其他桥臂电阻初值为100?。