《材料成型检测与控制基础》复习题
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《材料成型检测与控制基础》复习题
第二章传感器
第1次作业
1、什么是传感器？由哪几部分组成？辅助框图说明。
答：（1）传感器是将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置。
（2）一般情况下，传感器可以抽象出由敏感元件、传感元件、信号转换和调节电路、其他辅助元件组成的辅助电路。
2、什么是热电效应？辅助热电效应原理图作答。
把两种不同的金属a和b连接成闭合回路，其中一个接点的温度为T，而另一端的温度为T0，则在回路中有电流产生，这一现象成为热电效应。
3、热电式传感器分为（热电偶）、(热电阻)、(热敏电阻)三种。
4、热电动势由（接触电动势）和（温差电动热）两部分组成。
5、简述接触电动势、温差电动热？其中接触电动势的公式表达分别是？
当两种金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在结点处就会发生电子迁移扩散。失去自
由电子的金属呈正电位，得到自由电子的金属呈负电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处形成电势，称为接触电势。
对于单一金属，如果两端的温度不同，则温度高端的自由电子向低端迁移，使单一金属两端产生不同的电
位，形成电势，称为温差电势。
6、简述热电偶的五条基本定律。1）只有化学成分不同的两种金属材料组成的热电偶，且两端点间的温度不同时，热电势才会产生。热
电势的大小与材料的性质及其两端点的温度有关，而与形状，大小无关。
2）化学成分相同的材料组成的热电偶，即使两个接点的温度不同，回路的总热电势也等于零。应用这
一定率可以判断两种金属是否相同。
3）化学成分不相同的两种材料组成的热电偶，若两个接点的温度相同，回路中的总热电势也等于零。
4）在热电偶中插入第三种材料，只要插人材料两端点的温度相同，对热电偶的总热电势没有影响。
5）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势已知，则此两种导体组成热电偶的热
电势也已知。
7、在热电偶中插入第三种材料，只要插人材料两端点的温度相同，对热电偶的总热电势没有影响。试画出电路图进行简要说明。
8、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势已知，则此两种导体组成热电偶的热电势也已知。试画出电路图进行简要说明。
9、试设计热电偶单点温度的测温电路图。
10、试设计热电偶二点之间温差的测温电路图。
311、试设计热电偶三点测量平均温度的测温电路图。
第2次作业
12、电阻式传感器主要分为两大类：（电位计（器）式电阻传感器（或变阻器式传感器））和（应变式电
阻传感器）。
13、辅画电路图，分析电位计式传感器工作原理。
414、辅画图示，分析电阻应变式传感器工作原理。
AL
R
d
AdA
LdL
RdR
515、试画出并分析电阻传感器原测试电路。2
413
1423()()RRRR
VE
RRRR
(12)dR
S
R
16、试画出3种电阻传感器原电桥测试电路。17、电感式传感器是基于（电磁感应）原理，把被测量转化为（电感量）的一种装置。
18、常见的电感式传感器有哪几种？并试述变磁阻式传感器的工作原理。
变磁阻式传感器，变面积式自感传感器，差动式电感传感器，螺管式电感传感器，涡流式电感传感
器。电磁电感原理：
2
00
2NuA
L
u0－空气的磁导率
A0－空气隙的截面积
δ－空气隙的长度
19、画出电路分析涡流式电感传感器的等效电路。
7第3次作业-电容传感器+压电传感器
20、电容式传感器是将被测量的变化转化为（电容）量变化的的一种传感器，可分为（变间隙）型、
（变面积）型、（变介质）型等三类。
21、
画出平行板电容器的简要结构，试述平板电容式传感器的工作原理。22、
试画出电容式传感器的等效电路，并对参数做简要说明。
23、压电效应分为（纵向压电）效应、（横向压电）效应、（切向压电）效应等三种类型。
24、压电式传感器百根据（）效应制作的传感器。
25、简述压电效应，逆压电效应。
当沿物质的某一方向施加压力或拉力时，该物质将发生变形，使其两个表面产生符号相反的电荷；当
去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象称为“压电效应”，也称为“顺压电效应”。反之，当
在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去年电场后，变形随之消失，这种现象称为逆
压电效应。
26、画出并简要分析压电式传感器的等效电路（以电压源、或电荷源为例）。第4次作业-霍尔传感器+信号处理
27、画出霍尔原理图，根据，简述霍尔霍尔效应（霍尔传感器的工作原理）。
将半导体薄片垂直置于磁感应强度为B的磁场中，在它的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方
向正交，则在半导体另外两边将会产生一个大小与控制电流I和磁场强度B乘积成正比的电动势Uh，这
一现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制作的传感器，称为霍尔传感器。
28、电桥可分为（直流电桥）和（交流电桥）两大类。
29、什么是电桥（电桥工作原理）？画出常见的的直流电桥电路及其等效电路。
电桥是在电阻传感器、电感式传感器、电容式传感器中广泛应用的测量电路，它将某个传感器的敏感元件作为其中的某个桥臂，可以将电阻、电感、电容等参数的变化变换为电压或电流的变化。
30、试设计利用霍尔元件测量转速的装置，并说明其工作原理。设计装置如右图所示：当凸齿轮接近霍尔元件时，磁路磁阻减小，磁通变大；而在接近齿凹时，磁阻增大和磁感应强度减
小。从而在霍尔元件的输出端产生脉冲变化的的霍尔电势，经整形电路后产生计数脉冲，如下图所示，这样每经过一个齿，便产生一个计数脉冲，可测量被测轴转速。
31、选择传感器主要考虑（灵敏度）、（响应特性）、（线性范围）、（可靠性）、（稳定性）、（精确
度）、（测量方式）等方面的问题。
32、简述传感器选用时要主要考虑哪些因素或问题（答对至少4条）。
选择传感器主要考虑灵敏度、响应特性、线性范围、可靠性、稳定性、精确度、测量方式等七个方面
的问题。
（1）灵敏度。一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑：
a)灵敏度过高引起的干扰问题；
b)量程范围。
c)交叉灵敏度问题。
（2）响应特性
传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。实际上传感器的响应总不可避
免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。
（3）线性范围
任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明
传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。
（4）可靠性
可靠性指仪器、装置等产品在规定的条件下，在规定的时间内可完成规定功能的能力。
（5）稳定性
测量过程物理参数的稳定程度。
（6）精确度
传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量真值一致的程度。
（7）测量方式
传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性
测量、在线与非在线测量等。第三章检测及显示技术
第5次作业
33、如下图中仪表的各部分组名称成分别为：1----（张丝），2----（磁心），3----（动圈），4----（永久
磁铁），5----（仪表刻度面板，或仪表刻度盘），6----（指针），7----（热电偶）。
34、分析设计题：以热电偶传感器测温为例，试设计并画出磁电动圈式仪表的测量电路原理图，并进行简
要分析测量原理。测量电路为：测量原理分析（参考答案）：
12第6次作业---检测显示
35、分析设计题。用热电偶测温时，热电动势的大小决定于热端温度与冷端温度之差；如果冷端温度固
定，则取决于热端温度。测量冷端温度变化，没测量将会引起误差。为此，请利用补偿电桥法，试设计（画出）基于电桥补偿冷端补偿的热电偶测温的电路图，并分析其测量及补偿原理。
原理要点分析：
利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。不平衡电桥由R1、
R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)四个桥臂和桥路电源组成。在0℃下使电桥平衡(R1=R2=R3=RCu)，此时
Uab=0，电桥对仪表读数无影响。供电4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范围起补偿作用。不同材质的
热电偶所配的冷端补偿器，其中的限流电阻Rs不一样，互换时必须重新调整。特别要注意的是，桥臂RCu
必须和热电偶的冷端靠近，使处于同一温度之下。RCu是由温度系数较大的铜导线绕制而成的补偿电阻，
Rs是用温度系数很小的锰铜丝绕制而成的。此桥串联在热电偶测量回路中，热电偶冷端与电阻RCu感受相
同的温度。当冷端温度变化时，RCu随冷端温度改变，电桥失去平衡，产生不平衡电压Uab，此电压与热电
动势相叠加，可用于补偿冷端温度变化面引起的热电动势的变化。
36、分析题。分析下图所示中冰水混合物在整个测量电路中的作用。答案要点：
用热电偶测温时，热电动势的大小决定于热端温度与冷端温度之差；如果冷端温度固定，则取决于热
端温度。测量冷端温度变化，没测量将会引起误差。由于冰水溶液的温度是0℃，可以保持热电偶冷端的
温度恒定，减小或消除热电偶测温的误差。
37、简述有静态电阻应变仪、动态静态电阻应变仪的构成，并说明其工作原理(用文字说明，也可附以必
要框图进行)。
第5章自动控制理论基础
第9次作业
38、求以下微分方程的传递函数。
14参考答案：
39、控制系统中，常见的典型环节有哪些，各有什么特点？其传递函数表达式分别是什么？40、求系统的微分方程
41、求传递函数U0/Ui
16解：
求传递函数U0/Ui
求传递函数U0/Ui
17求传递函数U0/Ui
18求传递函数U0/Ui
第10次作业
42、求传递函数，其中阻尼元件B、B1、B2的阻尼系数分别为f、f1、f2。
