1

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamen i: FYS3230 – Sensorer og måleteknikk

Eksamensdag: Mandag 16. desember 2013

Tid for eksamen: 09:00 – 12:00

Oppgavesettet er på: 2 sider

Vedlegg: Ingen

Tillatte hjelpemidler: Kalkulator, matematisk formelsamling (Rottmann)

Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene.

Oppgave 1

a) Hva er en sensor, en transduser og en aktuator (ifølge læreboka)?

What is a sensor, a transducer, and an actuator (according to the textbook)?

b) Gi et konkret eksempel på hver av disse tre begrepene.

Give an example for each of these three concepts.

c) Hva vil det si å kalibrere en sensor?

What does it mean to calibrate a sensor?

d) Gi eksempler på metoder for å kalibrere sensorer.

Give examples of methods to calibrate a sensor.

e) Forklar begrepene hysterese og oppløsning i forbindelse med karakterisering av sensorer.

Explain the concepts hysteresis and resolution with regard to sensor characteristics.

Oppgave 2

a) Hva kan forsterkerkoblingen i figuren til høyre brukes til?

What can the amplifier circuit to the right be used for?

b) Hva er forsterkningen i kretsen (du skal altså gi et uttrykk

for Vout som funksjon av Va og Vb). Vis hele utregningen.

What is the amplification in the circuit (you should find an

expression for Vout as a function of Va and Vb). Show the

whole calculation.

2

c) Hva er en fire-punktsmåling (kalles også fire-elektrodemåling eller four-wire sensing) og

hva er fordelen med denne metoden?

What is a four-point measurement (also called four-electrode measurement or four-wire

sensing), and what is the advantage with this method?

Oppgave 3

a) Det er flere måter å lage et akselerometer på. Lag en enkel skisse og forklar én slik metode.

There are several ways to make an accelerometer. Make a sketch and explain one of these

methods.

b) Nevn noen eksempler på situasjoner hvor akselerometere kan brukes.

Give some examples of situations where accelerometers can be used.

Oppgave 4

a) Forklar hva relativ luftfuktighet er.

Explain what relative hydration is.

b) Lag en skisse og beskriv en metode for å måle luftfuktighet (ikke hårhygrometer).

Make a sketch and describe a method for measurement of air hydration (not hair

hygrometer).

c) Hva er duggpunkt og hvordan kan det måles?

What is dew point and how can it be measured?

Oppgave 5

a) Forklar begrepene thermocouple og thermopile.

Explain the concepts thermocouple and thermopile.

b) Lag en skisse og beskriv prinsippet for en røykvarsler basert på ionisering.

Make a sketch and describe the principle for a smoke detector based on ionization.

1

UNIVERSITY OF OSLO

Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Exam in: FYS3230 – Sensors and measurement technology

Day of exam: Friday December 12, 2014

Exam hours: 09:00 – 12:00

This examination paper consists of two pages.

Appendices: None

Permitted materials: Calculator

Make sure that your copy of this examination paper is complete before answering.

All questions count equally apart from question 1a which counts twice as much.

Problem 1

The circuit to the right is an inverting amplifier that can provide high amplification without using very large

resistance values in the feedback.

a) What is the amplification 𝐴𝑣 =𝑣𝑜

𝑣𝑖 of the circuit?

You are supposed to find an expression for Av as a

function of the resistors R1, R2, R3 and R4.

Tips: One approach is to find an expression for the

sum of the currents flowing to junction A. The sum of

these currents should be zero (Kirchhoff’s current

law).

b) What is a four point measurement (also called four

electrode measurement or four-wire sensing) and what are

the advantages of using this method?

2

Problem 2

a) What is an actuator (according to the textbook)? Give an example of an actuator.

b) One of the seven basic quantities of the SI system is mass, which is measured in kilograms (kg). What

are the six other quantities? Provide both name and measuring unit.

c) Mention two different quantities that are derived from the seven basic SI quantities. Provide both name

and measuring unit, and also how the unit can be expressed as a combination of some of the seven

basic measuring units.

d) A sensor can be based on different physical principles. Describe a sensor where the basic principle (i.e.

not the main purpose of the sensor) is measurement of capacitance.

e) Explain the terms accuracy and precision that are used for characterizing a measurement system.

Problem 3

a) Explain what the Seebeck effect is (a type of thermo-electric effect). Which sensor is based on this

Seebeck effect?

b) Explain the three basic forms of heat transfer.

Problem 4

a) What is a Fresnel lens? Also make a sketch that shows the principle.

b) Describe a method for measurement of liquid or gas flow (do not choose the so-called drag force

sensor where a sphere or rod is bent e.g. by a flowing liquid).

c) Give an example of how a microphone can be constructed.

d) What is the Hall effect?

e) Explain what piezo-electricity is and give an example of a sensor based on this.

1

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamen i: FYS3230 – Sensorer og måleteknikk

Eksamensdag: Torsdag 8. desember 2016

Tid for eksamen: 14:30 – 17:30

Oppgavesettet er på: 2 sider

Vedlegg: Ingen

Tillatte hjelpemidler: Kalkulator (egentlig ikke nødvendig)

Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene.

Oppgave 1

a) Forklar hva relativ luftfuktighet er.

Explain what relative humidity is.

b) Hva er duggpunkt?

What is dew point?

c) Lag en skisse og beskriv en metode for å måle luftfuktighet (ikke hårhygrometer).

Make a sketch and describe a method for measurement of air hydration (not hair

hygrometer).

Oppgave 2

a) Hva er overføringsfunksjonen til kretsen til høyre? (Du

skal altså gi et uttrykk for Vout som funksjon av Va og

Vb). Du kan anta ideell operasjonsforsterker. Vis hele

utregningen.

What is the transfer function of the circuit to the right?

(You should find an expression for Vout as a function of

Va and Vb). You can assume ideal opamps. Show the

whole calculation.

b) Hva kan denne forsterkerkoblingen brukes til?

What can this amplifier circuit be used for?

2

c) Hva er en fire-punktsmåling (kalles også fire-elektrodemåling eller four-wire sensing) og

hva er fordelen med denne metoden?

What is a four-point measurement (also called four-electrode measurement or four-wire

sensing), and what is the advantage with this method?

Oppgave 3

a) Fortell kort om student-prosjektet Sensorama 2016. Få med hva som var hypotesen i

prosjektet (spørsmålet vi skulle finne svar på), hvilke målemetoder som ble brukt og

hvordan vi utførte målingene (protokoll).

Explain shortly about the student project Sensorama 2016. Include what the hypothesis of

the project was (the question that we should find an answer to), what measuring methods

were used and how we did the measurements (the protocol).

b) Hva er en vitenskapelig artikkel og hvordan er en vanlig eksperimentell (naturvitenskapelig)

artikkel bygget opp (inndelt)?

What is a scientific article and what sections is an ordinary experimental (from natural

science) article divided into?

Oppgave 4

a) Lag en skisse av en sensor for hastighet eller akselerasjon (du velger selv) og beskriv

hvordan den virker.

Make a sketch of a sensor for speed or acceleration (you decide) and describe how it works.

b) Hva er en sensor og hva er en transduser (ifølge læreboka)?

What is a sensor and what is a transducer (according to the textbook)?

c) Forklar begrepene nøyaktighet og presisjon.

Explain the concepts accuracy and precision.

Oppgave 5

a) Forklar prinsippet bak en faselåseforsterker (synkronlikeretter).

Explain the principles of a lock-in amplifier (synchronous rectifier).

b) Hva kan en slik forsterker brukes til?

What can such an amplifier be used for?

c) Forklar med ord hva resistans og resistivitet er (og hva forskjellen på disse to begrepene er).

Explain with words what resistance and resistivity is (and what the difference between these

two concepts is).

d) Hva er kapasitans? Gi et eksempel på hvordan måling av kapasitans kan brukes i en sensor.

What is capacitance? Give an example of how measurement of capacitance can be used in a

sensor.

Eksamensoppgaver FYS3231 / FYS4231 høsten 2017 (digital eksamen)

1. Fortell kort om forskningsprosjektet Sensorama 2017. Her er noen ting du bør få med: Hva var hypotesen vi

skulle teste? Hvilke måleinstrumenter ble brukt? Hvordan ble målingene gjennomført (måleprotokoll)? Her skal

du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng).

Explain shortly about the Sensorama 2017 project. You should a.o. include these: What was the hypothesis?

What instruments were used? How were the measurements carried out (protocol)?

2. Når man sender inn en artikkel til et vitenskapelig tidsskrift, så går manuskriptet gjennom en prosess som kalles

fagfellevurdering (peer review). Forklar hva det er. Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

When you send an article to a scientific journal, it goes through a process called peer review. Explain what this is.

3. Forklar hva en lock-in-forsterker er (også kalt synkronlikeretter eller fasefølsom likeretter). Forklar virkemåte og

de to viktigste bruksområdene. Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

Explain what a lock-in amplifier (synchronous rectifier) is. Explain how it works and what the two most important

fields of use are.

4. Hva er de syv grunnleggende SI-enhetene? Oppgi både navn og måleenhet - f.eks. masse (kg). Her skal du kun

skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

What are the seven basic SI units? Mention both name and measuring unit, e.g. mass (kg).

5. Hva er en transferfunksjon og hvorfor sier vi at et fire-elektrodesystem for impedansmåling måler

transferimpedans? Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

What is a transfer function and why do we say that the four-electrode system for impedance measurements

measures transfer impedance?

6. Forklar begrepene hysterese, nøyaktighet og presisjon. Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

Explain the concepts hysteresis, accuracy and precision.

7. Forklar hva Hall-effekt er og oppgi uttrykkene for kreftene som er involvert. Her skal du kun skrive tekst og ikke

tegne noe. (5 poeng)

Explain what Hall effect is and give the expressions for the forces involved.

8. Forklar hva Seebeck-effect, thermocouple og thermopile er. Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5

poeng)

Explain what Seebeck effect, thermocouple and thermopile are.

9. Forklar hva en Fresnel-linse er. Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

Explain what a Fresnel lense is.

10. I noen måletekniske sammenhenger brukes såkalt driven shield. Forklar hva det er og hva man oppnår ved å

bruke det. Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (5 poeng)

A driven shield is sometimes used in measuring systems. Explain what it is and what you gain by using it.

11. Nevn to fysiske fenomener som brukes i sensorer og beskriv kort to sensorer som er basert på hver av disse

fenomenene (altså fire sensorer til sammen). Her skal du kun skrive tekst og ikke tegne noe. (10 poeng)

Mention two physical phenomena that are used in sensors and describe shortly two different sensors that are

based on each of these phenomena (in all four sensors).

12. Beregn overføringsfunksjonen for kretsen under. Du skal altså gi et uttrykk for spenningen ut (Vout) som funksjon

av spenningene inn (V1, V2 og V3). Vis mellomregningene og beskriv eventuelt med ord, slik a vi ser hvordan du

har gått frem. Bruk scantron. (10 poeng)

Calculate the transfer function for the circuit below. You should find an expression for the output voltage (Vout)

as a function of the voltages (V1, V2 og V3). Show all calculations and perhaps also explain with words so that we

see how you have carried out the calculations.

13. Tegn en skisse og beskriv en sensor for måling av strømning i gass eller væske. Bruk scantron. (5 poeng)

Make a sketch and describe a sensor for measurement of gas or liquid flow.

Eksamensoppgaver FYS 3231 / FYS4231 høsten 2018 (digital eksamen)

1. Explain about the research project Sensorama 2018. What was it about and how was it carried out? In this

question you should only write text and not make any drawings. (5 poeng).

2. What is a scientific article? Your answer should include things like how it differs from e.g. a newpaper article,

what is the typical structure of a scientific article (within experimental science), and what is the process to get it

published. In this question you should only write text and not make any drawings. (10 poeng).

3. Explain the terms hysteresis, accuracy and precision. In this question you should only write text and not make

any drawings. (5 poeng).

4. Explain the terms transducer, sensor and actuator. In this question you should only write text and not make any

drawings. (5 poeng).

5. Explain the three basic mechanisms for heat transfer. In this question you should only write text and not make

any drawings. (5 poeng).

6. What is an electrode and what are electrodes used for? In this question you should only write text and not make

any drawings. (5 poeng).

7. Explain the terms piezoelectricity and pyroelectricity. In this question you should only write text and not make

any drawings. (5 poeng).

8. Explain the method of successive approximations that is e.g. used in some analog-to-digital converters. In this

question you should only write text and not make any drawings. (5 poeng).

9. Explain about the three common temperature scales used today. In this question you should only write text and

not make any drawings. (5 poeng).

10. Explain what Eddy currents are. You may use the scantron paper to make a drawing if you wish. (5 poeng).

11. Find the transfer function of the circuit below. This means that you should find an expression for the output

voltage (vo) as a function of the input voltage (vi) and the resistors R1, R2, R3, and R4. Show the calculations and

perhaps also explain in words, so that we understand how you go about to solve the problem. One suggestion

can be to view the circuit as containing two parts, where the voltage vx marks the output of the first part and the

input of the second part. Use the scantron paper (10 poeng).

12. Make a sketch and describe a sensor for measuring hydration. Use the scantron paper. (5 poeng).