直接測(cè)量的方法有偏差式測(cè)量零位式測(cè)量微差式測(cè)量三種方法

1、1直接測(cè)量的方法有偏差式測(cè)量 零位式測(cè)量 微差式測(cè)量三種方法2傳感器靜態(tài)特性的技術(shù)指標(biāo) 線性度 分辨率 靈敏度 遲滯 重復(fù)性和漂移3傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件兩部分組成。.敏感元件：傳感器中能直接接受被測(cè)量信息的元件轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件的感受或響應(yīng)被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于運(yùn)輸和測(cè)量的電信號(hào)。感器組成系統(tǒng)靈敏度 計(jì)算：4什么叫熱電阻效應(yīng)？將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體的兩個(gè)連接點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。什么叫應(yīng)變效應(yīng)？導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻隨其機(jī)械變形而變化的物理現(xiàn)象。概念：金屬導(dǎo)體的電阻值隨它受外力所產(chǎn)生

2、機(jī)械變化的大小而變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)的原理：當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)其長(zhǎng)度和面積都會(huì)發(fā)生變化從式中很容易看出。其電阻值即會(huì)發(fā)生改變。假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度l增加，而截面積s減少。電阻值便會(huì)增加。同理，當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減少而截面積增大。電阻值減少。只要測(cè)出加在電阻的變化即可獲得應(yīng)變電阻絲的應(yīng)變情況。5圖示為一直流應(yīng)變電橋。圖中E=4V，R1=R2 =R3=R4=120，試求： （1）R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)R1的增量為 R1 =1. 2 時(shí)，電橋輸出電壓U0=? （2）R1，R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同

3、，其余為外接電阻，電橋輸出電壓U0 = ?（3）題（2）中，如果R2與R1感受應(yīng)變的極性相反，且R1=R2=1. 2 ，電橋輸出電壓U0 = ?答： 如題 3-5 圖所示圖3-5 由于R1， R2均為應(yīng)變片，且批號(hào)相同，所受應(yīng)變大小和方向均相同，則 R1=R2=R , R1=R2=R。 根據(jù)題意，設(shè)R1=R+R1 ，R2=R - R2則 （符號(hào)根據(jù)應(yīng)變片的極性決定）6說明單線圈和差動(dòng)變隙式傳感器的主要組成、工作原理和基本特性差動(dòng)變隙式傳感器結(jié)構(gòu)：如圖4-6所示由差動(dòng)線圈、鐵芯、銜鐵等組成 工作原理：當(dāng)銜鐵隨被測(cè)量移動(dòng)而偏離中間位置時(shí)，兩線圈的電感量一個(gè)增加，一個(gè)減小，形成差動(dòng)。若銜鐵向上移動(dòng)時(shí)

4、，兩線圈電感量發(fā)生變化： L1、L2，則總的電感變化量為：當(dāng)時(shí)，忽略2，則：基本特性：差動(dòng)式與單線圈電感傳感器的電感L和氣隙厚度之間的關(guān)系如圖4-7所示。通過比較可以看出，差動(dòng)式電感傳感器靈敏度約為非差動(dòng)式電感傳感器的兩倍。從圖4-7還可看出，差動(dòng)式電感傳感器的線性較好，且輸出曲線較陡，靈敏度較高。采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提高靈敏度外，對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等也基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸引力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。靈敏度：?jiǎn)尉€圈變隙式傳感器 結(jié)構(gòu)：由線圈、鐵芯、銜鐵等組成。工作原理：傳感器工作時(shí)，銜鐵與被測(cè)體連接。當(dāng)被測(cè)體產(chǎn)生的位移時(shí)，銜鐵與其同步移動(dòng)，

5、引起磁路中氣隙的磁阻發(fā)生相應(yīng)的變化。從而導(dǎo)致線圈電感的變化。只要測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵（被測(cè)體）位移量的大小和方向。 基本特性：傳感器輸出電感L和輸入量之間的關(guān)系，由磁路基本知識(shí)而知（N線圈匝數(shù)；Rm磁路總磁阻）。由于鐵芯和銜鐵的磁阻遠(yuǎn)小于氣隙磁阻，所以忽略鐵芯和銜鐵的磁阻。（氣隙厚度；S 氣隙截面積;真空磁導(dǎo)率，近似空氣。）當(dāng)匝數(shù)N確定，若保持面積S為常數(shù)，則L是氣隙厚度的函數(shù)，即L=F（）。如圖4-2所示。電感量L與氣隙厚度成正比。輸入與輸出是非線性。靈敏度：K= 可以看出，越小，越高，為保證線性度，只能用于微小位移的測(cè)量。7 何謂零點(diǎn)殘余電壓？說明該電壓的產(chǎn)生原因及消除方法。

6、答：用兩線圈組成電橋,當(dāng)兩線圈的阻抗相等時(shí),輸出電壓為零。它的阻抗是一個(gè)復(fù)合阻抗,有感抗也有阻抗,為了達(dá)到平衡,就要求兩線圈的電阻R相等,兩線圈的電L相等。但這種情況是很難精確達(dá)到的,在零點(diǎn)總有一個(gè)最小的輸出電壓。一般把這個(gè)最小的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余壓1，傳感器的兩個(gè)二次繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱2，由于磁性材料磁化曲線的非線性3，勵(lì)磁電壓本身含高次諧波方法：1盡可能保證傳感器的幾何尺寸，繞組線圈電氣參數(shù)和磁路的對(duì)稱2，采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路8差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路有幾種類型？試述它們的組成和基本原理。為什么這類電路可以消除零點(diǎn)殘余電壓？差動(dòng)變壓器的測(cè)量電路有變隙式，變面積式，螺線管式。9什么叫

7、電渦流效應(yīng)？電渦流的應(yīng)用包括哪些內(nèi)容電渦流效應(yīng)指的是這樣的一種現(xiàn)象：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過導(dǎo)體的磁通將發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體表面形成電流并自行閉合，狀似水中的渦流，稱為電渦流。電渦流只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這一現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。應(yīng)用：位移測(cè)量，振幅測(cè)量，轉(zhuǎn)速測(cè)量，無損探傷。10電容式傳感器的工作原理與分類是一種接近式開關(guān)。 它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。變面積型，變介質(zhì)型，變極距

8、型11什么叫光電效應(yīng)答：光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，這些因光照引起物體電學(xué)特性改變的現(xiàn)象為光電效應(yīng)12解釋熱電效應(yīng)、熱電勢(shì)、接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)答;熱電效應(yīng)：兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起，組成一個(gè)閉合回路。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不等時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生大小和方向與導(dǎo)體材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)，從而形成電流。熱電勢(shì)：因?yàn)闊岫a(chǎn)生的電勢(shì)差。接觸電勢(shì)：這種由于兩種導(dǎo)體自由電子密度不同，而在其接觸形成的電動(dòng)勢(shì)稱為接觸電勢(shì)溫差電勢(shì)：對(duì)單一金屬導(dǎo)體，如果將導(dǎo)體兩端分別置于不同的溫度場(chǎng)，在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子僅有較大的動(dòng)能，將向冷端移動(dòng)，導(dǎo)致熱端失去電子帶正電，冷

9、端得到電子帶負(fù)電，這樣在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生的電位差稱為溫差電動(dòng)勢(shì)13熱電偶測(cè)溫原理及計(jì)算熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特征來達(dá)到測(cè)量的目的。通常將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化，通過適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，就可由電壓電流這些電參數(shù)的變化來表達(dá)所測(cè)溫度的變化。熱電偶的基本定律包括以下三種定律：1）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶的回路的總電勢(shì)無影響。2）參考電極定律：如果導(dǎo)體C熱電極作為參考電極，并已知標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度（T,T0）下，任意兩導(dǎo)體A、B組成

10、的熱電偶，其電勢(shì)可由下式求得3）中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T，T0時(shí)的熱電勢(shì)，等于該熱電偶在接點(diǎn)T、Ta和Ta、T0時(shí)的熱電勢(shì)之和，即14什么叫正、逆壓電效應(yīng)？前置放大器選用，測(cè)量動(dòng)態(tài)量正壓電效應(yīng)就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而使其表面出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象，當(dāng)片狀材料的兩個(gè)電極面上加交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種想象稱為伸縮效應(yīng)，也稱逆壓電效應(yīng)，15試述霍爾效應(yīng)的定義與簡(jiǎn)單的工作原理？為什么霍爾元件用N

11、型半導(dǎo)體制作？ 1）定義：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。工作原理：由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛侖茲力作用的結(jié)果，設(shè)在N型半導(dǎo)體薄片上通以電流I，則半導(dǎo)體中的載流子（電子）沿著與電流方向相反運(yùn)動(dòng)（速度V），由于在垂直于半導(dǎo)體薄片平面的方向上施加磁場(chǎng)B，所以電子受洛侖茲力 的作用，向一邊偏轉(zhuǎn)（虛線所示），并使該邊形成電子積累，而另一邊則為正電荷積累，于是形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)阻止運(yùn)動(dòng)電子的繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電場(chǎng)作用在運(yùn)動(dòng)電子上的力 與洛侖茲力 相等時(shí)，電子的積累便達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在薄片兩橫斷面之間建立電場(chǎng)

12、，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì) 2）材料中載流子的遷移率對(duì)元件靈敏度也有很大的影響，一般來說電子遷移率遠(yuǎn)大于空穴的遷移率，所以霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料16.什么叫濕敏電阻，氣敏元件的工作原理濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的。氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測(cè)的。1-1什么是傳感器？傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置；簡(jiǎn)單說傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。1-3傳感器如何進(jìn)行分類1按輸入量分類，以被測(cè)物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、

13、溫度傳感器等2按輸出信號(hào)形式分類，以模擬量輸出的為模擬式傳感器，以數(shù)字量輸出的為數(shù)字式傳感器。3按工作原理分類，以工作原理命名，如應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、熱釋電傳感器、壓電式傳感器、光電傳感器等。 4 按能量關(guān)系分類，分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型傳感器。5按傳感器的基本效應(yīng)進(jìn)行分類可以分為物理傳感器，化學(xué)傳感器和生物傳感器 6按傳感器所蘊(yùn)含的技術(shù)特征進(jìn)行分類可分為普通傳感器和新型傳感器2-1什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？答：靜態(tài)特性是指檢測(cè)系統(tǒng)的輸入為不隨時(shí)間變化的恒定信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。主要包括線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等

14、。2-7用某一階傳感器測(cè)量100Hz的正弦信號(hào)，如要求幅值誤差限制在5%以內(nèi)，時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少？如果用該傳感器測(cè)量50Hz的正弦信號(hào)，其幅值誤差和相位誤差各為多少？2、某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的三分之一和二分之一所需的時(shí)間。解：一階傳感器頻率響應(yīng)特性：幅頻特性：由題意有：，即又所以：取， 幅值誤差：所以有：相位誤差：所以有：2-9 玻璃水銀溫度計(jì)通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程表示。現(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計(jì)特性的微分方程是 y代表水銀柱高度。x代表輸入溫度。求時(shí)間常數(shù)和靈敏度 3-5如果將100應(yīng)變片貼在彈性試件上，試件截

15、面積彈性模量若的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為1，求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)3-8如圖所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，未受應(yīng)變時(shí)，當(dāng)試件受力時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變，求 （1）應(yīng)變片電阻變化量和電阻相對(duì)變化量。（2）將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3，求電橋 輸出電壓是多少。 4-2試分析變氣隙厚度變磁阻式電感式傳感器的工作原理？變氣隙厚度變磁阻式電感式傳感器是被測(cè)壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，使其發(fā)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與之相連的銜鐵運(yùn)動(dòng)。使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等，符號(hào)相反的變化。電感的變化通過電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出，只要檢測(cè)出輸出電壓，就可確定被測(cè)壓力的

16、大小4-3已知變氣隙電感傳感器的鐵心截面積S=1.5cm2，磁路長(zhǎng)度L=20cm， 相對(duì)磁導(dǎo)率i=5000，氣隙0=0.5cm，=0.1mm， 真空磁導(dǎo)率0=4*10-7H/m，線圈匝數(shù)N=3000， 求L/，若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度將如何變化？答：所以做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式靈敏度將提高一倍。4-8；5-2；一個(gè)以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器結(jié)構(gòu)如圖五所示，其中a=10mm，b= 16mm，兩極板間距d=1mm。測(cè)量時(shí)，若上極板在原始位置 (Dx=0mm) 上向左平移了2mm (Dx=2mm)，求該傳感器的電容變化量、電容相對(duì)變化量和位移相對(duì)靈敏度K0。（已知空氣的相對(duì)介電常數(shù)er=1F/m，真

17、空時(shí)的介電常數(shù)er=8.854x10-12F/m)答：電容的變化量為 即大容量減小了。電容相對(duì)變化量為 位移相對(duì)靈敏度為 5-8一電容測(cè)微儀，其傳圓極板的半徑r=4mm，工作初始間隙d=0.03mm，空氣介質(zhì)，試求：（1）通過測(cè)量得到的電容變化量為，則傳感器與工件之間由初始間隙變化的距離？解：（1）空氣介電常數(shù)，極距變化型電容傳感器靈敏度：（4分）則 （2）如果測(cè)量電路的放大倍數(shù)，讀數(shù)儀表的靈敏度格/，則此時(shí)儀表指示值變化多少格？（2）設(shè)讀數(shù)儀表指示值變化格數(shù)為m，則 6-8簡(jiǎn)述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)。解：電壓放大器的應(yīng)用具有一定的應(yīng)用限制，壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時(shí)，連接電

18、纜不能太長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問題就可以得到克服，使它具有廣泛的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：電纜長(zhǎng)，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。不過由于固態(tài)電子器件和集成電路的迅速發(fā)展， 電荷放大器的優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓Uo與電纜電容Cc無關(guān)，且與Q成正比，這是電荷放大器的最大特點(diǎn)。但電荷放大器的缺點(diǎn)：價(jià)格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過載放大保護(hù)電路，否則在傳感器過載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過高的輸出電壓。7-6某霍爾元件長(zhǎng)l，寬b，高d的尺寸分別為1.0cm*0.35cm*0.1cm，沿l方向通以電流I=1

19、.0mA，在垂直lb面方向加有均勻磁場(chǎng)B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.T，試求輸出的霍爾電動(dòng)勢(shì)和載流子濃度。=22*0.001*0.3=0.0066V n=2.84*1020A*T/V*m*C8-15；8-17某熱敏電阻的B值為2900K，若冰點(diǎn)電阻為500k，求熱敏電阻在100時(shí)的阻值。9-4內(nèi)光電效應(yīng)，外光電效應(yīng)。物體收到光照后所產(chǎn)生的光電只在物體內(nèi)部運(yùn)行，而不會(huì)溢出物體的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)；當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí)光子能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的的光能使電子獲得足夠的能量，電子會(huì)克服正離子對(duì)它的吸引力，脫離材料表面而進(jìn)入外界空間，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。 9-23光電碼盤求最小分辨率，如果要求每個(gè)最小分辨率對(duì)應(yīng)的碼盤圓弧長(zhǎng)度L至少為0.01mm碼盤半徑為多大？最小分辨率360/2n，半徑r。周長(zhǎng)L=2r，360/L=(360/2n)/0.01 9-24利用某循環(huán)碼盤測(cè)得結(jié)果為0110，其實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度是多少， 0110=21+22=6 6*360/24=13510-2什么是熱釋電效應(yīng)，熱釋電