傳感器及檢測技術(shù)課后答案

1、-. z.1-2 自動檢測系統(tǒng)通常由幾個局部組成？其中對傳感器的一般要什么？首先由各種傳感器將非電被測物理或化學成分參量轉(zhuǎn)化成電參量信號，然后經(jīng)信號調(diào)理，數(shù)據(jù)采集，信號處理后，進展顯示，輸出，加上系統(tǒng)所需的交，直流穩(wěn)壓電源和必要的輸入設(shè)備，便構(gòu)成了一個完整的自動檢測系統(tǒng)。對傳感器通常有如下要求：1，準確性 2，穩(wěn)定性 3，靈敏度 4其他：如耐腐蝕性，功耗，輸出信號形式，體積，售價等。1-3 試述信號調(diào)理和信號處理的主要功能和區(qū)別，并說明信號調(diào)理單元和信號處理單元通常由哪些局部組成。信號調(diào)理在檢測系統(tǒng)中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進展檢波，轉(zhuǎn)換，濾波，放大等，以便檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。信號處

2、理模塊是自動檢測儀表，檢測系統(tǒng)進展數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用和大腦相類似。 信號調(diào)理電路通常包括濾波、放大、線性化等環(huán)節(jié)。 信號處理模塊通常以各種型號的嵌入式微控制器、專用高速處理器DSP和大規(guī)?？删幊碳呻娐?，或直接采用工業(yè)控制計算機來構(gòu)建。2-1 隨機誤差，系統(tǒng)誤差，粗大誤差產(chǎn)生的原因是什么？對測量結(jié)果的影響有什么不同？從提高測量準確度看，應如何處理這些誤差？隨機誤差主要是由于檢測儀器或測量過程中*些未知或無法控制的隨機因素綜合作用的結(jié)果。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因大體上有：測量所用的儀器本身性能不完善或安裝，布置，調(diào)整不當；在測量過程中溫度，濕度，氣壓，電磁干擾等環(huán)境條件發(fā)生變化；測量

3、方法不完善，或者測量所依據(jù)的理論本身不完善；操作人員視讀方式不當?shù)?。粗大誤差一般由外界重大干擾或儀器故障或不正確的操作等引起的。減小和消除系統(tǒng)誤差的方法1，針對產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因采取相應措施 2，采用修正方法減小恒差系統(tǒng)誤差 3，采用穿插讀書法減小線性系統(tǒng)誤差 4，采用半周期法減小周期性系統(tǒng)誤差隨機誤差的處理可以用數(shù)理統(tǒng)計的方法，對其分布圍做出估計，得到隨機影響的不確定度。粗大誤差的處理拉伊達準則和格拉布斯準則2-2 工業(yè)儀表常用的精度等級是如何定義的？精度等級與測量誤差是什么關(guān)系？人為規(guī)定：取最大引用誤差百分數(shù)的分子作為檢測儀器系統(tǒng)精度等級的標志，即用最大引用誤差去掉正負號的數(shù)字來表示精

4、度等級。精度等級常用符號G表示。0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0七個等級是我國工業(yè)檢測儀器系統(tǒng)常用精度等級。檢測儀器系統(tǒng)的精度等級由生產(chǎn)商根據(jù)其最大引用誤差的大小并以選大不選小的原則就近套用上述精度等級得到。2-3 被測電壓圍為05V，現(xiàn)有滿量程20V、0.5級和150V、0.1級兩只電壓表，應選用哪只電表進展測量？1V.020*%5.0*ma*ma*L*A表15V.0150*%1.0*ma*ma*L*B表兩者比擬，通常選用A表進展測量所產(chǎn)生的測量誤差較小。即選用20V、0.5級3.2 什么是儀表的靈敏度和分辨力？兩者間存在什么關(guān)系？靈敏度是指測量系統(tǒng)在靜態(tài)測量時，輸出量

5、和輸入量的增量之比。能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最小變化量稱為傳感器或檢測系統(tǒng)的分辨力。 靈敏度與分辨力關(guān)系：傳感器的分辨力主要由敏感元件本身特性決定，提高靈敏度的措施，如提高放大倍數(shù)以及降低信噪比在一定程度有助于提高系統(tǒng)分辨力，但這種手段的作用在于充分發(fā)揮敏感元件的性能，因此其最大效果受限于敏感元件本身，假設(shè)敏感元件本身分辨力有限，則靈敏度的提高也不會影響傳感器的分辨力。靈敏度大則分辨率小3.7 傳感器與檢測系統(tǒng)靜態(tài)校準的條件與步驟是什么？靜態(tài)標準條件是指沒有加速度，振動，沖擊除非這些參數(shù)本身就是被測物理量及環(huán)境溫度一般為室溫205C，相對濕度不大于85%，大氣壓力為1017KPa的情況。

6、靜態(tài)校準的步驟如下：根據(jù)標準的情況，將傳感器或檢測儀器全量程測量圍分成假設(shè)干等間距點一般至少均勻地選擇五個以上的校準點，其中應包括起始點和終點；然后由小到大逐一增加輸入標準量值，并記錄下被校準傳感器或檢測儀器與標準器相應的輸出值；將輸入值由大到小逐一減小，同時記錄下與各輸入值相應的輸出值；按2,3所述過程，對傳感器進展正，反行程往復循環(huán)屢次測試，將得到的輸出-輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或作出曲線；對測試數(shù)據(jù)進展必要的處理，根據(jù)處理結(jié)果就可以確定被校準傳感器或檢測儀器的線性度，靈敏度，滯后和重復性等靜態(tài)特性指標。4.1 什么是金屬電阻絲的應變效應和靈敏度系數(shù)？ 金屬材料的電阻相對變化與其線應變成正比

7、。這就是金屬材料的應變電阻效應。Km=(1+2u)+C(1-2u)為金屬電阻絲的應變靈敏度系數(shù)，它由兩局部組成：前半局部為受力后金屬絲幾何尺寸變化所致，后半局部為因應變而發(fā)生的電阻率相對變化。 試述電阻應變片溫度誤差的慨念，產(chǎn)生的原因和補償方法。由溫度變化引起應變計輸出變化的現(xiàn)象，稱為應變片的溫度效應也稱溫度誤差。產(chǎn)生的原因：1，溫度變化引起應變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應變； 2，試件材料與敏感材料的線膨脹系數(shù)不同，使應變片產(chǎn)生附加應變；溫度補償：應變片自補償法；橋路補償法；熱敏電阻補償法4.4 什么是直流電橋？假設(shè)按不同的橋臂工作方式，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計算？單臂工作電橋 雙

8、臂工作電橋 全臂工作電橋4.7 擬在一個等截面的懸臂梁上粘貼四個完全一樣的電阻應變片，并組成差動全橋電路，試問：四個應變片應如何粘貼？試畫出相應的電橋電路圖，并說明如何克制溫度誤差？在梁的固定端附近的上下外表順著梁L的方向各粘貼兩片應變片。為了好理解，我解釋一下：就是說從上往下看順著力的方向，上面有兩個并排的應變片，同樣下面也有兩個并排的應變片。這樣，上面受拉時，下面受擠壓，兩者發(fā)生極性相反的等量變化，4個應變電阻片就組成了全橋電路 圖在書本p113 圖4-654.9 電容式傳感器的測量電路主要有哪幾種？各自特點是什么？使用這些測量電路時應注意哪些問題？調(diào)頻電路；調(diào)頻測量電路具有較高的靈敏度，

9、可以測量0.01m級位移變化量。運算放大器式電路；運算放大器的輸出電壓與極板間距離d*成線性關(guān)系，從而克制了變間隙式電容傳感器的非線性問題！運算放大器雖解決了單個變極距式電容傳感器的非線性問題，但要求放大器具有足夠大的放大倍數(shù)，而且輸入阻抗很高。雙T二極管型電路；(1)電源、傳感器電容、負載均可同時在一點接地；(2)二極管D1、D2工作于高電平下，因而非線性失真小；(3)其靈敏度與電源頻率有關(guān)，因此電源頻率需要穩(wěn)定；(4)將D1、D2、R1、R2安裝在C1、C2附近能消除電纜寄生電容影響，線路簡單；(5)輸出電壓較高；(6)輸出阻抗與電容C1和C2無關(guān)，而僅與R1、R2及RL有關(guān)；(7)輸出信

10、號的上升沿時間取決于負載電阻RL，可用于動態(tài)測 量；(8)傳感器的頻率響應取決于振蕩器的頻率。差動脈沖調(diào)寬電路；差動脈沖調(diào)寬電路不需要載頻和附加解調(diào)線路，無波形和相移失真，輸出信號只需要通過低通濾波器引出，直流信號的極性取決于C1和C2；對變極距和變面積的電容傳感器均可獲得線性輸出。這種脈寬調(diào)制線路也便于與傳感器做在一起，從而使傳輸誤差和干擾大大減小4.17 簡述差動式電容測厚傳感器的工作原理。4.20 比擬差動式自感傳感器和差動變壓器在構(gòu)造及工作原理上的異同之處。構(gòu)造： 都有完全對稱的鐵芯、銜鐵和線圈構(gòu)造。但差動式電感傳感器至少只有一對自感線圈，沒有原副線圈之分；而差動變壓器則至少由一對原線

11、圈和一對副線圈組成，原線圈端需采用鼓勵電源，輸出電壓自副線圈引出。 工作原理： 一樣點 是都利用銜鐵位置的改變實現(xiàn)差動檢測。不同點 差動式電感傳感器是通過改變銜鐵的位置來改變兩個差動線圈磁路的磁阻而使兩個差動構(gòu)造的線圈改變各自的自感系數(shù)實現(xiàn)被測量的檢測，而差動變壓式傳感器則是通過改變銜鐵的位置改變兩個原副線圈的自感系數(shù)來檢測相關(guān)的物理量。4.23 電渦流式傳感器有何特點？畫出應用于測板材厚度的原理框圖。 從應用來講，電渦流式傳感器的最大特點是能相對位移，振動，厚度，轉(zhuǎn)速，外表溫度，硬度，材料損傷等進展非接觸式連續(xù)測量，具有構(gòu)造簡單，體積小，靈敏度高，頻響圍寬，不受油污等介質(zhì)影響的特點。 原理框

12、圖什么是壓阻效應？什么是壓阻系數(shù)？表示壓阻系數(shù)。半導體電阻率隨應變所引起的變化稱為半導體的壓阻效應。5.2 什么是正壓電效應和逆壓電效應？什么叫縱向壓電效應和橫向壓電效應？ *些晶體或多晶瓷，當沿著一定方向受到外力作用時，部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在*兩個外表上產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力去掉后，又恢復到不帶電狀態(tài)；當作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。上述現(xiàn)象稱為正壓電效應。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨著消失，稱為逆壓電效應。 通常把沿電軸*方向的力作用下產(chǎn)生的壓電效應稱為縱向壓電效應，而把沿機械軸Y方向的

13、力作用下產(chǎn)生的壓電效應稱為橫向壓電效應5.3 簡述石英晶體的構(gòu)造特點，其*,Y,Z軸的名稱是什么？每個軸分別具有什么特點？石英晶體是一個正六角形的晶柱。縱向軸Z稱為光軸，也稱為中性軸，當光線沿此軸通過石英晶體時，無折射；*軸稱為電軸，在垂直于此軸的面上壓電效應最強；Y軸稱為機械軸，在電場的作用下，沿該軸方向的機械變形最明顯5.6 簡述壓電式加速度傳感器的構(gòu)造組成和工作原理壓電式加速度傳感器主要由壓電原件，質(zhì)量塊，預壓彈簧，基座及外殼等組成。工作原理當加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)，既F=ma，此慣性力與物體質(zhì)量m及

14、加速度a成正比，此時力F作用在壓電元件上，因而產(chǎn)生電荷Q，當傳感器一旦確定，則電荷與加速度成正比。因此通過測量電路測得電荷的大小，即可知道加速度的大小。5.7什么是光電效應？光電效應有幾種？并舉例說出與光電效應相對的光電器件的名稱。 因為吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中*些電子的能量而產(chǎn)生的電效應就稱為光電效應。光電效應可分為外光電效應，光電效應和阻擋層光電效應三種類型?；谕夤怆娦砉ぷ鞯墓怆娖骷泄怆姽芎凸怆姳对龉?； 基于光電效應原理工作的光電器件有光敏電阻和反向偏置工作的光敏二極管和光敏三極管； 基于阻擋層光電效應原理工作的光電器件有光電池5.10 簡述光敏電阻，光敏二極管，光敏晶體管和光

15、電池的工作原理。 光敏電阻光敏電阻又稱為光電管，沒有極性，純粹是一個電阻器件，阻值隨光照增加而減小，無光照時，光敏電阻阻值暗電阻很大，電路中電流暗電流很?。划斒艿揭欢úㄩL圍的光照時，它的阻值亮電阻急劇減小，電路中的電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越，此時光敏電阻具有高的靈敏度。光敏二極管在電路中光敏二極管一般是處于反向工作狀態(tài)，處于反向偏置的PN結(jié)，在無光照時具有高阻特性，反向暗電流很小。在有光照時，在結(jié)電場作用下，電子向N區(qū)運動，空穴向P區(qū)運動，形成光電流，方向與反向電流一致。光的照度愈大，光電流愈大。由于無光照時的反偏電流很小，因此光照時的反向電流根本上與光強成正比。光電池

16、光電池是基于光生伏特效應制成的，是自發(fā)電式有源器件。它有較大面積的PN結(jié)，當光照射在PN結(jié)上時，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。硅和硒是光電池的最常用的材料，在一塊N型硅片上用擴散方法滲入一些P型雜志，從而形成一個大面積PN結(jié)，P層極薄能使光線穿透到PN結(jié)上。光電池與外電路的連接方式有兩種，一種是開路電壓輸出，開路電壓與光照度之間呈非線性關(guān)系；另一種是把PN結(jié)的兩端通過外導線短接，形成流過外電路的電流，也稱為光電池的短路輸出電流，其大小與光強成正比；光照度大于1000l*時呈現(xiàn)飽和特性。5.12 設(shè)計基于開關(guān)型光電器件的轉(zhuǎn)速測量傳感器和扭轉(zhuǎn)軸測量傳感器6.2 什么是霍爾效應，霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？一塊

17、長為l、寬為b、厚為d的半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Un。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應 霍爾電勢與霍爾元件的靈敏度KH、控制電流I和磁感應強度B6.4 什么是霍爾元件的不等位電勢和不等位電阻？分析不等位電勢和不等位電阻的關(guān)系。 不等位電勢當霍爾元件通以額定鼓勵電流Ih時，如果所處磁感應強度為零，它的霍爾電勢應該為零，但實際不為零。這時測得的空載電勢Uo稱為不等位電勢，或者叫零位電勢。不等位電阻r=Uo/Ih6.8 簡述霍爾元件在轉(zhuǎn)速測量和計數(shù)中的應用。6.9簡述霍爾電勢計數(shù)裝置的電路圖，分析電路的工作原理。6.10

18、 簡述濕度的定義和表示方法。濕度是表示大氣中水汽含量的物理量，它有兩種最常用的表示方法，既絕對濕度和相對濕度。絕對濕度：指單位體積大氣中水汽的質(zhì)量，可用表達式V=MV/V表示，單位為，絕對濕度也可稱為水汽濃度或水汽密度。絕對濕度也可用水的蒸汽壓來表示。待測空氣可視為一種由水蒸汽和枯燥空氣組成的二元理想混合氣體，根據(jù)道爾頓分壓定律和理想氣體狀態(tài)方程，空氣的水汽密度V可表示為：相對濕度：指*一被測氣體的絕對濕度V與在同一溫度T下水蒸汽已到達飽和的氣體的絕對濕度w之比，常用%RH表示，這是一個無量綱的值。相對濕度 6.12 氣敏元件的工作原理是什么？半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體(主要是金屬

19、氧化物) 外表接觸時產(chǎn)生的電導率等物性的變化來檢測氣體。6.13 氣敏元件用的元件的加熱器的作用是什么？加熱器用以將附著在敏感元件外表上的塵埃，油霧等燒掉，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應速度。分析紅外測溫儀的構(gòu)造組成和工作原理。構(gòu)造組成：紅外源，傳輸紅外的光學系統(tǒng)和承受紅外的探測器，以及信號調(diào)理等組成局部工作原理：利用紅外輻射的熱效應，探測器的敏感元件吸收輻射后引起溫度升高，進而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應變化，通過測量相關(guān)物理參數(shù)的變化來確定探測器所吸收的紅外輻射。超聲波傳感器測流速時傳感器的配置和布局有幾種？分析不同安裝方法的特點。光是如何在光纖中傳輸?shù)?？對光纖和入射角有什么要求？光

20、在纖芯和包層的界面上反復屢次全反射，呈鋸齒波形狀在纖芯向前傳播，最后從光纖的另一端射出，從而實現(xiàn)了光在光纖的傳輸。 為了滿足光在光纖的全反射，光入射到光纖斷面的入射角應滿足： 光纖數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在*個角度圍的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。彈簧管壓力計的測壓原理是什么？試述彈簧管壓力計的主要組成及測壓過程。被測壓力由接口引入，迫使彈簧管1的自由端B產(chǎn)生彈性變形，拉桿3帶動扇形齒輪2逆時針偏轉(zhuǎn)并使與其嚙合的中心齒輪5順時針偏轉(zhuǎn)，與中心齒輪5同軸的指針8將同步偏轉(zhuǎn)，在表盤7的刻度標尺上指出被測壓力p的數(shù)值，彈簧管壓力計的刻度

21、標尺是線性的。扇形齒輪2的一端有調(diào)節(jié)開口槽11，通過調(diào)整螺釘可以改變拉桿3與扇形齒輪2的結(jié)合點位置，從而可以改變傳動機構(gòu)的傳動比，調(diào)整儀表的量程。游絲6一端與中心輪5連接，另一端固定在底座4上，用以消除扇形齒輪與中心齒輪之間的嚙合間隙，減小測量誤差。直接改變指針8套在轉(zhuǎn)動軸上的角度，可以調(diào)整彈簧壓力計的示值零點。提高彈簧管壓力計靈敏度有哪些途徑？為提高測壓靈敏度，可采用多圈彈簧管8.7 簡述測壓儀表的選擇原則。1、類型選擇 要考慮被測介質(zhì)的物理、化學性質(zhì)(如溫度上下、粘度大小、腐蝕性、易燃易爆性能等)，以選擇相應的儀表。要根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力儀表的要求和用途，選擇壓力儀表。要考慮壓力儀表使用現(xiàn)場

22、環(huán)境條件。還要考慮被測壓力的種類(壓力、負壓、絕對壓力、差壓等)、變化快慢等情況，選擇壓力儀表。2、量程選擇壓力儀表的量程要根據(jù)被測壓力的大小及在測量過程中被測壓力變化的情況等條件來選取，為保證測壓儀表平安可靠地工作，選擇量程時必須留有足夠的余地。測量穩(wěn)定壓力時，正常操作壓力應小于滿量程的2/3；測量脈動壓力時，正常操作壓力應小于滿量程的1/2；測量高壓時，正常操作壓力應小于滿量程的3/5。被測壓力的最小值，不應低于滿量程的1/3。量程系列：1，1.6,2.5,4.6*10nMPa，其中n為正或負整數(shù)。3.精度等級選擇壓力檢測儀表的精度等級應根據(jù)生產(chǎn)過程對壓力測量所允許的最大誤差。選擇時應堅持

23、經(jīng)濟的原則，在能滿足生產(chǎn)要求的條件下，不應追求使用過高精度的儀表。8.8 如果被測壓力變化圍為0.51.4MPa，要求被測誤差不大于壓力示值的+-5%，可供選用的壓力表量程規(guī)格為01.6、02.5、04MPa，精度等級有1.0、1.5和2.5三種。試選擇適宜的量程和精度的儀表。解：由題意知，被測對象的壓力比擬穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表的量程為A，則根據(jù)最大工作壓力有：A1.42/3=2.1MPa根據(jù)最小工作壓力有： A0.51/3=1.5MPa故根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程圍為01.0MPa的彈簧管壓力表。由題意，被測壓力允許的最大絕對誤差為： ma*0.450.02MPa儀表精度等級的選取應使得其最大引用誤差不超過允許測量誤差。對于測量圍01.0MPa的壓力表，其最大引用誤差為：0.02MPa100/1.0MPa2故應選取1.6級的壓力表8.11 要實現(xiàn)準確的壓力測量需要注意那些環(huán)節(jié)？ 要保證壓力測量準確，只是壓力儀表本身準確是不夠的，系統(tǒng)安裝的正確與否也有很大的影響。應根據(jù)被測介質(zhì)，管路和環(huán)境條件，選擇適當?shù)娜狐c，正確安裝引壓管和測量儀表。溫度的測量方法有哪兩大類？各自有什么特點？根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度根本測量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸