傳感器與檢測技術(shù)試題與答案

傳感器與檢測技術(shù)試題與答案好東西第1章傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)考慮題答案.檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用。答：一個完好的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。當(dāng)然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。下列圖給出了檢測系統(tǒng)的組成框圖。檢測系統(tǒng)的組成框圖傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往往是由傳感器的性能確定的，因為檢測系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓或電流信號。通常傳感器輸出信號是微弱的，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。根據(jù)需要測量電路還能進行阻抗匹配、微分、積分、線性化補償?shù)刃盘柼幚砉ぷ?。顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。.傳感器的型號有幾部分組成，各部分有何意義？依次為主稱（傳感器）被測量—轉(zhuǎn)換原理—序號主稱——傳感器，代號C；被測量——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。見附錄表2；轉(zhuǎn)換原理——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。見附錄表3；序號——用一個阿拉伯?dāng)?shù)字標記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。假設(shè)產(chǎn)品性能參數(shù)不變，僅在局部有改動或變動時，其序號可在原序號后面順序地加注大寫字母A、B、C等，（其中I、。不用）。例：應(yīng)變式位移傳感器：CWY-YB-20；光纖壓力傳感器：CY-GQ-2。.測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載變化的情況時，應(yīng)當(dāng)采用何種測量方法？如何進行答：測定穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載電阻變化的情況時，最好采用微差式測量。此時輸出電壓認可表示為U0，U0=U+4U，其中4U是負載電阻變化所引起的輸出電壓變化量，講為一小量。假如采用偏向法測量，儀表必須有較大量程以滿足U0的要求，因此對△這個小量造成的U0的變化就很難測準。測量原理如下列圖所示：圖中使用了高靈敏度電壓表——毫伏表和電位差計，Rr和E分別表示穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻和電動勢，凡表示穩(wěn)壓電源的負載，E1、R1和Rw表示電位差計的參數(shù)。在測量前調(diào)整U來U,R11相對好東西使電位差計工作電流I1為標準值。然后，使穩(wěn)壓電源負載電阻R1為額定值。調(diào)整RP的活動觸點，使毫伏表指示為零，這相當(dāng)于事先用零位式測量出額定輸出電壓U。正式測量開始后，只需增加或減小負載電阻RL的值，負載變動所引起的穩(wěn)壓電源輸出電壓U0的微小波動值ΔU即可由毫伏表指示出來。根據(jù)U0=U+ΔU，穩(wěn)壓電源輸出電壓在各種負載下的值都可以準確地測量出來。微差式測量法的優(yōu)點是反應(yīng)速度快，測量精度高，特別合適于在線控制參數(shù)的測量。4.某線性位移測量儀，減至2.5V，求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為5.某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下：鉑電阻溫度傳感器：電橋： 放大器：筆式記錄儀： 求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移解：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度為S0.45(2)記錄儀筆尖位移上40.186.有三臺測溫儀表，量程均為500℃的溫度，要求相對誤差不超過解：2.5級時的最大絕對誤差值為絕對誤差值為16℃，測量500℃時的相對誤差為用微差式測量方法測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載的變化當(dāng)被測位移由4.5mm變到5.0mm時，位移測量儀的輸出電壓由S2.53.55.04.52mV/mm0.45。/℃0.02V/Q100(放大倍數(shù))0.2cm/V4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值。0.021000.20.18cm/℃4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值為2.22℃0~800℃，精度等級分別為2.5級、2.0級和2.5％，選那臺儀表合理?20℃，測量500℃時的相對誤差為4％；測量500℃時的相對誤差為3.2％；1.5級時的最大絕對誤差值為2.4％。因此，應(yīng)該選用1.5級的測溫儀器。3.5V1.5級，現(xiàn)要測量2.0級時的最大12℃,2好東西.什么是系統(tǒng)誤差和隨機誤差?正確度和精密度的含義是什么?它們各反映何種誤差?答：系統(tǒng)誤差是指在相同的條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變，或按照一定的規(guī)律變化的誤差。隨機誤差那么是指在相同條件下，多次測量同一量時，其誤差的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化的誤差。正確度是指測量結(jié)果與理論真值的一致程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小，精密度是指測量結(jié)果的分散程度，它反映了隨機誤差的大小。.服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差有哪些特性?答：服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差的特性有：對稱性隨機誤差可正可負，但絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的機會相等。也就是說f(δ)-δ曲線對稱于縱軸。有界性在一定測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定的范圍，即絕對值很大的隨機誤差幾乎不出現(xiàn)。抵償性在相同條件下，當(dāng)測量次數(shù)n→∞時，全體隨機誤差的代數(shù)和等于零，即limni1ni0。單峰性絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差出現(xiàn)的機會多，即前者比后者的概率密度大，在δ=0處隨機誤差概率密度有最大值。.等精度測量某電阻10次，得到的測量列如下：R1=167.95Ω R2=167.45Ω R3=167.60Q R4=167.60QR5=167.87ΩR6=167.88Ω R7=168.00Ω R8=167.850Ω R9=167.82QR10=167.61Q(1)求10次測量的算術(shù)平均值，測量的標準誤差σ和算術(shù)平均值的標準誤差s。(2)假設(shè)置信概率取99.7%,寫出被測電阻的真值和極限值。解：(1)求10次測量的算術(shù)平均值，測量的標準誤差σ和算術(shù)平均值的標準誤差SoR1R2Rn10i17.95167.45167.60167.60167.87167.88168.00167.85167.82167.6110167.763101n(xi)2n1i11n21102vivin1i19i11(0.18720.313220.16320.10720.10820.23720.08720.05720.1532)90.1824sn0.18240.0577(2)假設(shè)置信概率取99.7%,被測電阻的真值為：R0167.7633S(167.7630.173)極限值為：Rm167.7633 (167.7630.547)3好東西10.試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關(guān)系。答：如下圖，電橋各臂的電阻分別為R1、R2、R3、R4。U為電橋的直流電源電壓。當(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋；當(dāng)R1=R2=R,R3=R4=R'(R≠R')時，稱為輸出對稱電橋；當(dāng)R1=R4=R,R2=R3=R'(R≠R')時，稱為電源對稱電橋。D直流電橋電路當(dāng)電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，為U1R3R2R43oR(R1R(1)2)(R3R4)U 設(shè)電橋為單臂工作狀態(tài)，即R1為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)R1感受被測量產(chǎn)生電阻增量ΔRR1時，由初始平衡條件R1R3=R2R4得1R4R，代入式(1),那么電橋由于2R3產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為U0R2(R)2R1UR1R2(R2(R1)U (2)1R21R2)R1對于輸出對稱電橋，此時R1=R2=R,R3=R4=R',當(dāng)R1臂的電阻產(chǎn)生變化4區(qū)1=4區(qū)，可得到輸出電壓為URR0U(RR)2(RR)U4(RR)(3)對于電源對稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R’。當(dāng)R1臂產(chǎn)生電阻增量ΔR1=ΔR時，由式(得URR0U(RR)2(RR) (4)對于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R，當(dāng)R1的電阻增量ΔR1=ΔR時，由式(2)可得輸出電壓為URR0U(RR)2(RR)U4(RR) (5)由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時，電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng)ΔRR時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對稱電橋的輸出電壓要比電源對稱電橋的輸出電壓大，們的靈敏度要高。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對稱電橋。在實際使用中為了進一步進步靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，R1=R+ΔR,R2=R-ΔR,R3=R+ΔR,R4=R-ΔR，將上述條件代入式(1)得R12)2)4其表達式△根據(jù)(即它好東西URRU04U4RR由式(6)看出，由于充分利用了雙差動作用，它的輸出電壓為單臂工作時的4倍，所以大大進步了測量的靈敏度。第2章 電阻式傳感器考慮題答案.金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同?答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)那么主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。.直流測量電橋和交流測量電橋有什么區(qū)別?答：它們的區(qū)別主要是直流電橋用直流電源，只適用于直流元件，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件。.熱電阻測量時采用何種測量電路?為什么要采用這種測量電路?說明這種電路的工作原理。答：通常采用電橋電路作為測量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下列圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，假如RttIR2,那么由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被互相抵消。.采用阻值為120。靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120。的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻無窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1000求單臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：單臂時UKUKU4210604,所以應(yīng)變?yōu)?時U0442106/V,應(yīng)變?yōu)?000時應(yīng)為UKU044210342103/丫；雙臂時UKU02,所以應(yīng)變?yōu)闀rUKU421060 410622/V,應(yīng)變?yōu)?000時15時,試應(yīng)為好東西KU42103U04103/V；全橋時U0KU,所以應(yīng)變?yōu)?時22U08106/V,應(yīng)變?yōu)?000時應(yīng)為U08103/V。從上面的計算可知：單臂時靈敏度最低,雙臂時為其兩倍,全橋時最高,為單臂的四倍。5.采用阻值區(qū)=120。靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片與阻值R=120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?000時，假設(shè)要使輸出電壓大于10mV,那么可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為)故可得：KU210103U0nn10mV得n要小于2,故應(yīng)采用全橋工作方式。6.如下圖為一直流電橋，供電電源電動勢E=3V,R3=R4=100Ω,R1和R2為同型號的電阻應(yīng)變片，其電阻均為50。，靈敏度系數(shù)K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000，試求此時電橋輸出端電壓U0。R2題6圖解：此電橋為輸出對稱電橋，故UKU23510302215/mV7.光敏電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的？答：光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時阻值非常大，相當(dāng)于斷路，有光照時阻值變得很小，相當(dāng)于通路。在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。第3章 電容式傳感器考慮題答案1.試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度?為了進步傳感器的靈敏度可采取什6好東西么措施并應(yīng)注意什么問題?答：如下圖是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當(dāng)動極板挪動^x后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為C=εb(a-△x)/d=C0-εb183;Ax/d (1)電容因位移而產(chǎn)生的變化量為CCC0其靈敏度為KbdxC0xaCbxd可見增加b或減小d均可進步傳感器的靈敏度。 Xd.為什么說變間隙型電容傳感器特性是非線性的答：下列圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中極板。當(dāng)活動極板因被測參數(shù)的改變而引起挪動時，了兩極板之間的電容量設(shè)極板面積為A,其靜態(tài)電容量為當(dāng)Xd時 由式(1)可以看出電容量關(guān)系。同時還可以看出，要進步靈敏度，應(yīng)減小起始間隙直線位移型電容式傳感器采取什么措施可改善其非線性特征1為固定極板，2為與被測對象相連的活動兩極板間的距離dC。CAd，當(dāng)活動極板挪動X后，其電容量為CA1XdXC0 (1)1X221那么CC0(1d)(2)C與X不是線性關(guān)系，只有當(dāng)Xd時，才可認為是最近似線形d過小時。但當(dāng)d過小時，又容易7?發(fā)生變化，從而改變好東西引起擊穿，同時加工精度要求也高了。為此,一般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來改善這種情況。在實際應(yīng)用中，為了進步靈敏度，減小非線性，可采用差動式結(jié)構(gòu)。.有一平面直線位移差動傳感器特性其測量電路采用變壓器交流電橋，結(jié)構(gòu)組成如下圖。電容傳感器起始時b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm極距d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測量電路u1=3sinωtV,且u=u0。試求當(dāng)動極板上輸入一位移量4X=5mm時，電橋輸出電壓u0。d ui2題3圖1X2解：根據(jù)測量電路可得uu0Cx5uiui3sint750sint/mVC0a20.變間隙電容傳感器的測量電路為運算放大器電路，如下圖。C0=200pF，傳感器的起始電容量Cx0=20pF,定動極板距離d0=1.5mm,運算放大器為理想放大器(即K→∞,Zi-∞),Rf極大,輸入電壓u1=5sinωtV°求當(dāng)電容傳感動極板上輸入一位移量△x=0.15mm使d0減小時，電路輸出電壓u0為多少？*

i解：由測量電路可得u0C0C0200uiui5sint45sin/VCd201.5Cxx001.50.15d0x8好東西5.如圖3-22所示正方形平板電容器，極板長度a=4cm,極板間距離δ=0.2mm.假設(shè)用此變面積型傳感器測量位移x,試計算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣,1208.8510-F/m。解：這是個變面積型電容傳感器，共有4個小電容并聯(lián)組成。C20a4161048.85101204210328.32/pFC0a(ax)x4C0kx28.3270.8x(x的單位為米CC40ax)xC0C2KxC040a48.851012410x210370.8cm第四章電感式傳感器考慮題答案.影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？）/pF9好東西答：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是：傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測量電路零點殘余電動勢等。.電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點是什么？答：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強，特別是有非接觸測量的優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。.試說明圖4.12所示的差動相敏檢波電路的工作原理。答：如下圖，設(shè)差動電感傳感器的線圈阻抗分別為Z1和Z2。當(dāng)銜鐵處于中間位置時，Z1=Z2=Z,電橋處于平衡狀態(tài)，C點電位等于D點地位，電表指示為零。當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，Z1=Z+^Z,那么下部線圈阻抗減少，輸入交流電壓為正半周，那么A點電位為正，B點電位為負，二極管V1止。在A-E-C-B支路中，C點電位由于Z1增大而比平衡時的C點電位降低；支中中，D點電位由于Z2的降低而比平衡時口點的電位增高，所以D點電位高于直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。假如輸入交流電壓為負半周，A點電位為負，B點電位為正，二極管V4截止，那么在A-F-C-B支中中，C點電位由于Z2減少而比平衡時降低（平衡時，輸入電壓假設(shè)為負半周，即B點電位為正，A點電位為負，C點相對于8點為負電位，點電位更負）；而在A-E-D-B支路中，D點電位由于Z1的增加而比平衡時的電位增高，所以仍然是D點電位高于。點電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負。2.如下圖的差動電感式傳感器的橋式測量電路，L1、L2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為L0。R1、R2為標準電阻，U為電源電壓。試寫出輸出電壓化量41間的關(guān)系。解：輸出與輸入的關(guān)系是22=2-42。假如丫4導(dǎo)通，V2、V3截而在A-F-D