傳感器 習(xí)題[學(xué)習(xí)類別]

1、3-1 什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。1、所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）時，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。2、半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。3、應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量得大小。3-2 試述溫度誤差的概念、產(chǎn)生的原因和補(bǔ)償?shù)霓k法。1、由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的

2、改變而給測量帶來的附加誤差， 稱為應(yīng)變片的溫度誤差。 2、產(chǎn)生的原因有兩個：一是敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化帶來的附加誤差；二是當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。3、電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有：線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償 。3-3 電阻應(yīng)變片的直流電橋測量電路，若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(jì)算？1、可分為：單臂電橋、半差動電橋和全差動電橋三種。2、單臂電橋輸出電壓為： U0=E4R1R1 KU=E4 半差動電橋輸出電壓為：U0=E2R1R1 KU=E2全差動電橋輸出電壓為： U0=ER1R1 KU=E

3、3-4 擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個完全相同的電阻應(yīng)變片，并組成差動全橋測量電路，試問：（1）四個電阻應(yīng)變片怎樣貼在懸臂梁上？（2）畫出相應(yīng)的電橋電路。如圖3-1為等截面積懸臂如題圖3-4所示等截面懸梁臂，在外力F作用下，懸梁臂產(chǎn)生變形，梁的上表面受到拉應(yīng)變，而梁的下表面受壓應(yīng)變。當(dāng)選用四個完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動全橋電路，則應(yīng)變片如題圖3-4所示粘貼。電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的差動全橋電路接線如圖3-4所示，R1、R4所受應(yīng)變方向相同，R2、R3、所受應(yīng)變方向相同，但與R1、R4所受應(yīng)變方向相反。6-1 什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱壓電效應(yīng)和橫壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定

4、方向?qū)ζ涫沽Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)的現(xiàn)象。1、正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)（1）正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）:某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。 有時人們把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）。（2）逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）:當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場撤去時，這些變形或應(yīng)

5、力也隨之消失的現(xiàn)象。 2、縱壓電效應(yīng)和橫壓電效應(yīng)（1）縱向壓電效應(yīng):通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。（2）橫壓電效應(yīng):把沿機(jī)械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。3-5 3-3圖為一直流電橋，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，電橋輸出的電壓U0=?（2）R1 、R2都是金屬應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出的電壓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，電橋輸出的電

6、壓U0=?1、電橋輸出電壓為 ：2、電橋輸出電壓為 ：3、當(dāng)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變時，電橋輸出電壓為 ：當(dāng)R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變時，電橋輸出電壓為 ：4-1說明差動變間隙式電感傳感器的主要組成、工作原理和基本特性。1、差動變隙式電感傳感器由兩個完全相同的電感線圈合用一個銜鐵和相應(yīng)磁路組成。2、測量時，銜鐵與被測件相連，當(dāng)被測件上下移動時，帶動銜鐵也以相同的位移上下移動，導(dǎo)致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動形式。（1）當(dāng)銜鐵處于初始位置時： ，（2）當(dāng)銜鐵上移時：使上氣隙1=0+，上線圈電感增加L ；使下氣隙2=0+，下線圈電感減小L。則： ,3、如果兩個線圈反接，

7、則傳輸特性為：間隙的改變量/0與 L/L0有理想線性關(guān)系。測量電路的任務(wù)是將此式轉(zhuǎn)換為電壓或電流。4-5 差動變壓器式傳感器的零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響？1)差動電壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。對零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜主要由基波和三次諧波組成，基波產(chǎn)生的主要原因是傳感器兩個次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，三次諧波產(chǎn)生的原因主要是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和，磁滯）所造成的。2)消除或減小零點(diǎn)殘余電壓的主要方法有：盡可能保證傳感器幾何尺寸，線圈電氣參數(shù)和磁路的相互對稱。傳感器設(shè)置良好的磁屏蔽，必要時再設(shè)置靜電屏蔽。將傳感器磁回電路工作區(qū)

8、域設(shè)計(jì)在鐵芯曲線的線性段。采用外電路補(bǔ)償。配用相敏檢波測量電路。4-2. 變隙試電感傳感器的輸入特性與哪些因素有關(guān)？怎樣改善其非線性？怎樣提高其靈敏度？答：變隙試電壓傳感器的輸出特性為：其輸出特性與初始電壓量L0，氣隙厚度0，氣隙變化量有關(guān)。當(dāng)選定鐵芯，銜鐵材料及尺寸，確定線圈的匝數(shù)及電氣特性，則L=f（）。從傳感器的輸出特性可以看出，L與 成非線性關(guān)系，為改善其非線性，通常采用差動變隙式電感傳 感器，如題圖 41 所示，輸出特性表達(dá)式為；將上式與單線圈變隙式傳感器相比，若忽略非線性項(xiàng)，其靈敏度提高一倍，若保留一項(xiàng)非線性項(xiàng)，則單線圈式LL=(0)2而差動式LL=2(0，)3由于01，因此，差動

9、式的線性度得到明顯改善6-2石英晶體x、y、z軸的名稱及其特點(diǎn)是什么?z軸是晶體的對稱軸，光線沿z軸通過晶體不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，稱為光軸（中性軸），該軸方向上沒有壓電效應(yīng)；故把它作為基準(zhǔn)軸，x軸稱為電軸，它穿過正六棱柱相對的兩根棱線。這樣的軸對正六棱柱而言有三條，可任取一條。垂直于x軸晶面的壓電效應(yīng)最顯著。Y軸稱為機(jī)械軸，它垂直于正六棱柱的棱面。在電場作用下，沿Y軸方向的機(jī)械變形最顯著。 通常把沿電軸(x軸)方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”；而把沿機(jī)械袖(y軸)方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”6-3簡述壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及其特征壓電陶瓷是由無數(shù)細(xì)微的單晶組成。

10、每個單晶都有自己自發(fā)形成的極化方向。但許多單晶集合在一起時，這些極化方向是雜亂無章地排列著，他們對外界的極化效應(yīng)相互抵消了，原始的壓電陶瓷材料的整體對外不顯極化方向，各向同性，不具有壓電特性。這些自發(fā)極化的單晶體類似鐵磁體中的磁疇，故稱為電疇，也稱這種壓電陶瓷為鐵電體。將這些材料置于外電場作用下，使其中的電疇極化方向與外電場一致。外電場愈強(qiáng)，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向，讓外電場強(qiáng)大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度，即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時，外電場去掉后，電疇的極化方向基本不變。剩余極化強(qiáng)度很大，這時的材料才具有壓電特性。6-4 畫出壓電元件的兩種等效電路。1、電壓源等

11、效電路 2、電流源等效電路 7-6溫度變化對霍爾元件輸出電勢有事嗎影響？如何補(bǔ)償？爾元件的靈敏系數(shù)KH是溫度的函數(shù)，關(guān)系式為：KH=KH0(1+T)，大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，因此，它們的霍爾電勢也將隨溫度升高而增加T倍。 補(bǔ)償溫度變化對霍爾電勢的影響，通常采用一種恒流源補(bǔ)償電路。基本思想是：在溫度增加的同時，讓激勵電流I0相應(yīng)地減小，并能保持KHI0乘積不變，也就可以相對抵消溫度對靈敏系數(shù)KH增加的影響，從而抵消對霍爾電勢的影響。9-2 為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器？加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、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(yīng)速度。加熱器的溫度一

12、般控制在200400左右。7-2 磁電式傳感器的誤差及其補(bǔ)償方法是什么？答:磁電式傳感器的誤差主要有非線性誤差和溫度誤差。非線性誤差的主要原因當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測量時，傳感器線圈會有電流流過，這時線圈會產(chǎn)生一定的交變磁通，此交變磁通會疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器T.作磁通上，導(dǎo)致氣隙融通變化。補(bǔ)償非線性誤差的方法:在傳感器中加入補(bǔ)償線圈，補(bǔ)償線圈被通以一定的電流，適當(dāng)選擇補(bǔ)償線圈的參數(shù)，使其產(chǎn)生的交變補(bǔ)償磁通可以與傳感器線圈本身產(chǎn)生的交變附加融通相互抵消。溫度誤差產(chǎn)生的原因主要是:受溫度變化的影響。溫度誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?在結(jié)構(gòu)允許的情況下，在傳感器的磁鐵下設(shè)置熱磁分路。 8-1 光電效應(yīng)有哪幾

13、種？相對應(yīng)的光電器件各有哪些？1、光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。2、光電器件（1）基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等。（2）基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。 （3）基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、三極管。 15-3 試證明熱電偶的中間溫度定律，說明該定律在熱電偶實(shí)際測溫中的意義。1、中間溫度定律在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點(diǎn)的溫度，熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時：熱電勢EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢EAB(t, tc)和EAB(tc, t0

14、)的代數(shù)和2、中間溫度定律在熱電偶實(shí)際測溫中的意義（1）該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)，在實(shí)際熱電偶測溫回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì), 可對參考端溫度不為0的熱電勢進(jìn)行修正。（2）另外根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體片P和Q，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。 15-4 用熱電偶測溫時，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？常用的冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？說明補(bǔ)償原理？1、熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定。熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。2、 補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉a(bǔ)償導(dǎo)線法、計(jì)算修正法、冰點(diǎn)槽法、冷端補(bǔ)償器法、補(bǔ)正系數(shù)法、軟件處理法15-2 試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律，說明該定律在熱電偶實(shí)際測溫中的意義。1、中間導(dǎo)體定律EABC(t,t0)=EAB(t)+EBC(t0)+ECA(t0)（1）如圖(a)（具有三種導(dǎo)體的熱電偶回路）所示的回路中，由于溫差電勢可忽略不計(jì)，則回路中EABC(t,t0) =EAB(t