傳感器與測試技術(shù)作業(yè)和復(fù)習資料

1、傳感器與測試技術(shù)作業(yè)(1 )和(2)答案 按照傳感器與測試技術(shù) 課程教學(xué)設(shè)計方案的要求， 本課程的平時作業(yè)共布置 4次記分作 業(yè)，每次作業(yè)滿分 2.5分，共10分。 在完成記分作業(yè)的前提下， 輔導(dǎo)教師還可根據(jù)學(xué)生學(xué)習的實際情況，再布置一些有針對 性的作業(yè)，作為對記分作業(yè)的補充，供學(xué)生更好地掌握學(xué)習內(nèi)容。 前2次的記分作業(yè)如下: 第1次記分作業(yè)：第5周前完成 1 畫出測試系統(tǒng)的組成框圖，并說明各組成部分的作用。 答： 傳感器做為測試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，將被測系統(tǒng)或測試過程中需要觀測的信息轉(zhuǎn)化為人們 所熟悉的各種信號。通常，傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換成以電量為主要形式的電信號。 信號變換部分是對傳感器所送

2、出的信號進行加工，對信號進行放大等。 顯示與記錄部分將所測信號變?yōu)橐环N能為人們所理解的形式，以供人們觀測和分析。 2 為滿足測試需要，對傳感器的一般要求有哪些？ 答：(1 )靈敏度高，線性度好； (2) 輸出信號信噪比高，這要求其內(nèi)噪聲低，同時不應(yīng)引入外噪聲； (3) 滯后、漂移小； (4 )特性的復(fù)現(xiàn)性好，具有互換性； (5) 動態(tài)性好； (6) 對測量對象的影響小，即“負載效應(yīng)”較低。 3.傳感器的動態(tài)特性的評價指標有哪些？ 答：(1 )時間常數(shù)T (2 )上升時間 (3 )穩(wěn)定時間(或響應(yīng)時間) (4) 超調(diào)量3 4 提高傳感器性能的方法有哪些？ 答：(1)非線性校正 (2) 溫度補償

3、(3) 零位法、微差法 (4) 閉環(huán)技術(shù) (5) 平均技術(shù) (6) 差動技術(shù) （7）采用屏蔽、隔離與抑制干擾措施 5簡述應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理。 答：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這一現(xiàn)象就是電阻絲的應(yīng)變 效應(yīng)。 設(shè)有一段長為，截面為，電阻率為 的金屬絲，則它的電阻為 當它受到軸向力 F而被拉伸（或壓縮）時，其、均發(fā)生變化，因應(yīng)變而導(dǎo)致金屬電阻值 的變化，即是應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理。 6. 傳感器與測試技術(shù)教材 P80第5題。 答： 7簡述壓阻式傳感器電橋采用恒壓源供電和恒流源供電各自的特點。 答：（1）恒壓源式供電：電橋輸出與電壓U成正比，電橋的輸出與電源的大小

4、、精度都有 關(guān)。同時電橋輸出與 有關(guān)，即與溫度有關(guān)，而且與溫度的關(guān)系是非線性的，所以用恒壓源 供電時，不能消除溫度的影響。 （2 ）恒流源式供電：電橋的輸出與電阻的變化量成正比，即與被測量成正比，輸出與恒流 源供給的電流大小、精度有關(guān)。電橋的輸出與溫度無關(guān)，不受溫度影響。 &在網(wǎng)絡(luò)上查找出有介紹電阻應(yīng)變式、壓阻式和熱阻式傳感器產(chǎn)品的網(wǎng)站各一個，打 印（或記錄）其結(jié)構(gòu)簡圖、工作原理、特性、主要型號及技術(shù)參數(shù)等有關(guān)信息。 答：答案略。 第2次記分作業(yè)：第9周前完成 1.電容式傳感器的工作原理和主要性能是什么？ 答：（1） 工作原理：兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為。當 被測量

5、的變化使式中的 、或 任一參數(shù)發(fā)生變化時，電容量C也就隨之變化，這就是電容 式傳感器的工作原理。 （2）主要性能： 靜態(tài)靈敏度 除變極距型（包括測量變介電常數(shù)型）電容傳感器外，其它類型的輸入被測量與輸出電容之間 的關(guān)系均為線性。 非線性 電容量 與極板間距 不是線性關(guān)系，略去各非線性項后， 取3較小，以提高靈敏度。因此變 極距型電容傳感器常工作在一個較小的范圍內(nèi)。 3）動態(tài)特性 固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短，能在幾MHz的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。 2簡述電容式傳感器的主要優(yōu)缺點。 答：（1）電容式傳感器的優(yōu)點： 溫度穩(wěn)定性好。 結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強。 動態(tài)響應(yīng)好。 可以實現(xiàn)非接觸測量，具

6、有平均效應(yīng)。 （2）電容式傳感器的主要缺點是： 輸出阻抗高，負載能力差。 寄生電容影響大。 輸出特性非線性。 3 電感式傳感器的測量電路主要形式是什么？ 答：通過改變通過傳感器線圈的磁通量，最終引起線圈中電流的變化， 通過對變化電流的檢 測和分析處理，而達到對被測對象檢測的目的。 4 簡述壓磁式傳感器的工作原理。 答：鐵磁材料在外力的作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，從而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致各磁疇間的界限發(fā)生移 動，各個磁疇的磁化強度矢量轉(zhuǎn)動，破壞了平衡狀態(tài)，使材料的總磁化強度隨之發(fā)生變化， 此現(xiàn)象為壓磁效應(yīng)。 利用壓磁效應(yīng)，當外磁場強度一定時， 可使得磁感應(yīng)強度與應(yīng)力之間有單值函數(shù)關(guān)系，從而 實現(xiàn)對信號的測量

7、。即壓磁式傳感器的工作原理 5 磁電式傳感器可分為幾類？各有什么性能特點？ 答：1變磁通式磁電傳感器 這種類型的傳感器線圈和磁鐵固定不同，利用鐵磁性物質(zhì)制成一個齒輪（或凸輪）與被 測物體相連而連動，在運動中齒輪（或凸輪）不斷改變磁路的磁阻，從而改變了線圈的磁通， 在線圈中感應(yīng)出電動勢。 這種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上有開磁路和閉磁路兩種，一般都用來測 量旋轉(zhuǎn)物體的角速度，產(chǎn)生感應(yīng)電勢的頻率作為輸出，感應(yīng)電動勢的頻率等于磁通變化的頻 率。 閉磁路變磁通式傳感器 開磁路變磁通式傳感器 （2）恒定磁通式磁電傳感器 為了得到較高的靈敏度，應(yīng)采用磁能積較大的永久磁鐵和盡量小的空氣隙長度以提高磁感應(yīng) 強度，同時

8、應(yīng)使單線圈長度增加并提高有效匝數(shù)，但這些參數(shù)要受到傳感器體積和重量等 因素的制約。 6. 請畫出兩種霍爾元件的驅(qū)動電路，并簡述其優(yōu)缺點。 答：對霍爾元件可采用恒流驅(qū)動或恒壓驅(qū)動，如圖所示。 恒壓驅(qū)動電路簡單， 但性能較差。隨著磁感應(yīng)強度增加，線性變化壞，僅用于精度要求不太 高的場合； 恒流驅(qū)動線性度高，精度高，受溫度影響小。 7. 磁柵式傳感器的誤差是哪些因素引起的？可應(yīng)用于哪些場合？ 答：（1）誤差分析 磁柵傳感器的誤差包括零位誤差和細分誤差。 零位誤差是由以下因素造成的： 磁柵的節(jié)距不均勻造成的 磁柵的安裝與變形誤差 磁柵剩磁變化所引起的零點漂移 外界磁場干擾 細分誤差是由以下因素造成的： 由于磁膜不均勻或錄制過程不完善造成磁柵上信號幅度不相等 兩個磁頭在空間位置偏離正交較遠 兩個磁頭參數(shù)不對稱引起的誤差 磁場高次諧波分量和感應(yīng)電勢高