傳感器與測試技術(shù)論述題

1、傳感器與測試技術(shù)作業(yè)論述題論述題一1、電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片也稱電阻應(yīng)變計(jì),簡稱應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì)，是由敏感柵等構(gòu)成用于測量應(yīng)變的元件。它能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。它是由直徑為0.020.05mm的康銅絲或者鎳鉻絲繞成柵狀（或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片（基底）中制成，用鍍錫銅線與應(yīng)變片絲柵連接作為應(yīng)變片引線，用來連接測量導(dǎo)線。2、傳感器的定義：是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。3、電容式傳感器：把被測

2、的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。4、電感傳感器：將被測量變化轉(zhuǎn)換成電感量變化的傳感器。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。5、磁柵式傳感器：磁柵式傳感器是利用磁柵與磁頭的磁作用進(jìn)行測量的位移傳感器。它是一種新型的數(shù)字式傳感器，成本較低且便于安裝和使用。當(dāng)需要時，可將原來的磁信號（磁柵）抹去，重新錄制。6、壓電式傳感器：將被測量變化轉(zhuǎn)換成由于材料受機(jī)械

3、力產(chǎn)生的靜電電荷或電壓變化的傳感器。7、碼盤式傳感器：碼盤式傳感器又稱為角數(shù)字編碼器，是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器。電池供電電磁流量計(jì)中的碼盤式傳感器是建立在編碼器的基礎(chǔ)之上，它不需要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，更不需要計(jì)數(shù)系統(tǒng)，在任意位置都可給出與位置相對應(yīng)的固定數(shù)字碼輸出，是測量軸角位置和位移的方法之一。碼盤式傳感器的特點(diǎn)：具有高的測量精度和分辨率，測量范圍大；抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好；信號易于處理、傳送和自動控制；便于動態(tài)及多路側(cè)量，讀數(shù)直觀；安裝方便，維護(hù)簡單，工作可靠性高。 8、莫爾條紋：是18世紀(jì)法國研究人員莫爾先生首先發(fā)現(xiàn)的一種光學(xué)現(xiàn)象。從技術(shù)角度上講，莫爾條紋是兩條線或兩個物體之間以恒定的角度和頻率發(fā)生

4、干涉的視覺結(jié)果，當(dāng)人眼無法分辨這兩條線或兩個物體時，只能看到干涉的花紋，這種光學(xué)現(xiàn)象就是莫爾條紋。9、超聲波的波型種類及各種波型的物理意義：超聲波在介質(zhì)中傳播可以有不同形式，它取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種：1.縱波波型：當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動方向與超聲波的傳播方向一致時，此超聲波為縱波波型。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。2.橫波波型：當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動方向與超聲波垂直時，此種超聲波為橫波波型。由于固體介質(zhì)除了能承受體積變形外，還能夠承受切變變形。當(dāng)其中剪切力交替作用于固體介質(zhì)時均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。3.表面波波型：是沿著固體

5、表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于橫波的橫波合成，振動質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長深處振幅最強(qiáng)，隨著深度的增加很快率減，實(shí)際上離表面一個波長以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅已經(jīng)很微弱了。10、超聲波探傷：利用超聲波探測材料內(nèi)部缺陷的無損檢驗(yàn)法。超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。論述題二1. 簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。2.

6、 簡述熱電偶的工作原理。3. 以石英晶體為例簡術(shù)壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。4. 簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理。1.簡述霍爾電動式產(chǎn)生的原理。答：當(dāng)施加的外磁場垂直于半導(dǎo)體中流過的電流時，會在半導(dǎo)體垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生霍爾電動勢。2.簡述熱電偶的工作原理。答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。3.以石英晶體為例簡述壓電效應(yīng)產(chǎn)生的原理。答：石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由

7、于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。4.簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理。答:電阻式應(yīng)變傳感器作為測力的主要傳感器，測力范圍小到肌肉纖維，大到登月火箭，精確度可到 0.010.1%。有拉壓式（柱、筒、環(huán)元件）、彎曲式、剪切式。 應(yīng)

8、變式傳感器特征：不同材料類型；金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)用范圍；應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度；主要優(yōu)點(diǎn)；使用簡單、精度高、范圍大、體積小。論述題三1.什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動態(tài)特性？2.簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。3.分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。1、什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動態(tài)特性？答：傳感器的特性是指傳感器所特有性質(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其

9、基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入-輸出特性。動態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時間變化時傳感器的輸入-輸出特性?？梢詮臅r域和頻域來研究動態(tài)特性2、簡述霍爾電勢產(chǎn)生的原理。答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流i流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時

10、，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢uh。3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù) t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（與s）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。論述題四1、寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。答：寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。解：電容式傳感器內(nèi)極

11、板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時，其等效電路如圖4-8所示。圖中l(wèi)包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；c0為傳感器本身的電容；cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實(shí)用性能的關(guān)鍵之一；rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；rs為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬

12、支座等損耗電阻。此時電容傳感器的等效靈敏度為 當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的固有電感（包括電纜電感）有關(guān)，且隨變化而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。2、 在生產(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝。、光纖傳感器的工作原理。、簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理。答：電阻應(yīng)變片式的感知原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。、 什么是傳感器靜態(tài)特性？答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量

13、為常量或變化極慢時傳感器輸入輸出特性。、什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因是什么？如何減小系統(tǒng)誤差？答：1.系統(tǒng)誤差是指在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。它往往是由不可避免的因素造成的。2. 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因是：工具誤差：指由于測量儀表活儀表組成組件本身不完善所引起的誤差；方法誤差：指由于對測量方法研究不夠而引起的誤差；定義誤差：是由于被測量的定義不夠明確而形成的誤差；、理論誤差：是由于測量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行近似的測量所引起的誤差；環(huán)境誤差：是由于測量儀表的工作環(huán)境（溫度、氣壓、濕度等）不是儀表校驗(yàn)時的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而是隨時間變化，從而引起的

14、誤差；安裝誤差：是由于測量儀表的安裝活放置不正確所引起的誤差；個人誤差：是指由于測量者本人不良習(xí)慣活操作不熟練所引起的誤差。3、 減小系統(tǒng)誤差的方法： 引入更正值法：若通過對測量儀表的校準(zhǔn)，知道了也不的更正值，則將測量結(jié)果的指示值加上更正值，就可得到被測量的實(shí)際值。 替換法：是用可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)量具代替被測量接入測量儀表，然后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量具，使測量儀表的指針與被測量接入時相同，則此時的標(biāo)準(zhǔn)量具的數(shù)值即等于被測量； 差值法：是將標(biāo)準(zhǔn)量與被測量相減，然后測量二者的差值； 正負(fù)誤差相消法：是當(dāng)車輛儀表內(nèi)部存在著固定方向的誤差因素時，可以改變被測量的極性，作兩次測量，然后取二者的平均值，以消除固定方向的誤差因

15、素； 選擇最佳測量方案：是指總誤差為最小的測量方案，而多數(shù)情況下是指選擇合適的函數(shù)形式及在函數(shù)形式確定之后，選擇合適的材料點(diǎn)。3.系統(tǒng)誤差的減小和消除方法是：1）、從產(chǎn)生誤差的根源上消除系統(tǒng)誤差；2）、用校正方法來消除系統(tǒng)誤差；3）、用空白實(shí)驗(yàn)來消除系統(tǒng)誤差；4）、采用對照試驗(yàn)消除系統(tǒng)誤差；5）、不變系統(tǒng)誤差消除方法；6）、變化系統(tǒng)誤差的消除法。、 什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計(jì)程序和原則是什么？答：傳感器的可靠性是指傳感器在規(guī)定條件、規(guī)定時間，完成規(guī)定功能的能力。 可靠性設(shè)計(jì)原則是： 建立系統(tǒng)可靠性模型； 可靠性分配； 可靠性分析； 可靠性預(yù)測； 可靠性設(shè)計(jì)評審；試制品的可靠性試驗(yàn)；最終的

16、改進(jìn)設(shè)計(jì)。 可靠性設(shè)計(jì)原則是： 盡量簡單、組件少、結(jié)構(gòu)簡單； 工藝簡單； 使用簡單； 維修簡單； 技術(shù)上成熟； 選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件； 采用保守的設(shè)計(jì)方案。、 傳感器的定義和組成框圖.畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。答：傳感器是感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器處于研究對象與處理系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的差的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。組成框圖：自動控制系統(tǒng)原理圖框圖

17、： 被測量 敏感元件 傳感元件 信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路 輔助電源 傳感器的作用：感受被測量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號傳送給控制對象。 擾動給定 + 傳感器 對 象 - 反饋裝置、 從傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，選用線性度大、遲滯小、重復(fù)性好、分辨力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳感器?？紤]動態(tài)特性，所選的傳感器應(yīng)能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應(yīng)時間或者應(yīng)具有很寬的頻率響應(yīng)特性。、直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？

18、答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡單，傳感器至測量儀表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。直流電橋平衡條件：r1/r2=r3/r4 ，r1r4=r2r3。 可采用直流電橋：p149-153；交流電橋：p235-236。答：寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。