傳感器課后答案(陳杰)

1、1.1 某位移傳感器，在輸入量變化5 mm時(shí)，輸出電壓變化為300 mV,求其靈敏度。1.2 某測(cè)量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為：S1=0.2mV/、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系統(tǒng)的總的靈敏度。1.3 測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；帶入數(shù)據(jù)得：擬合直線靈敏度 0.68,線性度 7%擬合直線靈敏度 0.68,線性度 7%1.4 某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù) T=3s 的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的1/3和

2、1/2所需的時(shí)間。解：設(shè)溫差為R,測(cè)此溫度傳感器受幅度為R的階躍響應(yīng)為(動(dòng)態(tài)方程不考慮初態(tài)) 1.5 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mV;t時(shí)，輸出為100mV;在t=5s時(shí)，輸出為50mV,試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。此題與爐溫實(shí)驗(yàn)的測(cè)飛升曲線類似:1.6 某一階壓力傳感器的時(shí)間常數(shù)為0.5s,若階躍壓力從25MPa,試求二倍時(shí)間常數(shù)的壓力和2s后的壓力。1.7 某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,阻尼比為臨界值的50%,當(dāng)500Hz的簡(jiǎn)諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。 所求幅值誤差為1.109,相位滯后33421.8 什么是傳感器的靜特性

3、？有哪些主要指標(biāo)？答：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時(shí)，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。1.9 如何獲得傳感器的靜特性？答：傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來(lái)，靜特性曲線由實(shí)際測(cè)繪中獲得。1.10 傳感器的靜特性的用途是什么？答：人們根據(jù)傳感器的靜特性來(lái)選擇合適的傳感器。1.11 試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：x123456y2.204.005.987.910.1012.051)理論（絕對(duì)）線性度，給定方程為y=2.0x;2)端點(diǎn)線性度；3)最小二乘線性度。解： 理論線性度： 端點(diǎn)線性度： 由兩端點(diǎn)做擬和直線 中間四點(diǎn)與擬

4、合直線誤差：0.17 0.16 0.11 0.08所以，最小二乘線性度：所以，1.12 試計(jì)算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復(fù)性誤差（工作特性選端基直線，一組標(biāo)定數(shù)據(jù)如下表示）行程輸入壓力105 Pa輸出電壓（Mv）(1)(2)(3)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.619

5、2.0解：1.13 建立以質(zhì)量、彈簧、阻尼器組成的二階系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，并以此說(shuō)明諧振現(xiàn)象和基本特點(diǎn)。解：質(zhì)量塊(質(zhì)量m),彈簧(剛度c),阻尼器(阻尼系數(shù)b) 根據(jù)達(dá)朗貝爾原理：2.1 在用直流電橋測(cè)量電阻的時(shí)候，若標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn=10.0004的電橋已經(jīng)平衡（則被測(cè)電阻Rx=10.0004 ），但是由于檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)在0.3mm以內(nèi)時(shí)，人眼就很難觀測(cè)出來(lái)，因此Rn的值也可能不是10.0004 ,而是Rn=10.0004Rn 。若已知電橋的相對(duì)靈敏度Sr=1mm/0.01% ，求對(duì)應(yīng)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)0.3mm時(shí)，Rn 的值。2.2 如圖F1-1所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡(jiǎn)化電路，圖

6、中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時(shí)R1受拉，R4受壓， R表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無(wú)應(yīng)變時(shí)R=0，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去了平衡，這時(shí)，就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片應(yīng)變后的電阻值的變化量。試證明: Ucd=-(E/2)(R/R)證： 略去 的第二項(xiàng)，即可得2.3 說(shuō)明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？答：金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、粘結(jié)劑、引線。分為金屬絲式和箔式。 其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作

7、電流、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。2.4 當(dāng)電位器負(fù)載系數(shù)M0.1時(shí)，求RL與Rmax的關(guān)系。若負(fù)載誤差L 0.1,且電阻相對(duì)變化=1/2時(shí)求RL與Rmax的關(guān)系。2.5 一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm,內(nèi)徑18mm,在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120,靈敏度為2.0,泊松比為0.3,材料彈性模量E=2.11011Pa。要求：繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化；當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。滿量程時(shí)：2.6 試設(shè)計(jì)一電位器的電阻RP特性。它能在帶負(fù)載情況下給出y=x的線性關(guān)

8、系。給定電位器的總電阻RP=100。負(fù)載電阻RF分別為50和500。計(jì)算時(shí)取x的間距為0.1,x,y分別為相對(duì)輸入和相對(duì)輸出，如圖F1-2所示。2.7 試設(shè)計(jì)一分留電阻式非線性電位器的電路及其參數(shù)，要求特性如下圖F1-3所示。2.8 一帶負(fù)載的線性電位器的總電阻為1000 。輸出為空載。試用解析和數(shù)值方法（可把整個(gè)行程分成10段），求下面兩種電路情況下的線性度，如圖F1-4所示。2.9 應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么？2.10 今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應(yīng)變片，組成全橋，如圖F1-5所示。該梁在其懸臂梁一端受一向下力F=0.5N,試求此時(shí)這四個(gè)應(yīng)變片的

9、電阻值。已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.1;應(yīng)變片空載電阻R0=120。2.11 圖F1-6所示一受拉的10#優(yōu)質(zhì)碳素鋼桿。試用允許通過(guò)的最大電流為30mA的康銅絲應(yīng)變片組成一單臂受感電橋。試求出此電橋空載時(shí)的最大可能的輸出電壓（應(yīng)變片的電阻為120）。3.1 電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理是什么？答：種類：自感式、渦流式、差動(dòng)式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器 原理：自感、互感、渦流、壓磁3.2 推導(dǎo)差動(dòng)自感式傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。差動(dòng)式靈敏度：比較后可見靈敏度提高一倍，非線性大大減少。3.3 試分析差分變壓器相敏檢測(cè)電路的工作原理。答：相敏檢測(cè)電路原理是通過(guò)鑒別相位來(lái)辨別位移的

10、方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過(guò)相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向3.4 分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說(shuō)明如何改善。答：原因是改變了空氣隙長(zhǎng)度 改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，這樣的話最好使用差動(dòng)式傳感器， 其靈敏度增加非線性減少。3.5 圖F1-7所示一簡(jiǎn)單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為410-7Hm-1,試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為

11、2mm時(shí)的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.3.6 今有一種電渦流式位移傳感器。其輸出為頻率。特性方程形式為f=e(bx+a)+f,今知其中 f =2.333MHz及一組標(biāo)定數(shù)據(jù)如下：,位移x(mm)0.30.51.01.52.03.04.05.06.0輸出f(MHz)2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343 試求該傳感器的工作特性方程及符合度（利用曲線化直線的擬合方法，并用最小二乘法作直線擬合）。解：設(shè) 重寫表格如下最小二乘法做直線擬和： 工作特性方程3.7 簡(jiǎn)述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場(chǎng)合。答：應(yīng)用場(chǎng)合有低頻透射渦流測(cè)厚儀，

12、探傷，描述轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)軌跡軌跡儀。3.8 簡(jiǎn)述壓磁效應(yīng)，并與應(yīng)變效應(yīng)進(jìn)行比較。答：壓磁效應(yīng)：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起磁導(dǎo)率的改變的現(xiàn)象。只有在一定條件下壓磁效應(yīng)才有單位特性，但不是線性關(guān)系。 應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比。 4.1 推導(dǎo)差分式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。解：差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度: 單極式電容傳感器： 可見差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，而且非線性也大為減小。4.2 根據(jù)電容傳感器的工作原理說(shuō)明它的分類，電容傳感器能夠測(cè)量哪些物理參量？答

13、：原理：由物理學(xué)知，兩個(gè)平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為C=S/D 式中為兩個(gè)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個(gè)極板對(duì)有效面積，D為兩個(gè)極板間的距離。由此式知，改變電容C的方法有三： 其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數(shù)的輸出為電容值的增量 這就組成了電容式傳感器。類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。 電容傳感器可用來(lái)測(cè)量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅。尤其適合測(cè)溫、高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量。還可用來(lái)測(cè)量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層

14、、油膜厚度、測(cè)量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等4.3 有一個(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變片式或電容式傳感器系統(tǒng)來(lái)解決該問題的途徑和方法。答：可選用差分式電容壓力傳感器，通過(guò)測(cè)量筒內(nèi)水的重力，來(lái)控制注水?dāng)?shù)量?；蛘哌x用應(yīng)變片式液徑傳感器。4.4 總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場(chǎng)合以及使用中應(yīng)注意的問題。答：優(yōu)點(diǎn)：a溫度穩(wěn)定性好 b結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng) c動(dòng)響應(yīng)好 缺點(diǎn)：a可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng) b輸出阻抗高、負(fù)載能力差 c寄生電容影響大輸出特性非線性： 電容傳感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測(cè)量的一種傳感器，在位移、壓力、厚

15、度、物位、濕度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 使用時(shí)要注意保護(hù)絕緣材料的的絕緣性能；消除和減小邊緣效應(yīng)；消除和減小寄生電容的影響；防止和減小外界的干擾。4.5 試推導(dǎo)圖F1-8所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電系數(shù)為0, 21 ，以及極板寬度為W。其他參數(shù)如圖F1-8所示。4.6 在上題中，設(shè)=d=1mm，極板為正方形（邊長(zhǎng)50mm)。 1 =1,2=4試在x=0到50mm范圍內(nèi)，輸出磁位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說(shuō)明。4.7 簡(jiǎn)述電容式傳感器用差分脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點(diǎn)。答：工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即且A點(diǎn)為高電平

16、，即Ua=U; 而B點(diǎn)為低電平，即Ub=0差分脈沖調(diào)寬型電路的特點(diǎn)就在于它的線性變換特性。5.1 磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)？答：磁電式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來(lái)測(cè)量的一種裝置。 磁電式傳感器具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。而電感式傳感器存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。 磁電式傳感器測(cè)量的物理參數(shù)有：磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速。5.2 霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電動(dòng)勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？

17、答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。 霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。 溫度補(bǔ)償方法： a分流電阻法： 適用于恒流源供給控制電流的情況。 b電橋補(bǔ)償法 5.3 簡(jiǎn)述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場(chǎng)合。答：一塊長(zhǎng)為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾組件多用N型半導(dǎo)體材料，且比較薄。 霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范

18、圍（輸出電勢(shì)變化）大、無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制、電磁測(cè)量、計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 6.1 什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)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(shí)，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(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆

19、壓電效應(yīng)。壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機(jī)高分子聚合材料因此需要測(cè)量電路具有無(wú)限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測(cè)量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測(cè)量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測(cè)量。6.2 為什么壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量？答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會(huì)泄露，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。所以壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量。6.3 試比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)。答：石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一種多晶鐵電

20、體。原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。所謂極化，就是以強(qiáng)電場(chǎng)使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電場(chǎng)除去后基本保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度將隨之發(fā)生變化，從而使一定表面分別產(chǎn)生正負(fù)電荷。在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化老化，鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。 6.4 設(shè)計(jì)壓電式傳感器檢測(cè)電路的基本考慮點(diǎn)是什么？為什么？答：基本考慮點(diǎn)是如何更好的改變傳感器的頻率特性，以使傳感器能用于更廣泛的領(lǐng)域。6.5 畫出(111)晶面和晶向。并計(jì)算(111)晶面內(nèi)和 晶向的縱向壓阻系數(shù)和橫向壓

21、阻系數(shù)。7.1 什么是光電效應(yīng)？答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。7.2 光纖損耗是如何產(chǎn)生的？它對(duì)光纖傳感器有哪些影響？答：吸收性損耗：吸收損耗與組成光纖的材料的中子受激和分子共振有關(guān)，當(dāng)光的頻率與分子的振動(dòng)頻率接近或相等時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，并大量吸收光能量，引起能量損耗。 散射性損耗：是由于材料密度的微觀變化、成起伏，以及在制造過(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上的不均勻性或缺陷引起。一部分光就會(huì)散射到各個(gè)方向去，不能傳輸?shù)浇K點(diǎn)，從而造成散射性損耗。 輻射性損耗：當(dāng)光纖受到具

22、有一定曲率半徑的彎曲時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輻射磁粒。 a彎曲半徑比光纖直徑大很多的彎曲 b微彎曲：當(dāng)把光纖組合成光纜時(shí)，可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機(jī)性的微曲。7.3 光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч?？光?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點(diǎn)？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？答：光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當(dāng)射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時(shí)，就會(huì)在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。優(yōu)點(diǎn)： a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗小 b頻帶寬，可進(jìn)行超高速測(cè)量，靈敏度和線性度好 c能在惡劣的環(huán)境下工作，能進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)的傳送功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測(cè)量的功

23、能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長(zhǎng)，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸。7.4 論述CCD的工作原理。答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上生長(zhǎng)一層很薄的SiO2，再在SiO2薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的MOS電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD芯片 CCD可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。每一個(gè)脈沖只反映一個(gè)光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強(qiáng)弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。8.1 熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用在什么不同場(chǎng)合？答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型： 鉑電阻傳感器

24、：特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。銅電阻傳感器：價(jià)錢較鉑金屬便宜。在測(cè)溫范圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易提純，價(jià)格便宜。不足之處是測(cè)量精度較鉑電阻稍低、電阻率小。鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度高的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)系差。目前應(yīng)用不多8.2 什么叫熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說(shuō)明熱電偶測(cè)

25、溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說(shuō)明減小誤差的方法。答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電勢(shì)。有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。 溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢(shì)。熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶的測(cè)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(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度

26、不同，那么在回路中將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。 兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。 熱電偶三定律： a 中間導(dǎo)體定律： 熱電偶測(cè)溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。b 中間溫度定律： 任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T，冷端為T 時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為T冷端為Tn時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為Tn，冷端為T0 時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。 應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為0度時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度定

27、律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路。 c參考電極定律： 如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（T，T0 ）時(shí)分別為 和 ，那么受相同溫度下，又A、B兩熱電極配對(duì)后的熱電勢(shì)為 實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。在實(shí)際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對(duì)的熱電勢(shì)，那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(shì)便可由上式求得，而不需逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定。 誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響減小誤差的措施有： a 0oC恒溫法 b 計(jì)算修正法（冷端溫度修正法） c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 d 熱電偶補(bǔ)償法 e 電橋補(bǔ)償法 f 冷端延長(zhǎng)線法 | 8.3 試述熱電偶測(cè)溫的基本原理

28、和基本定理。見8.28.4 試比較電阻溫度計(jì)與熱電偶溫度計(jì)的異同點(diǎn)。 答：電阻溫度計(jì)利用電阻隨溫度變化的特性來(lái)測(cè)量溫度。熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)原理設(shè)計(jì)而成的。前者將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值的大小，后者將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小。 相同點(diǎn)：都是測(cè)溫傳感器，精度及性能都與傳感器材料特性有關(guān)。8.5 什么是測(cè)溫用的平衡電橋、不平衡電橋和自動(dòng)平衡電橋，各有什么特點(diǎn)？答：在不平衡電橋中，檢流計(jì)改稱為電流計(jì)，其作用而不是檢查有無(wú)電流而是測(cè)量電流的大小。可見，不平衡電橋和平衡電橋的測(cè)量原理有原則上的 區(qū)別。利用電橋除可精確測(cè)量電阻外，還可測(cè)量一些非電學(xué)量。例如，為了測(cè)量溫度變化，只需用一種熱敏組件把它轉(zhuǎn)化為電阻的變化

29、，然后用電橋測(cè)量。不平衡電橋往往用于測(cè)量非電學(xué)量，此外還可用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。8.6 試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性，并說(shuō)明其用途。答：伏安特性表征熱敏電阻在恒溫介質(zhì)下流過(guò)的電流I與其上電壓降U之間的關(guān)系。當(dāng)電流很小時(shí)不足以引起自身發(fā)熱，阻值保持恒定，電壓降與電流間符合歐姆定律。當(dāng)電流IIs時(shí)，隨著電流增加，功耗增 大，產(chǎn)生自熱，阻值隨電流增加而減小，電壓降增加速度逐漸減慢，因而出現(xiàn)非線性的正阻區(qū)ab。電流增大到Is時(shí)，電壓降達(dá)到最大值Um。此后，電流繼續(xù)增大時(shí)，自熱更為強(qiáng)烈，由于熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，阻值隨電流增加而減小的速度大于電壓降增加的速度，于是就出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)bc

30、段。研究伏安特性，有助于正確選擇熱敏電阻的工作狀態(tài)。對(duì)于測(cè)溫、控溫和溫度補(bǔ)償，應(yīng)工作于伏安特性的線性區(qū)，這樣就可以忽略自熱的影響，使電阻值僅取決于被測(cè)溫度。對(duì)于利用熱敏電阻的耗散 原理工作的場(chǎng)合，例如測(cè)量風(fēng)速、流量、真空等，則應(yīng)工作于伏安特性的負(fù)阻區(qū)。8.7 有一串聯(lián)的熱敏電阻測(cè)溫電路，如圖F1-9所示。試設(shè)計(jì)其最佳線性工作特性，并計(jì)算其線性度，最后，用坐標(biāo)紙每5一點(diǎn)繪出電路圖F1-9中u=f(t)的曲線。 8.8 圖F1-10所示一并聯(lián)的熱敏電阻測(cè)溫電路。它具有一定的線性化功能，所用的熱敏電阻Rt的特性，試求等效的總電阻Re與溫度的關(guān)系式。今取并聯(lián)電阻RP= Rt =40。試求Re在2060

31、工作范圍內(nèi)的獨(dú)立線性度（可用數(shù)值方法作），最后對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)線性化電路作一比較全面而實(shí)用的比較。9.1 什么是核輻射傳感器？答：核輻射傳感器是基于射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電離作用，或利用射線能使某些物質(zhì)產(chǎn)生熒光，再配以光電組件，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳感器。9.2 簡(jiǎn)述核輻射傳感器的功能及優(yōu)缺點(diǎn)。答：核輻射傳感器可以實(shí)現(xiàn)氣體成分、材料厚度、物質(zhì)密度、物位、材料內(nèi)傷等的測(cè)量。但是要注意放射性輻射的防護(hù)。9.3 核輻射傳感器能用于哪些非電量的測(cè)量？試舉例說(shuō)明之。答：可用來(lái)檢測(cè)厚度、液位、物位、轉(zhuǎn)速、材料密度、重量、氣體壓力、流速、溫度及濕度等參數(shù)。9.4 如何防護(hù)放射性輻射？答：盡量減小輻射強(qiáng)度，也要考

32、慮輻射類型和性質(zhì)。在實(shí)際工作中要采取多種方式來(lái)減少射線的照射強(qiáng)度和照射時(shí)間，如采用屏蔽層，利用輔助工具，或是增加與輻射源的距離等各種措施。11.1 什么是智能傳感器？答：智能傳感器集信息采集，信息的記憶、辨別、存儲(chǔ)、處理于一體，是一種將普通傳感器與微處理器一體化，兼有檢測(cè)和信息處理功能的新型傳感器，具有一定的自適應(yīng)能力。11.2 智能傳感器有哪些主要功能？有哪些特點(diǎn)？答：功能分為： a 自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響應(yīng)時(shí)間等的補(bǔ)償b 自診斷功能：如在接通電源時(shí)自檢c 微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能，構(gòu)成一死循環(huán)工作系統(tǒng) d 信息存儲(chǔ)和記憶功能 e 數(shù)字量輸出和顯示 優(yōu)點(diǎn)有： a 精

33、度高，可通過(guò)軟件來(lái)修正非線性，補(bǔ)償溫度等系統(tǒng)誤差，還可補(bǔ)償隨機(jī)誤差，從而使精度大為提高。 b 有一定的可編程自動(dòng)化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自動(dòng)調(diào)零、自檢等。 c 功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過(guò)串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或CRT顯示，并配打印機(jī)保存資料。 d 功能價(jià)格比大。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比單功能普通傳感器性能價(jià)格比大。11.3 如何獲取指紋圖像？答：三條途徑：非集成化實(shí)現(xiàn)、集成化實(shí)現(xiàn)和混合實(shí)現(xiàn)。11.4 指紋識(shí)別的過(guò)程分為哪幾步？答：包括以下內(nèi)容： 資料收集：匯集所需要的信息 資料轉(zhuǎn)換：把信息轉(zhuǎn)換成適用于微處理器使用的方式 資料分組：按有關(guān)信息進(jìn)行有效的分組 資

34、料組織：整理資料或用其它方法安排資料，以便進(jìn)行處理和誤差修正 資料計(jì)算：進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，以便得到進(jìn)一步的信息資料存儲(chǔ)：保存原始資料和計(jì)算結(jié)果，供以后使用 資料搜索：按要求提供有用格式的信息，然后將結(jié)果按用戶要求輸出。11.5答：線性參數(shù)的標(biāo)度變換，其變換公式為： 非線性參數(shù)的標(biāo)度變換，公式為： 多項(xiàng)式變換法| 11.6答：線性溫度特性補(bǔ)償方法：| 溫度特性曲線擬合法| 溫度特性查表法| 非線性溫度特性補(bǔ)償方法：一般采用分段線性插值法（列表法）| 11.7答：硬件設(shè)計(jì)：| 正確選擇微處理器：常用單片機(jī)作為智能傳感器的中央處理器。| 除了中央處理器CPU外，還必須引入輸入輸出的各種功能要求

35、。故它又可看成一個(gè)微處理器小系統(tǒng)，廣泛采用鍵盤、LED顯示器、打印、串并口輸出等，一起構(gòu)成了人機(jī)對(duì)話的工具。12.1 傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)的條件是什么？答：條件：沒有加速度、振動(dòng)、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測(cè)物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫(205)相對(duì)濕度 不大于85%，大氣壓力為7Kpa的情況。12.2 如何確定標(biāo)定儀器設(shè)備的精度等級(jí)？答：對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是根據(jù)試驗(yàn)資料確定傳感器的各項(xiàng)性能指針，實(shí)際上也是確定傳感器的測(cè)量精度，所以在標(biāo)定傳感器時(shí)，所用的測(cè)量?jī)x器的精度至少要比被標(biāo)定傳感器的精度高一個(gè)等級(jí)。12.3 靜態(tài)特性標(biāo)定方法是什么？答：標(biāo)定方法：首先是創(chuàng)造一個(gè)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件，其次是選擇與被標(biāo)定

36、傳感器的精度要求相適應(yīng)的一定等級(jí)的標(biāo)定用儀器設(shè)備。然后開始對(duì)傳感器進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。12.4 什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定？答：傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而與動(dòng)態(tài)響應(yīng)有關(guān)的參數(shù)，一階傳感器為時(shí)間常數(shù) 二階傳感器為固有頻率 和阻尼比 兩個(gè)參數(shù)。| 答：產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力所有狀態(tài)及事件的總和叫失效。| 失效的分類：| 按失效發(fā)生場(chǎng)合分：試驗(yàn)失效、現(xiàn)場(chǎng)失效| 按失效的程度分：完全失效、局部失效| 按失效前功能或參數(shù)變化的性質(zhì)分：突然失效、退化失效| 按失效排除的性質(zhì)分：穩(wěn)定性失效、間歇失效| 按失效的外部表現(xiàn)分：明顯失效、隱蔽失效| 12.5 什么是絕對(duì)標(biāo)定法？什么是比較標(biāo)定法

37、？答：絕對(duì)標(biāo)定法：振動(dòng)計(jì)量基準(zhǔn)是采用激光光波長(zhǎng)度作為振幅量值的絕對(duì)基準(zhǔn)。 比較標(biāo)定法：將被標(biāo)的傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器相比較。是一種最常用的方法。| 13.1 什么是傳感器的可靠性？| 答：傳感器的可靠性是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定條件、規(guī)定時(shí)間，完成規(guī)定功能的能力。| 13.2 失效分析的方法有哪幾種？| 答：失效分析的方法：| 失效模式、效應(yīng)及危害度分析| 工藝過(guò)程FMMEA及質(zhì)量反饋分析| 失效樹分析方法| 13.3 可靠性設(shè)計(jì)程序核原則是什么？| 答：可靠性設(shè)計(jì)程序：| 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(cè)| 可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審| 試制品的可靠性試驗(yàn)| 最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)| 13.4 什

38、么是傳感器的失效？失效有哪幾種？按失效發(fā)生的原因分：設(shè)計(jì)上的失效、工藝上的失效、使用上的失效| 按失效的起源分：自然失效、人為失效| 按與其它失效的關(guān)系分：獨(dú)立失效、從屬失效| 按失效浴盆曲線上不同階段分：早期失效、偶然失效、耗損失效等| 1| 14.1 什么是測(cè)量原理？測(cè)量方法有哪幾種？| 答：測(cè)量原理是指用什么樣的原理去測(cè)量被測(cè)量。| 測(cè)量方法：| 按測(cè)量手段分類：直接測(cè)量、間接測(cè)量和聯(lián)立測(cè)量| 按測(cè)量方式分類：偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式測(cè)量。| 14.2 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：當(dāng)我們對(duì)同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，如果誤差按照一定的規(guī)律性

39、出現(xiàn)，則把這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。| 系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因有：| 工具誤差：指由于測(cè)量?jī)x表或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(duì)測(cè)量方法研究不夠而引起的誤差。| 定義誤差：是由于對(duì)被測(cè)量的定義不夠明確而形成的誤差。| 理論誤差：是由于測(cè)量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行近似的測(cè)量所引起的誤差。| 環(huán)境誤差：是由于測(cè)量?jī)x表工作的環(huán)境（溫度、氣壓、濕度等）不是儀表校驗(yàn)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而是隨時(shí)間在變化，從而引起的誤差。| 安裝誤差：是由于測(cè)量?jī)x表的安裝或放置不正確所引起的誤差。| 個(gè)人誤差：是指由于測(cè)量者本人不良習(xí)慣或操作不熟練所引起的誤差。| 減小系統(tǒng)誤差的方法：| 引入更正值法：若通過(guò)

40、對(duì)測(cè)量?jī)x表的校準(zhǔn)，知道了儀表的更正值，則將測(cè)量結(jié)果的指示值加上更正值，就可得到被測(cè)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(cè)量接入測(cè)量?jī)x表，然后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量具，使測(cè)量?jī)x表的指針與被測(cè)量接入時(shí)相同，則此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)量具的數(shù)值即等于被測(cè)量。 差值法：是將標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量相減，然后測(cè)量二者的差值。| 正負(fù)誤差相消法：是當(dāng)測(cè)量?jī)x表內(nèi)部存在著固定方向的誤差因素時(shí)，可以改變被測(cè)量的極性，作兩次測(cè)量，然后取二者的平均值以消除固定方向的誤差因素。| 選擇最佳測(cè)量方案：是指總誤差為最小的測(cè)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，選擇合適的測(cè)量點(diǎn)。| 14.3 給出一只0.1級(jí)150V電壓

41、表的檢定結(jié)果，試編制修正值表并繪制其誤差曲線，求出指示在105及135分度時(shí)，經(jīng)過(guò)修正后的電壓值。示值實(shí)際值示值實(shí)際值示值實(shí)際值3029.988079.96120119.924040.049090.06130130.085049.94100100.08140139.926059.98110109.88150149.987069.94| 14.4 檢定一只精度為1.0級(jí)100mA的電流表，發(fā)現(xiàn)最大誤差在50mA處為1.4mA，試問這只表是否合格？| 解：檢測(cè)儀表示值絕對(duì)誤差與儀表量程L之比值，稱之為儀表示值的引用誤差，最大引用誤差去掉百分號(hào)即為儀表精度。顯然此儀表的最大引用誤差為： 故不合格| 14.5 被測(cè)電壓的實(shí)際值為10V，現(xiàn)有150V,0.5級(jí)和15V,2.5級(jí)兩只電壓表，選擇哪一只表誤差較?。縷 解： 150V表的最大誤差為：| 15V表的最大誤差為：| 故選擇15V表誤差較小| 14.6 用晶體管毫伏表30V擋，分別測(cè)量6V和20V電壓，已知該擋的滿量程誤差為2%，求示值的相對(duì)誤差。3.6| 解：毫伏表示值