傳感器與測(cè)量技術(shù)復(fù)習(xí)題zhhy

1、傳感器與測(cè)量技術(shù)復(fù)習(xí)題1. 傳感器一般由三部分組成：敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路。其功能是以一定精確度吧被測(cè)量量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確切關(guān)系，便于應(yīng)用的某種物理量。3 電阻應(yīng)變式傳感器有三部分組成：彈性元件，電阻應(yīng)變片，測(cè)量電路。其中應(yīng)變片是電阻應(yīng)變式傳感器的核心。4 電阻式溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器，按采用的電阻材料可分為金屬和半導(dǎo)體兩大類(lèi)。5 電容式傳感器的工作原理是電容隨面積S兩平行板距離d及介電常數(shù)的變化而變化。典型的電容傳感器中的電容通常做成平板和圓通。按測(cè)量所改變的電容量的參數(shù)分為變介電常數(shù)型。按被測(cè)位移可分為線位移和角位移；按結(jié)構(gòu)可分為

2、單一和差動(dòng)。7自感式傳感器的工作原理是把被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成自感上的變化通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。這類(lèi)型的傳感器有變氣隙式自感，變面積式自感，螺線管式自感傳感器等。8電渦流式傳感器是利用電渦流效應(yīng)工作的傳感器，有高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式渦流傳感器兩種。其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大靈敏度高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單干干擾能力強(qiáng)。9 互感式傳感器即差動(dòng)變壓器由初級(jí)線圈，次級(jí)線圈，鐵心三部分組成，工作時(shí)，初級(jí)線圈接入激勵(lì)電壓，次級(jí)線圈產(chǎn)生感生電壓。這種傳感器的次級(jí)線圈有兩個(gè)，且按同名端反向串聯(lián)方式連接。10 壓電式傳感器是利用壓電效應(yīng)工作的傳感器。壓電元件的兩電極間為絕緣體，因此構(gòu)成了一個(gè)電容器。當(dāng)壓電元

3、件受到外力作用時(shí)，可以等效為一個(gè)電荷源和電容的并聯(lián)，或者等效為一個(gè)電源u=Q/Ca和一個(gè)電容Ca的串聯(lián)。11 壓電傳感器輸出的能量非常微弱，在其后接入一高輸入阻抗的電壓放大器或電荷放大器，其中電壓放大器可以測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)物理量。但他們都不能測(cè)量靜態(tài)物理量。（填能或者不能）。12 熱電偶傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)熱電偶，是基于將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化原理工作的。13 熱電偶的基本定律有勻質(zhì)導(dǎo)體定律，中間導(dǎo)體定律，連接導(dǎo)體定律。熱電偶冷端處理的方法有.補(bǔ)償導(dǎo)線法；.熱電偶冷端恒溫法，計(jì)算修正法，冷端補(bǔ)償電橋法。14 光電式傳感器是依據(jù)光電效應(yīng)工作的傳感器，它具有響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因而在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到

4、廣泛應(yīng)用，其主要由光源，彈性元件，敏感元件，轉(zhuǎn)換元件。15半導(dǎo)體傳感器主要有：熱電阻式傳感器，壓阻式，光電，熱電偶，壓電傳感器等。 16壓電元件可能存在的壓電效應(yīng)有:逆壓電效應(yīng)，正壓電效應(yīng)。 17光電效應(yīng)可分為：外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)，阻擋層光電效應(yīng) 。其中光敏電阻是用具有內(nèi)光電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的電阻器件，光電池是基于阻擋層光電效應(yīng)工作的。18編碼器屬于數(shù)字式傳感器，通常分為兩種 ：角度枚寫(xiě)編碼器（碼盤(pán)），直線位移編碼器（碼尺）。19.你所知電阻式傳感器種類(lèi)有：電阻應(yīng)變式，壓阻式，熱電阻式，磁阻式磁電傳感性等。常用的彈性敏感元件有金屬應(yīng)變片，半導(dǎo)體應(yīng)變片等 。 20.電感傳感器可分為：自感

5、傳感器，互感式傳感器，磁電式傳感器等。21互感式傳感器即差動(dòng)變壓器由初級(jí)線圈，次級(jí)線圈，鐵心三部分組成，工作時(shí)，初級(jí)線圈接入激勵(lì)電壓電壓，次級(jí)線圈產(chǎn)生感生電壓。這種傳感器的次級(jí)線圈有兩個(gè)，且按同名端反向串聯(lián)方式連接。22.常用的光電器件有: 光電管，光電倍增管，光敏電阻，光電池，光敏晶體。 23.直接編碼器中的碼盤(pán)常采用的碼制有二進(jìn)制碼，循環(huán)碼等。24.要增加光柵傳感器得分辨力可采用細(xì)分技術(shù)。用4個(gè)光電二極管可實(shí)現(xiàn)的最小分辨力為： 1 W（W為柵距）。用于辨向的兩個(gè)光電二極管的間距為BH/4。30.常用的壓電材料有石英，鈦酸鋇。它們存在多種壓電效應(yīng)。多數(shù)壓電傳感器是利用其縱向電效應(yīng)制成的。31

6、.數(shù)字傳感器與模擬傳感器相比，它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度和分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，能避免子啊度標(biāo)尺和曲線圖時(shí)產(chǎn)生的人為視覺(jué)誤差，便于計(jì)算。32.利用直接編碼器時(shí)碼盤(pán)選用循環(huán)碼比二進(jìn)制碼的優(yōu)越之處是在測(cè)量過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)粗大誤差。36.材料是傳感器重要基礎(chǔ)，新材料的研制是重要的研究課題。長(zhǎng)期以來(lái)金屬和半導(dǎo)體是較為常用的傳感材料，如今出現(xiàn)了很多性能優(yōu)越的新型材料如陶瓷材料，磁性材料，智能材料等。37.電容傳感器能測(cè)量的物理量有壓力，差壓，液壓，振動(dòng)等。38成塊的金屬置于交變磁場(chǎng)中，金屬體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流的流線呈閉合曲線，類(lèi)似水渦，故稱(chēng)之為渦流。39對(duì)某些物質(zhì)（電介質(zhì)）沿其一定的方向施加壓力或拉力而使它形

7、變時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部原子重新排列現(xiàn)象，同時(shí)在其某兩個(gè)相對(duì)的表面產(chǎn)生符號(hào)相反等量的電荷，當(dāng)外力去掉形變消失后，又重新回到不帶電的狀態(tài)；這種現(xiàn)象稱(chēng)為正逆壓電效應(yīng)。41. 光譜特性是選擇光電器件的重要依據(jù)，下圖為兩種材料制造的光敏三極管的光譜特性，哪種管適合測(cè)量可見(jiàn)光？硅42.傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要用瞬態(tài)響應(yīng)，頻率響應(yīng)特性來(lái)描述。33. 電容傳感器按被測(cè)量所改變的電容器的參數(shù)分為變極距型，變面積型，變介電常數(shù)。43通常傳感器可以制成單一結(jié)構(gòu)或差動(dòng)結(jié)構(gòu)，差動(dòng)結(jié)構(gòu)較單一結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，線性度穩(wěn)。540nm800nm44由兩種金屬構(gòu)成的閉合回路，對(duì)兩個(gè)接頭的中一個(gè)加熱，在回路中可產(chǎn)生電流，說(shuō)明回路中

8、存在溫差電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)，這種裝置為熱電偶。46絕對(duì)濕度是單位空間中所含水蒸氣的絕對(duì)含量（質(zhì)量）。相對(duì)濕度是指被測(cè)氣體中的水蒸氣壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比。一般用絕對(duì)溫度表示大氣的潮濕程度。47光譜特性是選擇光電器件的重要依據(jù)，上圖為兩種材料制造的光電池的光譜特性，哪種適合測(cè)量可見(jiàn)光？ 硅 51霍爾傳感器是由霍爾元件，溫度補(bǔ)償電路，磁路系統(tǒng)，彈簧管四部分組成的。簡(jiǎn)答題1. 用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，為什么采取溫度補(bǔ)償措施？怎樣補(bǔ)償？P34答：應(yīng)變片由于溫度階變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變化所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，如不采取必要的措施克服溫度造成的的影響，測(cè)量精度將無(wú)法

9、保證 1電橋補(bǔ)償2應(yīng)變片的自補(bǔ)償3熱敏電阻補(bǔ)償3.簡(jiǎn)述莫爾條紋的主要特性。P132答： 1起放大作用2莫爾條紋的移動(dòng)與柵距成比例3起平均誤差作用5 熱電偶的冷端處理方法。P175答：1,補(bǔ)償導(dǎo)線法2熱電偶冷端溫度恒溫法3.熱電勢(shì)計(jì)算修正法 4冷端補(bǔ)償電橋法6 熱電偶三定律的意義。P1737 傳感器的發(fā)展方向。P2答：1不斷提高傳感器的性可靠性擴(kuò)大應(yīng)用范圍2開(kāi)發(fā)新型傳感器3開(kāi)發(fā)傳感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工藝9壓電元件對(duì)測(cè)量電路的要求。10 用壓電式傳感器能測(cè)量靜態(tài)嗎？為什么？哪種放大器能測(cè)變化緩慢的信號(hào)？P154答：不能。當(dāng)作用在壓電元件的力是靜態(tài)時(shí)，則前置放大器的輸入電壓等于0,。

10、因?yàn)殡姾蓵?huì)通過(guò)放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉。這就從原理上決定了壓電式傳感器不能測(cè)量靜態(tài)物理量。11說(shuō)明霍爾元件的應(yīng)用。P148在電磁測(cè)量中，用它測(cè)量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度，有功功率，無(wú)功功率，相位，電能等參數(shù)；在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，多用于位移，壓力的測(cè)量12絕對(duì)編碼器中的碼盤(pán)有兩種編碼：二進(jìn)制碼和循環(huán)碼，談?wù)剝煞N碼盤(pán)的優(yōu)缺點(diǎn)。P111答：二進(jìn)制碼盤(pán)只要有一個(gè)碼道提前或延后，就可能造成輸出的粗大誤差 循環(huán)碼盤(pán)轉(zhuǎn)到相鄰區(qū)域編碼中只有一位發(fā)生變化，不會(huì)產(chǎn)生誤差14用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)為什么必須采取溫度補(bǔ)償？并請(qǐng)列出至少三種補(bǔ)償方法。P33應(yīng)變片由于溫度變化引起的電阻變化與試件（彈性元件）應(yīng)變所

11、造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，如果不采取必要的措施克服溫度的影響，測(cè)量精度將無(wú)法保證補(bǔ)償方法：1.電橋補(bǔ)償法 2.應(yīng)變片的自補(bǔ)償法 3.熱敏電阻補(bǔ)償法15請(qǐng)描述自感式傳感器測(cè)量較小位移的工作原理。P529鐵芯線圈銜鐵答：自感式電感傳感器屬于電感式傳感器的一種。它是利用線圈自感量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的，它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線圈的電感量變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。證明題1請(qǐng)利用下列圖示證

12、明全橋差動(dòng)電路的靈敏度是半橋差動(dòng)靈敏度的兩倍，并說(shuō)明若圖a中相鄰兩臂的R變化方向相同時(shí)電橋是否能繼續(xù)測(cè)量？已知證明：半橋： 全橋：同理所以a中能，相鄰應(yīng)變極性一致，輸出電壓為兩者之差。2證明差動(dòng)式變極距電容傳感器的靈敏度。（為動(dòng)極板位于中間位置時(shí)與上下定極板之間的距離）證明:c=s/d,=0r,s為兩平行板所覆蓋的面積。當(dāng)動(dòng)極板位于中間位置時(shí)c0=s/d0 若動(dòng)極板上移d,與上極板距離為d1與下極板的距離為d2 計(jì)算題R2R4R1R3m1.一測(cè)量吊車(chē)起吊重物的拉力傳感器如圖所示R1 、R2、 R3、 R4貼在等截面軸上。已知，等截面軸的截面積為0.00196m2,彈性模量E=2×10

13、11 N/m2,泊松比= 0.3。且R1 = R2= R3= R4 =120，K= 2，組成全橋，供橋電壓U= 6V。測(cè)得輸出電壓Uo= 7.8mV。求：等截面軸的縱向及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌?？重物m = ?解：全橋差動(dòng)電路即2 某霍爾元件的長(zhǎng)為10mm,寬×高為0.3×0.1cm2,激勵(lì)電流為1.0mA,外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T，傳感器的靈敏系數(shù)20V/A T，試計(jì)算其霍爾電勢(shì)的大小。解：3 已知長(zhǎng)光柵的柵距為25，標(biāo)尺光柵與指示光柵的夾角為0.02度，試計(jì)算莫爾條紋的寬度以及當(dāng)光柵移動(dòng)200時(shí)莫爾條紋移動(dòng)的距離。（提示：）解：4 已知電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為2.0，沿縱向粘貼于直徑為0.05米的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E=211N/m2，泊松比=0.3，求鋼柱受到 拉力時(shí)，應(yīng)變片的相對(duì)變化量。若應(yīng)變片沿圓柱的圓周方向粘貼，受同樣的拉力時(shí)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)