檢測技術(shù)與傳感器

1、1 測量者在處理誤差時，可以減小或消除系統(tǒng)誤差、修正系統(tǒng)誤差、剔除粗大誤差。2 傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)有線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。3 電容式傳感器測量電路調(diào)頻測量電路、運算放大器電路、脈沖寬度調(diào)制電路。4 石英晶體在沿機械軸y方向的力作用下會產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)。5 已知某傳感器屬于一階環(huán)節(jié)，現(xiàn)用于測量100Hz的正弦信號，如幅值誤差限制在±5%范圍內(nèi)，時間常數(shù)應(yīng)不大于0.523ms。6 傳感器按照工作原理進行劃分可分為：電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器。7 一階傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間是上升時間

2、。8 非線性度是測量裝置的輸出和輸入是否保持理想比例關(guān)系的一種度量。9 在整個測量過程中，如果影響和決定誤差大小的全部因素（條件）始終保持不變，對同一被測量進行多次重復(fù)測量，這樣的測量稱為等精度測量。10 為減小或消除直流電橋測量結(jié)果非線性誤差的方法可采用提高橋臂比、采用差動電橋。11 金屬應(yīng)變片的靈敏度主要取決于受力后材料幾何尺寸的變化。12 電感式傳感器的常用測量電路有交流電橋、變壓器式交流電橋、諧振式測量電路。13 直流電橋的平衡條件為相對橋臂阻值乘積相等。14 電感式傳感器采用變壓器式交流電橋測量電路時，銜鐵上、下移動時，輸出電壓隨銜鐵的位移而變化，當(dāng)銜鐵位于中間位置時，電橋處于平衡狀

3、態(tài)。15 關(guān)于壓電式傳感器中壓電元件的連接，與單片相比，并聯(lián)時電荷量增加1倍、電容量增加1倍、輸出電壓不變。16 隨著人們對各項產(chǎn)品技術(shù)含量的要求的不斷提高，傳感器也朝向智能化方面發(fā)展，其中，典型的傳感器智能化結(jié)構(gòu)模式是傳感器微處理器。17 傳感器的基本組成為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，分別完成檢測和轉(zhuǎn)換的功能。18 差動技術(shù)可以提高靈敏度和減少非線性誤差。19 相敏檢波電路可以判斷位移的大小，也可以判斷位移的方向。20 傳感器的發(fā)展朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化等方向發(fā)展。21 分辨率是指傳感器能夠感知或檢測到的最小輸入信號增量。22 如將變面積型電容式傳感器接成差動形式，則其靈敏度將增大一倍。23 當(dāng)

4、變隙式電容傳感器的兩極板極間的初始距離d0增加時，將引起傳感器的非線性誤差減小。24 傳感技術(shù)與信息學(xué)科緊密相關(guān)，是自動檢測和自動轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱。25 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路等三部分組成。26 靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出量變化對輸入量變化的比值。27 應(yīng)變電阻式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。28 階躍響應(yīng)特性是指在輸入為階躍函數(shù)時，傳感器的輸出隨時間的變化特性。常用響應(yīng)曲線的上升時間、響應(yīng)時間、超調(diào)量等參數(shù)作為評定指標(biāo)。29 電容式傳感器中，變介電常數(shù)式多用于液位的測量；電容式傳感器中，變面積式常用于較大的位移量的測量。30 忽略邊緣效應(yīng)，變面積型電

5、容式傳感器輸入量與輸出量的關(guān)系為線性，變介質(zhì)型電容式傳感器輸入量與輸出量的關(guān)系為線性，變極距型電容式傳感器輸入量與輸出量的關(guān)系為非線性。31 壓電式傳感器是以某些介質(zhì)的壓電效應(yīng)作為工作基礎(chǔ)的。32 將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的壓電效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。33 電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化來實現(xiàn)對物理量的測量。34 什么叫應(yīng)變效應(yīng)？ 利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理：材料的電阻變化由尺寸變化引起的，稱為應(yīng)變效應(yīng)。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、力矩或壓力等的作用下發(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

6、元件的電阻值發(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的大小。35 根據(jù)工作原理的不同，電感式傳感器可分為自感式電感傳感器和互感式電感傳感器。36 差動變壓器輸出的是交流電壓，而且存在零點殘余電壓，為了達到分辨位移方向和消除零點殘余電壓的目的，常用的電路有差動整流電路和相敏檢波電路。37 比較自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同：(1)不同點：自感式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；差動變壓器式傳感器把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。(2)相同點：兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺線管型三種類型。38 電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差產(chǎn)生

7、的原因，并說明有哪幾種補償方法：溫度誤差產(chǎn)生原因包括兩方面：溫度變化引起應(yīng)變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變，試件材料與敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變。溫度補償方法，基本上分為橋路補償和應(yīng)變片自補償兩大類。39 電容式傳感器的優(yōu)缺點，主要應(yīng)用場合以及使用中應(yīng)注意的問題：優(yōu)點：a溫度穩(wěn)定性好；b結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強c動態(tài)響應(yīng)好。缺點：a可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)b輸出阻抗高、負載能力差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、非接觸測量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。使用時要注意保護絕

8、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。40 差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響：零點殘余電壓的產(chǎn)生原因：傳感器的兩次極繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值不等、相位不同，構(gòu)成了零點殘余電壓的基波；由于磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和，磁滯），產(chǎn)生了零點殘余電壓的高次諧波（主要是三次諧波）。為了減小和消除零點殘余電壓，可采用差動整流電路。41 什么是電荷放大器：電荷放大器是壓電式傳感器另一種專用的前置放大器。它能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，而且輸出電壓正比于輸入電荷，因此，電荷

9、放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達10×e+1010×e+12，輸出阻抗小于100。42 畫出壓電元件的兩種等效電路。43 根據(jù)電容式傳感器工作原理，可將其分為幾種類型？每種類型各有什么特點？各適用于什么場合：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3種：變極板間距的變極距型、變極板覆蓋面積的變面積型和變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型。變極板間距型電容式傳感器的特點是電容量與極板間距成反比，適合測量位移量。變極板覆蓋面積型電容傳感器的特點是電容量與面積改變量成正比，適合測量線位移和角位移。變介質(zhì)型電容傳感器的特點是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，通過介質(zhì)的改變來實現(xiàn)對被測

10、量的檢測，并通過電容式傳感器的電容量的變化反映出來。適合于介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變的場合。44 什么叫正壓電效應(yīng)？什么叫逆壓電效應(yīng)：正壓電效應(yīng)就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。當(dāng)在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。45 比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(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)。壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，

11、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，就是以強電場使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電場除去后基本保持不變，留下了很強的剩余極化。當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時，其剩余極化強度將隨之發(fā)生變化，從而使一定表面分別產(chǎn)生正負電荷。在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)也會隨時間發(fā)生變化老化，鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。46 圖中，設(shè)負載電阻為無窮大（開路），圖中E=4V， R1=R2=R3=R4=100。（1）R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R1=1.0時，試求電橋的輸出電壓Uo。（2）R1，R2都是應(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

12、，試求電橋的輸出電壓Uo。（3）R1，R2都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為R1=R2=1.0，但極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓Uo。（僅供參考）（3）當(dāng)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變時：當(dāng)R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變時：47 已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為10mm，=50F/m，兩極板幾何尺寸一樣，為30mm×20mm×5mm,在外力作用下，其中動極板在原位置上向外移動了10mm，試求C=？ K=？48 當(dāng)某壓電式壓力傳感器為兩片石英晶片并聯(lián)，每片厚度d=0.2mm，圓片半徑r=1cm，相對介電常數(shù)為4.5，X切型d11=2.31×10-1

13、2C/N，當(dāng)0.1MPa壓力垂直作用于Px平面時，求傳感器輸出電荷q和電極間電壓Ua的值。當(dāng)兩片石英晶片并聯(lián)，輸出電荷qx為單片的2倍，所以得到qx=2qx=2d11.Fx=2d11.r2.Px并聯(lián)總電容為單電容的2倍，得C=2C=2×0rr2d所以電極間電壓Ux=qx/ C49 圖中，設(shè)電阻應(yīng)變片R1的靈敏度系數(shù)K=2.05，未受到應(yīng)變時，R1=120。當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變=800m/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量R1和電阻相對變化量R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出的電壓及其非線性誤差。（3）如果要減小非新性誤

14、差，應(yīng)采取何種措施？解：（1）令n=1，（3）減小非線性誤差的方法： 提高橋臂比：非線性誤差減小，由知，電橋的電壓靈敏度將降低，要使靈敏度不降低，必須相應(yīng)地提高供電電壓，電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制。 采用差動電橋。50 一個用于位移測量的電容式傳感器，兩個極板是邊長為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個邊長5cm、厚度1mm、相對介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動。試計算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時，該傳感器的輸出電容值各為多少？（1）0.0cm時：（2）2.5cm時：（3）5.0cm時：=051 如圖所示電荷前置放大器電路，已知Ca=100PF，Ra為無窮大，CF=10PF，若考慮引線CC的影響，當(dāng)A0=104時，要求輸出信號衰減小于1%，求使用90PF/m的電纜其最大允許長度為多少？由電荷