傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷6答案

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)試卷班級(jí):學(xué)號(hào):姓名:成績(jī):一、選擇與填空題:(12分1. 變面積式自感傳感器,當(dāng)銜鐵移動(dòng)使磁路中空氣縫隙的面積增大 時(shí),鐵心上線圈的電感量(增大 減小不變 。2. 平行極板電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出電容值之間的關(guān)系中, (變面積型 變極距型變介電常數(shù)型是線性的關(guān)系。 3. 在變壓器式傳感器中,一次側(cè)和二次側(cè)互感 M 的大小與一次側(cè)線 圈的匝數(shù)成(正比 反比 不成比例4.號(hào)的器件或裝置,傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量敏感元件和產(chǎn) 生可用信號(hào)輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。 5. 熱 電 偶 所 產(chǎn) 生 的 熱 電 動(dòng) 勢(shì) 是 由 電 動(dòng) 勢(shì) 和 單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)

2、勢(shì)組成。6.定被測(cè)量的方法;零位測(cè)量是指在測(cè)量過(guò)程中,用指零儀表的零 位指示,檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài);在測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí),用 已知的基準(zhǔn)量決定被測(cè)未知量的方法;微差式測(cè)量是指綜合了偏 差式測(cè)量法與零位式測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的方法。二、簡(jiǎn)答題:(44分1. 光纖傳感器的工作原理。 (4分答: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。光纖傳感器利用光導(dǎo)纖維, 按其工作原理來(lái)分有功能型 (或稱(chēng)物性型、 傳感型與非功能型(或稱(chēng)結(jié)構(gòu)型、傳光型兩大類(lèi)。功能型光纖傳 感器其光

3、纖不僅作為光傳播的的波導(dǎo), 而且具有測(cè)量的功能。 非功能 型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介, 還需加上其他敏感元件才 能組成傳感器。2. 什么叫做熱電動(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)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。 (5分答: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 熱電動(dòng)勢(shì)。 因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為溫差電動(dòng)勢(shì)或塞貝克 電動(dòng)勢(shì),通稱(chēng)熱電動(dòng)勢(shì)。接觸電動(dòng)勢(shì):接觸電動(dòng)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動(dòng)勢(shì)。 它的大

4、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 一種電動(dòng)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

5、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 0時(shí)的熱 電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶熱端為 T , 冷端為 T n 時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)與同一熱電偶 熱端為 T n ,冷端為 T 0時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用:對(duì)熱電偶冷端不為 0C 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 , T 0時(shí)分別為 E AC (T , T 0 , E BC (T , T 0 , 那么在相同溫度下,又 A 、 B 兩熱電極配對(duì)后的熱

6、電動(dòng)勢(shì)為E AB (T , T 0= E AC (T , T 0 E BC (T , T 0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)的熱電動(dòng)勢(shì), 那么由這兩種熱電極 配對(duì)組成熱電偶的熱電動(dòng)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?chē)h(huán)境的影響。措施: 0C 恒溫法計(jì)算修正法(冷端溫度修正法儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法熱電偶補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法冷端延長(zhǎng)線法3. 人們說(shuō), SMART 傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢(shì),為什 么?(5分答:傳感器在經(jīng)歷了模擬量信息處理和數(shù)字量交換這兩個(gè)階段后, 正 朝著智能化、集成一體化、小型化方向發(fā)展,利

7、用微處理機(jī)技術(shù) 使傳感器智能化是在 20世紀(jì) 80年代新型傳感器的一大進(jìn)展,通 常稱(chēng)之為 SMART 傳感器。它有如下功能和特點(diǎn):功能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):a 精度高, 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

8、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 功能普通的傳感器性能價(jià)格比大。由此可見(jiàn),智能(SMART 化設(shè)計(jì)是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一 次革命,是世界傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。4. 簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理。 (4分答:電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng), 即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械 變形時(shí),它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。5. 什么是傳感器靜態(tài)特性?(4分答:傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入 輸出特性。6. 改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些?(4分答:進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。其典型的設(shè)計(jì)程序如下:首先是明確可靠性指標(biāo), 產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)應(yīng)與產(chǎn)品的功能、 性能

9、一 起被確定?？煽啃灾笜?biāo)應(yīng)符合產(chǎn)品的特點(diǎn),它可以是單一的可靠 性特征值, 也可以是由多個(gè)可靠性特征值構(gòu)成的可靠性指標(biāo)體系, 確定產(chǎn)品可靠性指標(biāo)以后的可靠性設(shè)計(jì)程序依次: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)和 評(píng)審;試制品的可靠性試驗(yàn)和最終的改進(jìn)設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)的原則是:首先要盡量簡(jiǎn)單,元件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn) 單、使用簡(jiǎn)單、維修簡(jiǎn)單,其次是技術(shù)上成熟、選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的 原材料和元件、采用保守的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于看似先進(jìn)但不夠成熟 的產(chǎn)品或技術(shù)應(yīng)持慎重的態(tài)度。采用局部失效不致對(duì)全局造成嚴(yán) 重后果和預(yù)測(cè)可靠性高的方案。7. 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

10、小系統(tǒng)誤 差?(6分答: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)律性出現(xiàn),則把這種誤差稱(chēng)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

11、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)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)

12、形式及在函數(shù)形式確定之后, 選擇 合適的測(cè)量點(diǎn)。8. 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?(6分 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?？煽啃栽O(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)可靠性設(shè)計(jì)原則:盡量簡(jiǎn)單、組件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)單使用簡(jiǎn)單維修簡(jiǎn)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9. 什么是傳感器的失效?失效有哪幾種?失效分析方法有哪幾種? (6分答: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(lèi):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

13、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(shù)分析方法三、分析、計(jì)算題:(24分1. 分析(線性電位器式傳感器由于測(cè)量線路中的負(fù)載電阻 R L 帶來(lái)的負(fù)載誤差,并計(jì)算它與位移 x 之間的關(guān)系。 (8分答案略。2.

14、 分析下圖所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)(x 1, x 2發(fā)生變化 時(shí)自感 L 變化情況。已知空氣氣隙的長(zhǎng)度為 x 1, x 2,空氣隙的面積 為 S ,磁導(dǎo)率為 線圈匝數(shù) W 不變。 (8分 3. 測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下: 試用最小二乘法擬合直線,求其線性度和靈敏度(8分 解 : b kx y +=(b kx y i i i +-=22(i i ii i i x x n y x y x n k -=222 ( (i i i i i i i x x n y x x y x b -=代入數(shù)據(jù)求得 68. 0=k 25. 0=b 所以 25. 068. 0+=x y238. 01= 35