最新儀器測量復(fù)習整理

1、1. 什么是傳感器？它由幾部分組成？它們的作用及相互關(guān)系怎樣？答：傳感器是一種借助于檢測元件 接收被測量的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息 轉(zhuǎn)換 成另一種形式的信息的 裝置。傳感器通常由 敏感元件和轉(zhuǎn)換元件 組成（信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路、輔助的電源）。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是能將感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的部分。2. 簡述應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理。答：常用的金屬電阻應(yīng)變片有 絲式、箔式 兩種。根據(jù)R二丄可知，當電阻絲發(fā)生變形時, A其長度L,斷面積 A、電阻率t均將變化，這將導(dǎo)致電阻R的變化。電阻的相對變化dR（1 2）；，即電阻的 相對變

2、化率與應(yīng)變成正比 。3. 何為渦流效應(yīng)？怎樣利用渦流效應(yīng)進行位移測量？答：渦流效應(yīng)：金屬板置于一只線圈的附近，互相間距為，當線圈中有一高頻交變電流 I通過時，便產(chǎn)生交變磁通 ，金屬板會在此交變磁場中產(chǎn)生磁生感應(yīng)電流i，由于電流在金屬體內(nèi)是閉合的，因此稱為“渦流”。根據(jù)楞次定律，渦電流的交變磁場與線圈的磁場的變化方向相反，1總是抵抗的變化。由于渦流磁場的作用使原線圈的 等效阻抗Z發(fā)生變化，等效阻抗的變化程度與距離有關(guān)， 因此可以通過檢測 Z的變化得到距離的值。4. 電容式傳感器的工作原理和主要性能是什么？答：電容式傳感器的工作原理：由兩個平行極板組成的電容器，其電容是C=4A，（式O中，；為極板

3、間介質(zhì)的相對介電系數(shù)； ；0為真空中的介電常數(shù)；：為極板間的距離；A為 極板面積）。由上式可知，當被測量使 ：、A或；發(fā)生變化時，都會引起電容 C的變化。保 持其中的兩個參數(shù)不變，只改變另一個參數(shù)，就可以把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)為單一電容量的變化。電容傳感器分為： 極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型。極距變化型：靈敏度 S與極距平方成反比，極距越小，靈敏度越高。優(yōu)點：可進行動態(tài)非接觸式測量，對被測系統(tǒng)影響?。混`敏度高，適小位移的測量。缺點：非線性特性、傳感器的雜散電容影響靈敏度和測量精度、電子線路復(fù)雜。面積變化型：優(yōu)點是輸出與輸入成 線性關(guān)系，但與極距變化型相比靈敏度較低，適用于較大直線位移計角位移的

4、測量。5. 簡述電容式傳感器的主要優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好；動態(tài)響應(yīng)快；可獲得較大的相對變化量；結(jié)構(gòu)簡單，可在惡劣的環(huán)境下工作；可實現(xiàn)非接觸式測量。缺點：輸出特性為非線性；高輸出阻抗，帶負載能力差。6. 磁電式傳感器可分為幾類？各有什么性能特點？答：磁電式傳感器是把被測物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的一種傳感器。分為動圈式與磁阻式。動圈式：可分為 線速度型與角速度型。線速度型：當線圈在磁場中作直線運動時，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e = WBIvsinv，由上式可見，當 W、B、丨均為常數(shù)時，感應(yīng)電動勢大小與線圈運動的線速度成正比。角速度型：線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的 感應(yīng)電動勢與線圈相對磁場的角速度成

5、正比。磁阻式：線圈與磁鐵不動，由運動著的物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路的磁阻，引起磁力線增強或減弱，使線圈產(chǎn)生磁應(yīng)電動勢。磁阻式傳感器使用簡便、結(jié)構(gòu)簡單，可用來測量轉(zhuǎn)速、偏心量、振動等。7. 試述光敏電阻、光電二極管、光電晶體管和光電池的工作原理，如何正確選用這些器件？答：光敏電阻（光導(dǎo)管）：基于導(dǎo)體材料的內(nèi)光電效應(yīng)工作。內(nèi)光電效應(yīng)：物質(zhì)受到光照時，電阻值減少的現(xiàn)象。當受到光照時，電阻值發(fā)生變化，光通量越大，阻值越小 。光電管：基于受光照時載流子增加現(xiàn)象工作。光電二極管（具有一個PN結(jié)）光電晶體管（具有兩個PN結(jié)）（很高的靈敏度，體積小，重量輕，性能穩(wěn)定，價格便宜）光電池：是一種光電轉(zhuǎn)換元件，可以直

6、接將光能轉(zhuǎn)換成電能，當有光照射時，可直接輸出電動勢。具有PN結(jié)的光電池的工作原理 （當光照射時，在 PN結(jié)附近，由于吸收了光子能量而產(chǎn)生的電子與空穴，即光生載流子。它們在PN結(jié)電場作用下，產(chǎn)生漂移運動，電子被推向 N區(qū)，而空穴被拉進 P區(qū)，從而使P型區(qū)帶正電，N型區(qū) 帶負電，二者之間產(chǎn)生電位差，即電動勢）可用作光電測量，也可用作能源。8. 光電傳感器包含哪幾種類型？各有何特點？用光電式傳感器可以測量哪些物理量？ 答：光電傳感器：主要有模擬式光電傳感器 和脈沖式光電傳感器。模擬式光電傳感器：其中的光電元件接受的光通量隨被測量連續(xù)變化，輸出的光電流也是連續(xù)變化的，為光通量的函數(shù)。脈沖式光電傳感器

7、的光電元件接受的光信號試斷續(xù)變化的，它輸出的光電流僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的 脈沖形式的信號。有光則有點信號輸出，否則無電信號輸出。具體應(yīng)用：測量工件表面的缺陷；測量轉(zhuǎn)速；光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表。9.試述壓差流量傳感器、電磁流量傳感器、渦流流量傳感器的測量原理、特點及使用場合。分類測量原理特點使用場合壓差 流量 傳感 器基本原理是伯努利的能量守恒方 程。當流體通過設(shè)置在管道中的 節(jié)流兀件時，造成流束局部收縮， 流速提高，壓力減小。節(jié)流件的 壓差與流量 有關(guān)，流量越大，壓 差越大。（節(jié)流裝置和差壓計）結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、適應(yīng)性強、價格較低在所有測量液體、氣體和 烝汽流量的場合，絕大多 數(shù)都選用了差壓式流量計電

8、磁 流量 傳感 器依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo) 電性液體在垂直于磁場的非磁性 測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直 的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感 應(yīng)電動勢。（流量傳感器、轉(zhuǎn)化器）不易阻塞；節(jié)能效 果顯著；所測得體 積流量不受流體密 度、粘度、溫度壓 力和電導(dǎo)率變化影 響；測量范圍大；可測量還有固體顆?；?纖維的液固二相流體；最適合要求低阻力損失的 大管徑供水管道；可應(yīng)用 于腐蝕性流體；不能測量 電導(dǎo)率很低的液體；不能可測雙向流量和脈 動流量。輸出是線 性。測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體，不能用于較高溫度的液體。在流體中安放一根（或多根）非結(jié)構(gòu)簡單牢固；安渦流流線型阻流體，流體在阻流體的裝維護方

9、便；適用不適用于低雷諾數(shù)測量，流量交替地分離釋放出兩串規(guī)則的漩流體種類多；精度故在咼粘度、低流速、小傳感渦，在一定的流量范圍內(nèi)漩渦分較高；輸出與流量口徑情況下應(yīng)用受限制。器離頻率正比于管道的平均流速，成正比的脈沖信不宜用于強振動場所。通過檢測 漩渦頻率推出流體流量號；無零點漂移。10. 簡述熱電偶與熱電阻測溫原理。答：熱電偶：實質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度。熱電效應(yīng)：將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體 A、B組成閉合回路，若接合點處于不同的溫度， 兩者之間將產(chǎn)生一熱電動勢，在回路中形成一定大小的電流。A、如果熱電偶兩電極的 材料相同，即使兩端 溫度不同，回路電動勢為零；B

10、、如果熱電偶兩電極材料不同，熱電偶兩端溫度相同，回路電動勢為零；（即產(chǎn)生電動勢有兩要素：電極材料不同、熱電偶兩端存在 溫差）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準確度高、輸出信號適于遠傳；自身能產(chǎn)生電壓，不需要外加驅(qū)動電源。熱電阻：將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化。金屬熱電阻式傳感器簡稱為熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻式傳感器簡稱為 熱敏電阻。在0640 C溫度范圍內(nèi)Rt二R（ 1+At+Bt2）,在-2400 C溫度范圍內(nèi)Rt二R（1+At+Bt2） +C（t-100）t3，由溫度的變化而改變電阻的阻值，因而可以測溫度。11. 為了滿足測試的需要，對傳感器的一般要求有哪些？答：靈敏度：一般情況傳感

11、器的 靈敏度越高越好，即微小變化可有較大的響應(yīng)；但是當靈敏度越高，與測量信號無關(guān)的外界噪聲也容易混入，并隨著信號被電子放大系統(tǒng)放大。響應(yīng)特性：響應(yīng)特性是指在所測頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測量條件。實際傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲，但希望延遲時間愈短愈好，即響應(yīng)越快越好。線性：傳感器工作在線性區(qū)是保證測量精度的基本條件。在線性范圍內(nèi)，輸入和輸出成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器 工作量程愈大。穩(wěn)定性：表征傳感器經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性因素是時間與環(huán)境。精確度：表征傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。一般來說，傳感器的精確度愈高愈好，但是還應(yīng)該考慮經(jīng)濟性，精度越高

12、，價格越昂貴。測量方式：根據(jù)實際條件下的工作方式來確定傳感器。除以上的一些要求外，還應(yīng)該盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價格便宜、易于維護、易于復(fù)制等12. 傳感器的靜態(tài)特性的評價指標有哪些？答：靈敏度與信噪比：選用傳感器首要考慮的是靈敏度，選用時必須要求達到測量需要的靈敏度。信噪比是輸出信號中信號分量與噪音分量的平方平均值之比。線性：輸入與輸出量之間呈直線性比例關(guān)系，稱為線性關(guān)系。時滯：輸入和輸出不是一一對應(yīng)的關(guān)系，即存在時滯。選用時盡量選用 時滯小越小越好環(huán)境特性：周圍環(huán)境對傳感器影響最大的是 溫度（氣壓、濕度、振動、電源電壓、頻率） 穩(wěn)定性：溫漂是指連續(xù)工作時，即使輸入量恒定，傳感器

13、輸出量也會朝著一個方向偏移。 精度：評價系統(tǒng)的優(yōu)良程度。分為精密度和準確度。13. 畫出一典型測試系統(tǒng)的組成框圖，并說明各組成部分的作用。軸心軌跡測量電渦流傳感器：采用互成90安置，用于測量兩個方向上轉(zhuǎn)軸組件相對于機座的振動，輸出振動位移信號電渦流放大器：將電渦流傳感器輸出的振動位移電信號進行增強，以達到后續(xù)處理的要求?？够鞛V波器：利用濾波器來提取有用的振動位移信號、抑制或消除干擾信號和噪聲，變成帶限信號，為A/D轉(zhuǎn)換做預(yù)處理。A/D轉(zhuǎn)換器：將振動位移的模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，便于數(shù)字信號分析儀或計算機處理。計算機（軸心軌跡分析軟件）：將兩個互相垂直方向的振動位移信號在復(fù)平面進行整合，形 成

14、復(fù)信號，得到轉(zhuǎn)子的軸心軌跡。顯示器（打印機）：將計算所得的軸心軌跡進行直觀顯示，方便現(xiàn)場人員判別設(shè)備運行狀態(tài)。14. 試說明在A/D轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生量化誤差的原因以及減少量化誤差的方法。答：A/D轉(zhuǎn)換過程：采樣-量化 編碼量化誤差的產(chǎn)生： 量化是將離散模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的過程。設(shè)離散模擬量為xn，用于比較的基準量為LX，按四舍五入規(guī)則取整后，Xn轉(zhuǎn)化為X，所對應(yīng)的數(shù)字量n 7為Dnx =xnlX，顯而易見，在量化過程中的取整帶來了量化誤差，量化誤差的大小取決于 x (量化增量)的大小。減少量化誤差的方法：減小量化增量，提高量化分辨率，但同時需要增加A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。15.對三個余弦信號 x(t)二cos2二t, x(t) =cos6二t, x(t)二co