傳感器與檢測技術(shù)習(xí)題

1、百度文庫傳感器與檢測技術(shù)復(fù)習(xí)題傳感器在檢測系統(tǒng)中有什么作用和地位？答：傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。 傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通 過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。解釋下列名詞術(shù)語：1）敏感元件；2）傳感器；3）信號調(diào)理器；4）變送器答：敏感元件：指傳感器中直接感受被測量的部分。傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。信號調(diào)理器：對于輸入和輸出信號進行轉(zhuǎn)換的裝置。變送器：能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器。'某位移傳

2、感器，在輸入量變化5 mm時，輸出電壓變化為 300 mV,求其靈敏度。解：k q 350（mVmm）X 5某測量系統(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 = c、S2=mVS3=5.0mm/V, 求系統(tǒng)的總的靈敏度。解：葭-工 X/'三X /.I |'| X N門上弓|'| -工e皿產(chǎn)測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：xya）試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度;b）用C語言編制程序在微機上實現(xiàn)。解：y = fcx制2卷又一Z號2月篦£工：工/一工號22乂二0(Z叭jt = 0. 68 * = O 25 y = o + 0.25占

3、=O 2 38 A2 = O 35 A3 = O 16鄉(xiāng)嫉一 一口一 11支； i - ri 1- 0, t 94Yj_ = 土 440復(fù) 1OQM = 土 5史=£7%Ms5擬合直線靈敏度，線性度±7%。什么是傳感器的靜特性？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，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。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，靜特性曲線由實際測繪中獲得。傳感器的靜特性的用途是什么？答：人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇合適的傳感器。試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度

4、：Lmax 100%yFs1205 2 60.4%1205x123456y1）理論（絕對）線性度，給定方程為y=;2）端點線性度；3）最小二乘線性度。解：理論線性度：3端點線性度：由兩端點做擬和直線y 1.97x 0.23中間四點與擬合直線誤差:所以,Lmax100%yFs最小二乘線性度:1黑Mo%18254 21 4223 20841 1.986 91 21 2110591 4223 21 18254 9.59 0.096 91 21 21105y kx b 1.98x 0.09百度文庫y (kxb)0.072 0.050.1150.1160.083 0.05Lmax 100%yFS-壓力曲

5、線中哪條最符合最小二0.110.09%12.05在對量程為10MPa的壓力傳感器進行標(biāo)定時，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下 表所示，簡述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓 乘法準(zhǔn)則？測量次數(shù)I壓力電壓xiyi(MPa(V)510(1)y=y=+(3)y=(4) y= (5)y=+答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。 式，與y值相差最小的就是所求，（5）為所求。將幾組x分別帶入以上五在用直流電橋測量電阻的時候，若標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn=的電橋已經(jīng)平衡但是由于檢流計指針偏轉(zhuǎn)在土0.3mm以內(nèi)時，人眼就很難觀測出來，是Q ,而是Rn=Q ± A0.3mm時，A R

6、n ?解：Rn 。若已知電橋的相對靈敏度Sr=1mm/%（則被測電阻 Rx=Q ）, 因此 Rn的值也可能不 求對應(yīng)檢流計指針偏轉(zhuǎn)土0.3mm, Rn10.0004Sry 100% xy 1mm/0.01% Rn 100% Rn如圖所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路,圖中R2=R3=覺固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時 R1受拉，R4受壓，A 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，無應(yīng)變時AR=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，橋路失去了平衡，這時，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 ) ( A

7、R/R)百度文庫證：R R R R R RR _ R _ 2R R U U U E E 22 EUcd Ucb Udb R RR R R R 4R R略去 R的第二項，即可得UcdE _R2 R7說明電阻應(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)?一個量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，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，四個沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120，靈敏度為，波松比為，材料彈T模量 E=x 1011Pa。要求：1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；2）計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化；3）當(dāng)橋路的供電電壓為 10V時，計算傳感器的

8、輸出電壓。解：百度文庫圖 2-32(c)圓桶截面積 A R2 r259.7 10W6 cmx92應(yīng)變片1,2,3,4感受的是縱向應(yīng)變，有應(yīng)變片5,6,7,8感受的是縱向應(yīng)變，有12 KUK1K I 2UK1 x K 1 x 2AE其中A為圓桶的截面積為泊桑比E為彈性模量F為外加負(fù)載力,K為靈敏系數(shù)滿量程時:Ri2.0R510FR2 R3R4 K xR K RAE310 1059.710 6112.1 101200.191R6R7R8R10.3 0.191 0.0572.0AE0.3 59.7 10F664 1.037 10 F2.1 10應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么

9、?答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)%及柵絲與試件膨脹系數(shù)（/用與魚）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出，有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。方法：自補償法 線路補償法今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應(yīng)變片，組成全橋，如圖所示。該梁在 臂梁一端受一向下力 F=,試求此時這四個應(yīng)變片的電阻值。已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù) 片空載電阻R0=120QO甘縣K=；應(yīng)變6(l x)F一 2 F WEt25cm3mm_5 -70 105PaQ百度文庫40歸F1-5 21?？蓤D解：0 256 l x F_ 2WEt6 (0.25) 0.50.102_ 520.06 70 10 (0.003)R kR0

10、 x 2.1 120 0.10 25.2RR3R0R 12025.2145.2R2R4R0R 12025.294.8圖所示一受拉的10#優(yōu)質(zhì)碳素鋼桿。試用允許通過的最大電流為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的最大可能的輸出電壓（應(yīng)變片的電阻為1200）。-F1F Z11的圖解：6 l x F 12.5一 2一WEt0.63R kR2.1 20 12.50.633500.330mA 1203.6V , U 7.2VU R 7.2 350117.5V4 R 40.3 120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、差動式、變壓式、壓磁式、感

11、應(yīng)同步器原理：自感、互感、渦流、壓磁 試分析差動變壓器相敏檢測電路的工作原理。答：相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向，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量信號。經(jīng)過相敏檢波電路，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。分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？答：原因是改變了空氣隙長度改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加， 這樣的話最好使用差動式傳感器，2L01S0 1 101。2l10其靈敏度增加非線性減少。圖所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁

12、路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對磁導(dǎo)率為 104,空氣的相對磁導(dǎo)率為 1,真空的磁導(dǎo)率為 4kX 10-7H . m-1,試計算氣隙長度為零及為 2mm4的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.-30-I圖F17 3.5赳圖解：IWRmW2Rm又Rmlii 1 iSiRRoSi 0.045I00S00.016104 0.0021.256Io0 s00.003104 0.0150.0030.045104 0.010 0.0030.0024107 30 157.07空氣氣隙為零時:22L W2200R 1.2563.2 104H空氣氣隙為2mm:LRW2Ro2200, o 4.81.256

13、 7.07103Hf 2.333 MHz及一組標(biāo)定數(shù)據(jù)如下: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 eax b f ,今知其中位移x(mm)輸 '出 f(MHz)試求該傳感器的工作特性方程及符合度直線擬合）。解：設(shè)（利用曲線化直線的擬合方法，并用最小二乘法作y ax b 又有 f eax b f , f2.333xfy重寫表格如下：最小二乘法做直線擬和:anXi yiXiyi9 (83.133)23.3 ( 25.6)0.51nXi2(Xi)29 93.59542.89b(x2yiXiXi yi)93.59 (25.6) 23.3 (83.133)1.53nX：(

14、Xi).993.59 542.89y ax b 0.51x 1.53i V (ax b)1 0.0232 0.0053 0.024 0.0155 0.016 0.007 0.038 0.069 0.02L -Lmax 100%0060.02%yFs2.950.51 x 1 .53 c o o o f e2.333簡述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場合。答：應(yīng)用場合有低頻透射渦流測厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運動軌跡軌跡儀。簡述壓磁效應(yīng)，并與應(yīng)變效應(yīng)進行比較。答：壓磁效應(yīng)：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械應(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

15、不是線性關(guān)系。應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機械變形時，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)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比。根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？答：原理：由物理學(xué)知，兩個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£為兩個極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個極板對有效面積，D為兩個極板間的距離。由此式知，改變電容二、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

16、器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的 水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等總結(jié)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。答：優(yōu)點：a溫度穩(wěn)定性好/八b結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強c 動響應(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(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

17、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。簡述電容式傳感器用差動脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點。答：工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即CxiCx2C0且A點為高電平，即 Ua=U;而B點為低電平，即 Ub=0 差分脈沖調(diào)寬型電路的特點就在于它的線性變換特性。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量哪些物理參數(shù)？答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。而

18、電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速?；魻栐軌驕y量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。溫度補償方法：/a 分流電阻法：/適用于恒流源供給控制電流的情況。/b電橋補償法/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)用特點是什么？能否用壓 電傳感器測量靜態(tài)壓力？

19、答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，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， 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，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨 之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機高分子聚合材料結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點：在壓電式傳感器中， 為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個壓電組件。 其中 最常用的是兩片結(jié)構(gòu)； 根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系， 可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接， 常用的是并 聯(lián)

20、連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差,、保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系，因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。'但實際上這是不可能的， 所以 壓電傳感器不宜作靜態(tài)測量，只能在其上加交變力， 電荷才能不斷得到補充， 并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動態(tài)測量。為什么壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量？答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量。試比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)

21、。答：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，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(fù)電荷。在極化方向上壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)也會隨時間發(fā)生變化一老化，鐵電體老化 將使壓電效應(yīng)減弱。設(shè)計壓電式傳感器檢測電路的基本考慮點是什么？為什么？答：基本考慮點是如何更好的

22、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。在測量電路中，引入前置放大器有什么作用？引入前置放大器作用： 一是放大壓電元件的微弱電信號；二是把高阻抗輸入變換為低阻抗輸出。什么是光電效應(yīng)？答：當(dāng)用光照射物體時，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)生電動勢等）/'。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光纖損耗是如何產(chǎn)生的？它對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頻率接近或相等時，會發(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

23、度的微觀變化、成分起伏，以及在制造過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu) 上的不均勻性或缺陷引起。一部分光就會散射到各個方向去，不能傳輸?shù)浇K點，從而造成散射性損耗。輻射性損耗：當(dāng)光纖受到具有一定曲率半徑的彎曲時，就會產(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，可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機性的微曲。光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч?？光?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點有哪些？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，就會在光纖的接口上產(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：a 具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損

24、耗小b 頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好c 能在惡劣的環(huán)境下工作，能進行遠(yuǎn)距離信號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)，而且具有測量的功能。它可以利用外 界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù) 據(jù)傳輸。論述CCDW工作原理。答：CC迎一種半導(dǎo)體器件，在 N型或P型硅襯底上生長一層很薄的 SiO2,再在SiO2薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的 MOSt容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了 CCDK片CCD可以把光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。每一個脈沖只反映一個光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱，輸出脈沖的順序

25、可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用在什么不同場合？答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型：鉗電阻傳感器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計使用， 也常被用在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。銅電阻傳感器：價錢較鉗金屬便宜。在測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，價格便宜。不足之處是 測量精度較鉗電阻稍低、電阻率小。鐵電阻和饃電阻： 鐵和饃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，

26、其缺點是容易氧化，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)用不多什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。答：熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下， 那么回路中就會存在熱電勢。 有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢稱為溫差電 勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩

27、端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。熱電偶測溫原理： 熱電偶的測溫原理基于物理的 "熱電效應(yīng)"。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng) 不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大， 產(chǎn)生的電動勢就越大。 引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。熱電偶三定律：a 中間導(dǎo)體定律：/熱電偶測溫時，/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，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。 在用熱電偶測溫時，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時的熱電勢等于該熱電

28、偶熱端為T冷端為Tn時的熱電勢與同一熱電偶熱端為Tn,冷端為T0時熱電勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為 0度時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時， 可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a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)點溫度為（T, T0 ）時分別為 EAC T，To和EBC T,To,那么受相同溫度下，又A、B兩熱電極配對后的熱電勢為EAB T,ToEac T,To EBC T,To實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉗電極配對的熱電勢， 那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電

29、勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。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計算修正法（冷端溫度修正法）c儀表機械零點調(diào)整法d熱電偶補償法e電橋補償法/f 冷端延長線法/試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點答：電阻溫度計利用電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。熱電偶溫度計是根據(jù)熱電效應(yīng)原理設(shè)計而成的。前者將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值的大小，后者將溫度轉(zhuǎn)換為電勢大小。相同點：都是測溫傳感器，精度及性能都與傳感器材料特性有關(guān)。/什么是測溫用的平衡電橋、不平衡電橋和自動平衡電橋，各有什么特點？答：在不平衡電橋中，"檢流計"改稱為"電流計"

30、，其作用而不是檢查有無電流而是測量電流 的大小?？梢姡黄胶怆姌蚝推胶怆姌虻臏y量原理有原則上的區(qū)別。利用電橋除可精確測量電阻外，還可測量一些非電學(xué)量。 例如，為了測量溫度變化，只需用一種 “熱敏組件"把它 轉(zhuǎn)化為電阻的變化，然后用電橋測量。不平衡電橋往往用于測量非電學(xué)量，此外還可用于自動控制和遠(yuǎn)距離聯(lián)動機構(gòu)中。試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性，并說明其用途。答：伏安特性表征熱敏電阻在恒溫介質(zhì)下流過的電流、I與其上電壓降U之間的關(guān)系。當(dāng)電流 很小時不足以引起自身發(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I>Is時，隨著電流增加，功耗增大，產(chǎn)生自熱，阻值隨電流增加

31、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) abo電流增大到Is時，電壓降達(dá)到最大值 Um此后，電流繼 續(xù)增大時，自熱更為強烈，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)。對于測溫、控溫和溫度補償，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溫度。對 于利用熱敏電阻的耗散原理工作的場合，例如測量風(fēng)速、流量、真空等，則應(yīng)工作于伏安特性的負(fù)阻區(qū)。、使用K型熱電偶，基準(zhǔn)接點為 0C、測量接點為30c和900c時，溫差電動勢分別為和。當(dāng)基準(zhǔn)接點為30 C,

32、測溫接點為900 c時的溫差電動勢為多少？答：現(xiàn)t2=900 C , t1=30 C ,基準(zhǔn)接點溫度為 30 C ,測溫接點溫度為900c時的溫差電動勢設(shè)為E,則=+ E ,所以E=o0 c時鉗金熱電阻的阻值為1000。按下圖所示進行溫度測量。R1=10(D ,R2=200Q ,R3=300Q 時橋路達(dá)到平衡。此時溫度為多少？假設(shè)鉗金電阻的溫度系 數(shù)為0.003851 C -1 ,電阻與溫度成線性關(guān)系，另外導(dǎo)線的電阻可忽略不計。答：電橋平衡的條件為 Rt* R2= R1* R3 ,所以另一方面，t( C)時的電阻阻值表示式為Rt= 100 (1+*t) Rt=150所以 t =129.8 C將

33、一靈敏度為c的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是 50 C ,若電位計上讀數(shù)是 60mV熱電偶的熱端溫度是什么？60 mv50解:=800 C0.08 mv 0 c C0 c時的電阻為100a的鉗熱電阻。300c時的阻值按下面兩種方法計算，其結(jié)果之差換算 成溫度差是多少？電阻用溫度的一次方程表示，RT=R0 (1+At+Bt2)式中B=0, A=0.003851 C-1 ; B=。(此時100c時的電阻值為 Q)電阻值與溫度為二次函數(shù)關(guān)系。用一次方程近似時，溫度誤差為多 少？答：(1) RT=100 (1+*t),以 t=300 C 代入，得 RT=Q。(2) RT=R0(1+At+Bt2)

34、式中以 t=300 C代入，得 RT毛。(3)同(2),算得t=310 C時電阻值為Q, 即溫度上升10 c電阻增加 Qo因此，由()/=算得誤差為9.8 C。某熱敏電阻0c時電阻為30k%若用來測量100c物體的溫度，其電阻為多少？設(shè)熱敏電阻的系數(shù)B為3450K。/答：式中以 R0=3*104, B=3450, T4口 T0=代入得 RT毛。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、處理于一體，是一種將普通傳感器 與微處理器一體化，兼有檢測和信息處理功能的新型傳感器，具有一定的自適應(yīng)能力。SMART傳感器應(yīng)有哪些主要功能？有哪些優(yōu)點？答：功能分為：a自補償功能：如非

35、線性、溫度誤差響應(yīng)時間等的補償二b自診斷功能：如在接通電源時自檢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 信息存儲和記憶功能e 數(shù)字量輸出和顯示優(yōu)點有：從而CRTa 精度高，可通過軟件來修正非線性，補償溫度等系統(tǒng)誤差，還可補償隨機誤差,使精度大為提高。b 有一定的可編程自動化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲、自動調(diào)零、自檢等。'c 功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或 顯示，并配打印機保存資料。d功能價格比大。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 格比大。智能傳感器的實現(xiàn)途徑有哪些？答：三條途徑：非集成化實現(xiàn)、集

36、成化實現(xiàn)和混合實現(xiàn)。智能傳感器的數(shù)據(jù)處理包括哪些內(nèi)容？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)信息進行有效的分組 資料組織：整理資料或用其它方法安排資料，以便進行處理和誤差修正資料計算：進行各種算術(shù)和邏輯運算，以便得到進一步的信息資料存儲：保存原始資料和計算結(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。標(biāo)度變換有哪些方法？答：線性參數(shù)的標(biāo)度變換，其變換公式為:x No y yo ym yoNmNo非線性參數(shù)的標(biāo)度變換，公式為:多項式變換法x Ny y° ym v。N m N智能傳感器是如

37、何對溫度進行補償?shù)?答：線性溫度特性補償方法：溫度特性曲線擬合法溫度特性查表法非線性溫度特性補償方法：一般采用分段線性插值法（列表法）如何設(shè)計智能傳感器的硬件？ 答：硬件設(shè)計：正確選擇微處理器：常用單片機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。故它又可看成一個微處理器小系統(tǒng)，廣泛采用鍵盤、LED顯示器、打印、串并口輸出等，一起構(gòu)成了人機對話的工具。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、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測物理量）及環(huán)境溫度一般 為室溫（20 ± 5C）相對濕度 不大于85%大氣壓力為107Kpa的情況。如何確

38、定標(biāo)定儀器設(shè)備的精度等級？答：對傳感器進行標(biāo)定， 是根據(jù)試驗資料確定傳感器的各項性能指針，實際上也是確定傳感器的測量精度，所以在標(biāo)定傳感器時，所用的測量儀器的精度至少要比被標(biāo)定傳感器的精度 高一個等級。靜態(tài)特性標(biāo)定方法是什么？答：標(biāo)定方法：首先是創(chuàng)造一個靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件，其次是選擇與被標(biāo)定傳感器的精度要求相適應(yīng)的一定等級的標(biāo)定用儀器設(shè)備。然后開始對傳感器進行靜態(tài)特性標(biāo)定。什么是測量原理？測量方法有哪幾種？答：測量原理是指用什么樣的原理去測量被測量。 測量方法：按測量手段分類：直接測量、間接測量和聯(lián)立測量按測量方式分類：偏差式測量、零位式測量和微差式測量。 什么是測量誤差？研究測量誤差的意義是什么？

39、 答：測量誤差就是測量值與真實值之間的差值，它反映了測量的精度。當(dāng)測量誤差超過一定限度時， 測量工作和測量結(jié)果就失去意義，甚至?xí)o工作帶來危害。什么是系統(tǒng)誤差和隨機誤差？它們有什么區(qū)別和聯(lián)系？答：在一定條件下，對同一被測量進行多次重復(fù)測量，如果誤差按照一定的規(guī)律變化，則把這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。由于大量偶然因素的影響而引起的測量誤差稱為隨機誤差。區(qū)別與聯(lián)系：系統(tǒng)誤差可通過修正給以消除，隨機誤差不可消除但總體上服從一定的統(tǒng)計規(guī)律什么是標(biāo)準(zhǔn)誤差？如何理解其數(shù)值大小的含義？答：標(biāo)準(zhǔn)誤差反映隨機誤差的分布范圍。其數(shù)值越大，測量數(shù)據(jù)的分散范圍也越大，所以標(biāo)準(zhǔn)誤差b可描述測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果的精度，是評價隨機

40、誤差的重要指標(biāo)。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)我們對同一物理量進行多次重復(fù)測量時，如果誤差按照一定的規(guī)律性出現(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：指由于測量儀表或儀表組成組件本身不完善所引起的誤差。方法誤差：指由于對測量方法研究不夠而引起的誤差。定義誤差：是由于對被測量的定義不夠明確而形成的誤差。理論誤差：是由于測量理論本身不夠完善而只能進行近似的測量所引起的誤差。環(huán)境誤差：是由于測量儀表工作的環(huán)境（溫度、氣壓、濕度等）不是儀表校驗時的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而是隨時間在變化，從而引起的誤差。安裝誤差：是由于測量儀表的安裝或放置不正確所引起的誤差。

41、個人誤差：是指由于測量者本人不良習(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：若通過對測量儀表的校準(zhǔn)，知道了儀表的更正值，則將測量結(jié)果的指示值加上更正值，就可得到被測量的實際值。替換法：是用可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)量具代替被測量接入測量儀表，然后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量具， 使測量儀表的指針與被測量接入時相同，則此時的標(biāo)準(zhǔn)量具的數(shù)值即等于被測量。差值法：是將標(biāo)準(zhǔn)量與被測量相減，然后測量二者的差值。正負(fù)誤差相消法：是當(dāng)測量儀表內(nèi)部存在著固定方向的誤差因素時，可以改變被測量的極性，作兩次測量，然后取二者的平均值以消除固定方向的誤差因素。選擇最佳測量方案：是指總誤差為最小的測量方案，而多數(shù)情況下是指選擇合適的

42、函 數(shù)形式及在函數(shù)形式確定之后，選擇合適的測量點。檢定一只精度為級100mA的電流表，發(fā)現(xiàn)最大誤差在 50mAM為，試問這只表是否合格？解：檢測儀表示值絕對誤差8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即為儀表精度。顯然此儀表的最大引用誤差為：1.4mA100 mA100 %1.4%1%故不合格 被測電壓的實際值為 10V,現(xiàn)有150V,級和15V,級兩只電壓表，選擇哪一只表誤差較?。拷猓?50V表的最大誤差為：/150V 0.5%0.75V15V表的最大誤差為：/15V 2.5% 0.375V故選擇15V表誤差較小/用晶體管毫伏表 30V擋，分別測量6V和20V電

43、壓，已知該擋的滿量程誤差為± 2%求示值 的相對誤差。解：毫伏表示值的絕對誤差為30V 2% 0.6V測6V電壓時示值的相對誤差為:°.6V 100% 10% 6V0.6V20V100%3%測20V電壓時示值的相對誤差為:有一測量范圍為 0至1000kPa的壓力計，由制造廠進行校準(zhǔn)時，發(fā)現(xiàn)±' 15kPa的絕對誤差, 試計算：a）該壓力計的引用誤差；b）在測量壓力中讀數(shù)為 200kPa時，可能產(chǎn)生的示值相對 4H至 慶2 o解：引用誤差：15KPa1000KPa100%1.5%可能產(chǎn)生的示值相對誤差:15KPa200 KPa100%7.5%用MF-30型普

44、通萬用表的擋及 25V擋分別測量高內(nèi)阻等效電路（25k 與5V電壓源串聯(lián)） 的輸出電壓。已知.擋的電壓靈敏度 20kQ /V,精度為級，試計算：a）由于儀表本身精度造 成的相對誤差；b）由于儀表內(nèi)阻對被測電路的影響引起的相對誤差；c）綜合最大相對誤差;d）分析誤差因素的影響。解：儀表本身精度造成的相對誤差：5V檔:2.5% 5V5V100%2.5%25V 檔:2.5% 25V5V100%12.5%由于儀表內(nèi)阻對被測電路的影響引起的相對誤差:5V檔：二二 1005 5 125 100% 20%525V 檔：二二 5005 5525 100%5%5綜合最大相對誤差：5V檔：2.5% 20% 22.

45、5%爾1他.12.5% 5%17.5%25V 伯：儀表的精度和儀器的內(nèi)阻都會在測量時產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。綜合題一、填空:1 .測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有 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)定性等 。/、2 .霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強度單位控制電流時的霍爾電勢的大小。3 . 藐傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下 材料中電子逸出物體表面的外光電效應(yīng),這類元件有 光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電 效應(yīng)，這類元件有 光敏電阻；第三類是利用在光線作用

46、下 使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的 光生伏特效應(yīng),這類元件有光電二極管、光電三機關(guān)及、光電池 。4 .熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成的,其表達(dá)式kNa t一(T To)ln T0( a B)dT為Eab (T, To) =eNb。在熱電偶溫度補償中補償導(dǎo)線法(即冷端延長線法) 是在連接導(dǎo)線和熱電偶 之間,接入延長線，它的作用是 將熱電偶的參考 端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。5 .壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械壓力，從而引起磁導(dǎo)率的改變，這種現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界

47、磁場的作用下 會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。6 .傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的 敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的 轉(zhuǎn)換元件以及相應(yīng)的信號調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。7 .偏差式測量是指測量過程中，用儀表指針的位移(即偏差)決定被測量的測量方法;零位測量是指 測量過程中，用指零儀表的零位指示， 檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)； 在測量系統(tǒng)達(dá) 到平衡時用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量 的測量方法;微差式測量是指將被測的未知量與已 知的標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，并取得差值，然后用偏差法測得此差值的測量方法。8 .電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為金屬材

48、料和半導(dǎo)體 材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中的電阻變化主要是由電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而的電阻變化主要是由壓阻效應(yīng) 造成的。&材料傳感器的靈敏度較大。9 .測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為 絕對誤差 、 相對誤差、和 引用誤 差 三類，其中 絕對誤差 可以通過對多次測量結(jié)果求 平均 的方法來減小它/ 對測量結(jié)果的影響。10 .電位器傳感器按特性不同， 可分為線性電位器 和非線性電位器。線性電位器的理想空載 特性曲線具有嚴(yán)格的線世關(guān)系。假定電位器全長為 Xmax其總電阻為Rmax它的滑臂間的阻值可以用 Rx=X maxR max來計算。假定加在電位器 A、B之間的電壓為

49、Vmax則輸出XV max電壓為Vx=Xmax2 (b h)I 2 (b h)。其電阻靈敏度 kR= At 。電壓靈敏度 ku=At11 .磁電式傳感器是利用 導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動 而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。 根據(jù)上述 原理人們設(shè)計了兩種類型的結(jié)構(gòu)： 一種是變磁通式；另一種是 恒定磁通式。而結(jié)構(gòu)中 又分為動圈式和動鐵式。12 .測量過程中存在著測量誤差。 絕對誤差是指 測量值與被測量真實值之間的差值其表達(dá)式100%為 XL ；相對誤差是指絕對誤差與被測量真實值的比值 其表達(dá)式為X ；引用誤差是指絕對誤差與測量儀表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其表達(dá)式為r 100%13 .如果光柵傳感器中兩個

50、光柵距相等，即W=0.02mm其夾角。=° ,則莫爾條紋的寬度 B=叫莫爾條紋的放大倍數(shù) K=。14 .光柵式傳感器的基本工作原理是用光柵的 摩爾條紋現(xiàn)象進行測量的。其具有如下幾個特 性：摩爾條紋運動與光柵具有對應(yīng)關(guān)系 ； 摩爾條紋具有位移放大作用 ；摩爾條紋具 有平均光柵誤差作用。15 .測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系來表征。、二、選擇題1 .變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（增加）增加減小 不變2 .儀表的精度等級是用儀表的（ 引用誤差）來表示的。 相對誤差 絕對誤差 引用誤差3 .電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（

51、 變極距型）外是線性的。變面積型變極距型 變介電常數(shù)型4 .電位器傳器的（線性），假定電位器全長為 Xmax,其總電阻為Rmax它的滑臂間的阻值 可以用Rx =（x/Xmax Rmax:）來計算，其中電阻靈敏度Rr=（2P（b+h）/At ）。 Xmax/x Rmax, x/Xmax Rmax, Xmax/XRmax X/XmaxRmax 2P（b+h）/At, 2pAt/b+h, 2A（b+b）/pt, 2Atp（b+h）5.變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感 量（增大）。增大，減小，不變 二、簡述題1 .簡述霍爾電動勢產(chǎn)生的原理。/答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電， 前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH42 .簡述熱電偶的工作原理。、/答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點