傳感器與檢測(cè)技術(shù)習(xí)題3

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)復(fù)習(xí)題0.1傳感器在檢測(cè)系統(tǒng)中有什么作用和地位？答：傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。0.2解釋下列名詞術(shù)語(yǔ)： 1)敏感元件;2)傳感器; 3)信號(hào)調(diào)理器;4)變送器答：敏感元件：指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分。 傳感器：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 信號(hào)調(diào)理器：對(duì)于輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置。 變送器：能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器。1.1某

2、位移傳感器，在輸入量變化5 mm時(shí)，輸出電壓變化為300 mV,求其靈敏度。解：1.2某測(cè)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=0.2mV/、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系統(tǒng)的總的靈敏度。解：1.3測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0 a)試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度； b)用C語(yǔ)言編制程序在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。解：，擬合直線靈敏度 0.68,線性度 ±7% 。1.8什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(shí)，傳感器的輸入輸出特

3、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。1.9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(lái)，靜特性曲線由實(shí)際測(cè)繪中獲得。1.10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(lái)選擇合適的傳感器。1.11試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：x123456y2.204.005.987.910.1012.051)理論（絕對(duì)）線性度，給定方程為y=2.0x;2)端點(diǎn)線性度；3)最小二乘線性度。解： 理論線性度： 端點(diǎn)線性度： 由兩端點(diǎn)做擬和直線 中間四點(diǎn)與擬合直線誤差：0.17 0.16 0.11 0.08 所以，最小二乘線性度：所以，1

4、.12 在對(duì)量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所示，簡(jiǎn)述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力曲線中哪條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？ 測(cè)量次數(shù)I12345壓力xi（MPa）246810電壓yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.09（3）y=50.00x-10.50（4）y=-5.00x-1.05（5）y=5.00x+0.07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。將幾組x分別帶入以上五式，與y值相差最小的就是所求，（5）為所求。2.1在用直流

5、電橋測(cè)量電阻的時(shí)候，若標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn=10.0004的電橋已經(jīng)平衡（則被測(cè)電阻Rx=10.0004 ），但是由于檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)在±0.3mm以內(nèi)時(shí)，人眼就很難觀測(cè)出來(lái)，因此Rn的值也可能不是10.0004 ,而是Rn=10.0004±Rn 。若已知電橋的相對(duì)靈敏度Sr=1mm/0.01% ，求對(duì)應(yīng)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)±0.3mm時(shí)，Rn ？解：2.2如圖F1-1所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡(jiǎn)化電路，圖中R2=R3=R是固定電阻，R1與R4是電阻應(yīng)變片，工作時(shí)R1受拉，R4受壓， 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(wú)應(yīng)變時(shí)R=0，橋路處于平

6、衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)，橋路失去了平衡，這時(shí)，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）(R/R)證：略去 的第二項(xiàng)，即可得2.3說(shuō)明電阻應(yīng)變片的組成和種類(lèi)。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？2.5一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測(cè)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(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120,靈敏度為2.0,波松比為0.3,材料彈性模量E=2.1×1011Pa。要求：1) 繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；2) 計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化；3) 當(dāng)橋路的供電電壓為

7、10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。解：滿量程時(shí)：2.9應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么？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)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級(jí)的誤差。方法：自補(bǔ)償法 線路補(bǔ)償法2.10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F1-5所示。該梁在其懸臂梁一端受一向下力F=0.5N,試求此時(shí)這四個(gè)應(yīng)變片的電阻值。已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.1;應(yīng)變片空載電阻R0=120。解：2.11圖F1-6所示一受拉的10#優(yōu)質(zhì)碳素鋼桿。試用允許通過(guò)的最大電流為30mA的康銅絲應(yīng)變片組成一單臂受

8、感電橋。試求出此電橋空載時(shí)的最大可能的輸出電壓（應(yīng)變片的電阻為120）。解：3.1電感式傳感器有哪些種類(lèi)？它們的工作原理是什么？答：種類(lèi)：自感式、渦流式、差動(dòng)式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器 原理：自感、互感、渦流、壓磁3.3試分析差動(dòng)變壓器相敏檢測(cè)電路的工作原理。答：相敏檢測(cè)電路原理是通過(guò)鑒別相位來(lái)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(cè)量信號(hào)。經(jīng)過(guò)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。3.4分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說(shuō)明如何改善？答：原因是改變了空氣隙長(zhǎng)度 改善方

9、法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，這樣的話最好使用差動(dòng)式傳感器， 其靈敏度增加非線性減少。3.5圖F1-7所示一簡(jiǎn)單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4×10-7Hm-1,試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為2mm時(shí)的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.解：3.6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,今知其中MHz及一組標(biāo)定數(shù)據(jù)如下：,位移x(mm)0.30.51.01.52.03.04.05.06.0輸出f(MHz)2.5232.5022.4612.4322.41

10、02.3802.3622.3512.343 試求該傳感器的工作特性方程及符合度（利用曲線化直線的擬合方法，并用最小二乘法作直線擬合）。解：設(shè) 又有 重寫(xiě)表格如下:x0.30.51.01.52.03.04.05.06.0f2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343y-1.66-1.78-2.06-2.31-2.56-3.06-3.54-4.02-4.61最小二乘法做直線擬和：3.7簡(jiǎn)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(chǎng)合。答：應(yīng)用場(chǎng)合有低頻透射渦流測(cè)厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)軌跡軌跡儀。3.8簡(jiǎn)述壓磁效應(yīng)，并與應(yīng)變效應(yīng)進(jìn)行比較。答：壓磁效應(yīng)：

11、某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)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，但不是線性關(guān)系。 應(yīng)變效應(yīng)：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。在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變成正比。 4.2根據(jù)電容傳感器的工作原理說(shuō)明它的分類(lèi)，電容傳感器能夠測(cè)量哪些物理參量？答：原理：由物理學(xué)知，兩個(gè)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(gè)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個(gè)極板對(duì)有效面積，D為兩個(gè)極板間的距離。由此式知，改變電容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

12、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(lèi)型：變極距型電容傳感器、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(lái)測(cè)量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅。尤其適合測(cè)溫、高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量。還可用來(lái)測(cè)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(cè)量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等4.4總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場(chǎng)合以及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。答：優(yōu)點(diǎn)：a溫度穩(wěn)定性好 b結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng) c動(dòng)響應(yīng)好 缺點(diǎn)：a可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)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

13、容傳感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測(cè)量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 使用時(shí)要注意保護(hù)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。4.7簡(jiǎn)述電容式傳感器用差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點(diǎn)。答：工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即且A點(diǎn)為高電平，即Ua=U; 而B(niǎo)點(diǎn)為低電平，即Ub=0差分脈沖調(diào)寬型電路的特點(diǎn)就在于它的線性變換特性。5.1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(cè)量哪些物理參數(shù)？答：磁電式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。 電

14、感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來(lái)測(cè)量的一種裝置。 磁電式傳感器具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。而電感式傳感器存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。 磁電式傳感器測(cè)量的物理參數(shù)有：磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速。5.2霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。 霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。 溫度補(bǔ)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

15、補(bǔ)償法 6.1什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類(lèi)？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)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(shí)，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(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)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(jī)高分子聚合材料結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)： 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

16、一個(gè)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)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。 使用時(shí)，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(shí)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(hào)與輸入作用力間的線性關(guān)系，因此需要測(cè)量電路具有無(wú)限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測(cè)量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測(cè)量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測(cè)量。6.2為什么壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)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(huì)泄露，無(wú)法

17、進(jìn)行測(cè)量。所以壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量。6.3試比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)。答：石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長(zhǎng)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(qiáng)電場(chǎng)使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電場(chǎng)除去后基本保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。 當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時(shí)，其剩余極化強(qiáng)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(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化老化，鐵電體老化將使壓電效

18、應(yīng)減弱。 6.4設(shè)計(jì)壓電式傳感器檢測(cè)電路的基本考慮點(diǎn)是什么？為什么？答：基本考慮點(diǎn)是如何更好的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。6.5 在測(cè)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(hào)；二是把高阻抗輸入變換為低阻抗輸出。7.1什么是光電效應(yīng)？答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，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(dòng)勢(shì)等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。7.2光纖損耗是如何產(chǎn)生的？它對(duì)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

19、率與分子的振動(dòng)頻率接近或相等時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，并大量吸收光能量，引起能量損耗。 散射性損耗：是由于材料密度的微觀變化、成分起伏，以及在制造過(guò)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(huì)散射到各個(gè)方向去，不能傳輸?shù)浇K點(diǎn)，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(shí)，就會(huì)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(shí)，可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機(jī)性的微曲。7.3光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч猓抗鈱?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點(diǎn)？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點(diǎn)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(shí)，就會(huì)在光纖的接口上

20、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(diǎn)： a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗小 b頻帶寬，可進(jìn)行超高速測(cè)量，靈敏度和線性度好 c能在惡劣的環(huán)境下工作，能進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)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(cè)量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長(zhǎng)，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸。7.4論述CCD的工作原理。答：CCD是一種半導(dǎo)體器件，在N型或P型硅襯底上生長(zhǎng)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MOS電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD芯片 CCD可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)

21、換成電脈沖信號(hào)。每一個(gè)脈沖只反映一個(gè)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(qiáng)弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。8.1熱電阻傳感器主要分為幾種類(lèi)型？它們應(yīng)用在什么不同場(chǎng)合？答：熱電阻傳感器分為以下幾種類(lèi)型： 鉑電阻傳感器：特點(diǎn)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(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)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(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。 銅電阻傳感器：價(jià)錢(qián)較鉑金屬便宜。在測(cè)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(jià)格便宜。不足之處是測(cè)量精度較鉑電阻稍低、

22、電阻率小。 鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳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(jì)，其缺點(diǎn)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8.2什么叫熱電動(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。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)存在熱電勢(shì)。有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(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

23、熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(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

24、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(mén)，冷端為T(mén) 時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為T(mén)冷端為T(mén)n時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為T(mén)n，冷端為T(mén)0 時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。 應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為0度時(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，T0 ）時(shí)分別為 和 ，那么受相同溫度下，又A、B兩熱電極配對(duì)后的熱電勢(shì)為 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)的熱電勢(shì)，那么由這

25、兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(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)境的影響減小誤差的措施有： a 0oC恒溫法 b 計(jì)算修正法（冷端溫度修正法） c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 d 熱電偶補(bǔ)償法 e 電橋補(bǔ)償法 f 冷端延長(zhǎng)線法 8.4試比較電阻溫度計(jì)與熱電偶溫度計(jì)的異同點(diǎn)答：電阻溫度計(jì)利用電阻隨溫度變化的特性來(lái)測(cè)量溫度。熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)原理設(shè)計(jì)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(shì)大小。 相同點(diǎn)：都是測(cè)溫傳感器，精度及性能都與傳感器材料特性有關(guān)。8.5什么是測(cè)溫用的平衡電橋、不平衡電橋和自動(dòng)平衡電橋，各有什么特點(diǎn)？答：在不平衡電橋中，&q

26、uot;檢流計(jì)"改稱為"電流計(jì)"，其作用而不是檢查有無(wú)電流而是測(cè)量電流的大小?？梢?jiàn)，不平衡電橋和平衡電橋的測(cè)量原理有原則上的 區(qū)別。利用電橋除可精確測(cè)量電阻外，還可測(cè)量一些非電學(xué)量。例如，為了測(cè)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(cè)量。不平衡電橋往往用于測(cè)量非電學(xué)量，此外還可用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。8.6試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性，并說(shuō)明其用途。答：伏安特性表征熱敏電阻在恒溫介質(zhì)下流過(guò)的電流I與其上電壓降U之間的關(guān)系。當(dāng)電流很小時(shí)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

27、流I>Is時(shí)，隨著電流增加，功耗增大，產(chǎn)生自熱，阻值隨電流增加而減小，電壓降增加速度逐漸減慢，因而出現(xiàn)非線性的正阻區(qū)ab。電流增大到Is時(shí)，電壓降達(dá)到最大值Um。此后，電流繼續(xù)增大時(shí)，自熱更為強(qiáng)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(duì)于測(cè)溫、控溫和溫度補(bǔ)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(cè)溫度。對(duì)于利用熱敏電阻的耗散 原理工作的場(chǎng)合，例如測(cè)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)。8.7 使用K型熱電偶，基準(zhǔn)接點(diǎn)為0、測(cè)量接

28、點(diǎn)為30和900時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)分別為1.203mV和37.326mV。當(dāng)基準(zhǔn)接點(diǎn)為30，測(cè)溫接點(diǎn)為900時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)為多少？答：現(xiàn)t2=900 ，t1=30 ，基準(zhǔn)接點(diǎn)溫度為30 ，測(cè)溫接點(diǎn)溫度為900時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)設(shè)為 E，則37.326=1.203+ E，所以E=36.123mV。8.8 0時(shí)鉑金熱電阻的阻值為100。按下圖所示進(jìn)行溫度測(cè)量。R1=100,R2=200,R3=300時(shí)橋路達(dá)到平衡。此時(shí)溫度為多少？假設(shè)鉑金電阻的溫度系數(shù)為0.003851-1，電阻與溫度成線性關(guān)系，另外導(dǎo)線的電阻可忽略不計(jì)。答：電橋平衡的條件為Rt* R2= R1* R3，所以另一方面，t()時(shí)的電阻阻值表

29、示式為Rt= 100（1+0.003851*t）Rt=150所以t =129.88.9 將一靈敏度為0.08mV/的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是50，若電位計(jì)上讀數(shù)是60mV，熱電偶的熱端溫度是什么？解：= 800 8.10 0時(shí)的電阻為100的鉑熱電阻。300時(shí)的阻值按下面兩種方法計(jì)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=0.003851-1；B=-0.0000059。（此時(shí)100時(shí)的電阻值為138.51）電阻值與溫度為二次函數(shù)關(guān)系。用一次方程近似時(shí)，溫度誤差為多少？答：（1）RT=100（1+0.003851*t），

30、以t=300代入，得RT=215.53。（2）RT=R0（1+At+Bt2）式中以t=300代入，得RT=212.05。（3）同（2），算得t=310時(shí)電阻值為215.61，即溫度上升10電阻增加3.56。因此，由（215.53-212.05）/0.356=9.8算得誤差為9.8。8.11 某熱敏電阻0時(shí)電阻為30k,若用來(lái)測(cè)量100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，T=373.15和T0=273.15代入得RT=1.017k。10.1 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(chǔ)、處理于一體，是一種將普通

31、傳感器與微處理器一體化，兼有檢測(cè)和信息處理功能的新型傳感器，具有一定的自適應(yīng)能力。10.2 SMART傳感器應(yīng)有哪些主要功能？有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：功能分為： 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)有： 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

32、數(shù)或CRT顯示，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單功能普通傳感器性能價(jià)格比大。10.3 智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑有哪些？答：三條途徑：非集成化實(shí)現(xiàn)、集成化實(shí)現(xiàn)和混合實(shí)現(xiàn)。10.4 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(jìn)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(jìn)行處理和誤差修正 資料計(jì)算：進(jìn)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，以便得到進(jìn)一步的信息 資料存儲(chǔ)：保存原始資料和計(jì)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

33、戶要求輸出。10.5 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： 非線性參數(shù)的標(biāo)度變換，公式為： 多項(xiàng)式變換法10.6 智能傳感器是如何對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?？答：線性溫度特性補(bǔ)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(bǔ)償方法：一般采用分段線性插值法（列表法）10.7 如何設(shè)計(jì)智能傳感器的硬件？答：硬件設(shè)計(jì)： 正確選擇微處理器：常用單片機(jī)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(gè)微處理器小系統(tǒng)，廣泛采用鍵盤(pán)、LED顯示器、打印、串并口輸出等，一起構(gòu)成了人機(jī)對(duì)話的工具。11.1 傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)的條件是什么

34、？答：條件：沒(méi)有加速度、振動(dòng)、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測(cè)物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫(20±5)相對(duì)濕度 不大于85%，大氣壓力為107Kpa的情況。11.2 如何確定標(biāo)定儀器設(shè)備的精度等級(jí)？答：對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是根據(jù)試驗(yàn)資料確定傳感器的各項(xiàng)性能指針，實(shí)際上也是確定傳感器的測(cè)量精度，所以在標(biāo)定傳感器時(shí)，所用的測(cè)量?jī)x器的精度至少要比被標(biāo)定傳感器的精度高一個(gè)等級(jí)。11.3 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(gè)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(jí)的標(biāo)定用儀器設(shè)備。然后開(kāi)始對(duì)傳感器進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。13.1 什么是測(cè)量原理？測(cè)量方法有哪幾種？

35、答：測(cè)量原理是指用什么樣的原理去測(cè)量被測(cè)量。測(cè)量方法： 按測(cè)量手段分類(lèi)：直接測(cè)量、間接測(cè)量和聯(lián)立測(cè)量 按測(cè)量方式分類(lèi)：偏差式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式測(cè)量。13.2 什么是測(cè)量誤差？研究測(cè)量誤差的意義是什么？答：測(cè)量誤差就是測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值，它反映了測(cè)量的精度。當(dāng)測(cè)量誤差超過(guò)一定限度時(shí)，測(cè)量工作和測(cè)量結(jié)果就失去意義，甚至?xí)o工作帶來(lái)危害。13.3 什么是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差？它們有什么區(qū)別和聯(lián)系？答：在一定條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)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(cè)量誤差稱為隨機(jī)誤差。區(qū)別與聯(lián)系：系統(tǒng)誤差可通過(guò)修正給以消除，隨

36、機(jī)誤差不可消除但總體上服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律13.4 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(jī)誤差的分布范圍。其數(shù)值越大，測(cè)量數(shù)據(jù)的分散范圍也越大，所以標(biāo)準(zhǔn)誤差可描述測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果的精度，是評(píng)價(jià)隨機(jī)誤差的重要指標(biāo)。13.5 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(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

37、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)

38、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)形式及在函數(shù)形式確定之后，選擇合適的測(cè)量點(diǎn)。13.7 檢定一只精度為1.0級(jí)100mA的電流表，發(fā)現(xiàn)最大誤差在50mA處為1.4mA，試問(wèn)這只表是否合格？解：檢測(cè)儀表示值絕對(duì)誤差與儀表量程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(hào)即為儀表精度。顯然此儀表的最大引用誤差為： 故不合格13.8 被測(cè)電壓的實(shí)際值為10V，現(xiàn)有150

39、V,0.5級(jí)和15V,2.5級(jí)兩只電壓表，選擇哪一只表誤差較??？解： 150V表的最大誤差為： 15V表的最大誤差為： 故選擇15V表誤差較小13.9 用晶體管毫伏表30V擋，分別測(cè)量6V和20V電壓，已知該擋的滿量程誤差為±2%，求示值的相對(duì)誤差。解：毫伏表示值的絕對(duì)誤差為 測(cè)6V電壓時(shí)示值的相對(duì)誤差為： 測(cè)20V電壓時(shí)示值的相對(duì)誤差為：13.10 有一測(cè)量范圍為0至1000kPa的壓力計(jì)，由制造廠進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)±15kPa的絕對(duì)誤差，試計(jì)算：a)該壓力計(jì)的引用誤差；b)在測(cè)量壓力中讀數(shù)為200kPa時(shí)，可能產(chǎn)生的示值相對(duì)誤差。解：引用誤差： 可能產(chǎn)生的示值相對(duì)誤差：1

40、3.11 用MF-30型普通萬(wàn)用表的DC.5V擋及25V擋分別測(cè)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DC.V.擋的電壓靈敏度20k /V,精度為2.5級(jí)，試計(jì)算：a)由于儀表本身精度造成的相對(duì)誤差；b)由于儀表內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的影響引起的相對(duì)誤差；c)綜合最大相對(duì)誤差；d)分析誤差因素的影響。解：儀表本身精度造成的相對(duì)誤差： 5V檔： 25V檔： 由于儀表內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的影響引起的相對(duì)誤差： 5V檔： 25V檔： 綜合最大相對(duì)誤差： 5V檔： 25V檔： 儀表的精度和儀器的內(nèi)阻都會(huì)在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。綜合題一、填空： 1. 測(cè)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

41、、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(qiáng)度單位控制電流時(shí)的霍爾電勢(shì)的大小。3. 光電傳感器的理論基礎(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(lèi)。第一類(lèi)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(lèi)元件有光電管、光電倍增管；第二類(lèi)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(lèi)元件有光敏電阻；第三類(lèi)是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)，這類(lèi)元件有光電二極管、光電三機(jī)關(guān)及、光電池。4. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)是兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成的，其表達(dá)式為Eab（T

42、，To）=。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長(zhǎng)線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間，接入延長(zhǎng)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(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)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)在外界磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)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(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的敏感元件和產(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。7. 偏差式測(cè)量是指測(cè)量過(guò)程中，用

43、儀表指針的位移（即偏差）決定被測(cè)量的測(cè)量方法；零位測(cè)量是指測(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)未知量的測(cè)量方法；微差式測(cè)量是指將被測(cè)的未知量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并取得差值，然后用偏差法測(cè)得此差值的測(cè)量方法。8. 電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為 _金屬_ 材料和_半導(dǎo)體_材料。它們?cè)谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)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(cè)量過(guò)程中存在著測(cè)量誤差，按性質(zhì)可被分為_(kāi)絕對(duì)誤差_、 相對(duì)誤差、和 引用誤差 三類(lèi)，其中 _

44、絕對(duì)誤差_ 可以通過(guò)對(duì)多次測(cè)量結(jié)果求 平均 _ 的方法來(lái)減小它對(duì)測(cè)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)格的線性關(guān)系。假定電位器全長(zhǎng)為Xmax，其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx=來(lái)計(jì)算。假定加在電位器A、B之間的電壓為Vmax，則輸出電壓為Vx=。其電阻靈敏度kR=。電壓靈敏度ku=。11. 磁電式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的。根據(jù)上述原理人們?cè)O(shè)計(jì)了兩種類(lèi)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(dòng)圈式和動(dòng)鐵式。12. 測(cè)量過(guò)程中存在著測(cè)量誤差。絕對(duì)誤差是指

45、測(cè)量值與被測(cè)量真實(shí)值之間的差值其表達(dá)式為；相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量真實(shí)值的比值其表達(dá)式為；引用誤差是指絕對(duì)誤差與測(cè)量?jī)x表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比其表達(dá)式為。13. 如果光柵傳感器中兩個(gè)光柵距相等，即W=0.02mm，其夾角=0.1°，則莫爾條紋的寬度B=11.43莫爾條紋的放大倍數(shù)K= 573.2。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(jìn)行測(cè)量的。其具有如下幾個(gè)特性：摩爾條紋運(yùn)動(dòng)與光柵具有對(duì)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(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)表征。二、選擇題1. 變氣隙式自感傳感器，

46、當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)，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(jí)是用儀表的（ 引用誤差）來(lái)表示的。 相對(duì)誤差 絕對(duì)誤差 引用誤差3. 電容傳感器的輸入被測(cè)量與輸出被測(cè)量間的關(guān)系，除（ 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(zhǎng)為Xmax, 其總電阻為Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx = （x/Xmax Rmax）來(lái)計(jì)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+

47、b)/pt, 2Atp(b+h)5. 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）。增大，減小，不變?nèi)?、?jiǎn)述題1. 簡(jiǎn)述霍爾電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原理。答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)(磁場(chǎng)方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，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(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)UH。2. 簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理。答：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的“

48、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。3. 簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理答：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。4. 如圖所示，Rt是Pt100鉑電阻，分析下圖所示熱電阻測(cè)量溫度電路的工作原理，以及三線制測(cè)量電路的溫度補(bǔ)償作用。答：該熱電阻測(cè)量溫度電路由熱敏電阻、測(cè)量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過(guò)

49、電阻分別為r2、r3、Rg的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會(huì)影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0°C）時(shí)的電阻值。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。5. 光纖傳感器的工作原理。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

50、稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）兩大類(lèi)。功能型光纖傳感器其光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。6. 直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應(yīng)變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測(cè)量電路？答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡(jiǎn)單，傳感器至測(cè)量?jī)x表的連接導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，線路也較復(fù)雜。交流電橋在這些方面都有改進(jìn)。直流電橋平衡條件

51、：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。8. 光電池的工作原理，指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。答：光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式；是有源器件。它有較大面積的P一N結(jié)，當(dāng)光照射在P一N結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。9. 按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點(diǎn)應(yīng)該選用哪種光纖（單模/多模），為什么？答：功能型(或稱物性型、傳感型)光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)而且具有測(cè)量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)或波長(zhǎng)，從而對(duì)外界因素進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸。可分為振幅調(diào)制型、相位調(diào)制型及偏振態(tài)調(diào)制型。多模單模皆可。非功能型(或稱結(jié)構(gòu)型

52、、傳光型) 其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其它敏感元件才能組成傳感器。多模。10. Pt100和Cu50各代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主要作用。分別代表鉑電阻熱電式傳感器（100），銅電阻熱電式傳感器(50). 熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主要作用是消除在熱電阻安裝的地方與儀表相距遠(yuǎn)時(shí)，環(huán)境溫度變化時(shí)其連接導(dǎo)線電阻也變化所造成的測(cè)量誤差。11. 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫，其儀表示值為600，而冷端溫度t0為65，則實(shí)際溫度為665，對(duì)不對(duì)？為什么？應(yīng)如何計(jì)算？答：對(duì)。查表知鎳鉻-鎳硅熱電偶K=1，T=Tz+KTn=600+1×65=6

53、6512. 試列出你所學(xué)過(guò)的不同工作原理傳感器哪些可用于非接觸式測(cè)量，哪些用于接觸式測(cè)量，測(cè)量何種物理量？（各3種）答：非接觸式測(cè)量： 光纖傳感器：測(cè)量位移 光柵傳感器: 測(cè)量位移 霍爾傳感器: 測(cè)量位移接觸式測(cè)量： 熱電式傳感器：測(cè)量溫度 壓電式傳感器：測(cè)量壓力 應(yīng)變片式電阻傳感器：測(cè)量應(yīng)變13. 壓電式傳感器的前置放大器的作用是什么？電壓式與電荷式前置放大器各有何特點(diǎn)？答：作用是將輸出電壓放大，并與輸入電壓或輸入電流成正比。電壓放大器將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，但其所接配的壓電式傳感器的電壓靈敏度將隨電纜分布電容及傳感器自身電容的變化而變化，而且電纜的的更換得引起重新標(biāo)定的麻煩。電荷放大器是一種具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，其雖然允許使用很長(zhǎng)的電纜，并且電容Ce變化不影響靈敏度，但它比電壓放大器價(jià)格高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。14. 什么是金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？請(qǐng)