傳感器及檢測技術(shù)總復習精華

1、-. z.填空：1.傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成(電信號)的裝置。2.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。3.傳感器一般由(敏感元件)與轉(zhuǎn)換元件組成。(敏感元件)是指傳感器中能直接感受被測量的局部(轉(zhuǎn)換元件)是指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號局部。4.半導體應變片使用半導體材料制成，其工作原理是基于半導體材料的(壓阻效應)。5.半導體應變片與金屬絲式應變片相比擬優(yōu)點是(靈敏系數(shù))比金屬絲高5080倍。6.壓阻效應是指半導體材料*一軸向受到外力作用時，其(電阻率)發(fā)生變化的現(xiàn)象。7.電阻應變片的工作原理是基于(應變效應),

2、 即在導體產(chǎn)生機械變形時, 它的電阻值相應發(fā)生變化。 8.金屬應變片由(敏感柵)、 基片、 覆蓋層和引線等局部組成。9.常用的應變片可分為兩類: (金屬電阻應變片)和(半導體電阻應變片)。半導體應變片工作原理是基于半導體材料的 (壓阻效應)。金屬電阻應變片的工作原理基于電阻的(應變效應)。10.金屬應變片有絲式電阻應變片、箔式應變片和薄膜式應變片三種。11.彈性敏感元件及其根本特性:物體在外力作用下而改變原來尺寸或形狀的現(xiàn)象稱為(變形),而當外力去掉后物體又能完全恢復其原來的尺寸和形狀，這種變形稱為(彈性變形)。12.直線電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度一樣，但應變不同，園弧局部使靈敏系數(shù)K下降，

3、這種現(xiàn)象稱為(橫向效應)。 13.為了減小橫向效應產(chǎn)生的測量誤差, 現(xiàn)在一般多采用(箔式應變片)。14.電阻應變片的溫度補償方法1) 應變片的自補償法這種溫度補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片(稱之為溫度自補償應變片)來補償?shù)?，應變片的自補償法有單絲自補償和雙絲組合式自補償。15.產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要因素有下述兩個方面。 1) (電阻溫度系數(shù))的影響2) 試件材料和電阻絲材料的(線膨脹系數(shù)不同)的影響16.寫出三種能夠測量加速度的傳感器 電阻應變片式傳感器 電容傳感器壓電傳感器 17.根據(jù)電容式傳感器工作原理可以將電容傳感器分成三類(變介電常數(shù)型)、變面積型和(變極距型)。18.電容

4、傳感器測量液位時的電容值c與(液位高度h成線性)關(guān)系，所以可以用作液位傳感器19.交、直流電橋的平衡條件是什么？R1R4=R2R3判斷：金屬電阻應變片的敏感柵有絲式、 箔式和薄膜式三種。其中絲式電阻應變片的優(yōu)點是散熱條件好, 允許通過的電流較大, 可制成各種所需的形狀, 便于批量生產(chǎn)。*單臂電橋，顧名思義就是只有一個應變片的測量電路就是單臂橋，相反就不是單臂直流電橋平衡條件是其相鄰兩臂電阻的比值應相等。()電容傳感器因為極板間添加的是絕緣物質(zhì)所以不能測量導電性液體(5.壓電陶瓷與天然晶體是具有一樣性質(zhì)的壓電效應的壓電材料。() 6.壓電陶瓷極化后才具有壓電特性，未極化時是非壓電體。選擇：演示位

5、移傳感器的工作原理如右圖示，物體M在導軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小*。假設(shè)電壓表是理想的，則以下說法正確的選項是( )A 物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B 物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C 物體M不動時，電路中沒有電流 D 物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)2.以下不屬于按輸出信號分類的傳感器是？(B)A 開關(guān)型傳感器 B 能量轉(zhuǎn)換型傳感器 C 模擬型傳感器 D 數(shù)字型傳感器3、應變測量中，希望靈敏度高、線性好、有溫度自補償功能，應選擇以下哪種類型的測量轉(zhuǎn)換電路。(C)A.單臂半橋 B.雙臂半橋 C.差動全橋 D.有溫度補償?shù)膯伪蹣?

6、、按照工作應變片的個數(shù)分類的是？(C)A.直流電橋 B.對稱橋 C.差動全橋 D.電源對稱橋5.通常用應變式傳感器測量C。A溫度B密度C加速度D電阻6.測量溫度不可用傳感器B。A.熱電阻B.熱電偶C.電阻應變片D.熱敏電阻7.以下屬于按被測量分類的傳感器是？ D A 溫度補償應變片B 壓電傳感器C模擬傳感器D 重量傳感器8.以下加速度傳感器的那個局部是敏感元件？其中，1是等強度梁 2是質(zhì)量塊 3 外殼 4應變片(A)A .1和2 B. 3 C .2 D. 1BA. 25200mm B. 25200m C. 25200nm D. 25200cm9.云母片的相對介電常數(shù)是空氣的7倍，其擊穿電壓不小

7、于1000 kV/mm，而空氣僅為3 kV/mm。因此有了云母片，極板間起始距離可大大減小。一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20100pF之間， 極板間距離在25200m 的*圍內(nèi)。最大位移應小于間距的 (B 1/10)，故在微位移測量中應用最廣。 A. 1/5 B. 1/10 C. 1/20 D. 1/210.在壓電片的*方向施加壓力時，以下選項正確的選項是 A A在*軸的正方向出現(xiàn)正電荷；B在*軸的正方向出現(xiàn)負電荷；C在Y軸的正方向出現(xiàn)正電荷 D在Y軸的正方向出現(xiàn)正電荷11.那些材料適合做霍爾元件？ C A絕緣材料 B 金屬材料 C N型半導體 D P型半導體大題：1.應當指出，假

8、設(shè)要實現(xiàn)完全補償，上述分析過程必須滿足以下4個條件： 在應變片工作過程中，保證R3=R4 R1和RB兩個應變片應具有一樣的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)、應變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。 粘貼補償片的補償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)一樣。 兩應變片應處于同一溫度場。 2.金屬電阻應變片的材料對電阻絲(敏感柵)材料應有如下要求： 靈敏系數(shù)大， 且在相當大的應變*圍內(nèi)保持常數(shù)； 值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值； 與銅線的焊接性能好， 與其它金屬的接觸電勢??； 機械強度高， 具有優(yōu)良的機械加工性能

9、。 3.電阻應變片的測量電路測量電路的分類:按工作應變片個數(shù)來分:1、單臂電橋2、雙臂電橋差動半橋3、全橋差動全橋討論：單臂電橋、雙臂電橋、全橋誰的靈敏度最高？ 1.測量電路的靈敏度-單臂電橋當R1=R2=R3=R4時，電橋電壓靈敏度最高，此時有： 測量電路的靈敏度-雙臂電橋差動半橋當R1=R2=R3=R4時，電橋電壓靈敏度最高，此時有： 測量電路的靈敏度-全橋差動全橋當R1=R2=R3=R4時，電橋電壓靈敏度最高，此時有： 4.克制非線性誤差方法：差動測量電路為了減小和克制非線性誤差，常采用差動電橋如下圖， 在試件上安裝兩個工作應變片，一個受拉應變，一個受壓應變， 接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋

10、差動電路， 如圖a所示。 a半橋差動電橋 (b)全橋差動電橋 5、 應變片的溫度誤差由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差， 稱為應變片的溫度誤差。 產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要因素有下述兩個方面。 產(chǎn)生溫度誤差的原因:1) 電阻溫度系數(shù)的影響2) 試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同的影響1.電阻應變片的溫度補償方法:1)應變片的自補償法:應變片的自補償法有(單絲自補償和雙絲組合式自補償2)橋路補償法線路補償6.對于應變片式傳感器單臂橋測量電路進展溫度補償時，假設(shè)要實現(xiàn)完全補償，必須滿足的條件是？ 在應變片工作過程中，保證R3=R4 R1和RB兩個應變片應具有一樣的電阻溫度系數(shù)、線膨脹

11、系數(shù)、應變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值R0。 粘貼補償片的補償塊材料和粘貼工作片的被測試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)一樣。 兩應變片應處于同一溫度場。 7.今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應變片，組成全橋，如以下圖所示。該梁在其懸臂梁一端受一向下力F=0.5N，試求此時這四個應變片的電阻值。：應變片靈敏系數(shù)K=2.1；應變片空載電阻R0=120。8.電容式傳感器的工作原理和構(gòu)造平板電容器,由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮(邊緣)效應，其電容量為: 9.變介電常數(shù)型電容傳感器概述:測量液位高度構(gòu)造簡單，沒有可動局部，電容值c與液位高度h(成線性關(guān)系)變面積型電容

12、式傳感器當動極板沿長度方向平移*時，電容相對變化量為這種形式的傳感器其電容量C與 (水平位移* )呈線性關(guān)系。 變面積型電容式傳感器-角位移型 可以看出，傳感器的電容量C與(角位移)呈線性關(guān)系。 1.1.變極距型電容傳感器為了提高靈敏度,應減小起始間隙d0，但 (非線性誤差)卻隨著d0的減小而增大。 1.怎樣減少非線性誤差？在實際應用中，為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差動式構(gòu)造。1.差動測量法 靈敏度得到一倍的改善 線性度得到改善1.測量電路 電容傳感器的等效電路(自學) 減小誤差的方法：1減小溫度、濕度等變化所產(chǎn)生的誤差，保證絕緣材料的絕緣性能2消除和減小邊緣效應p833消除和減小

13、寄生電容的影響p831.對于變極距型電容傳感器采用運算放大器測量電路時的輸出電壓與(極板間距離d)成線性關(guān)系。1.壓電元件受力后,(外表電荷與外力成正比關(guān)系)1.(壓電陶瓷制作傳感器靈敏度比壓電晶體高)壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，材料的內(nèi)部晶粒有許多自發(fā)極化的 電疇，他有一定的極化方向。 6.1 逆壓電效應 1.壓電效應是可逆的在介質(zhì)極化的方向施加電場時，電介質(zhì)會產(chǎn)生形變，將電能轉(zhuǎn)化成機械能，這種現(xiàn)象稱 逆壓電效應. 2.所以壓電元件可以將機械能轉(zhuǎn)化成電能也可以將電能轉(zhuǎn)化成機械能。壓電元件機械能電能1.渦流效應原理： 閉合鐵芯或一大塊導體處于交變磁場中，交變的磁通量使閉合鐵芯或一大塊導

14、體中產(chǎn)生感應電流，形成渦電流。 2.假設(shè)鐵芯或?qū)w是純鐵純金屬的，則由于電阻很小，產(chǎn)生的渦電流很大，電流的熱效應可以是鐵或金屬的溫度到達很高的，甚至是鐵或金屬的熔點，使鐵熔化。3.導體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大1. 發(fā)射線圈1 和接收線圈2分別放在被測材料G的上下低頻(音頻*圍)電壓e1 加到線圈1 的兩端后,在周圍空間產(chǎn)生一交變磁場,并在被測材料G中產(chǎn)生渦流,此渦流損耗了局部能量,使貫穿2的磁力線減少,從而使2產(chǎn)生的感應電勢e2 減小。e2 的大小與G的厚度及材料性質(zhì)有關(guān),實驗與理論證明,e2 隨材料厚度h增加按負指數(shù)規(guī)律減小。1.概述磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量如：

15、振動、位移、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。常用的有磁電感應式傳感器、霍爾式傳感器。磁電感應式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生感應電動勢；霍爾式傳感器是載流半導體在磁場中有電磁效應而輸出電動勢。是典型的有源傳感器。 霍爾傳感器就是基于霍爾效應，把一個導體半導體薄片兩端通以控制電流I，在薄片垂直方向施加磁感強度B的磁場，在薄片的另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流I和磁場強度B的乘積成比例的電動勢UHH是下角標。2. 通電的導體半導體放在磁場中，電流I與磁場B方向垂直，在導體另外兩側(cè)會產(chǎn)生感應電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。 1.霍爾式傳感器的霍爾電動勢產(chǎn)生的原理？答：一塊長為l、寬為b、厚為d的半導體

16、薄片至于磁感應強度為B的磁場磁場方向垂直于薄片中，當有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。是因為載流子電子按著電流反方向運動，由于外磁場B的作用，使電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導體的后端面上電子有所積累。而前端缺少電子，因此后端面帶負電，前端面帶正電，形成電場。稱為霍爾電場。 1. 當霍爾元件的鼓勵電流為I時, 假設(shè)元件所處位置磁感應強度為零, 則它的霍爾電勢應該為零, 但實際不為零。 這時測得的空載霍爾電勢稱 (不等位電勢)。1. 當霍爾元件通以鼓勵電流I時，假設(shè)磁場B=0，理論上霍爾電勢UH=0,但實際UH不等于0，這時測得的空載電勢稱(

17、不等位電勢U0)。 產(chǎn)生的原因霍爾引出電極安裝不對稱 半導體材料不均勻 1.簡述霍爾傳感器位移測量原理？ 2. 簡述霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖 7 - 13 是幾種不同構(gòu)造的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。 磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連, 當被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時, 磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動, 固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應的脈沖, 檢測出單位時間的脈沖數(shù), 便可知被測轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目的多少決定了傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。 填空電感式傳感器是應用 電磁感應原理 將非電量參數(shù)如：位移、壓力、應變、流量等轉(zhuǎn)換成 電感量 的變化，然后通過相應的 測量電路 轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式輸出，實

18、現(xiàn)非電量測量的一種裝置。*些晶體或多晶陶瓷，當沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生 極化現(xiàn)象 ，同時在*兩個外表上產(chǎn)生符號相反的 電荷 ，當作用力方向改變時，電荷的 極性 也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與 外力的大小成正比 。上述現(xiàn)象稱為 正壓電效應 。從傳感器的角度看光電效應可分為兩大類： 外光電效應 和 內(nèi)光電效應 。根據(jù)電容式傳感器工作原理可以將電容傳感器分成三類 變極距型 、 變面積型 和 變介電常數(shù)型 。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，傳感器通常由 敏 感 或裝置元 件 和 轉(zhuǎn) 換 元 件 組成。電感式傳感器是應用 電磁感應原理 將非電量參數(shù)如

19、：位移、壓力、應變、流量等轉(zhuǎn)換成 電感量 的變化，然后通過相應的 測量電路 轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式輸出，實現(xiàn)非電量測量的一種裝置。根據(jù)電容式傳感器工作原理可以將電容傳感器分成三類 變極距型 、 變面積型 和 變介電常數(shù)型 。根據(jù)壓電元件的工作原理及兩種等效電路，與壓電元件配套的測量電路的前置放大器也有兩種形式：一種是 電壓放大器 。 其輸出電壓與 輸入電壓 成正比；另一種是 電荷放大器 ，其輸出電壓與 輸入電荷 成正比。熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱勢是由 兩種導體的接觸 電勢和 單一導體的溫差 電勢組成。壓磁式傳感器的工作原理是：*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 極化現(xiàn)象 ，

20、這種現(xiàn)象稱為 正壓電效應 。相反，*些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生 機械變形 ，這種現(xiàn)象稱為 負壓電效應 。判斷當被測量接近于量程的起始零點，相對誤差趨于無限大。 在實驗中電渦流式位移傳感器的輸出電壓隨金屬圓盤遠離渦流傳感器而減小 屢次重復測量取算數(shù)平均值可以消除系統(tǒng)誤差。 霍爾元件越薄，靈敏度系數(shù)就越大。 天然晶體的電軸方向壓電效應最顯著。 壓電陶瓷是一種多晶體鐵電體，天然具有壓電效應。 電壓放大器電纜電容與放大器輸入電容不會對輸出電壓產(chǎn)生影響，故電纜引線長度變化不會帶來測量誤差。 由光敏電阻的伏安特性可知，在一定偏壓下，光照強度越大，光電流越大。 由光敏電阻的溫度特性可知，隨著溫度升高，光電流增大。 0.1級儀表測量電壓準確度比1級儀表要高，誤差要小。 應變片的靈敏系數(shù)低于單根金屬絲的靈敏系數(shù)。