檢測與轉(zhuǎn)換技術(復習題)(共13頁)

1、 PAGE 18檢測(jin c)與轉(zhuǎn)換技術復習思考題一、誤差(wch)理論：儀表精度(jn d)的指標有哪些？檢測裝置的精度包括精密度、準確度和精確度三個內(nèi)容。1精密度在相同條件下，對同一個量進行重復測量時，這些測量值之間的相互接近程度即分散程度，它反映了隨機誤差的大小。 2準確度它表承測量儀器指示值對真值的偏離程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小。 3精確度它是精密度和準確度的綜合反映，它反映了系統(tǒng)綜合誤差的大小，并且常用測量誤差的相對值表示。 什么叫隨機誤差，它與哪個精度指標有關？隨機誤差的概率分布是什么分布？這種分布具有什么特性？隨機誤差:在相同條件下多次測量同一量時，誤差的大小和符號均按不可

2、確定方式變化，沒有確定的變化規(guī)律，但隨即誤差在多次測量的總體上符合統(tǒng)計規(guī)律，因此可以通過統(tǒng)計學的方法來研究這些誤差并估計其影響。隨機誤差與精密度有關。隨機誤差在實踐中最常見的誤差分布是正態(tài)分布。正態(tài)分布隨機誤差有如下性質(zhì)：11） 對稱性：正負誤差出現(xiàn)的機會相同22） 單峰性：誤差為0出現(xiàn)機會最多33） 有界性：隨機誤差絕對值不會超過一定限度44） 抵償性：相同條件下，測量次數(shù)n，正負誤差出現(xiàn)的機會相同，誤差代數(shù)和為0測量過程的要素有哪些？測量過程有三要素1、測量單位2、測量方法3、測量儀器簡述傳感器的靜態(tài)特性性能指標及其各自的意義？ 靜態(tài)指標：被測量穩(wěn)定，變化緩慢（靈敏度，線性度，重復性）靈敏

3、度：是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化與輸入變化之比，用K表示。即K=dy/dxy/x式中 x輸入量 y輸出量。線性度：又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合曲線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器滿量程范圍內(nèi)的輸出之百分比，它可用下式表示，且多取其正直 L=Lmax/(ymax-ymin) 100%式中Lmax最大非線性誤差 ymax-ymin輸出范圍重復性：概率正態(tài)分布 （以下是課本的，以上面課件的三個為重）分辨率：是指傳感器能檢出被測信號的最小變化量，是具有量綱的數(shù)。遲滯誤差：又稱為回差或變差，是指傳感器正向特性和反向特性的不一致程度(chngd)?？捎孟率奖硎荆?H=Hmax/(y

4、max-ymin) 100%式中Hmax最大遲滯(chzh)偏差 ymax-ymin輸出(shch)范圍穩(wěn)定性：包含穩(wěn)定度和環(huán)境影響量兩個方面。電磁兼容性：是指電子設備在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能按照原設計要求而正常工作的能力，而且也不向處于同一環(huán)境中的其他設備釋放超過允許范圍的電磁干擾。可靠性：是反映傳感器和檢測系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標。5、對某液體測量溫度11次。測量序號與測量數(shù)據(jù)如下表所示：測量序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11測量數(shù)據(jù)31.0831.1330.9830.0730.9330.6830.6230.9331.0031.10

5、31.11設在測量前已消除了系統(tǒng)誤差。試判斷在該測量列中是否會有粗大誤差。并寫出測量結(jié)果的正確表達式。（見書本例題13）P15二、電阻(dinz)傳感器：1、什么叫應變電阻(dinz)效應？什么叫熱電阻效應？當電阻絲在外力作用(wi l zu yn)下發(fā)生機械形變時，其電阻值也相應發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象就是應變電阻效應。幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨其本身溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應。2、電阻絲式應變片與半導體應變片在工作原理上有何區(qū)別？靈敏系數(shù)有何不同？電阻絲式應變片的工作原理是應變電阻效應，而半導體應變片的工作原理是壓阻效應。（對半導體來說：當某一軸向施加一定應力，電阻率發(fā)生變化稱為

6、壓阻效應，不同類半導體，不同加力方向，壓阻效應不一樣。）電阻絲式應變片的靈敏度低，而半導體應變片的靈敏度高。3、為什么在動態(tài)電阻應變儀上除了設有電阻平衡旋鈕外，還設有電容平衡旋鈕？答：動態(tài)電阻應變儀采用高頻交流電給電橋供電，電橋工作在交流狀態(tài)，電橋的平衡條件為 Z1Z3=Z2Z4或|Z1|Z3|=|Z2|Z4|，j1j3=j2j4 由于導線分布、各種寄生電容、電感等的存在，光有電阻平衡是不能實現(xiàn)阻抗模和阻抗角同時達到平衡，只有使用電阻、電容兩套平衡裝置反復調(diào)節(jié)才能實現(xiàn)電橋阻抗模和阻抗角同時達到平衡。4、試繪出熱電阻傳感器的三線制測量線路圖，并簡要說明各元件的作用。R2、R3、R4為猛銅精密電阻

7、，它們的電阻溫度系數(shù)十分小，因此可以(ky)認為是固定電阻。Rt為熱電阻，被安裝(nzhung)在測溫點上。由于元件的誤差等原因(yunyn)，電橋仍存在微小的不平衡，因此必須在電橋中加入Rw調(diào)零電位器。1、以阻值R=120、靈敏度K=2的電阻絲應變片與限值為120的固定電阻組成電橋拱橋電壓為3V，并假定負載電阻為無窮大，當應變片的應變?yōu)?和2000時，分別求出單臂、雙臂電僑的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。注：在應變測量中常用微應變表示，它是無量綱的量。對比單臂電橋和雙臂電橋的計算結(jié)果可知，雙臂電橋的靈敏度是單臂電橋的兩倍。2、在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各粘貼一片電阻

8、 120 的金屬阻應變片，如圖所示，把這兩片應變片接入差動電橋，已知鋼的泊松比=0.285，應變片的靈敏系數(shù)k0=2，電橋電源電壓3V當試件受軸向拉伸時，測得應變片若R1的電阻變化值R1048 ，試求電橋的輸出電壓。三、電容(dinrng)傳感器：在電容傳感器中加入云母片是起什么(shn me)作用？增大(zn d)靈敏度和提高耐壓2、電容傳感器的特點和關鍵問題是什么？電容傳感器的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1、需要的動作能量低2、可獲得較大的相對變化量3、能在惡劣的環(huán)境條件下工作4、本身發(fā)熱影響小5、動態(tài)響應快缺點：1、輸出特性為非線性2、泄漏電容影響較大影響電容傳感器應用的關鍵問題在于：如何消減泄漏電容

9、給測量帶來的影響。傳感器的電容量及其變化量一般是小于泄漏電容量，泄漏電容是由支持構件及連接電纜所引起的。這些泄漏電容不僅降低了轉(zhuǎn)換效率，還將引起誤差。將處理信號的電子線路安裝在非?？拷鼧O板的地方可削弱泄漏電容的影響。簡述下圖所示電路工作原理(yunl)，分別繪出當C1=C2及C1C2時，UA、UB、UF和UG波形圖。差動脈沖(michng)調(diào)寬電路 四、電感(din n)傳感器1、氣隙式自感傳感器的靈敏度與哪些因素有關(yugun)？采取哪些措施可以提高其靈敏度？答：靈敏度K=-（L0/）K與變量(binling)有關，所以K不為常數(shù)。越小，靈敏度越高。采用變氣隙型差動式自感傳感器，其靈敏度K

10、=-（2L0/）提高了一倍。2、何謂零點殘余電壓？說明該電壓的產(chǎn)生原因(yunyn)及消除方法。答：由于次級反向串聯(lián)，因此鐵心位于中央(zhngyng)時，輸出應為0，但實際上輸出電壓并不為0，而是零點殘余電壓。原因(yunyn)：1、兩次級線圈不對稱2、鐵磁材料磁飽和（引起輸出電壓有高次諧波）3、勵磁電壓波形中含高次諧波 措施：1、提高對稱性2、相敏整流電路3、采用補償電路（圖） 3、簡要說明自感傳感器帶相敏整流的交流電橋電路的工作原理？(上圖為帶相敏整流的交流電橋電路原理圖)渦流(wli)傳感器主要分為哪幾類？答：按照電渦流在導體(dot)內(nèi)的貫穿情況，渦流傳感器可分為高頻(o pn)反射

11、式和低頻透射式五、溫度傳感器1、何謂熱電效應？回路中熱電勢(dinsh)恒等于零的充分必要條件有哪些？熱電效應所產(chǎn)生的熱電勢由哪幾類電勢構成？其大小和極性與什么(shn me)有關？答：（一）不同性質(zhì)(xngzh)的兩導體A,B組成如圖所示閉合回路，兩結(jié)點分別處于不同溫度，回路中會產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱作熱電效應。兩導體的組合稱為熱電偶。（二）回路中熱電勢恒等于零的充分必要條件有:1)熱電偶兩電極材料相同2)熱電偶兩結(jié)點溫度相同（三）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種電勢組成：溫差電勢、接觸電勢（四）溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質(zhì)和兩端的溫度有關。溫

12、差越大則產(chǎn)生的溫差電勢就越大。導體冷熱兩端溫度對換，則所產(chǎn)生溫差電勢的極性相反。 接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢大小和極性與兩種導體或半導體的性質(zhì)及在接觸點的溫度有關。2、熱電偶為何要進行冷端溫度補償？補償方法有哪幾種？ 答：由于工業(yè)上使用的熱電偶其冷端溫度通常并不是0，因此測量得到的熱電勢如不經(jīng)過修正就輸出顯示，則會帶來測量誤差。測量得到的熱電勢必須通過修正，即冷端溫度補償，才能使被測溫度與熱電勢的關系符合分度表中熱電偶靜態(tài)特性關系，以使被測溫度能真實的反映到儀表上來。補償方法：（一）、補償導線（冷端延長線）（二）、冷端溫度校正法（計算修正法）（三）、冰浴法 將

13、冷端置于0的冰水中（四）、熱電偶補償法 加裝補償熱電偶，補償熱電偶材料可以與測量熱電偶相同，也可以是補償導線。（五）、儀表機械零點調(diào)整法 一般儀表在未工作時指針指在零位（機械零點）（六）、補償電橋法 利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動勢來補償因冷端溫度變化而引起的熱電動勢變化。3、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量爐溫，而冷端溫度為65，若此時其儀表示值為600，則實際溫度為665，對不對？為什么？答：正確。K型熱電偶，在01000范圍內(nèi)，校正系數(shù)K1，由近似計算校正公式可算得實際溫度為665注意：若是S型熱電偶，在8001300范圍內(nèi)，其校正系數(shù)K=0.55六、磁電傳感器磁電傳感器分為哪幾類，如果不外加電路，它們

14、主要(zhyo)是測量速度量的傳感器，如果想利用磁電傳感器來測量位移和加速度可外加什么電路？磁電傳感器按結(jié)構不同(b tn)分為動圈式與磁阻式速度量經(jīng)積分(jfn)之后得到位移量，速度量經(jīng)微分之后得到加速度量，所以實際測量中也用來測位移和加速度。S=1，積分，測位移S=2，比例，測速度S=3，微分，測加速度說明課本139頁的兩種傳感器是哪一類磁電傳感器，并簡述它們的工作原理(139頁是壓電傳感器，不知道老師用哪本書的- -) 以下是課件的兩個圖，也就這兩種。磁電式速度傳感器工作原理圖1動圈式圖1工作(gngzu)原理: 在永久磁鐵產(chǎn)生的恒定(hngdng)磁場內(nèi)，放置一個可動線圈，當線圈在磁場

15、中作直線運動或旋轉(zhuǎn)運動時，所產(chǎn)生的感應電動勢e為 ：這類傳感器的基本形式(xngsh)是速度傳感器，能直接測量線速度或角速度 。圖2磁阻式圖2工作(gngzu)原理: 測量齒輪由導磁材料制成，安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起(yq)轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的感應電動勢的變化頻率(r/s)等于測量(cling)齒輪上齒輪的齒數(shù)N和轉(zhuǎn)速的n(r/min)乘積。七、光電傳感器什么叫光電效應，分為幾類？光敏電阻利用的是哪一類光電效應？答：當采用光照射某一物體時，該物體就受到一連串能量為hf的光子所轟擊，其內(nèi)部電子獲得能量并釋放出來的現(xiàn)象，便稱為光電效應。 分為：1、外光電效應

16、在光照作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應。2、內(nèi)光電效應 當光照射在物體上時，使物體電導率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的效應叫內(nèi)光電效應。光敏電阻利用的是內(nèi)光電效應。光電傳感器的主要特性有哪些？簡述它們的含義答：1）伏安特性 伏安特性是指位定光通量照射下，光敏電阻的電壓與光電流之間的關系。2）光照特性 描述光電流I和光照強度之間的關系。3）光譜特性 每種半導體材料的內(nèi)光電效應對人射光的光譜都具有選擇作用，即每種光敏電阻對不同波長的入射光有不同響應靈敏度，而且對應最大靈敏度的光波長也不相同。4）響應時間和頻率特性 光敏電阻的光電流跟光照之間有一個滯后時間，用時間常數(shù)來描述（即停止光照光電流下降至63%的時間）。5）溫度特性 隨著溫度上升將引起光敏電阻的暗電阻和靈敏度要下降，以及特性曲線的變動，應采取措施消除這種影響。八、霍爾傳感器什么叫霍爾效應，試寫出霍爾電勢的數(shù)學表達式答：在一半導體兩側(cè)面通以控制電流I，在垂直方向加以磁場B，這在半導體另兩個側(cè)面會產(chǎn)生一個大小與I*B成比例的電動勢UH，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應，UH稱為霍爾電動勢，半導體稱為霍爾元件。霍爾元