傳感器與測量技術(shù)復習題zhhy

1、傳感器與測量技術(shù)復習題1. 傳感器一般由三部分組成：敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路。其功能是以一定精確度吧被測量量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確切關(guān)系，便于應用的某種物理量。3 電阻應變式傳感器有三部分組成：彈性元件，電阻應變片，測量電路。其中應變片是電阻應變式傳感器的核心。4 電阻式溫度傳感器是利用導體或半導體電阻率隨溫度變化的特性制成的傳感器，按采用的電阻材料可分為金屬和半導體兩大類。5 電容式傳感器的工作原理是電容隨面積S兩平行板距離d及介電常數(shù)的變化而變化。典型的電容傳感器中的電容通常做成平板和圓通。按測量所改變的電容量的參數(shù)分為變介電常數(shù)型。按被測位移可分為線位移和角位移；按結(jié)構(gòu)可分為

2、單一和差動。7自感式傳感器的工作原理是把被測量變化轉(zhuǎn)換成自感上的變化通過一定的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。這類型的傳感器有變氣隙式自感，變面積式自感，螺線管式自感傳感器等。8電渦流式傳感器是利用電渦流效應工作的傳感器，有高頻反射式渦流傳感器和低頻透射式渦流傳感器兩種。其主要優(yōu)點是測量范圍大靈敏度高結(jié)構(gòu)簡單干干擾能力強。9 互感式傳感器即差動變壓器由初級線圈，次級線圈，鐵心三部分組成，工作時，初級線圈接入激勵電壓，次級線圈產(chǎn)生感生電壓。這種傳感器的次級線圈有兩個，且按同名端反向串聯(lián)方式連接。10 壓電式傳感器是利用壓電效應工作的傳感器。壓電元件的兩電極間為絕緣體，因此構(gòu)成了一個電容器。當壓電元

3、件受到外力作用時，可以等效為一個電荷源和電容的并聯(lián)，或者等效為一個電源u=Q/Ca和一個電容Ca的串聯(lián)。11 壓電傳感器輸出的能量非常微弱，在其后接入一高輸入阻抗的電壓放大器或電荷放大器，其中電壓放大器可以測量準靜態(tài)物理量。但他們都不能測量靜態(tài)物理量。（填能或者不能）。12 熱電偶傳感器，簡稱熱電偶，是基于將溫度轉(zhuǎn)化為電勢變化原理工作的。13 熱電偶的基本定律有勻質(zhì)導體定律，中間導體定律，連接導體定律。熱電偶冷端處理的方法有.補償導線法；.熱電偶冷端恒溫法，計算修正法，冷端補償電橋法。14 光電式傳感器是依據(jù)光電效應工作的傳感器，它具有響應快，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高等優(yōu)點，因而在檢測和控制領(lǐng)域得到

4、廣泛應用，其主要由光源，彈性元件，敏感元件，轉(zhuǎn)換元件。15半導體傳感器主要有：熱電阻式傳感器，壓阻式，光電，熱電偶，壓電傳感器等。 16壓電元件可能存在的壓電效應有:逆壓電效應，正壓電效應。 17光電效應可分為：外光電效應，內(nèi)光電效應，阻擋層光電效應 。其中光敏電阻是用具有內(nèi)光電效應的半導體材料制成的電阻器件，光電池是基于阻擋層光電效應工作的。18編碼器屬于數(shù)字式傳感器，通常分為兩種 ：角度枚寫編碼器（碼盤），直線位移編碼器（碼尺）。19.你所知電阻式傳感器種類有：電阻應變式，壓阻式，熱電阻式，磁阻式磁電傳感性等。常用的彈性敏感元件有金屬應變片，半導體應變片等 。 20.電感傳感器可分為：自感

5、傳感器，互感式傳感器，磁電式傳感器等。21互感式傳感器即差動變壓器由初級線圈，次級線圈，鐵心三部分組成，工作時，初級線圈接入激勵電壓電壓，次級線圈產(chǎn)生感生電壓。這種傳感器的次級線圈有兩個，且按同名端反向串聯(lián)方式連接。22.常用的光電器件有: 光電管，光電倍增管，光敏電阻，光電池，光敏晶體。 23.直接編碼器中的碼盤常采用的碼制有二進制碼，循環(huán)碼等。24.要增加光柵傳感器得分辨力可采用細分技術(shù)。用4個光電二極管可實現(xiàn)的最小分辨力為： 1 W（W為柵距）。用于辨向的兩個光電二極管的間距為BH/4。30.常用的壓電材料有石英，鈦酸鋇。它們存在多種壓電效應。多數(shù)壓電傳感器是利用其縱向電效應制成的。31

6、.數(shù)字傳感器與模擬傳感器相比，它的優(yōu)點是測量精度和分辨率高，抗干擾能力強，能避免子啊度標尺和曲線圖時產(chǎn)生的人為視覺誤差，便于計算。32.利用直接編碼器時碼盤選用循環(huán)碼比二進制碼的優(yōu)越之處是在測量過程中不會出現(xiàn)粗大誤差。36.材料是傳感器重要基礎(chǔ)，新材料的研制是重要的研究課題。長期以來金屬和半導體是較為常用的傳感材料，如今出現(xiàn)了很多性能優(yōu)越的新型材料如陶瓷材料，磁性材料，智能材料等。37.電容傳感器能測量的物理量有壓力，差壓，液壓，振動等。38成塊的金屬置于交變磁場中，金屬體內(nèi)產(chǎn)生感應電流，電流的流線呈閉合曲線，類似水渦，故稱之為渦流。39對某些物質(zhì)（電介質(zhì)）沿其一定的方向施加壓力或拉力而使它形

7、變時，內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部原子重新排列現(xiàn)象，同時在其某兩個相對的表面產(chǎn)生符號相反等量的電荷，當外力去掉形變消失后，又重新回到不帶電的狀態(tài)；這種現(xiàn)象稱為正逆壓電效應。41. 光譜特性是選擇光電器件的重要依據(jù)，下圖為兩種材料制造的光敏三極管的光譜特性，哪種管適合測量可見光？硅42.傳感器的動態(tài)特性主要用瞬態(tài)響應，頻率響應特性來描述。33. 電容傳感器按被測量所改變的電容器的參數(shù)分為變極距型，變面積型，變介電常數(shù)。43通常傳感器可以制成單一結(jié)構(gòu)或差動結(jié)構(gòu)，差動結(jié)構(gòu)較單一結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點：靈敏度高，線性度穩(wěn)。540nm800nm44由兩種金屬構(gòu)成的閉合回路，對兩個接頭的中一個加熱，在回路中可產(chǎn)生電流，說明回路中

8、存在溫差電勢，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應，這種裝置為熱電偶。46絕對濕度是單位空間中所含水蒸氣的絕對含量（質(zhì)量）。相對濕度是指被測氣體中的水蒸氣壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比。一般用絕對溫度表示大氣的潮濕程度。47光譜特性是選擇光電器件的重要依據(jù)，上圖為兩種材料制造的光電池的光譜特性，哪種適合測量可見光？ 硅 51霍爾傳感器是由霍爾元件，溫度補償電路，磁路系統(tǒng)，彈簧管四部分組成的。簡答題1. 用應變片測量時，為什么采取溫度補償措施？怎樣補償？P34答：應變片由于溫度階變化引起的電阻變化與試件應變化所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，如不采取必要的措施克服溫度造成的的影響，測量精度將無法

9、保證 1電橋補償2應變片的自補償3熱敏電阻補償3.簡述莫爾條紋的主要特性。P132答： 1起放大作用2莫爾條紋的移動與柵距成比例3起平均誤差作用5 熱電偶的冷端處理方法。P175答：1,補償導線法2熱電偶冷端溫度恒溫法3.熱電勢計算修正法 4冷端補償電橋法6 熱電偶三定律的意義。P1737 傳感器的發(fā)展方向。P2答：1不斷提高傳感器的性可靠性擴大應用范圍2開發(fā)新型傳感器3開發(fā)傳感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工藝9壓電元件對測量電路的要求。10 用壓電式傳感器能測量靜態(tài)嗎？為什么？哪種放大器能測變化緩慢的信號？P154答：不能。當作用在壓電元件的力是靜態(tài)時，則前置放大器的輸入電壓等于0,。

10、因為電荷會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉。這就從原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)物理量。11說明霍爾元件的應用。P148在電磁測量中，用它測量恒定的或交變的磁感應強度，有功功率，無功功率，相位，電能等參數(shù)；在自動檢測系統(tǒng)中，多用于位移，壓力的測量12絕對編碼器中的碼盤有兩種編碼：二進制碼和循環(huán)碼，談談兩種碼盤的優(yōu)缺點。P111答：二進制碼盤只要有一個碼道提前或延后，就可能造成輸出的粗大誤差 循環(huán)碼盤轉(zhuǎn)到相鄰區(qū)域編碼中只有一位發(fā)生變化，不會產(chǎn)生誤差14用應變片測量時為什么必須采取溫度補償？并請列出至少三種補償方法。P33應變片由于溫度變化引起的電阻變化與試件（彈性元件）應變所

11、造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，如果不采取必要的措施克服溫度的影響，測量精度將無法保證補償方法：1.電橋補償法 2.應變片的自補償法 3.熱敏電阻補償法15請描述自感式傳感器測量較小位移的工作原理。P529鐵芯線圈銜鐵答：自感式電感傳感器屬于電感式傳感器的一種。它是利用線圈自感量的變化來實現(xiàn)測量的，它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當被測量變化時，使銜鐵產(chǎn)生位移，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感量變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。證明題1請利用下列圖示證

12、明全橋差動電路的靈敏度是半橋差動靈敏度的兩倍，并說明若圖a中相鄰兩臂的R變化方向相同時電橋是否能繼續(xù)測量？已知證明：半橋： 全橋：同理所以a中能，相鄰應變極性一致，輸出電壓為兩者之差。2證明差動式變極距電容傳感器的靈敏度。（為動極板位于中間位置時與上下定極板之間的距離）證明:c=s/d,=0r,s為兩平行板所覆蓋的面積。當動極板位于中間位置時c0=s/d0 若動極板上移d,與上極板距離為d1與下極板的距離為d2 計算題R2R4R1R3m1.一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖所示R1 、R2、 R3、 R4貼在等截面軸上。已知，等截面軸的截面積為0.00196m2,彈性模量E=2×10

13、11 N/m2,泊松比= 0.3。且R1 = R2= R3= R4 =120，K= 2，組成全橋，供橋電壓U= 6V。測得輸出電壓Uo= 7.8mV。求：等截面軸的縱向及橫向應變?yōu)槎嗌伲恐匚飉 = ?解：全橋差動電路即2 某霍爾元件的長為10mm,寬×高為0.3×0.1cm2,激勵電流為1.0mA,外磁場的磁感應強度為0.2T，傳感器的靈敏系數(shù)20V/A T，試計算其霍爾電勢的大小。解：3 已知長光柵的柵距為25，標尺光柵與指示光柵的夾角為0.02度，試計算莫爾條紋的寬度以及當光柵移動200時莫爾條紋移動的距離。（提示：）解：4 已知電阻應變片靈敏度系數(shù)為2.0，沿縱向粘貼于直徑為0.05米的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E=211N/m2，泊松比=0.3，求鋼柱受到 拉力時，應變片的相對變化量。若應變片沿圓柱的圓周方向粘貼，受同樣的拉力時，應變片電阻的相對