傳感器與檢測技術(shù)總復(fù)習(xí)匯總

1、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部分（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 部分。4. 半導(dǎo)體應(yīng)變片使用半導(dǎo)體材料制成，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的（壓阻效應(yīng)）。5. 半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬絲式應(yīng)變片相比較優(yōu)點是 （靈敏系數(shù) ）比金屬絲高 5080 倍。6. 壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料某一軸向受到外力作用時，其 （電阻率 ）發(fā)生變化的 現(xiàn)象。7.

2、 電阻應(yīng)變片的工作原理是基于 （應(yīng)變效應(yīng) ）, 即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時 , 它的電 阻值相應(yīng)發(fā)生變化。8. 金屬應(yīng)變片由 （敏感柵 ）、 基片、 覆蓋層和引線等部分組成。9. 常用的應(yīng)變片可分為兩類 : （金屬電阻應(yīng)變片 ） 和（半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片 ）。 半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料的（壓阻效應(yīng) ）。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理基于電阻的 （應(yīng)變效應(yīng) ）。10. 金屬應(yīng)變片有（絲式電阻應(yīng)變片） 、（箔式應(yīng)變片）和薄膜式應(yīng)變片三種。11. 彈性敏感元件及其基本特性 :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(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀， 這種變形 稱為（

3、彈性變形 ）。12. 直線電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度相同，但應(yīng)變不同，園弧部分使靈敏系 數(shù) K下降，這種現(xiàn)象 稱為（橫向效應(yīng)）。13. 為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測量誤差 , 現(xiàn)在一般多采用 （箔式應(yīng)變片 ）。14. 電阻應(yīng)變片的溫度補償方法1）應(yīng)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(yīng)變片 （稱之為溫度自補償應(yīng)變 片 ）來補償?shù)?，?yīng)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(yīng)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(yīng)變片

4、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 ）。c 與（液位高度 h 成線性 ）關(guān)系，所以可以用R 1R 3R1R4=R2R3 R 2R 418. 電容傳感器測量液位時的電容值 作液位傳感器箔式和薄膜式三種。其中絲式電阻應(yīng)變片的19. 交、直流電橋的平衡條件是什么？ 判斷： 金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、 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)。（X）2. 單臂電橋，顧名思義就是只有一個應(yīng)變片的測量電路就是單臂橋，相反就不是 單臂（×）3

5、. 直流電橋平衡條件是其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等。 （）4. 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(dǎo)電性液體（）5. 壓電陶瓷與天然晶體是具有相同性質(zhì)的壓電效應(yīng)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：1.演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體M 在導(dǎo)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 x。假設(shè)電A壓表是理想的，則下列說法正確的是 （物體 M 運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化物體 M 運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化物體 M 不動時，電路中沒有電流 D 物體 M 不動時，電壓表沒

6、有示數(shù)2. 下列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(yīng)變測量中，希望靈敏度高、線性好、有溫度自補償功能，應(yīng)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?、按照工作應(yīng)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(yīng)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(yīng)變片 D. 熱敏電阻7. 下列屬于按被測量分類的傳感器是

7、？ ( D )A 溫度補償應(yīng)變片 B 壓電傳感器 C 模擬傳感器 D 重量傳感器8.下列加速度傳感器的那個部分是敏感元件？其中，1 是等強度梁 2 是質(zhì)量塊 3外殼 4 應(yīng)變片 (A)31等強度梁；2質(zhì)量塊；3殼體；4電阻應(yīng)變敏感元體A .1 和 2 B. 3 C .2 D. 1A. 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

8、在 25200 m 的范圍內(nèi)。最大位移應(yīng)小于間距的 (B 1/10) ，故在微位移測量中應(yīng)用最廣。A. 1/5 B. 1/10 C. 1/20 D. 1/210. 在 壓電片 的 x 方 向施加壓力時，以下 選項正 確的是( A )A 在 X 軸的正方向出現(xiàn)正電荷；B在 X軸的正方向出現(xiàn)負(fù)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？A 絕緣材料 B 金屬材料 C N型半導(dǎo)體 D P 型半導(dǎo)體大題：1.應(yīng)當(dāng)指出，若要實現(xiàn)完全補償，上述分析過程必須滿足以下 4 個條件： 在應(yīng)變片工作過程中，保證R3=R4、線膨脹系數(shù) 、應(yīng)變靈敏 R1 和 RB 兩

9、個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù) 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)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場。2. 金屬電阻應(yīng)變片的材料對電阻絲 （敏感柵 ）材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大， 且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(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(jī)械強度高， 具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能。3. 電阻應(yīng)變片的測量電路測量電路的分類 :按工作應(yīng)變片 個數(shù)來分:1）、單臂電橋 2）、雙臂電橋（差動半

10、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oE R14 R1當(dāng) 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(dāng) R1=R2=R3=R4時，電橋電壓靈敏度最高，此時有：UoE R12 R1測量電路的靈敏度全橋（差動全橋）當(dāng) R1=R2=R3=R4時，電橋電壓靈敏度最高，此時有：UoE RR11KUE4. 克服非線性誤差方法：差動測量電路為了減小和克服非線性誤差，常采用差動 電橋如圖所示， 在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片， 一個受拉應(yīng)變， 一個受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動電路

11、，如圖（ a）所示（a）（b ）（a）半橋差動電橋 （b） 全橋差動電橋5、應(yīng)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(yīng)變片的溫度誤 差。 產(chǎn)生應(yīng)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(yīng)變片的溫度補償方法 :1）應(yīng)變片的自補償法 :應(yīng)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(yīng)變片式傳感器單臂橋測量電路進(jìn)行溫度補償時，若要實現(xiàn)完全補償，必 須滿足的條件是？ 在應(yīng)變片工作過程中，保證 R3=R4 R1 和 RB

12、兩個應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù) 、線膨脹系數(shù) 、應(yīng)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)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)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(yīng)變片，組成全橋，如下圖所示。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(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 。t 3mm6(l x) F5E 70 10 5 Pa WEt2l 25cmW 6cm6l x F6 (0.25 0.25) 0.5x 2 5 2xWEt20.06 70 10

13、5 (0.003)20.10R kR0 x 2.1 120 0.10 25.2R1 R3 R0 R 120 25.2 145.2R2 R4 R0R 120 25.2 94.88.電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)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(yīng)，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D結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部分，電容值 c 與液位高度 h（ 成線性關(guān)系 ）1.Cx2. 當(dāng)動極板沿長度方向平移 xC0 a這種形式的傳感器其電容量 C 與 （水平位移 x ）呈線性關(guān)系。1.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

14、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(yīng)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(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用（差動式結(jié)構(gòu)）1.差動測量法靈敏度得到一倍的改善2 d021 d0線性度得到改善d100%d0d 100%d01.測量電路電容傳感器的等效電路 （自學(xué) ）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(yīng)（ p83 ）3）消除和減小寄生電容的影響（ p83 ）1.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

15、 d） 成線性關(guān)系1.壓電元件受力后,（表面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） 1. 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(yīng)1. 壓電效應(yīng)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(jī)械能，這種 現(xiàn)象稱 （逆壓電效應(yīng) ）.2.所以壓電元件可以將機(jī)械能 轉(zhuǎn)化成（電能）也可以將電能 轉(zhuǎn)化成機(jī)械能1.渦流效應(yīng)原理：閉合鐵芯（或一大塊導(dǎo)體）處于交變磁場中，交變的（磁通量）使閉合鐵芯（或一大塊導(dǎo)體）中產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成（渦電流。2.假如鐵芯（或?qū)w）是純鐵（純金屬）的，則由于

16、電阻很小，產(chǎn)生的渦電流很大，電流的（熱效應(yīng)）可以是鐵（或金屬）的溫度達(dá)到很高的，甚至是鐵（或金 屬）的熔點，使鐵熔化3. 導(dǎo)體的外周長越長，交變磁場的（頻率越高） ，渦流就越大發(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 （音頻范圍 ）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 ,此渦流損耗了部分能量 ,使貫穿2 的磁力線 減少,從而使2 產(chǎn)生的感應(yīng)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(fù)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：振動、

17、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(yīng)式傳感器、霍爾式傳感器。磁電感應(yīng)式傳 感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生（感應(yīng)電動勢） ；霍爾式傳感器是載流 半導(dǎo)體在磁場中有電磁效應(yīng)而輸出電動勢。是典型的（有源傳感器） 。 1.霍爾傳感器就是基于霍爾效應(yīng)，把一個導(dǎo)體（半導(dǎo)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 UH（H 是下角標(biāo)）。2. 通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流 I 與磁場 B 方向垂直，在導(dǎo)體另外 兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱（霍爾效應(yīng)） 。1.霍爾式

18、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(dǎo)體薄片至于磁感應(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，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(yīng)。 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(dǎo)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(fù)電，前端面帶正電， 形 成電場。稱為霍爾電場。1. 當(dāng)霍爾元件的激勵電流為 I 時, 若元件所處位置磁感應(yīng)強度為零 , 則它的霍爾 電勢應(yīng)該為零 , 但實際不為零。 這時測得的空載霍爾電勢稱 （不等位

19、電勢 ）。1. 當(dāng)霍爾元件通以激勵電流 I 時，若磁場 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 （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(dǎo)體材料不均勻 ）1.簡述霍爾傳感器位移測量原理？2.圖 7 - 13 是幾種不同結(jié)構(gòu)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(dāng)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(yīng)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1.

20、電感式傳感器是應(yīng)用 電磁感應(yīng)原理 將非電量參數(shù)如： 位移、壓力、應(yīng)變、 流量等轉(zhuǎn) 換成 電感量 的變化，然后通過相應(yīng)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。2. 某些晶體或多晶陶瓷， 當(dāng)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 時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的 電荷 ，當(dāng)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(yīng) 。3. 從傳感器的角度看光電效應(yīng)可分為兩大類： 外光電效應(yīng) 和 內(nèi)光電效應(yīng) 。4. 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

21、電常數(shù)型 。1. 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。2. 電感式傳感器是應(yīng)用 電磁感應(yīng)原理 將非電量參數(shù)如：位移、壓力、應(yīng)變、流量等 轉(zhuǎn)換成 電感量 的變化，然后通過相應(yīng)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。3. 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 。4. 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

22、 是 電荷放大器 ，其輸出電壓與 輸入電荷 成正比。5. 熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱勢是由 兩種導(dǎo)體的接觸 電勢和 單一導(dǎo)體的溫差 電勢 組成。6. 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 極化現(xiàn)象 ，這種現(xiàn)象稱為 正壓電效應(yīng) 。相反， 某些鐵磁物質(zhì)在外界磁 場的作用下會產(chǎn)生 機(jī)械變形 ，這種現(xiàn)象稱為 負(fù)壓電效應(yīng) 。判斷1. 當(dāng)被測量接近于量程的起始零點，相對誤差趨于無限大。（）2. 在實驗中電渦流式位移傳感器的輸出電壓隨金屬圓盤遠(yuǎn)離渦流傳感器而減?。ǎ?. 多次重復(fù)測量取算數(shù)平均值可以消除系統(tǒng)誤差。（）4. 霍爾元件越薄，靈敏度系數(shù)就越大。（）5. 天然晶體的電軸方向壓電效應(yīng)最顯著。（）6.7.8.9.1.2.3.4.5.6.7.壓電陶瓷是一種多晶體鐵電體，天然具有壓電效應(yīng)。 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， 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(zhǔn)確度比 1 級儀表要高，誤差要小。 應(yīng)變片的靈敏系