傳感器與檢測技術(shù)試卷6答案

傳感器與檢測技術(shù)試卷6答案傳感器與檢測技術(shù)試卷6答案傳感器與檢測技術(shù)試卷6答案《傳感器與檢測技術(shù)》試卷班級：學(xué)號：姓名：成績：一、選擇與填空題：（12分）1.變面積式自感傳感器，當(dāng)銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（①增大②減小③不變）。2.平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關(guān)系中，（①變面積型②變極距型③變介電常數(shù)型）是線性的關(guān)系。3.在變壓器式傳感器中，一次側(cè)和二次側(cè)互感M的大小與一次側(cè)線圈的匝數(shù)成（①正比②反比③不成比例）4.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，傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以與相應(yīng)的信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。5.熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和單一導(dǎo)體的溫差電動勢組成。6.偏差式測量是指在測量過程中，用儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的方法；零位測量是指在測量過程中，用指零儀表的零位指示，檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的方法；微差式測量是指綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優(yōu)點而提出的方法。二、簡答題：（44分）1.光纖傳感器的工作原理。（4分）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，就會在光纖的接口上產(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，按其工作原理來分有功能型（或稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結(jié)構(gòu)型、傳光型）兩大類。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。2.什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理與其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。（5分）答：=1\*GB3①熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電動勢。因而有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電動勢稱為溫差電動勢或塞貝克電動勢，通稱熱電動勢。=2\*GB3②接觸電動勢：接觸電動勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電動勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)與接觸點的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。=3\*GB3③溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。=4\*GB3④熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應(yīng)”。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。=5\*GB3⑤熱電偶三定律a中間導(dǎo)體定律熱電偶測溫時，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，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線與顯示一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，冷端為T0時的熱電動勢等于該熱電偶熱端為T，冷端為Tn時的熱電動勢與同一熱電偶熱端為Tn，冷端為T0時熱電動勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為0°C時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，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)點溫度為（T，T0）時分別為EAC(T,T0)，EBC(T,T0)，那么在相同溫度下，又A、B兩熱電極配對后的熱電動勢為EAB(T,T0)=EAC(T,T0)﹣EBC(T,T0)實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對的熱電動勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電動勢便可由上式求得，而不需逐個進(jìn)行測定。=6\*GB3⑥誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響。措施：①0°C恒溫法②計算修正法（冷端溫度修正法）③儀表機(jī)械零點調(diào)整法④熱電偶補(bǔ)償法⑤電橋補(bǔ)償法⑥冷端延長線法3.人們說，SMART傳感器代表著今后傳感器發(fā)展的總趨勢，為什么？（5分）答：傳感器在經(jīng)歷了模擬量信息處理和數(shù)字量交換這兩個階段后，正朝著智能化、集成一體化、小型化方向發(fā)展，利用微處理機(jī)技術(shù)使傳感器智能化是在20世紀(jì)80年代新型傳感器的一大進(jìn)展，通常稱之為SMART傳感器。它有如下功能和特點：=1\*GB3①功能自補(bǔ)償功能：如非線性、溫度誤差響應(yīng)時間等的補(bǔ)償。自診斷功能：如在接通電源時自檢。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)。信息存儲和記憶功能。數(shù)字量輸出和顯示。=2\*GB3②優(yōu)點：精度高，可通過軟件來修正非線性，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。有一定的可編程自動化能力。包括指令和數(shù)據(jù)存儲、自動調(diào)零、自檢等。功能廣。智能傳感器可以有多種形式輸出，通過串口、并口、面板數(shù)字控制數(shù)或CRT顯示，并配打印機(jī)保存資料。功能價格比大。在相同精度條件下，多功能智能傳感器比功能普通的傳感器性能價格比大。由此可見，智能（SMART）化設(shè)計是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計中的一次革命，是世界傳感器的發(fā)展趨勢。4.簡述電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理。（4分）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，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。5.什么是傳感器靜態(tài)特性？（4分）答：傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入—輸出特性。6.改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？（4分）答：進(jìn)行可靠性設(shè)計。其典型的設(shè)計程序如下：首先是明確可靠性指標(biāo)，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)應(yīng)與產(chǎn)品的功能、性能一起被確定?？煽啃灾笜?biāo)應(yīng)符合產(chǎn)品的特點，它可以是單一的可靠性特征值，也可以是由多個可靠性特征值構(gòu)成的可靠性指標(biāo)體系，確定產(chǎn)品可靠性指標(biāo)以后的可靠性設(shè)計程序依次：建立系統(tǒng)可靠性模型；可靠性分配；可靠性分析；可靠性預(yù)測；可靠性設(shè)計和評審；試制品的可靠性試驗和最終的改進(jìn)設(shè)計?？煽啃栽O(shè)計的原則是：首先要盡量簡單，元件少、結(jié)構(gòu)簡單、工藝簡單、使用簡單、維修簡單，其次是技術(shù)上成熟、選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和元件、采用保守的設(shè)計方案。對于看似先進(jìn)但不夠成熟的產(chǎn)品或技術(shù)應(yīng)持慎重的態(tài)度。采用局部失效不致對全局造成嚴(yán)重后果和預(yù)測可靠性高的方案。7.什么是系統(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？（6分）答：當(dāng)我們對同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測量時，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：=1\*GB3①工具誤差：指由于測量儀表或儀表組成組件本身不完善所引起的誤差。=2\*GB3②方法誤差：指由于對測量方法研究不夠而引起的誤差。=3\*GB3③定義誤差：是由于對被測量的定義不夠明確而形成的誤差。=4\*GB3④理論誤差：是由于測量理論本身不夠完善而只能進(jìn)行近似的測量所引起的誤差。=5\*GB3⑤環(huán)境誤差：是由于測量儀表工作的環(huán)境（溫度、氣壓、濕度等）不是儀表校驗時的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，而是隨時間在變化，從而引起的誤差。=6\*GB3⑥安裝誤差：是由于測量儀表的安裝或放置不正確所引起的誤差。=7\*GB2⑺個人誤差：是指由于測量者本人不良習(xí)慣或操作不熟練所引起的誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法：=1\*GB3①引入更正值法：若通過對測量儀表的校準(zhǔn)，知道了儀表的更正值，則將測量結(jié)果的指示值加上更正值，就可得到被測量的實際值。=2\*GB3②替換法：是用可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)量具代替被測量接入測量儀表，然后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量具，使測量儀表的指針與被測量接入時相同，則此時的標(biāo)準(zhǔn)量具的數(shù)值即等于被測量。=3\*GB3③差值法：是將標(biāo)準(zhǔn)量與被測量相減，然后測量二者的差值。=4\*GB3④正負(fù)誤差相消法：是當(dāng)測量儀表內(nèi)部存在著固定方向的誤差因素時，可以改變被測量的極性，作兩次測量，然后取二者的平均值，以消除固定方向的誤差因素。=5\*GB3⑤選擇最佳測量方案：是指總誤差為最小的測量方案，而多數(shù)情況下是指選擇合適的函數(shù)形式與在函數(shù)形式確定之后，選擇合適的測量點。8.什么是傳感器的可靠性？可靠性設(shè)計程序和原則是什么？（6分）答：傳感器的可靠性是指傳感器在規(guī)定條件、規(guī)定時間，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽O(shè)計程序：=1\*GB3①建立系統(tǒng)可靠性模型=2\*GB3②可靠性分配=3\*GB3③可靠性分析=4\*GB3④可靠性預(yù)測=5\*GB3⑤可靠性設(shè)計評審=6\*GB3⑥試制品的可靠性試驗=7\*GB3⑦最終的改進(jìn)設(shè)計可靠性設(shè)計原則：=1\*GB3①盡量簡單、組件少、結(jié)構(gòu)簡單=2\*GB3②工藝簡單=3\*GB3③使用簡單=4\*GB3④維修簡單=5\*GB3⑤技術(shù)上成熟=6\*GB3⑥選用合乎標(biāo)準(zhǔn)的原材料和組件=7\*GB3⑦采用保守的設(shè)計方案9.什么是傳感器的失效？失效有哪幾種？失效分析方法有哪幾種？（6分）答：產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能能力所有狀態(tài)與事件的總和叫失效。失效的分類：=1\*GB3①按失效發(fā)生場合分：試驗失效、現(xiàn)場失效=2\*GB3②按失效的程度分：完全失效、局部失效=3\*GB3③按失效前功能或參數(shù)變化的性質(zhì)分：突然失效、退化失效=4\*GB3④按失效排除的性質(zhì)分：穩(wěn)定性失效、間歇失效=5\*GB3⑤按失效的外部表現(xiàn)分：明顯失效、隱蔽失效=6\*GB3⑥按失效發(fā)生的原因分：設(shè)計上的失效、工藝上的失效、使用上的失效=7\*GB3⑦按失效的起源分：自然失效、人為失效=8\*GB3⑧按與其它失效的關(guān)系分：獨立失效、從屬失效=9\*GB3⑨按失效浴盆曲線上不同階段分：早期失效、偶然失效、耗損失效等失效分析的方法：=1\*GB3①失效模式、效應(yīng)與危害度分析=2\*GB3②工藝過程FMMEA與質(zhì)量反饋分析=3\*GB3③失效樹分析方法三、分析、計算題：（24分）1.分析（線性）電位器式傳感器由于測量線路中的負(fù)載電阻RL帶來的負(fù)載誤差，并計算它與位移x之間的關(guān)系。（8分）答案略。2.分析下圖所示自感傳感器當(dāng)動鐵心左右移動（x1，x2發(fā)生變化）時自感L變化情況。已知空氣氣隙的長度為x1，x2，空氣隙的面積為S，磁導(dǎo)率為μ線圈匝數(shù)W不變。（8分）3.測