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文檔簡介
《傳感器與檢測技術》習題6
一、選擇與填空題:(12分)
1、變面積式自感傳感器,當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)是線性的關系。
3、在變壓器式傳感器中,原方和副方互感M的大小與原方線
圈的匝數(shù)成(①正比②反比③不成比例)
4、傳感器是傳感器通常
由直接響應于被測量和產生可用信號輸出的
以及相應的組成。
5、熱電偶所產生的熱電熱勢是由電勢和
電勢組成。
6、偏差式測量是指在的方法;
零位測量是指的方法;微差式測量
是指的方法o
二、簡答題:(44分)
1、光纖傳感器的工作原理。(4分)
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
測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因素,并說明
減小誤差的方法(5分)
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)
4、簡述電阻應變片式傳感器的工作原理。(4分)
5、什么是傳感器靜態(tài)特性。(4分)
6、改善傳感器性能的技術途徑?(4分)
7、什么是系統(tǒng)誤差?系統(tǒng)誤差產生的原因是什么?如何減小系
統(tǒng)誤差?(6分)
8、什么是傳感受器的可靠性?可靠性設計程序和原則是什么?
(6分)
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)
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載電阻RL
帶來的負載誤差,并計算它與位移x之間的關系:(8分)
2、分析如圖1所示自感傳感器當動鐵心左右移動(xl,x2發(fā)生
變化)時自感L變化情況。已知空氣氣隙的長度為xlx2,空氣隙的
面積為S,磁導率為H線圈匝數(shù)W不變。(8分)
1
3、測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下:
X0.92.53.34.55.76.7
Y1.11.62.63.24.05.0
試用最小二乘法擬合直線,求其線性度和靈敏度(8分)
四、設計題(30分)
1、利用所學知識,設計一套濕度傳感器(包括敏感元件的選擇、
測量電路的設計、采用溫度補償及抗干擾措施)。(10分)
2、設計一套智能測溫傳感器。要求:測溫范圍-10—40℃,A/D
轉換為10位數(shù)字(包括硬件和軟件)。(20分)
《傳感器與檢測技術》習題6答案
一、選擇與填空題:(12分)
1、變面積式自感傳感器,當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)是線性的關系。
3、在變壓器式傳感器中,原方和副方互感M的大小與原方線圈
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)律轉換成可用輸
出信號的器件或裝置,傳感器通常由直接響應于被測量敏感元件和產
生可用信號輸出的轉換元件以及相應的信號調節(jié)轉換電路組成。
5、熱電偶所產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。
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)達到平衡時,用已知的
基準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:光導纖維工作的基礎是光的全內反射,當射入的光線的入射
角大于纖維包層間的臨界角時,就會在光纖的接口上產生全內反射,
并在光纖內部以后的角度反復逐次反射,直至傳遞到另一端面。光纖
傳感器利用光導纖維,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(或稱結構型、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,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
測溫原理及其工作定律的應用。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熱電動勢:兩種不同材料的導體(或半導體)A、B串接
成一個閉合回路,并使兩個結點處于不同的溫度下,那么回路中就會
存在熱電勢。因而有電流產生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電
勢,通稱熱電勢。
②接觸電動勢:接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子,其密
度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導體的性質及接
觸點的溫度,而與導體的形狀和尺寸無關。
③溫差電動勢:是在同一根導體中,由于兩端溫度不同而產生的
一種電勢。
④熱電偶測溫原理:熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應二
所謂熱電效應,就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時,若兩個
結點的溫度不同,那么在回路中將會產生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫
差越大,產生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大
小,就可測得溫度的大小。
⑤熱電偶三定律
a中間導體定律
熱電偶測溫時,若在回路中插入中間導體,只要中間導體兩端的
溫度相同,則對熱電偶回路總的熱電勢不產生影響。在用熱電偶測溫
時,連接導線及顯示一起等均可看成中間導體。
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To時的熱
電勢等于該熱電偶熱端為T冷端為L時的熱電勢與同一熱電偶熱端
為Tn,冷端為To時熱電勢的代數(shù)和。
應用:對熱電偶冷端不為0℃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?shù)难a償線
路。
C參考電極定律
如果A、B兩種導體(熱電極)分別與第三種導體C(參考電極)
組成的熱電偶在結點溫度為(T,To)時分別為EAC(T,T°),EBC(T,T0),
那么在相同溫度下,又A、B兩熱電極配對后的熱電勢為
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
獲得有關熱電極與標準箱電極配對的熱電勢,那么由這兩種熱電極配
對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得,而不需逐個進行測定。
⑥誤差因素:參考端溫度受周圍環(huán)境的影響
措施:①0℃恒溫法
②計算修正法(冷端溫度修正法)
③儀表機械零點調整法
④熱電偶補償法
⑤電橋補償法
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,利用微處理機技
術使傳感器智能化是在80年代新型傳感器的一大進展,通常稱之為
SMART傳感器。它有如下功能和特點:
①功能
a)自補償功能:如非線性、溫度誤差響應時間等的補償。
b)自診斷功能:如在接通電源時自檢。
c)微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信功能,構成一死
循環(huán)工作系統(tǒng)。
d)信息存儲和記憶功能
e)數(shù)字量輸出和顯示
②優(yōu)點:
a)精度高,可通過軟件來修正非線性,補償溫度等系統(tǒng)誤差,
還可補償隨機誤差,從而使精度大為提高。
b)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
調零、自檢等。
c)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,并配打印機保存資料。
d)功能價格比大。在相同精度條件下,多功能智能傳感器比
一功能普通的傳感器性能價格比大。
由此可見,智能(SMART)化設計是傳感器傳統(tǒng)設計中的一次
革命,是世界傳感器的發(fā)展趨勢。
4、簡述電阻應變片式傳感器的工作原理。(4分)
答:電阻應變片的工作原理是基于電阻應變效應,即在導體產生
機械變形時,它的電阻值相應發(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)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器
輸入一輸出特性。
6、改善傳感器性能的技術途徑?(4分)
答:進行可靠性設計。其典型的設計程序如下:
首先是明確可靠性指標,產品的可靠性指標應與產品的功能、性
能一起被確定。可靠性指標應符合產品的特點,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成的可靠性指標體系,確
定產品可靠性指標以后的可靠性設計程序依次:建立系統(tǒng)可靠性模
型;可靠性分配;可靠性分析;可靠性預測;可靠性設計和評審;試
制品的可靠性試驗和最終的改進設計。
可靠性設計的原則是:首先要盡量簡單,元件少、結構簡單、工
藝簡單、使用簡單、維修簡單,其次是技術上成熟、選用合乎標準的
原材料和元件、采用保守的設計方案。對于看似先進但不夠成熟的產
品或技術應持慎重的態(tài)度。采用局部失效不致對全局造成嚴重后果和
預測可靠性高的方案。
7、什么是系統(tǒng)誤差?系統(tǒng)誤差產生的原因是什么?如何減小系
統(tǒng)誤差?(6分)
答:當我們對同一物理量進行多次重復測量時,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方法誤差:指由于對測量方法研究不夠而引起的誤差。
③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理論誤差:是由于測量理論本身不夠完善而只能進行近似的
測量所引起的誤差。
⑤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準狀態(tài),而是隨時間在變化,從而引
起的誤差。
⑥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。
⑺個人誤差:是指由于測量者本人不良習慣或操作不熟練所引
起的誤差。
減小系統(tǒng)誤差的方法:
①引入更正值法:若通過對測量儀表的校準,知道了儀表的更
正值,則將測量結果的指示值加上更正值,就可得到被測量的
實際值。
②替換法:是用可調的標準量具代替被測量接入測量儀表,然
后調整標準量具,使測量儀表的指針與被測量接入時相同,則
此時的標準量具的數(shù)值即等于被測量。
③差值法:是將標準量與被測量相減,然后測量二者的差值。
④正負誤差相消法:是當測量儀表內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)形式及在函數(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。
可靠性設計程序:
①建立系統(tǒng)可靠性模型
②可靠性分配
③可靠性分析
④可靠性預測
⑤可靠性設計評審
⑥試制品的可靠性試驗
⑦最終的改進設計
可靠性設計原則:
①盡量簡單、組件少、結構簡單
②工藝簡單
③使用簡單
④維修簡單
⑤技術上成熟
⑥選用合乎標準的原材料和組件
⑦采用保守的設計方案
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:產品喪失完成規(guī)定功能能力所有狀態(tài)及事件的總和叫失效。
失效的分類:
①按失效發(fā)生場合分:試驗失效、現(xiàn)場失效
②按失效的程度分:完全失效、局部失效
③按失效前功能或參數(shù)變化的性質分:突然失效、退化失效
④按失效排除的性質分:穩(wěn)定性失效、間歇失效
⑤按失效的外部表現(xiàn)分:明顯失效、隱蔽失效
⑥按失效發(fā)生的原因分:設計上的失效、工藝上的失效、使
用上的失效
⑦按失效的起源分:自然失效、人為失效
⑧按與其它失效的關系分:獨立失效、從屬失效
⑨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失效模式、效應及危害度分析
②工藝過程FMMEA及質量反饋分析
③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載電阻RL
帶來的負載誤差,并計算它與位移x
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