传感器复关习资料.doc
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1、1. 测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。(2分)2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势的大小。(2分)3. 热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的,其表达式为Eab(T,To)=。在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线法)是在连接导线和热电偶之间,接入延长线,它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方,以减小冷端温度变化的影响。4. 压磁式传感器的工作原理是:某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械压力,从而引起极化现象,这种现象称
2、为正压电效应。相反,某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形,这种现象称为负压电效应。(2分)5. 变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时,铁芯上的线圈电感量增加(2分)6. 仪表的精度等级是用仪表的引用误差来表示的。(2分)7. 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系,除( 变面积型 变极距型 变介电常数型)外是线性的。(2分)3、在变压器式传感器中,原方和副方互感M的大小与原方线圈的匝数成反比,与副方线圈的匝数成正比,与回路中磁阻成不成比例。8. 偏差式测量是指在测量过程中,用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的方法;零位测量是指在测量过程中,用指零仪表的零位指示,检测测量系统的
3、平衡状态;在测量系统达到平衡时,用已知的基准量决定被测未知量的方法;微差式测量是综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点而提出的方法。2、电阻应变片式传感器按制造材料可分为金属_材料和半导体_材料。它们在受到外力作用时电阻发生变化,其中的电阻变化主要是由电阻应变效应_形成的,而的电阻变化主要是由_ 造成的。 材料传感器的灵敏度较大。9. 在变压器式传感器中,原方和副方互感M的大小与 绕组匝数 成正比,与 穿过线圈的磁通_成正比,与磁回路中 磁阻成反比,而单个空气隙磁阻的大小可用公式 _ 表示。10. 测量过程中存在着测量误差,按性质可被分为 绝对误差_、 相对误差 、和 引用误差三类,其中 绝对
4、误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。11. 电位器或电阻传感器按特性不同,可分为线性电位器和非线性电位器。线性电位器的理想空载特性曲线具有严格的线性关系。假定电位器全长为Xmax,其总电阻为Rmax,它的滑臂间的阻值可以用Rx=来计算。假定加在电位器A、B之间的电压为Vmax,则输出电压为Vx=。其电阻灵敏度RI=。电压灵敏度RU=。12. 磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端 产生感应电势的。而霍尔式传感器为霍尔元件在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的。霍尔式传感器可用来测量电流,磁场,位移,压力。13. 测量过程中存在着测量误差。绝对误差是
5、指测量值与被测量真实值之间的差值其表达式为;相对误差是指绝对误差与被测量真实值的比值其表达式为;引用误差是指绝对误差与测量仪表的上量限(满度)值A的百分比其表达式为。14. 光栅传感器中莫尔条纹的一个重要特性是具有位移放大作用。如果两个光栅距相等,即W=0.02mm,其夹角=0.1,则莫尔条纹的宽度B=11.43莫尔条纹的放大倍数K= 573.2。15. 测量系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系 来表征。1. 什么是金属应变片的灵敏系数?请解释它与金属丝灵敏系数的区别。答: 应变片一般做成丝栅状,测量应变时,将应变片贴在试件表面上,试件的变形很容易传到应变片上。金属应变片的灵敏系数
6、与金属丝灵敏系数是不同的。第一,零件的变形是通过剪力传到金属丝上的。第二,丝沿长度方向承受应变时,应变片弯角部分也承受应变,其截面积变大,则应变片直线部分电阻增加时,弯角部分的电阻值减少,也使变化的灵敏度下降。因此,应变片的灵敏系数比金属丝灵敏系数低。2. 什 么是系统误差?产生系统误差的原因是什么?如何发现系统误差?减少系统误差有哪几种方法? 答:当我们对同一物理量进行多次重复测量时,如果误差按照一定的规律性出现,则把这种误差称为系统误差。原因:工具误差:指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。方法误差:指由于对测量方法研究不够而引起的误差。定义误差:是由于对被测量的定义不够明确
7、而形成的误差。理论误差:是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差。环境误差:是由于测量仪表工作的环境(温度、气压、湿度等)不是仪表校验时的标准状态,而是随时间在变化,从而引起的误差。安装误差:是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。个人误差:是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。发现系统误差的方法:实验对比法:这种方法是通过改变产生系统误差的条件从而进行不同条件的测量,以发现系统误差。这种方法适用于发现不变的系统误差。剩余误差观察法:是根据测量数据的各个剩余误差大小和符号的变化规律,直接由误差数据或误差曲线图形来判断有无系统误差。这种方法适用于发现有规律变
8、化的系统误差。计算数据比较法:对同一量测量得到多组数据,通过计算比较数据比较,判断是否满足偶然误差条件,以发现系统误差。减小系统误差的方法:引入更正值法替换法 差值法正负误差相消法选择最佳测量方案3. 简述热电偶的工作原理。答:热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应,就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大,产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大小。4. 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。答:石英晶体在沿一定的方向受到外力的作用变形时,由于内部电极化现象同时在两个表面上产
9、生符号相反的电荷,当外力去掉后,恢复到不带电的状态;而当作用力方向改变时,电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之,如对石英晶体施加一定变电场,晶体本身将产生机械变形,外电场撤离,变形也随之消失,称为逆压电效应。石英晶体整个晶体是中性的,受外力作用而变形时,没有体积变形压电效应,但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。5. 简述电阻应变片式传感器的工作原理答:电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应,即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。6. 什么是传感器动态特性和静态特性,简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要,而在
10、什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性?答:传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要,而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。输出相对真值测量误差测量值输入7. 绘图并说明在使用传感器进行测量时,相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。答:框图如下: 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。 当测量误差很小时,可以忽略,此时测量值可称为相对真值。在生产过程中测量金属板的
11、厚度,非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。8. 寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度,它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。9. 什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势?说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素,并说明减小误差的方法答:热电动势:两种不同材料的导体(或半导体)A、B串接成一个闭合回路,并使两个结点处于不同的温度下,那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势,通称热电势。接触电动势:接触电势是由两种不同导体
12、的自由电子,其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度,而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势:是在同一根导体中,由于两端温度不同而产生的一种电势。热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应,就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大,产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大小。热电偶三定律a中间导体定律热电偶测温时,若在回路中插入中间导体,只要中间导体两端的温度相同,则对热电偶回路总的热电势不产生影响。在用热电偶测温时,连接导线及显示一
13、起等均可看成中间导体。b中间温度定律 任何两种均匀材料组成的热电偶,热端为T,冷端为时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为时的热电势与同一热电偶热端为,冷端为时热电势的代数和。应用:对热电偶冷端不为时,可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时,可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。c参考电极定律 如果A、B两种导体(热电极)分别与第三种导体C(参考电极)组成的热电偶在结点温度为(T,)时分别为,那么爱相同温度下,又A、B两热电极配对后的热电势为实用价值:可大大简化热电偶的选配工作。在实际工作中,只要获得有关热电极与标准铂电极配对的热电势,那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得
14、,而不需逐个进行测定。误差因素:参考端温度受周围环境的影响措施:a 恒温法b计算修正法(冷端温度修正法)c仪表机械零点调整法d热电偶补偿法e电桥补偿法f冷端延长线法10. 霍尔元件能够测量哪些物理参数?霍尔元件的不等位电势的概念是什么?温度补偿的方法有哪几种?请详细推导分流法。答:可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。它的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下,在无外加磁场时,两输出电极之间的空载电势,可用输出的电压表示。温度补偿方法:a 分流电阻法:适用于恒流源供给控制电流的情况。b 电桥补偿法11. 论述CCD的工作原理,如何用设计一台摄像机。答:CCD是一种半导体器件,在N型或P
15、型硅衬底上生长一层很薄的SiO2,再在SiO2薄层上依次序沉积金属电极,这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况,脉冲幅度的高低反映该光敏元受光的强弱,输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置,这就起到图像传感器的作用。12. 人们说,SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势,为什么?答:从SMART传感器的功能和优点两方面来看功能自补偿功能:如非线性、温度误差响应时间等的补偿自诊断功能:如在接通电源时自检微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能,构成一死循环工作系统信息存储和记忆功能数字
16、量输出和显示优点:精度高,可通过软件来修正非线性,补偿温度等系统误差,还可补偿随机误差,从而使精度大为提高;有一定的可编程自动化能力。包括指令和数据存储、自动调零、自检等;功能广,智能传感器可以有多种形式输出,通过串口、并口、面板数字控制数或CRT显示,并配打印机保存资料;功能价格比大,相同精度条件下,多功能智能传感器比一功能普通的传感器性能价格比大。可见,SMART传感器代表着今后传感器发展的总趋势。13. 从传感器的静态特性和动态特性考虑,详述如何选用传感器。答:考虑传感器的静态特性的主要指标,选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性,所选的
17、传感器应能很好的追随输入量的快速变化,即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。14. 直流电桥和交流电桥有何区别?直流电桥的平衡条件是什么?应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路?答:根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点:高稳定度直流电源容易获得,电桥平衡电路简单,传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器,容易产生零点漂移,线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件:R1/R2=R3/R4 ,R1R4=R2R3。15. 光电效应可分为哪三种类型,简单说明其原理并分别列出以之
18、为基础的光电传感器。答:当用光照射物体时,物体受到一连串具有能量的光子的轰击,于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应(如电阻率变化、发射电子或产生电动势等)。这种现象称为光电效应。光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应,目前所利用的光电效应大致有三大类:第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象,即外光电效应,光电管以及光电倍增管传感器属于这一类;第二类是利用在光线作用下材料电阻率发生改变的现象,即内光电效应。光敏电阻传感器属于这一类。第三类是利用在光线作用下光势垒现象,即光生伏特效应,光敏二极管及光敏三极管传感器属于这一类。16. 光导纤维导光的原理是什么?按其传输模式分
19、为哪两种类型?并分别指出对应类型光纤传感器的典型光源。答:光导纤维工作的基础是光的全内反射,当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角时,就会在光纤的接口上产生全内反射,并在光纤内部以后的角度反复逐次反射,直至传递到另一端面。按其传输模式分为单模和多模17. 压电式传感器更适用于静态测量,此观点是否正确,分析原因。答:不正确。其工作原理是基于压电材料的压电效应,具有使用频率宽,灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点,因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种,它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。18. 热电偶产生的热电势由哪几种电势组成,
20、试证明热电偶的标准电极定律。答:热电动势:两种不同材料的导体(或半导体)A、B串接成一个闭合回路,并使两个结点处于不同的温度下,那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势,通称热电势。接触电动势:接触电势是由两种不同导体的自由电子,其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度,而与导体的形状和尺寸无关。温差电动势:是在同一根导体中,由于两端温度不同而产生的一种电势。19. 固态图象传感器的分辨率由什么因素决定?某海关欲采用固态图象传感器为核心的图象识别系统,但是安装适用后发现显示的图象清晰度和准确度不能令人满意,请从固态图象传感器
21、的原理进行分析,从哪几方面考虑重新选型?20. 为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿,分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。答:在外界温度变化的条件下,由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数()之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差。方法:自补偿法 线路补偿法21. 系统的系统响应带宽与传感器的响应带宽无关,请问这种说法正确吗?试述理由。答:不完全正确。22. Pt100和Cu50各代表什么传感器?分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。答:分别代表铂电阻热电式传感器(100),铜电阻热电式传感器(50). 热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作
22、用是消除在热电阻安装的地方与仪表相距远时,环境温度变化时其连接导线电阻也变化所造成的测量误差。23. 按照传感型(功能型)和传输型光纤传感器的特点应该选用哪种光纤(单模/多模),为什么?答:功能型(或称物性型、传感型)光纤不仅作为光传播的波导而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长,从而对外界因素进行测量和数据传输。可分为振幅调制型、相位调制型及偏振态调制型。多模单模皆可。非功能型(或称结构型、传光型) 其光纤只是作为传光的媒介,还需加上其它敏感元件才能组成传感器。多模。24. 传感器(或测试仪表)在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作,请问标定的
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