傳感器原理及應(yīng)用期末考試重點課后題復(fù)習(xí)

1、第1章1-1 綜合傳感器的概念。答：從廣義角度定義：凡是利用一定的物質(zhì)（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與信息轉(zhuǎn)換，并且輸出與輸入嚴(yán)格一一對應(yīng)的器件或裝置；從狹義角度定義：能把外界非電信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件或裝置；國家標(biāo)準(zhǔn)定義是：“能夠感受規(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和裝置”。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成；1-2 一個可供實用的傳感器有那幾部分構(gòu)成？各部分的功能是什么？用框圖顯示傳感器系統(tǒng)。答：組成由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路組成。1.敏感元件：是直接受被測物理量；以確定關(guān)系輸出另一物理量的元件。 2.轉(zhuǎn)換元件；是將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電

2、路參數(shù)及電流或電壓等電信號。3.基本轉(zhuǎn)換電路則將該電路轉(zhuǎn)換成便于傳輸處理電量。1-3 如果家用小車采用超聲波雷達(dá)，需要那幾部分組成？請畫出圖。第2章2-1 衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？說說它們的含義。答：1、 線性度： 表征傳感器輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標(biāo)。 2、 靈敏度：傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。3、 分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。4、回差：反映傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐踢^程中，輸出-輸入曲線的不重合程度指標(biāo)。5、重復(fù)性：衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全程連續(xù)多次

3、變動時，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)。6、閾值：是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。7、穩(wěn)定性：傳感器在相當(dāng)長時間內(nèi)仍保持其性能的能力。8、漂移：指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸人量無關(guān)的、不需要的變化。9、靜態(tài)誤差(精度）：指傳感器在滿量程內(nèi)任一點輸出值相對其理 論值的可能偏離(逼近)程度。它表示采用該傳感器進(jìn)行靜態(tài)測量時所得數(shù)值的不確定度。 2-2 計算傳感器線性度的方法有哪幾種？有什么差別？ 1、 理論直線法：以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實際測試值無關(guān)。優(yōu)點是簡單、方便，但輸出平均值與擬合直線間的最大偏差很大。2、 端點直線法：以

4、傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點間的連線作為擬合直線。 y=b+kx b截距k為斜率 與理論直線發(fā)一樣簡便偏差很大3、 “最佳直線”法：以“最佳直線”作為擬合直線，該直線能保證傳感器正反行程校 準(zhǔn)曲線對它的正負(fù)偏差相等并且最小。這種方法的擬合精度最高，但是只能用圖解法和計算機結(jié)算來獲得。（端點平行法）4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的殘差平方和最小。最小二乘法的擬合程度很高，但是校準(zhǔn)曲線相對擬合直線的最大偏差絕對值并不一定最小，最大正、負(fù)偏值差的絕對值也不一定相同。2-3 什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？為什么要把傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性？（1）靜態(tài)特性

5、：表示傳感器在被測輸入量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出-輸入關(guān)系。動態(tài)特性：反映傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。（2）由于傳感器可能用來檢測靜態(tài)量（即輸入量是不隨時間變化的常量）、準(zhǔn)靜態(tài)量或動態(tài)量（即輸入量是隨時間變化的變量），于是對應(yīng)于輸入信號的性質(zhì)，所以傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。2-5 為什么要對傳感器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)？舉例說明傳感器靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定的方法。答：因為新研制或生產(chǎn)的傳感器需對其技術(shù)性能進(jìn)行全面的檢定;經(jīng)過一段時間儲存或使用的傳感器也需對其性能進(jìn)行復(fù)測。通常，在明確輸入-輸出變換對應(yīng)關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)量或標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器的量值進(jìn)行標(biāo)度稱之為標(biāo)定。靜態(tài)標(biāo)定：

6、靜態(tài)標(biāo)定主要用于檢測、測試傳感器(或傳感器系統(tǒng))的靜態(tài)特性指標(biāo)，如靜態(tài)靈敏度、 非線性、回差、重復(fù)性等。進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定首先要建立靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)。如應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)。測力機產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力，高精度穩(wěn)壓電源經(jīng)精密電阻箱衰減后向傳感器提供穩(wěn)定的供 橋電壓，其值由數(shù)字電壓表讀取，傳感器的輸出電壓由另一數(shù)字電壓表指示。動態(tài)標(biāo)定：主要用于檢驗、測試傳感器(或傳感器系統(tǒng)）的動態(tài)特性，如動態(tài)靈敏度、頻率 響應(yīng)和固有頻率等。對傳感器進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定，需要對它輸入一標(biāo)準(zhǔn)激勵信號。例如測振傳感器的動態(tài)標(biāo)定常采用振動臺（通常為電磁振動臺）產(chǎn)生簡諧振動作傳感器的輸人量。振動的振幅由讀數(shù)顯微鏡讀得，振動頻率由頻率計指示。若

7、測得傳感器的輸出電量，即可通過計算得到位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的動態(tài)靈敏度。若改變振動頻率，設(shè)法保持振幅、速度或加速度幅值不變，可相應(yīng)獲得上述各種傳感器的頻率響應(yīng)?；痉椒ǎ豪脴?biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知非電量（如標(biāo)準(zhǔn)力、壓力、位移）作為輸出量，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器輸出量與輸入標(biāo)準(zhǔn)量比較，獲得一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。有時輸入的標(biāo)準(zhǔn)量是利用標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測得到，這是標(biāo)定實質(zhì)上是待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較。第3章3-1 何為電阻應(yīng)變效應(yīng)?怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片?答：（1）導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用是，發(fā)生機械變形，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。（2）

8、當(dāng)外力作用時，導(dǎo)體的電阻率、長度L、截面積S都會發(fā)生變化，從而引起電阻值R的變化，通過測量電阻值的變化，檢測出外界作用力的大小。 3-2、什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？答：（1）應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指應(yīng)變片安裝于試件表面，在其軸線方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比。 （2）實驗表明，電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)恒小于電阻絲的靈敏系數(shù)其原因除了粘貼層傳遞變形失真外，還存在有恒向效應(yīng)。3-3、用應(yīng)變片測量時，為什么必須采用溫度補償措施？答：用應(yīng)變片測量時，由于環(huán)境溫度變化所引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量

9、級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，所以必須采用溫度補償措施。3-4 金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同。金屬應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體產(chǎn)生機械形變是它的電阻值發(fā)生變化。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)半導(dǎo)體材料某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生變化。金屬應(yīng)變片是通過變形改變絲柵的幾何尺寸，而它的電阻率一般不變，半導(dǎo)體應(yīng)變片是基于壓阻效應(yīng)而工作的，就是說沿半導(dǎo)體晶軸的應(yīng)變，使它的電阻率有很大的變化，從而產(chǎn)生電阻變化，這是他們的不同。第4章4-1試說明電容式傳感器的基本工作原理及其分類？答：電容式傳感器是根據(jù)電容自身原理C=（S）/L，若不考慮其邊緣效應(yīng)，

10、改變電容的介電常數(shù)、有效面積、兩極板間的距離等非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化，再根據(jù)電路轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化量。變極距型電容傳感器：在微位移檢測中應(yīng)用最廣。變面積型電容傳感器：適合測量較大的直線位移和角位移。變介質(zhì)型電容傳感器：可用于非導(dǎo)電散材物料的物位測量4-2 電容式傳感器的測量電路有哪幾種？它們的主要特點是什么？答：1) 交流電橋：靈敏度、穩(wěn)定性較高，受電容影響小，簡化電路屏蔽和接地，適合高頻被測量，使用原件少、橋路內(nèi)阻少，應(yīng)用較多。2) 運算放大器式電路：客服了變極距型傳感器的非線性，輸入電阻大，輸出電阻小。即高輸入阻抗，低輸出阻抗，高電壓增益，不需要載頻和附加解調(diào)電路。3) 調(diào)頻電

11、路：把電容傳感器作為振蕩電路的一部分。特點事靈敏度高抗干擾能力強，能獲得高電平的支流型號和數(shù)字信號輸出，但振蕩頻率受溫度變化和電纜電容分部影響較大。第5章5-1 電感式傳感器的特點是什么？答：電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量換成線圈的自感量或互感量的變進(jìn)而又電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量，電感式傳感器種類很多，主要有互感式、自感式和電渦流式三種，其特點是1工作可靠，壽命長2、靈活度高，分辨率高3、精度高，線性好4、性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，不足的是：頻響較低，不宜快速動態(tài)測控。5-2 自感式傳感器的組成、工作原理和輸出特性。組成：主要由線圈、鐵芯及銜鐵等組成。工作原理：基本特性：（1）邊間隙式

12、靈敏度較高，但輸出是非線性的，誤差較大，自由行程較小，且制作裝配比較困難。（2） 變面積式靈敏度較前者小，但線性度好，量程較大，使用比較廣泛。（3） 螺管式靈敏度較低，測量誤差小，但量程大結(jié)構(gòu)簡單，易于制作和批量生產(chǎn)，是使用越來越廣泛的一種電感式傳感器。5-6 什么是零點殘余電壓？零點殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？減小零點殘余電壓的方法有哪些？答：定義：當(dāng)顫動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零，但實際上，當(dāng)使用橋式電路是，在零點仍有一個微小的電壓值存在。原因：（1）差動的兩個線圈的電氣參數(shù)及導(dǎo)磁體的幾何尺寸不可能完全對稱。（2） 線圈的分布不對稱。（3） 電源電壓中含有高次諧波。（4） 傳感器工作的磁化曲線的非線段。減小方法：（1） 盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)交磁路的對稱。磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余電壓，使其性能均