傳感器復習總結

1、1. 什么是測量值的絕對誤差、相對誤差、引用誤差?某量值的測得值和真值之差稱為絕對誤差。相對誤差有實際相對誤差和標稱相對誤差兩種表示方法。實際相對誤差是絕對誤差與被測量的真值之比；標稱相對誤差是絕對誤差與測得值之比。引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法，也用相對誤差表示，它是相對于儀表滿量程的一種誤差。引用誤差是絕對誤差（在儀表中指的是某一刻度點的示值誤差）與儀表的量程之比。2. 什么是測量誤差？測量誤差有幾種表示方法？它們通常應用在什么場合？測量誤差是測得值與被測量的真值之差。測量誤差可用絕對誤差和相對誤差表示,引用誤差也是相對誤差的一種表示方法。在實際測量中，有時要用到修正值，而修正值是

2、與絕對誤差大小相等符號相反的值。在計算相對誤差時也必須知道絕對誤差的大小才能計算。采用絕對誤差難以評定測量精度的高低，而采用相對誤差比較客觀地反映測量精度。引用誤差是儀表中應用的一種相對誤差，儀表的精度是用引用誤差表示的。3. 已知待測力為70N，現(xiàn)在有兩只測力儀表。一直測量范圍為0-500N，精度為0.5級，另一只測量范圍為0-100N，精度為1.0級。問選用哪一只測力儀表好？解：最大滿度相對誤差為±0.5%±1%，絕對誤差為±2.5和±1。R1=±2.5/70=±3.57%，R2=±1/70=±1.43%，R1

3、>R2,則選第二只表較好。4. 標準差有幾種表示形式？如何計算？分別說明它們的含義。標準偏差簡稱標準差，有標準差，標準差的估計值及算術平均值的標準差。 () 由于隨機誤差的存在，等精度測量列中各個測得值一般皆不相同，它們圍繞著該測量列的算術平均值有一定的分散，此分散度說明了測量列中單次測得值的不可靠性，標準差是表征同一被測量的n次測量的測得值分散性的參數(shù)，可作為測量列中單次測量不可靠性的評定標準。而被測量的真值為未知，故不能求得標準差，在有限次測量情況下，可用殘余誤差代替真誤差，從而得到標準差的估計值，標準差的估計值含義同標準差，也是作為測量列中單次測量不可靠性的評定標準。若在相同條件下

4、對被測量進行m組的“多次重復測量”，每一組測量都有一個算術平均值，由于隨機誤差的存在，各組所得的算術平均值也不相同，它們圍繞著被測量的真值有一定分散，此分散說明了算術平均值的不可靠性，算術平均值的標準差則是表征同一被測量的各個獨立測量列算術平均值分散性的參數(shù)，可作為算術平均值不可靠性的評定標準。5.傳感器組成原理圖。6. 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？它們的作用及相互關系如何？ 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器有敏感元件和轉換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部份；轉換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量

5、轉換成適于傳輸或測量的電信號部份。由于傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調理與轉換電路，進行放大、運算調制等，此外信號調理轉換電路以及傳感器的工作必須要有輔助的電源，因此信號調理轉換電路以及所需的電源都應作為傳感器組成的一部份。7. 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標？分別說明性能指標的含義傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關系。傳感器的靜態(tài)特性可以用一組性能指標來描述，有靈敏度、遲滯、線性度、重復性和漂移等。靈敏度是指傳感器輸出量增量y 與引起輸出量增量y的相應輸入量增量x的之比。用S表示靈敏度，即S=y/x 傳感器的線性度是指在全量程范圍內實際特性曲線與擬合直

6、線之間的最大偏差值Lmax滿量程輸出值Yfs之比。線性度也稱為非線性誤差，用Rl表示。遲滯是指傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象。即傳感器在全量程范圍內最大的遲滯差值Hmax與滿量程輸出值Yfs之比稱為遲滯誤差，用Rl表示。重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。重復性誤差屬于隨機誤差，常用均方根誤差計算，也可用正反行程中最大重復差值Rmax計算。8.當被測介質溫度為t1，測溫傳感器示值溫度為t2時，有下列方程式成立，當被測介質溫度從25突然變化到300，測溫傳感器的時間常數(shù)0=120s，

7、試確定經過350s后的動態(tài)誤差。由題可知該測溫傳感器為典型的一階系統(tǒng)，則傳感器的輸出y(t)與時間滿足如下關系：把120及t=350s代入上式得可知經過350s后，輸出y(t)達到穩(wěn)態(tài)值的94.5%則該傳感器測量溫度經過350秒后的動態(tài)誤差為：=（300-25）x（1-0.945）=14.88 9.什么叫應變效應？利用應變效應解釋金屬電阻應變片的工作原理。在外力作用下，導體或半導體材料產生機械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生相應變化的現(xiàn)象，稱為應變效應。其表達式為dR/R=K·，式中K為材料的應變靈敏系數(shù)，當應變材料為金屬或合金時，在彈性極限內K為常數(shù)。金屬電阻應變片的電阻相對變化量與金

8、屬材料的軸向應變成正比，因此，利用電阻應變片，可以將被測物體的應變轉換成與之成正比關系的電阻相對變化量，這就是金屬電阻應變片的工作原理。10.試述應變片溫度誤差的概念，產生原因和補償辦法。由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度偏離應變片標定溫度而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片溫度誤差。產生應變片溫度誤差的主要原因有：由于電阻絲溫度系數(shù)的存在，當溫度改變時，應變片的標稱電阻值發(fā)生變化，當試件與與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時，由于溫度的變化而引起的附加變形，使應變片產生附加電阻。電阻應變片的溫度補償方法有線路補償法和應變片自補償法兩大類。電橋補償法是最常用且效果較好的線路補償法，應變片自補償法是采用溫度自補償應變

9、片或雙金屬線柵應變片來代替一般應變片，使之兼顧溫度補償作用。11.說明差動變隙電壓傳感器的主要組成，工作原理和基本特性。差動變隙電壓傳感器結構如下圖所示。主要由鐵芯，銜鐵，線圈三部分組成。傳感器由兩個完全相同的電壓線圈合用一個銜鐵和相應磁路。工作時，銜鐵與被測件相連，當被測體上下移動時，帶動銜鐵也以相同的位移上下移動，使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等方向相反的變化。導致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動形式。其輸出特性為：L/L0=2(/0)為了使輸出特性能得到有效改善，構成差動的兩個變隙式電感傳感器在結構尺寸、材料、電氣參數(shù)等方面均應完全一致。12. 差動變壓器等效電路圖，

10、基本特性。差動變壓器式傳感器有變隙式差動變壓器式和螺線管式差動變壓器式傳感器二種結構形式。輸出電壓與M1/M2比值成正比，然而M2/M1比值與變壓的體積與零點殘余電壓有關器。應綜合考慮；U0與0成反比關系，因此要求0越小越好，但較小的0使測量范圍受到約束，通常在0.5mm左右。13.螺線管式差動變壓器與激勵對變壓器性能影響？螺線管式差動變壓器式傳感器的輸出特性是激勵電壓U和激磁頻率f的函數(shù)，理論上，靈敏度K與U、f成正比關系，而實際上由于傳感器結構的不對稱、鐵損、磁漏等因素影響，K與f不成正比關系，一般在400Hz10KHz范圍內K有較大的穩(wěn)定值，K與U不論在理論上和實際上都保持較好的線性關系

11、。一般差動變壓器的功率控制在1瓦左右，因此U取值在38伏范圍之內。為保證傳感器有較好的線性度，其測量范圍為線圈骨架長度的1/10到1/4。因此可以測量大位移范圍。14.光電耦合器分為哪兩類？各有什么用途？ 光電耦合器件可分為線型CCD圖像傳感器和面型CCD圖像傳感器兩類。線型CCD圖像傳感器可以直接接收一維光信息，但是不能直接講而為圖像先好轉換為視頻信號輸出，為了得到整個二維圖像的視頻信號，就必須使用掃描的方法，而民星CCD圖像傳感器主要用于攝像機及測試技術。15.差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響？差動電壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓。對零點殘

12、余電壓進行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜主要由基波和三次諧波組成，基波產生的主要原因是傳感器兩個次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，三次諧波產生的原因主要是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和，磁滯）所造成的。消除或減小零點殘余電壓的主要方法有：盡可能保證傳感器幾何尺寸，線圈電氣參數(shù)和磁路的相互對稱。傳感器設置良好的磁屏蔽，必要時再設置靜電屏蔽。將傳感器磁回電路工作區(qū)域設計在鐵芯曲線的線性段。采用外電路補償。配用相敏檢波測量電路。16. 電渦傳感器常用的測量電路有哪幾種？畫出電路，等效電路及測量電路。（1）等效原理圖 （2）調頻式電路 （3）條幅式電路 17.根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為那幾種類型？每種

13、類型各有什么特點？各適用于什么場合？根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式傳感器有三種基本類型，即變極距(d)型（又稱變間隙型）、變面積(A)型和變介電常數(shù)()型。變間隙型可測量位移，變面積型可測量直線位移、角位移、尺寸，變介電常數(shù)型可測量液體液位、材料厚度。電容式傳感器具有以下特點：功率小，阻抗高，由于電容式傳感器中帶電極板之間的靜電引力很小，因此，在信號檢測過程中，只需要施加較小的作用力，就可以獲得較大的電容變化量及高阻抗的輸出；動態(tài)特性良好，具有較高的固有頻率和良好的動態(tài)響應特性；本身的發(fā)熱對傳感器的影響實際上可以不加考慮；可獲取比較大的相對變化量；能在比較惡劣的環(huán)境條件下工作；可進行非接觸

14、測量；結構簡單、易于制造；輸出阻抗較高，負載能力較差；寄生電容影響較大；輸出為非線性。18. 如何改善單極式變極距型傳感器的非線性？采用差動式結構，可以使非線性誤差減小一個數(shù)量級。19.什么叫正壓電效應和逆壓電效應？什么叫縱向壓電效應和橫向壓電效應？某些電介質在沿一定的方向上受到外力的作用而變形時，內部會產生極化現(xiàn)象，同時在其表面上產生電荷，當外力去掉后，又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。這種機械能轉化成電能的現(xiàn)象，稱為“順壓電效應”。反之，在電介質的極化方向上施加交變電場或電壓，它會產生機械變形，當去掉外加電場時，電介質變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應”。在石英晶體中，通常

15、把沿電軸x方向的力作用下產生電荷的壓電效應稱為“縱向壓電效應”， 而把沿機械軸y方向的力作用下產生電荷的壓電效應稱為“橫向壓電效應”。20.五種測量電路（1） 環(huán)形二極管電容測量電路不要求畫圖 （2）調頻式測量電路 （3）運算放大器式電路 （4)二極管雙T形交流電橋 (5)脈沖帶寬調制電路 21. 畫出壓電傳感器的兩種等效電路(1)電壓源 (2)電荷源22.什么是霍爾效應？霍爾電勢與哪些因素有關？ 金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應?；魻栯妱觿莸拇笮≌扔诩铍娏鱅與磁感應強度B，且當I或B的方向改變時，霍爾電動勢的方向

16、也隨著改變，但當I和B的方向同時改變時霍爾電動勢極性不變，此外薄片的厚度、半導體材料中的電子濃度對霍爾電動勢的大小也會有影響。23.影響霍爾元件輸出零點的因素有哪些？怎樣補償？影響霍爾元件輸出零點的因素主要是霍爾元件的初始位置?；魻栁灰苽鞲衅?，是由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器，在霍爾元件處于初始位置x=0時，霍爾電勢UH不等于零?；魻柺轿灰苽鞲衅鳛榱双@得較好的線性分布，在磁極端面裝有極靴，霍爾元件調整好初始位置時，可以使霍爾電勢UH0。24.溫度變化對霍爾元件輸出電勢有什么影響？如何補償？霍爾元件的靈敏系數(shù)KH是溫度的函數(shù)，關系式為：KH0=(1+T)，大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，因此，它

17、們的霍爾電勢也將隨溫度升高而增加T倍。補償溫度變化對霍爾電勢的影響，通常采用一種恒流源補償電路?；舅枷胧牵涸跍囟仍黾拥耐瑫r，讓激勵電流I0相應地減小，并能保持KH·I0乘積不變，也就可以相對抵消溫度對靈敏系數(shù)KH增加的影響，從而抵消對霍爾電勢的影響。25.壓電材料分類及參數(shù)？可分為兩大類：壓電晶體和壓電陶瓷。主要參數(shù)：壓電常數(shù)，介電常數(shù)，機械耦合常數(shù)，電阻，居里點溫度26.光電效應有幾種？相對應的光電器件各有哪些？光電效應是指，當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。光電效應發(fā)生的原因是金屬表面的電子吸收外界的光子, 克服金屬的束縛而逸出

18、金屬表面。光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏特效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部,稱為內光電效應。光電導效應就是電導隨光照而變化?；谶@種效應的光電器件有光敏電阻和光敏二極管與三極管。光生伏特效應是光照引起PN結兩端產生電動勢的效應，基于光生伏特效應原理工作的光電器件有光電池。27.試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實際應用時各有什么特點？原理:1、光敏電阻是內光電效應器件，它是利用光電導效應。2、在電路中光敏二極管一般處于反向工作狀態(tài)，在沒有光照射時，反向電流很小，稱為暗電流；當光照射在PN結上，使PN結附近產生光生電子空

19、穴對，在PN結處內電場作用下定向運動，形成光電流。3、光敏晶體管具有兩個PN結，發(fā)射極一邊做得很大，以擴大光的照射面積。當集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時，集電結就是反向偏壓，當光照射在集電結時，在結附近產生電子空穴對，會有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管有放大作用。4、光電池是因為有較大面積的PN結，當光照射在PN結上時，在結的兩端出現(xiàn)電動勢，從而成為電源。 特點：1、光敏電阻的靈敏度與入射光波的波長有關系，而且初制成的光敏電阻由于電阻體與其介質的作用還沒有達到平衡，性能不穩(wěn)定。需要在人工加溫、光照及加負載情況下，性能可達穩(wěn)定

20、。不過在穩(wěn)定平衡之后光敏電阻的性能就變得很穩(wěn)定了，而且光敏電阻使用壽命在密封良好、使用合理的情況 下幾乎是無限長的2、光敏二極管是在有光照時導通無光照時截止，在實際應用中藥對光敏二極管的暗電流進行補償，否則會導致輸出誤差。3、光敏三極管的頻率特性受負載電阻的影響，減小負載電阻可以提高頻率響應范圍，但輸出電壓響應也減小，另外，光敏三極管也需要對暗電流進行補償。4、與其他的原件都不同，光電池可以作為電源使用，而且硅光電池的價格便宜轉換效高，壽命長，適于接受紅外光。28.試述光電開關的工作原理？光電開關是一種利用感光元件對變化的入射光加以接收，并進行光電轉換，同時加以某種形式的控制和放大，從而獲得最終控制輸出開關的器件當不透明的物體和器件經過它們之間時，會阻斷光路，使接收元件接收不到來自發(fā)光元件的光，這樣就起了檢測作用。29.變隙試電感傳感器的輸入特性與哪些因素有關？怎樣改善其非線性？怎樣提高其靈敏度？變隙試電壓傳感器的輸出特性為：其輸出特性與初始電壓量L0，氣隙厚度0，氣隙變化量有關。當選定鐵芯，銜鐵材料及尺寸，確定線圈的匝數(shù)及電氣特性，則L=f()從傳感器的輸出特性可以看出，L與成非線性關系，為改善其非線性，通常采用差動變隙式電感傳感器