傳感器原理及工程應用第三版部分答案

1、傳感器原理及工程應用第三版部分答案Xm4 1測量的定義？答：測量是以確定被測量的值或獲取測量結(jié)果為目的的一系 列 操作。所以，測量也就是將被測量與同種性質(zhì)的標準量進行比 較， 確定被測量對標準量的倍數(shù)。 1 一 2：什么是測量值的絕對 誤差、 相對誤差、引用誤差？答：絕對誤差是測量結(jié)果與真值之差， 即：絕對誤差二測量值一真值 相對誤差是絕對誤差與被測量真值之比，常用絕對誤差與測量 值之比，以百分數(shù)表示，即：相對誤差二絕對誤差/測量值X100%引用誤差是絕對誤差與量程之比，以百分數(shù)表示，即：引用 誤 差二絕對誤差 /量程 X100%1- 3 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

2、什么場合？答：測量誤差是測得值減去被測量的真值。測量誤差的表示方法：絕對誤差、實際相對誤差、引用誤 差、 基本誤差、附加誤差。當被測量大小相同時，常用絕對誤差 來評定 測量準確度；相對誤差常用來表示和比較測量結(jié)果的準確 度；引用 誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法，基本誤差、附 加誤差適用 于傳感器或儀表中。2- 1 ：什么是傳感器？它由哪幾部分組成？它的作用及相互關系如何？答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成 可 用輸出信號的器件或裝置。通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)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 分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應

3、的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。2-2 ：什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標？分別說明這些性能指標的含義？答：傳感器在被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出量和輸入量之間的關系稱為傳感器的靜態(tài)特性；其主要指標有線性度、靈敏度、精確度、最小檢測量和分辨力、 遲滯、重 復性、零點漂移、溫漂。靈敏度定義是輸出量增量 Ay 與引起輸出 量增量Ay的相應輸入量增量 Ax之比。傳感器的線 性度是指傳感器 的輸出與輸入之間數(shù)量關系的線性程度。輸出與 輸入關系可分為線 性特性和非線性特性。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 稱為遲

4、滯。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。傳感器的漂移是指在輸入 量不變的情況下，傳感器輸出量隨 著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。2-3 ：什么是傳感器的動態(tài)特性？它有哪幾種分析方法？它們各有哪些性能指標？答： (1) 動態(tài)特性是指傳感器對隨時間 變化的 輸入量的響應特性；(2)分析方法：時域分析法時間常數(shù)；延遲時td上升時間tr ;峰值時間tp超調(diào)量o衰減比 d復頻域傳遞函數(shù)頻率域特性頻率一一通頻帶、工作頻帶、時間常數(shù)、固有頻 率、相位誤差、跟隨角。第三章應變式傳感器1. 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。答：在外力作用

5、下，導體或半導體材料產(chǎn)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二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(nèi) K為常數(shù)。金屬電阻應變片的電阻相對變化量dR/R 與金屬材料的軸向應變£成正比，因此，利用電阻應變片，可以將被測物體的應變£轉(zhuǎn)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。 2. 試述應變 片溫度誤差的概 念，產(chǎn)生原因和補償辦法。答：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(chǎn)生應變片溫度誤差的主要原因有：（ 1）由

6、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。（ 2）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(chǎn)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。 3. 什 么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪 幾種？各自的輸 出電壓如何計算？答：如題圖 3-3 所示電路為電 橋電路。若電橋電 路的工作電源 E 為直流電源，則該電橋稱為直流電橋。按應變所在電橋不同的工作橋臂，

7、電橋可分為：（1）單 臂電橋， R 1 為電阻應變片， R2、R3、R4 為電橋固定電阻。其輸出電壓為。（2）差動半橋電路， R 1、R 2 為兩個所受應變方向相反的 應 變片，R 3、R 4為電橋固定電阻。其輸出電壓為：O差動全橋電路，Rl、R2、R3 R4均為電阻應變片，且相鄰 兩橋臂應變片所受應變方向相庾。其輸出電壓為：5.圖示為一直流應變電橋。圖中E=4V, R1二R 2= R 3= R 4=120Q，試求：（1） R1為金屬應變片，其余為外接電阻。當R1的增量為ARI = 1.2Q 時，電橋輸出電壓 Uo二？ （2）Rl、R2都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都 相同，其余

8、為外接電阻，電橋輸出電壓 Uo =?（3）題 中，如果R1與R2感受應變的極性相反，且 AR1= AR2二1.2,電橋輸出電壓Uo二?成零磁電壓求uo3第四章電感式傳感器1. 差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？ 怎樣減小和消除它的影響？答：原因： (1) 由于兩電感線圈的電氣參數(shù)及導磁體幾何尺 不完全對稱，在兩電感線圈上的電壓幅值和相位不同，從而形 點殘余電壓的基波分量。(2) 由于傳感器導磁材料磁化曲線的非線性 ( 如鐵磁飽和、 滯損耗 ) ，使激勵電流與磁通波形不一致，從而形成零點殘余 的高次諧波分量。為減小電感式傳感器的零點殘余電壓，可采取以下措施：在設計和工藝上，力求做

9、到磁路對稱，鐵芯材料均勻；要經(jīng)過熱處理以除去機械應力和改善磁性；兩線圈繞制要均勻，力 幾何尺寸與電氣特性保持一致。在電路上進行補償。2. 簡述相敏檢波電路的工作原理，保證其可靠工作的條件是 什么？答：相敏檢波電路如圖 4-18 所示。圖中 VD1、 VD2. VD3、VD4為四個性能相同的二極管，以同一方向串聯(lián)接成一個閉合回 路，形成環(huán)形電橋。輸入信號 u2 (差動變壓器式傳感器輸出的調(diào) 幅波電壓)通過變壓器 T1 加到環(huán)形電橋的一個對角線上。參考信 號us通過變壓器T2加到環(huán)形電橋的另一個對角線上。輸出信號從變壓器T1與T2的中心抽頭引出。圖中平衡電阻R起限流作 用，以避免二極管導通時變壓器

10、 T2的次級電流過大。RL為負載電 阻。 us的幅值要遠大于輸入信號 u2的幅值，以便有效控制四個二極管的導通狀態(tài)，4且US和差動變壓器式傳感器激磁電壓U1由同一振蕩器供電，保證二者同頻同相(或反相)。3. 何謂渦流效應？怎樣利用渦流效應進行位移測量？ 答：電渦流效應是指金屬導體置于交變磁場中會產(chǎn)生電渦 流，且該電渦流所產(chǎn)生磁場的方向與原磁場方向相反的一種物理現(xiàn)象。電渦流傳感器的敏感元件是線圈，當給線圈通以交變電流并使它接近金屬導體時，線圈產(chǎn)生的磁場就會被導體電渦流產(chǎn)生的磁場部分抵消，使線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這 種變化 與導體的幾何尺寸、導電率、導磁率有關，也與線圈的幾 何參量

11、、 電流的頻率和線圈到被測導體間的距離有關。至于進行 位移測量， 可根據(jù)實際的已知位移量來標定固定的線圈下的電感 量，從而以此 進行位移的測量。第五章 電容式傳感器1. 根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為那幾種類型？每種類 型各有什么特點？各適用于什么場合？答：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