傳感器原理及應(yīng)用期末考試重點(diǎn)課后題復(fù)習(xí)

1、第1 1早1-1- 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(duì)應(yīng)的器件或裝置；從狹義角度定義：能把外界非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)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(hào)的器件和裝置”。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成；1-1- 2 2 一個(gè)可供實(shí)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、基本電路組成星木邯升*型1 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、2.2. 轉(zhuǎn)換元件；是將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)及電流或電 壓等電信號(hào)。3.3. 基本轉(zhuǎn)換電路則將該電路轉(zhuǎn)換成便于傳輸處理電量。1-1- 3 3 如果家用小車采用超聲波雷達(dá)，需要那幾部分組成？請(qǐng)畫出圖第 2 2 章2-2- 1 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。1 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 2、 靈敏度：傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。3 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 4、回差：反映傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐?/p>

3、過 程中，輸出 - - 輸入曲線的不重合程度指標(biāo)。5 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)多次變動(dòng)時(shí)，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)。6 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 7、穩(wěn)定性：傳感器在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍保持其性能的能力。8 8、漂移：指在一定時(shí)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 9、靜態(tài)誤差 （ 精度）：指傳感器在滿量程內(nèi)任一點(diǎn)輸出值相對(duì)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(shí) 所得數(shù)值的不確定度。2-2- 2 2 計(jì)算傳感器線性度的方法有哪幾種

4、？有什么差別？1 1、 理論直線法： 以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實(shí)際測試 值無關(guān)。優(yōu)點(diǎn)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 2、 端點(diǎn)直線法：以傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點(diǎn)間的連線作為擬合直線。y=b+kxy=b+kx b b 截距 k k 為斜率 與理論直線發(fā)一樣簡便偏差很大3 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(duì)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(jì)算機(jī)結(jié)算來獲得。 （端點(diǎn)平 行法）4 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。

5、 最小二乘法的擬合程度很高， 但是校準(zhǔn)曲線相對(duì)擬合直線的最大偏差絕對(duì)值并不一定最小，最大正、負(fù)偏值差的絕對(duì)值也不一定相同。2-2- 3 3 什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？為什么要把傳感器的特 性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？（1 1）靜態(tài)特性：表示傳感器在被測輸入量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的 輸出- -輸入關(guān)系 動(dòng)態(tài)特性：反映傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。（2 2）由于傳感器可能用來檢測靜態(tài)量（即輸入量是不隨時(shí)間變化的 常量）、準(zhǔn)靜態(tài)量或動(dòng)態(tài)量（即輸入量是隨時(shí)間變化的變量），于是 對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)的性質(zhì)，所以傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特 性。2-52-5 為什么要對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)？

6、舉例說明傳感器靜態(tài)標(biāo)定 禾口動(dòng)態(tài)標(biāo)定的方法。因?yàn)樾卵兄苹蛏a(chǎn)的傳感器需對(duì)其技術(shù)性能進(jìn)行全面的檢定；經(jīng)過一段時(shí)間儲(chǔ)存或使用的傳感器也需對(duì)其性能進(jìn)行復(fù)測。通常，在明確輸入- -輸出變換對(duì)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(duì) 傳感器的量值進(jìn)行標(biāo)度稱之為標(biāo)定。靜態(tài)標(biāo)定：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(jī)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(dòng)態(tài)標(biāo)

7、定：主要用于檢驗(yàn)、測試傳感器 （ 或傳感器系統(tǒng)）的動(dòng)態(tài) 特性，如動(dòng)態(tài)靈敏度、頻率 響應(yīng)和固有頻率等。對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài) 標(biāo)定，需要對(duì)它輸入一標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)。 例如測振傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定常 采用振動(dòng)臺(tái)（通常為電磁振動(dòng)臺(tái)）產(chǎn)生簡諧振動(dòng)作傳感器的輸人量。 振動(dòng)的振幅由讀數(shù)顯微鏡讀得，振動(dòng)頻率由頻率計(jì)指示。 若測得傳感 器的輸出電量，即可通過計(jì)算得到位移傳感器、速度傳感器、加速度 傳感器的動(dòng)態(tài)靈敏度。若改變振動(dòng)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

8、 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(shí)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(shí)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 3 章3-3- 1 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 1)導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用是，發(fā)生機(jī)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 2)當(dāng)外力作用時(shí)，導(dǎo)體的電阻率p、長度 L L、截面積 S S 都會(huì)發(fā) 生變化，從而引起電阻值 R 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。3-3- 2 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？

9、答：( 1 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(duì)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 2)實(shí)驗(yàn)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- 3 3 、用應(yīng)變片測量時(shí)，為什么必須采用溫度補(bǔ)償措施？答：用應(yīng)變片測量時(shí)， 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)量級(jí)，從而產(chǎn)生很大的測量誤 差，所以必須采用溫度補(bǔ)償措施。3-43-4 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

10、機(jī)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(shí)，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 4 章4-4- 1 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=(dSC=(dS) /L/L ,若不考慮其 邊緣效應(yīng)，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

11、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4-4- 2 2 電容式傳感器的測量電路有哪幾種？它們的主要特點(diǎn)是什 么？答：1)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)2) 運(yùn)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)3) 調(diào)頻電路：把電容傳感器作為振蕩電路的一部分。特點(diǎn)事靈敏度 高抗干擾能力

12、強(qiáng)，能獲得高電平的支流型號(hào)和數(shù)字信號(hào)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 5 章5-5- 1 1 電感式傳感器的特點(diǎn)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(diǎn)是 1 1 工 作可靠，壽命長 2 2、靈活度高，分辨率高 3 3、精度高，線性好 4 4、性 能穩(wěn)定，重復(fù)性好，不足的是：頻響較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測控。5-5- 2 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 1

13、）邊間隙式靈敏度較高，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 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 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。5-65-6 什么是零點(diǎn)殘余電壓？零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？ 減小零點(diǎn)殘余電壓的方法有哪些？答：定義：當(dāng)顫動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)， 理想條件下其輸出 電壓為零，但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路是，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電 壓值存在。原因：（ 1 1）差動(dòng)的兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)及導(dǎo)磁體的幾何尺寸不 可能完全對(duì)稱。（ 2 2）線圈的分布不對(duì)稱。（ 3 3）電源電壓中含有高次諧波。（4 4）傳感器工作的磁化曲線的非線段。減小方法：(1 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(duì)稱。 磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余電壓，使