儀器測(cè)量復(fù)習(xí)整理

1、1. 什么是傳感器？它由幾部分組成？它們的作用及相互關(guān)系怎樣？答：傳感器是一種借助于檢測(cè)元件接收被測(cè)量的信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換成另一種形式的信息的裝置。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成（信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路、輔助的電源）。敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是能將感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。2. 簡(jiǎn)述應(yīng)變式電阻傳感器的工作原理。答：常用的金屬電阻應(yīng)變片有絲式、箔式兩種。根據(jù)可知，當(dāng)電阻絲發(fā)生變形時(shí)，其長(zhǎng)度L，斷面積A、電阻率均將變化，這將導(dǎo)致電阻R的變化。電阻的相對(duì)變化，即電阻的相對(duì)變化率與應(yīng)變成正比。3. 何為渦流效應(yīng)？怎樣利用渦

2、流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量？答：渦流效應(yīng)：金屬板置于一只線圈的附近，互相間距為，當(dāng)線圈中有一高頻交變電流I通過(guò)時(shí)，便產(chǎn)生交變磁通，金屬板會(huì)在此交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生磁生感應(yīng)電流i，由于電流在金屬體內(nèi)是閉合的，因此稱(chēng)為“渦流”。根據(jù)楞次定律，渦電流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)的變化方向相反，總是抵抗的變化。由于渦流磁場(chǎng)的作用使原線圈的等效阻抗Z發(fā)生變化，等效阻抗的變化程度與距離有關(guān)，因此可以通過(guò)檢測(cè)Z的變化得到距離的值。4. 電容式傳感器的工作原理和主要性能是什么？答：電容式傳感器的工作原理：由兩個(gè)平行極板組成的電容器，其電容是 ，（式中，為極板間介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)；為真空中的介電常數(shù)；為極板間的距離；A為極板面積）

3、。由上式可知，當(dāng)被測(cè)量使、A或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容C的變化。保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，只改變另一個(gè)參數(shù)，就可以把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)為單一電容量的變化。電容傳感器分為：極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型。極距變化型：靈敏度S與極距平方成反比，極距越小，靈敏度越高。優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)行動(dòng)態(tài)非接觸式測(cè)量，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)影響??；靈敏度高，適小位移的測(cè)量。缺點(diǎn)：非線性特性、傳感器的雜散電容影響靈敏度和測(cè)量精度、電子線路復(fù)雜。 面積變化型：優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極距變化型相比靈敏度較低，適用于較大直線位移計(jì)角位移的測(cè)量。5. 簡(jiǎn)述電容式傳感器的主要優(yōu)缺點(diǎn)？答： 優(yōu)點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性好；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；可獲得較大的相對(duì)

4、變化量；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在惡劣的環(huán)境下工作；可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。 缺點(diǎn)：輸出特性為非線性；高輸出阻抗，帶負(fù)載能力差。6. 磁電式傳感器可分為幾類(lèi)？各有什么性能特點(diǎn)？答：磁電式傳感器是把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器。分為動(dòng)圈式與磁阻式。動(dòng)圈式：可分為線速度型與角速度型。線速度型：當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由上式可見(jiàn)，當(dāng)W、B、l均為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與線圈運(yùn)動(dòng)的線速度成正比。角速度型：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的角速度成正比。磁阻式：線圈與磁鐵不動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)著的物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路的磁阻，引起磁力線增強(qiáng)或減弱，使線圈產(chǎn)生磁應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁阻式

5、傳感器使用簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速、偏心量、振動(dòng)等。7. 試述光敏電阻、光電二極管、光電晶體管和光電池的工作原理，如何正確選用這些器件？答：光敏電阻（光導(dǎo)管）：基于導(dǎo)體材料的內(nèi)光電效應(yīng)工作。內(nèi)光電效應(yīng)：物質(zhì)受到光照時(shí)，電阻值減少的現(xiàn)象。當(dāng)受到光照時(shí)，電阻值發(fā)生變化，光通量越大，阻值越小。 光電管：基于受光照時(shí)載流子增加現(xiàn)象工作。光電二極管（具有一個(gè)PN結(jié)）光電晶體管（具有兩個(gè)PN結(jié)）（很高的靈敏度，體積小，重量輕，性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜） 光電池：是一種光電轉(zhuǎn)換元件，可以直接將光能轉(zhuǎn)換成電能，當(dāng)有光照射時(shí)，可直接輸出電動(dòng)勢(shì)。具有PN結(jié)的光電池的工作原理（當(dāng)光照射時(shí)，在PN結(jié)附近，由于吸收了光

6、子能量而產(chǎn)生的電子與空穴，即光生載流子。它們?cè)赑N結(jié)電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，電子被推向N區(qū)，而空穴被拉進(jìn)P區(qū)，從而使P型區(qū)帶正電，N型區(qū)帶負(fù)電，二者之間產(chǎn)生電位差，即電動(dòng)勢(shì)）可用作光電測(cè)量，也可用作能源。8. 光電傳感器包含哪幾種類(lèi)型？各有何特點(diǎn)？用光電式傳感器可以測(cè)量哪些物理量？答：光電傳感器：主要有模擬式光電傳感器和脈沖式光電傳感器。模擬式光電傳感器：其中的光電元件接受的光通量隨被測(cè)量連續(xù)變化，輸出的光電流也是連續(xù)變化的，為光通量的函數(shù)。脈沖式光電傳感器的光電元件接受的光信號(hào)試斷續(xù)變化的，它輸出的光電流僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號(hào)。有光則有點(diǎn)信號(hào)輸出，否則無(wú)電信號(hào)輸出。具體應(yīng)用：測(cè)量

7、工件表面的缺陷；測(cè)量轉(zhuǎn)速；光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表。9. 試述壓差流量傳感器、電磁流量傳感器、渦流流量傳感器的測(cè)量原理、特點(diǎn)及使用場(chǎng)合。分類(lèi)測(cè)量原理特點(diǎn)使用場(chǎng)合壓差流量傳感器基本原理是伯努利的能量守恒方程。當(dāng)流體通過(guò)設(shè)置在管道中的節(jié)流元件時(shí)，造成流束局部收縮，流速提高，壓力減小。節(jié)流件的壓差與流量有關(guān)，流量越大，壓差越大。（節(jié)流裝置和差壓計(jì)）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格較低在所有測(cè)量液體、氣體和蒸汽流量的場(chǎng)合，絕大多數(shù)都選用了差壓式流量計(jì)電磁流量傳感器依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（流量傳感器、轉(zhuǎn)化器）不

8、易阻塞；節(jié)能效果顯著；所測(cè)得體積流量不受流體密度、粘度、溫度壓力和電導(dǎo)率變化影響；測(cè)量范圍大；可測(cè)雙向流量和脈動(dòng)流量。輸出是線性。可測(cè)量還有固體顆?；蚶w維的液固二相流體；最適合要求低阻力損失的大管徑供水管道；可應(yīng)用于腐蝕性流體；不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體；不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體，不能用于較高溫度的液體。渦流流量傳感器在流體中安放一根（或多根）非流線型阻流體，流體在阻流體的 交替地分離釋放出兩串規(guī)則的漩渦，在一定的流量范圍內(nèi)漩渦分離頻率正比于管道的平均流速，通過(guò)檢測(cè)漩渦頻率推出流體流量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固；安裝維護(hù)方便；適用流體種類(lèi)多；精度較高；輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)；無(wú)零點(diǎn)漂移。

9、不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量，故在高粘度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受限制。不宜用于強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)所。10. 簡(jiǎn)述熱電偶與熱電阻測(cè)溫原理。答：熱電偶：實(shí)質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度。 熱電效應(yīng)：將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B組成閉合回路，若接合點(diǎn)處于不同的溫度，兩者之間將產(chǎn)生一熱電動(dòng)勢(shì)，在回路中形成一定大小的電流。A、 如果熱電偶兩電極的材料相同，即使兩端溫度不同，回路電動(dòng)勢(shì)為零；B、 如果熱電偶兩電極材料不同，熱電偶兩端溫度相同，回路電動(dòng)勢(shì)為零；（即產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)有兩要素：電極材料不同、熱電偶兩端存在溫差）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號(hào)適于遠(yuǎn)傳

10、；自身能產(chǎn)生電壓，不需要外加驅(qū)動(dòng)電源。 熱電阻：將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化。金屬熱電阻式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)為熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)為熱敏電阻。在0640 0C溫度范圍內(nèi)，在-2400 0C溫度范圍內(nèi)，由溫度的變化而改變電阻的阻值，因而可以測(cè)溫度。11. 為了滿(mǎn)足測(cè)試的需要，對(duì)傳感器的一般要求有哪些？答：靈敏度：一般情況傳感器的靈敏度越高越好，即微小變化可有較大的響應(yīng)；但是當(dāng)靈敏度越高，與測(cè)量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，并隨著信號(hào)被電子放大系統(tǒng)放大。響應(yīng)特性：響應(yīng)特性是指在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，保持不失真的測(cè)量條件。實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲，但希望延遲時(shí)間愈短愈好，即響應(yīng)越快越好。線性：傳感器

11、工作在線性區(qū)是保證測(cè)量精度的基本條件。在線性范圍內(nèi)，輸入和輸出成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器工作量程愈大。穩(wěn)定性：表征傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性因素是時(shí)間與環(huán)境。精確度：表征傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的精確度愈高愈好，但是還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)性，精度越高，價(jià)格越昂貴。測(cè)量方式：根據(jù)實(shí)際條件下的工作方式來(lái)確定傳感器。除以上的一些要求外，還應(yīng)該盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維護(hù)、易于復(fù)制等12. 傳感器的靜態(tài)特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)有哪些?答：靈敏度與信噪比： 選用傳感器首要考慮的是靈敏度，選用時(shí)必須要求達(dá)到測(cè)量需要的靈敏

12、度。信噪比是輸出信號(hào)中信號(hào)分量與噪音分量的平方平均值之比。線性：輸入與輸出量之間呈直線性比例關(guān)系，稱(chēng)為線性關(guān)系。時(shí)滯：輸入和輸出不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即存在時(shí)滯。選用時(shí)盡量選用時(shí)滯小越小越好。環(huán)境特性：周?chē)h(huán)境對(duì)傳感器影響最大的是溫度（氣壓、濕度、振動(dòng)、電源電壓、頻率）穩(wěn)定性：溫漂是指連續(xù)工作時(shí)，即使輸入量恒定，傳感器輸出量也會(huì)朝著一個(gè)方向偏移。精度：評(píng)價(jià)系統(tǒng)的優(yōu)良程度。分為精密度和準(zhǔn)確度。13. 畫(huà)出一典型測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各組成部分的作用。軸心軌跡測(cè)量電渦流傳感器：采用互成90°安置，用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向上轉(zhuǎn)軸組件相對(duì)于機(jī)座的振動(dòng)，輸出振動(dòng)位移信號(hào)。電渦流放大器：將電渦流傳感器

13、輸出的振動(dòng)位移電信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，以達(dá)到后續(xù)處理的要求?？够鞛V波器：利用濾波器來(lái)提取有用的振動(dòng)位移信號(hào)、抑制或消除干擾信號(hào)和噪聲，變成帶限信號(hào)，為A/D轉(zhuǎn)換做預(yù)處理。A/D轉(zhuǎn)換器：將振動(dòng)位移的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，便于數(shù)字信號(hào)分析儀或計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)（軸心軌跡分析軟件）：將兩個(gè)互相垂直方向的振動(dòng)位移信號(hào)在復(fù)平面進(jìn)行整合，形成復(fù)信號(hào)，得到轉(zhuǎn)子的軸心軌跡。顯示器（打印機(jī)）：將計(jì)算所得的軸心軌跡進(jìn)行直觀顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)人員判別設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。14. 試說(shuō)明在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生量化誤差的原因以及減少量化誤差的方法。答：A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程：采樣-量化-編碼量化誤差的產(chǎn)生：量化是將離散模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的過(guò)程。設(shè)離散模擬量為，用于比較的基準(zhǔn)量為，按四舍五入規(guī)則取整后，轉(zhuǎn)化為，所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為，顯而易見(jiàn)，在量化過(guò)程中的取整帶來(lái)了量化誤差，量化誤差的大小取決于（量化增量）的大小。減少量化誤差的方法：減小量化增量，提高量化分辨率，但