传感器与检测技术习题集3

1、!-占 4=Aj = 0.126A,3 = -0 1 94传感器与检测技术复习题0.1传感器在检测系统中有什么作用和地位？答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。 传感器是感知、与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通 过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。0.21）答：解释下列名词术语：敏感元件;2）传感器；3）信号调理器；4）变送器 敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置 常由敏感元件和转换元件组成。 信号调理器：对于输入和输出信号进行

2、转换的装置。 变送器：能输出标准信号的传感器。1.1某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为 300 mV,求其灵敏度。解:U 300"x -5-某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为:1.2S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系统的总的灵敏度。 解：x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0a）试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度;b）用C语言编制程序在微机上实现。解：y = fcv +£>& =土 X乌= 0.2x2.Clx5 0 =严匚1.3测得某检测装置的一组输入输出数据如

3、下：艺JC：艺X-Y形乞” -«艺玛2-辽玛尸A： = 0.63 i = c 25+0-25Aj = 0 23aA-, = O 35=-O 16获取S1=0.2mV/C、!-拟合直线灵敏度0.68,线性度± 7%。1.8什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性， 其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。1.9如何获得传感器的静特性？答：传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。1.10传感器的静特性的用途是什么？答：人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器

4、。理论线性度:1.11试求下列一组数据的各种线性度：血 100%yFs1205 2 60.4%1205X123456y2.204.005.987.910.1012.051）理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x;2）端点线性度；3）最小二乘线性度。 解：端点线性度：由两端点做拟和直线1.97X 0.23中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.08所以,Lmax. _100%yFs最小二乘线性度:n xy Xi yin Xi2 ( x)218254 21 42236 91 21 21逊 1.981052(X yi X xy)91 4223 21 18254 9.59X2 (

5、 X)26 91 21 21105 °。9所以,y kxb 1.9& 0.09y (kxb)0.0720.0530.050.1150.116 0.08max100%yFS0.1112050.09%在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系 -压力曲线中哪条最符合最测量次数I 压力 电压xi (MPa yi (V)10.04320.09330.15340.128(1)y=5.00x-1.0551050.0721.12如下表所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压 小二乘法准则？y=7.00x+0.09y=50.00x-10.50y=

6、-5.00x-1.05（5）答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。 式，与y值相差最小的就是所求，（5）为所求。y=5.00x+0.07将几组x分别带入以上五2.1在用直流电桥测量电阻的时候，若标准电阻Rn=10.0004 Q的电桥已经平衡（则被测电阻Rx=10.0004 Q ），但是由于检流计指针偏转在±0.3mm以内时，人眼就很难观测出来，因此Rn的值也可能不是 10.0004 Q ,而是 Rn=10.0004 Q±A Rn。若已知电桥的相对灵敏度 Sr=1mm/0.01%，求对应检流计指针偏转±0.3mm时，A Rn ?解：y 0.3mm

7、, Rn10.0004Sr 100%xy1mm/0.01%100%Rn2.2如图F1丄所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时 R1受拉，R4受压，A R表示应变片发生应变后，电阻值的变化量。当应变片不受力，无应变时AR=0,桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去了平衡，这时，就用桥路输出电压 Ucd表示应变片应变后的电阻值的变 化量。试证明：Ucd= ( E/2 ) ( R/R)cd证:UcdUcbUdb2R R E ,J 二2 E 4R R略去的第二项，即可得R4RUcd2.3说明电阻应变片的组成和种类。电阻

8、应变片有哪些主要特性参数?2.5 一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为 120 Q ,灵敏度为2.0,波松比为0.3,材料弹性模量E=2.1 X 1011 Pa。要求：1) 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；2) 计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；3) 当桥路的供电电压为 10V时，计算传感器的输出电压。解:%图 2-32(c)圆桶截面积 A R2 r259.7 10应变片123,4感受的是纵向应变应变片5,6,7,8感受的是纵向应变RR5u4ku2ky ?K1AE其中A为圆

9、桶的截面积为泊桑比E为弹性模量F为外加负载力,K为灵敏系数满量程时:RiR2RsR4K xR KaeR2.0310 1059.71062.110111200.191R5R6R7R8R10.3 0.191 0.057AE1022.00.3 59.7 10 6 2.1 1041.037 10 6F2.9应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么?答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数%及栅丝与试件膨胀系数（Q印,）之差异性而产生虚假应变输出，有时会产生与真实应变同数量级的误差。方法：自补偿法 线路补偿法F1-5所示。2.10今有一悬臂梁，在其中上部上、下两面各贴两片应变片，组

10、成全桥，如图该梁在其悬臂梁一端受一向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数K=2.1;应变片空载电阻 R0=120Qo6(1 X)厂2 FWEt25cm6 cm3mm70 105PaQ 丄12-X1IIMFI-5 2.1IO；Whl解:R26l x F2WEt2kRoR3R4RoR00) 0.50.06 70 105 (0.003)20.106 (0.252.1 120 0.10 25.2R 120R 12025.2 145.225.2 94.82.11变片组成一单臂受感电桥。试求出此电桥空载时的最大可能的输出电压（应变片的电阻为图F1-6所示一受拉的10#优质碳

11、素钢杆。试用允许通过的最大电流为30mA的康铜丝应120Q)。闊F化2曲赳:q解:61 x F12.5WEt20.6312 5kR 2.1 20 二3500.630.330mA 1203.6V,U 7.2V3.1答:U R 7.24 -R 2350"03丄 17.5V120电感式传感器有哪些种类？ 种类：自感式、涡流式、 原理：自感、互感、涡流、压磁它们的工作原理是什么？差动式、变压式、压磁式、感应同步器试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。 相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向,3.3答：敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正

12、位移输出正电压，负位移输出负电压， 电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。即差分变压器输出的调幅波经相3.4分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善? 答：原因是改变了空气隙长度改善方法是让初始空气隙距离尽量小，使用差动式传感器，同时灵敏度的非线性也将增加，这样的话最好S 生1IoIo2丄1。其灵敏度增加非线性减少。3.5图F1乙所示一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104,空气的相对磁导率为 1,真空的磁导率为 4nX 10-7H m-1,试计算气隙长度为零及为2mm寸的电感量。图中所注尺寸单位均为mm.IWRmW

13、2Rm又Rmi 1li1。0S0R Ron丄i 1 iSi0.045104 0.0020.003104 0.0150.0160.0030.045104 0.010 0.0031.256R0 2企0S00.0024107 30 157.07空气气隙为零时:2 2L W2200百 1.256空气气隙为2mr时：3.2 104H2200 , 04.8R R01.2567.07103H3.6今有一种电涡流式位移传感器。其输出为频率。特性方程形式为feax b f ,今知其位移x(mm)0.30.51.01.52.03.04.05.06.0输出f(MHz)2.5232.5022.4612.4322.41

14、02.3802.3622.3512.343试求该传感器的工作特性方程及符合度 直线拟合）。解：设（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作中f2.333 MHz及一组标定数据如下:y ax b 又有 fax b r re f , f2.333重写表格如下：x0.30.51.01.52.03.04.05.06.0f2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343y-1.66-1.78-2.06-2.31-2.56-3.06-3.54-4.02-4.61最小二乘法做直线拟和:n Xi yi27n Xi(Xiyi9 ( 83.133)23.3 ( 25.6

15、)axyi0.023Xi)2XiXi yi)9 93.59 542.890.5193.59 ( 25.6)23.3 ( 83.133)Xi2(0.51x(axib)0.0050.020.0150.010.000.030.060.024 100%yFSXi)21.530.062.950.02%9 93.59542.891.53e 0.51 x 1.532.3333.7答:3.8答：导率的改变的现象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特性，但不是线性关系。应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限 电阻的相对变化与应变成正比。简述压磁效应，并与应变效应进行比较。 压磁

16、效应：某些铁磁物质在外界机械力的作用下,其内部产生机械应力，从而引起磁内,简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。 应用场合有低频透射涡流测厚仪，探伤，描述转轴运动轨迹轨迹仪。根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？ 原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容S为两个极板对有效面积，4.2答：D为两个极板为C=£ S/D式中£为两个极板间介质的介电常数， 间的距离。由此式知，改变电容 C的方法有三：其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的输出为

17、电容值的增量这就组成了电容式传感器。类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、 精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的 水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等4.4 答：总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。 优点：b c 缺点：a 温度稳定性好 结构简单、适应性强 动响应好a 可以实现非接触测量，具有平均效应 输出阻抗高、负载能力差 寄生电容影响大b c 输出特性非线性： 电容传感器作为频响宽、

18、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物 湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能； 消除和减小边缘效应； 消除和减小寄生电容 的影响；防止和减小外界的干扰。位、答：工作原理：假设传感器处于初始状态，即Cx1 Cx2 C04.7 简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理及特点。5.1 数？ 答：且 A 点为高电平，即 Ua=U; 而 B 点为低电平，即 Ub=0 差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性。磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转

19、换为电信号的一种传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。磁电式传感器具有频响宽、 动态范围大的特点。 而电感式传感器存在交流零位信号， 宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。5.2 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的 方法有哪几种？ 答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。在无外加磁场时， 两输出电霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下， 极之间的空载电势，可用输出的电压表示。温度补偿方法： a 分流电阻法： 适用于

20、恒流源供给控制电流的情况。b 电桥补偿法6.1 什么是压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否 用压电传感器测量静态压力？答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时， 由于内部电极化现象同时在两个表 面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时， 电荷的极性随着改变。 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。 这种现象称为正压电 效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料 结构和应用特点：在压电式传感

21、器中， 为了提高灵敏度， 往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。 其中 最常用的是两片结构； 根据两片压电芯片的连接关系， 可分为串联和并联连接， 常用的是并 联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时， 两片压电芯片上必须有一定的预紧力， 以保证压电组件在工作中始终受到压力 作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系， 因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。 但实际上这是不可能的， 所以 压电传感器不宜作静态测量， 只能在其上加交变力， 电荷才能不断得到补充， 并给测量电路 一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。6.2 为什么压电传感器

22、通常都用来测量动态或瞬态参量？ 答：如作用在压电组件上的力是静态力， 则电荷会泄露， 无法进行测量。所以压电传感器通 常都用来测量动态或瞬态参量。6.3 试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。 答：石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时， 没有体积变形压电效应， 但它具有 良好的厚度变形和长度变形压电效应。 压电陶瓷是一种多晶铁电体。 原始的压电陶瓷材料并 不具有压电性， 必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，就是以 强电场使“电畴”规则排列， 而电畴在极化电场除去后基本保持不变， 留下了很强的剩余极 化。当极化后的铁电体受到外力作用时， 其剩余极化强度将随之发生变化

23、， 从而使一定表面 分别产生正负电荷。6.4答：在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也会随时间发生变化老化，铁电体老化 将使压电效应减弱。设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么？为什么？6.5 引入前置放大器作用： 出。基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性，以使传感器能用于更广泛的领域。在测量电路中，引入前置放大器有什么作用？是放大压电元件的微弱电信号； 二是把高阻抗输入变换为低阻抗输于是物体材料中的电子吸。这种现象称7.1 什么是光电效应？ 答：当用光照射物体时， 物体受到一连串具有能量的光子的轰击， 收光子能量而发生相应的电效应（如电阻率变化、发射电子或产生电动势等） 为光电

24、效应。7.2 光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？当光的频率与答：吸收性损耗：吸收损耗与组成光纤的材料的中子受激和分子共振有关， 分子的振动频率接近或相等时，会发生共振，并大量吸收光能量，引起能量损耗。散射性损耗： 是由于材料密度的微观变化、 成分起伏， 以及在制造过程中产生的结构 上的不均匀性或缺陷引起。 一部分光就会散射到各个方向去， 不能传输到终点， 从而造成散 射性损耗。 辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射磁粒。 弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲 微弯曲：当把光纤组合成光缆时，可能使光纤的轴线产生随机性的微曲。光导纤维为什么能够导光？光导纤维有哪些优

25、点？光纤式传感器中光纤的主要优点有7.3哪些？答：光导纤维工作的基础是光的全内反射， 当射入的光线的入射角大于纤维包层间的临界角 时，就会在光纤的接口上产生全内反射， 并在光纤内部以后的角度反复逐次反射， 直至传递 到另一端面。优点：具有优良的传旋光性能，传导损耗小频带宽，可进行超高速测量，灵敏度和线性度好 能在恶劣的环境下工作，能进行远距离信号的传送 功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导，而且具有测量的功能。它可以利用外 界物理因素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长，从而对外界因素进行测量和数 据传输。7.4论述CCD勺工作原理。答：CCD是一种半导体器件，在 N型或P型硅衬底上生

26、长一层很薄的 SiO2，再在SiO2薄层 上依次序沉积金属电极，这种规则排列的 MOS电容数组再加上两端的输入及输出二极管就构 成了 CCD芯片CCD 可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲 幅度的高低反映该光敏元受光的强弱， 输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置， 这就起到图 像传感器的作用。8.1 热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？ 答：热电阻传感器分为以下几种类型： 铂电阻传感器： 特点是精度高、 稳定性好、 性能可靠。 主要作为标准电阻温度计使用， 也常被用在工业测量中。 此外， 还被广泛地应用于温度的基准、标准的传递，是目前测温复

27、现性最好的一种。 铜电阻传感器：价钱较铂金属便宜。在测温范围比较小的情况下，有很好的稳定性。 温度系数比较大，电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易提纯，价格便宜。不足之处是 测量精度较铂电阻稍低、电阻率小。 铁电阻和镍电阻： 铁和镍两种金属的电阻温度系数较高、 电阻率较大， 故可作成体积 小、灵敏度高的电阻温度计，其缺点是容易氧化，化学稳定性差，不易提纯，复制性差，而 且电阻值与温度的线性关系差。目前应用不多8.2 什么叫热电动势、接触电动势和温差电动势？说明热电偶测温原理及其工作定律的应 用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。答：热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A、B

28、串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下， 那么回路中就会存在热电势。 有电流产生相应的热电势称为温差电 势或塞贝克电势，通称热电势。接触电动势： 接触电势是由两种不同导体的自由电子， 其密度不同而在接触处形成的热电势。它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度，而与导体的形状和尺寸无关。 温差电动势：是在同一根导体中，由于两端温度不同而产生的一种电势。 热电偶测温原理： 热电偶的测温原理基于物理的 " 热电效应 " 。所谓热电效应， 就是当 不同材料的导体组成一个闭合回路时， 若两个结点的温度不同， 那么在回路中将会产生电动 势的现象。引入适当的测量电路测量电动势的

29、大小, 就两点间的温差越大， 产生的电动势就越大。可测得温度的大小。 热电偶三定律： a 中间导体定律：只要中间导体两端的温度相同, 则对热电偶连接导线及显示一起等均可看成中间导体。热电偶测温时， 若在回路中插入中间导体， 回路总的热电势不产生影响。 在用热电偶测温时，b 中间温度定律：任何两种均匀材料组成的热电偶，热端为T,冷端为T时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为Tn时的热电势与同一热电偶热端为 Tn,冷端为T0时热电势的代数和。应用：对热电偶冷端不为 0度时，可用中间温度定律加以修正。热电偶的长度不够时， 可根据中间温度定律选用适当的补偿线路。c 参考电极定律：和 EBC T,T0，那

30、么受相同温度下，如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C （参考电极）组成的热电偶在结点温度为（ T, T0 ）时分别为EAC T,T0又 A、 B 两热电极配对后的热电势为EAB T,T0 EAC T,T0E BC T,T0在实际工作中, 只要获得有关热电极与标准而不实用价值： 可大大简化热电偶的选配工作。铂电极配对的热电势, 那么由这两种热电极配对组成热电偶的热电势便可由上式求得, 需逐个进行测定。 误差因素：参考端温度受周围环境的影响减小误差的措施有：计算修正法（冷端温度修正法） 仪表机械零点调整法 热电偶补偿法电桥补偿法冷端延长线法a 0oC 恒温法试比较电阻温度计与热电偶温度计

31、的异同点 电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温度。b热电偶温度计是根据热电效应原理8.4 答： 设计而成的。前者将温度转换为电阻值的大小，后者将温度转换为电势大小。相同点：都是测温传感器，精度及性能都与传感器材料特性有关。8.5 什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动平衡电桥，各有什么特点？答： 在不平衡电桥中， " 检流计 " 改称为 " 电流计 " ，其作用而不是检查有无电流而是测量电流 的大小。 可见， 不平衡电桥和平衡电桥的测量原理有原则上的 区别。利用电桥除可精确测 量电阻外， 还可测量一些非电学量。 例如，为了测量温度变化，只需用一种

32、 " 热敏组件 " 把它转化为电阻的变化， 然后用电桥测量。 不平衡电桥往往用于测量非电学量，此外还可用于自动控制和远距离联动机构中。8.6试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性，并说明其用途。当电流l>ls答：伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流I与其上电压降 U之间的关系。电流继阻值随电流增加而减小的速度很小时不足以引起自身发热，阻值保持恒定，电压降与电流间符合欧姆定律。当电流 时，随着电流增加，功耗增大，产生自热，阻值随电流增加而减小，电压降增加速度逐渐减 慢，因而出现非线性的正阻区 ab。电流增大到Is时，电压降达到最大值 Um此后， 续增大时，自热更为

33、强烈，由于热敏电阻的电阻温度系数大， 大于电压降增加的速度，于是就出现负阻区be段。研究伏安特性，有助于正确选择热敏电阻的工作状态。对于测温、控温和温度补偿，应工作于伏安特性的线性区，这样就可以忽略自热的影响，使电阻值仅取决于被测温度。对 于利用热敏电阻的耗散原理工作的场合，例如测量风速、流量、真空等，则应工作于伏安特性的负阻区。8.7使用K型热电偶，基准接点为0C、测量接点为 30C和900 C时，温差电动势分别为1.203mV和37.326mV。当基准接点为 30C，测温接点为 900C时的温差电动势为多少？答：现t2=900 C , t1=30 C，基准接点温度为 30C ,测温接点温度

34、为900C时的温差电动势设为E , 则 37.326=1.203+ E，所以 E=36.123mA8.8 0 C时铂金热电阻的阻值为100Q。按下图所示进行温度测量。R1=10(n ,R2=200Q ,R3=300Q 时桥路达到平衡。此时温度为多少？假设铂金电阻的温度系 数为0.003851 C -1，电阻与温度成线性关系，另外导线的电阻可忽略不计。答：电桥平衡的条件为Rt* R2= R1* R3，所以另一方面，t( C )时的电阻阻值表示式为Rt= 100 (1+0.003851*t ) Rt=150所以 t =129.8 C8.9将一灵敏度为0.08mV/C的热电偶与电压表相连接，电压表接

35、线端是50C,若电位计上60mV热电偶的热端温度是什么?读数是 解:5060 mv =800 C 0.08 my"CC时的电阻为100 Q8.10 0换算成温度差是多少?的铂热电阻。300 C时的阻值按下面两种方法计算，其结果之差电阻用温度的一次方程表示, (此时100C时的电阻值为 温度误差为多少？(1)RT=R(1+At+Bt2 )式中 B=0, A=0.003851 C -1 ; B=-0.0000059。138.51 Q)电阻值与温度为二次函数关系。用一次方程近似时，答:RT=100 ( 1+0.003851*t )，以 t=300 C代入，得 RT=215.53Q。RT=R

36、0( 1+At+Bt2 )式中以 t=300 C代入，得 RT=212.05Q。同(2),算得t=310 C时电阻值为215.61 Q,即温度上升10C电阻增加3.56 Q。因此，由(215.53-212.05 ) /0.356=9.8 算得误差为 9.8 C。8.11某热敏电阻0C时电阻为30kQ ,若用来测量100 C物体的温度，其电阻为多少？设热 敏电阻的系数B为3450K。答:式中以 R0=3*104, B=3450, T=373.15 和 T0=273.15 代入得 RT=1.017kQ。10.1什么是智能传感器？答：智能传感器集信息采集，信息的记忆、辨别、存储、处理于一体，是一种将

37、普通传感器 与微处理器一体化，兼有检测和信息处理功能的新型传感器，具有一定的自适应能力。10.2 SMART传感器应有哪些主要功能？有哪些优点？ 答：功能分为：自补偿功能：如非线性、温度误差响应时间等的补偿自诊断功能：如在接通电源时自检微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能，构成一死循环工作系统 信息存储和记忆功能数字量输出和显示优点有：精度高，可通过软件来修正非线性，补偿温度等系统误差，a使精度大为提高。b 有一定的可编程自动化能力。包括指令和数据存储、自动调零、自检等。c 功能广。智能传感器可以有多种形式输出，通过串口、并口、面板数字控制数或 显示，并配打印机保存资料。d功能价格比大。在

38、相同精度条件下，多功能智能传感器比单功能普通传感器性能价还可补偿随机误差,从而CRT格比大。10.3智能传感器的实现途径有哪些？答：三条途径：非集成化实现、集成化实现和混合实现。10.4智能传感器的数据处理包括哪些内容? 答：包括以下内容： 资料收集： 资料转换： 资料分组： 资料组织： 资料计算： 资料存储： 资料搜索：汇集所需要的信息把信息转换成适用于微处理器使用的方式按有关信息进行有效的分组整理资料或用其它方法安排资料，以便进行处理和误差修正 进行各种算术和逻辑运算，以便得到进一步的信息保存原始资料和计算结果，供以后使用按要求提供有用格式的信息，然后将结果按用户要求输出。10.5标度变换

39、有哪些方法?答：线性参数的标度变换，其变换公式为:x Noy0 ym y0N70 非线性参数的标度变换，公式为:x Noy0 ym 多项式变换法10.6 智能传感器是如何对温度进行补偿的？ 答：线性温度特性补偿方法： 温度特性曲线拟合法 温度特性查表法 非线性温度特性补偿方法：一般采用分段线性插值法（列表法）10.7 如何设计智能传感器的硬件？ 答：硬件设计： 正确选择微处理器：常用单片机作为智能传感器的中央处理器。 除了中央处理器 CPU外，还必须引入输入输出的各种功能要求。故它又可看成一个微处理器小系统，广泛采用键盘、LED显示器、打印、串并口输出等，一起构成了人机对话的工具。11.1 传

40、感器静态校准的条件是什么？ 答：条件：没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量）及环境温度一般 为室温（20 ± 5C ）相对湿度 不大于85%大气压力为107Kpa的情况。11.2 如何确定标定仪器设备的精度等级？ 答：对传感器进行标定， 是根据试验资料确定传感器的各项性能指针， 实际上也是确定传感 器的测量精度， 所以在标定传感器时， 所用的测量仪器的精度至少要比被标定传感器的精度 高一个等级。11.3 静态特性标定方法是什么？答：标定方法： 首先是创造一个静态标准条件， 其次是选择与被标定传感器的精度要求相适 应的一定等级的标定用仪器设备。然后开始对传感器进行静态

41、特性标定。13.1 什么是测量原理？测量方法有哪几种？ 答：测量原理是指用什么样的原理去测量被测量。 测量方法： 按测量手段分类：直接测量、间接测量和联立测量 按测量方式分类：偏差式测量、零位式测量和微差式测量。13.2 什么是测量误差？研究测量误差的意义是什么？ 答：测量误差就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。当测量误差超过一定限度时， 测量工作和测量结果就失去意义， 甚至会给工作带来危害。则把13.3 什么是系统误差和随机误差？它们有什么区别和联系？ 答：在一定条件下， 对同一被测量进行多次重复测量，如果误差按照一定的规律变化， 这种误差称为系统误差。由于大量偶然因素的影响而

42、引起的测量误差称为随机误差。区别与联系： 系统误差可通过修正给以消除， 随机误差不可消除但总体上服从一定的统 计规律13.4 什么是标准误差？如何理解其数值大小的含义？ 答：标准误差反映随机误差的分布范围。 其数值越大，测量数据的分散范围也越大，所以标 准误差b可描述测量数据和测量结果的精度，是评价随机误差的重要指标。则把这种13.5什么是系统误差？系统误差产生的原因是什么？如何减小系统误差？ 答：当我们对同一物理量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律性出现,误差称为系统误差。系统误差出现的原因有： 工具误差：指由于测量仪表或仪表组成组件本身不完善所引起的误差。指由于对测量方法研究不够而

43、引起的误差。 是由于对被测量的定义不够明确而形成的误差。是由于测量理论本身不够完善而只能进行近似的测量所引起的误差。 是由于测量仪表工作的环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校验时的标 方法误差： 定义误差： 理论误差： 环境误差： 准状态，而是随时间在变化，从而引起的误差。 安装误差：是由于测量仪表的安装或放置不正确所引起的误差。 个人误差：是指由于测量者本人不良习惯或操作不熟练所引起的误差。减小系统误差的方法： 引入更正值法：若通过对测量仪表的校准，知道了仪表的更正值，则将测量结果的指 示值加上更正值，就可得到被测量的实际值。 替换法：是用可调的标准量具代替被测量接入测量仪表，然后调整标准量

44、具， 使测量仪表的指针与被测量接入时相同，则此时的标准量具的数值即等于被测量。 差值法：是将标准量与被测量相减，然后测量二者的差值。可以改变被测量 正负误差相消法：是当测量仪表内部存在着固定方向的误差因素时， 的极性，作两次测量，然后取二者的平均值以消除固定方向的误差因素。 选择最佳测量方案：是指总误差为最小的测量方案，而多数情况下是指选择合适的函 数形式及在函数形式确定之后，选择合适的测量点。13.7检定一只精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在 50mA处为1.4mA，试问这只 表是否合格？解：检测仪表示值绝对误差5与仪表量程L之比值，称之为仪表示值的引用误差，最大引用误差去掉百

45、分号即为仪表精度。显然此仪表的最大引用误差为：1 4 mA100 %1.4%1%100 mA故不合格13.8被测电压的实际值为10V，现有150V,0.5级和15V,2.5级两只电压表，选择哪一只表误差较小？解：150V 表的最大误差为：150V0.5%0.75V15V表的最大误差为:15V2.5%0.375V故选择15V表误差较小13.9用晶体管毫伏表30V挡，分别测量6V和20V电压，已知该挡的满量程误差为±2%求示值的相对误差。解：毫伏表示值的绝对误差为30V 2% 0.6V测6V电压时示值的相对误差为:100% 10%6V测20V电压时示值的相对误差为: 需 100% 3%1

46、3.10有一测量范围为0至1000kPa的压力计，由制造厂进行校准时，发现±15kPa的绝对误差，试计算：a）该压力计的引用误差；b）在测量压力中读数为 200kPa时，可能产生的示 值相对误差。解：引用误差：可能产生的示值相对误差:20011? 100% 7-5%13.11用MF-30型普通万用表的 DC.5V挡及25V挡分别测量高内阻等效电路（25k Q与5V电压源串联）的输出电压。已知DC.V.挡的电压灵敏度 20k Q /V,精度为2.5级，试计算：a）由于仪表本身精度造成的相对误差；b）由于仪表内阻对被测电路的影响引起的相对误差；C）综合最大相对误差；d）分析误差因素的影响

47、。解：仪表本身精度造成的相对误差：5V档：逬严100% 25%25V 档:100%12.5%5V由于仪表内阻对被测电路的影响引起的相对误差:5V档:5 5型125 100% 20%525V 档:5005 5 525 100%5%5 综合最大相对误差：5V档：2.5%20%22.5%25V 档.12.5%5%17.5% 仪表的精度和仪器的内阻都会在测量时产生系统误差。综合题 一、填空：1. 测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰、稳定性等 。表示在单位磁感应强度单位控制电流时的霍尔电势的大2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是小。3. 光电传感器的理论

48、基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下材料中电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有 光电光电二极管、光电三机关及、光电池。两种导体的接触电势 和单一导体的温差电势 组成的，其表达式管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有 光敏电阻：第三类是利用在光线作用下 使物体内部产生一定方向电动势的 光生伏特效应，这类元件有为 Eab (T, To) = ek(T T0)ln4. 热电偶所产生的热电势是字；0（ A B）dTNB。在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法） 是在连接导线和热电偶 之间,接

49、入延长线，它的作用是 将热电偶的参考 端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。5. 压磁式传感器的工作原理是： 某些铁磁物质在外界机械力作用下， 其内部产生机械压力， 从而引起磁导率的改变，这种现象称为压磁效应。相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下 会产生机械变形，这种现象称为磁致伸缩。6. 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的 敏感元件和产生可用信号输出的 转换元件以及相应的信号调 节转换电路组成。7. 偏差式测量是指测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法；零_半导体_材料。电阻

50、应变效应 材料传感器的灵敏度较位测量是指 测量过程中，用指零仪表的零位指示， 检测测量系统的平衡状态； 在测量系统达 到平衡时用已知的基准量决定被测未知量 的测量方法;微差式测量是指将被测的未知量与已 知的标准量进行比较，并取得差值，然后用偏差法测得此差值的测量方法。8. 电阻应变片式传感器按制造材料可分为_金属_材料和它们在受到外力作用时电阻发生变化，其中的电阻变化主要是由 形成的，而的电阻变化主要是由压阻效应 造成的。相对误差、和引用误 的方法来减小它大。平均9. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为 _绝对误差_ 差 三类，其中 _绝对误差_ 可以通过对多次测量结果求 对测量结果的影

51、响。10. 电位器传感器按特性不同， 可分为线性电位器 和非线性电位器。线性电位器的理想空载 特性曲线具有严格的线性关系。假定电位器全长为 Xmax其总电阻为Rmax它的滑臂间的R max假定加在电位器 A、B之间的电压为Vmax贝«出阻值可以用 Rx=X max来计算。V max 电压为Vx= X max2 （b h）I 2 （b h）。其电阻灵敏度kR= At 。电压灵敏度ku= At11.磁电式传感器是利用 导体和磁场发生相对运动 而在导体两端产生感应电势的。 根据上述 原理人们设计了两种类型的结构： 一种是变磁通式：另一种是恒定磁通式。而结构中又分为动圈式禾口动铁式。12.测

52、量过程中存在着测量误差。绝对误差是指 测量值与被测量真实值之间的差值其表达式为 X L ；相对误差是指绝对误差与被测量真实值的比值 其表达式为X 100%引用误差是指绝对误差与测量仪表的上量限（满度）值A的百分比其表达式为r A100%。13. 如果光栅传感器中两个光栅距相等，即W=0.02mm其夹角0 =0.1 °，则莫尔条纹的宽度B=11.43 mm莫尔条纹的放大倍数 K= 573.2。14. 光栅式传感器的基本工作原理是用光栅的摩尔条纹现象进行测量的。其具有如下几个特性：摩尔条纹运动与光栅具有对应关系 ； 摩尔条纹具有位移放大作用 ；摩尔条纹具 有平均光栅误差作用。15. 测量

53、系统的静态特性指标通常用输入量与输出量的对应关系来表征。二、选择题1.变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（增加减小 不变仪表的精度等级是用仪表的（ 引用误差）来表示的。相对误差 绝对误差 引用误差电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（ 变面积型变极距型变介电常数型电位器传器的（线性），假定电位器全长为 Xmax,其总电阻为Rmax它的滑臂间的阻值Rr=（ 2p （b+h）/At ）。增加）2.3.4.变极距型）外是线性的。可以用Rx =（x/Xmax Rmax）来计算，其中电阻灵敏度 Xmax/x Rmax, x/Xmax Rmax, Xmax/XRmax X/XmaxRmax 2p （b+h）/At, 2