2014检测技术复习参考

《传感器与现代检测技术》复习参考识点问题。该参考仅为各章部分知识点的归纳，作为提纲和自测方便同学们复习，和期末考试内容无关！！请同学们一定结合教知识点第一章概论传感器(狭义):能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件.传感器(广义):是信号检出器件和信号处理部分的总称.按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等.按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等.按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器.按能量传递的方式划分:能量控制型传感器和能量转换型传感器.1)线性度：指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度,又叫非线性误差.2)灵敏度：指传感器的输出量增量与引起输出量增量的输入量的比值.3)迟滞：指传感器在正向行程和反向行程期间,输出-输入曲线不重合的现象.5)分辨率：指传感器在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量.6)稳定性：指传感器在室温条件下,经过相当长的时间间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异.7)漂移：指传感器在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的变化,包括零点漂移和灵敏度漂移等.1)瞬态响应法2)频率响应法第二章常用传感器U=U=Uo4RI0U=UoRI0AAllC==r0(1)基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被(2)电阻应变片结构((3)应变效应电阻应变片满足线性关系：，S即为应变片灵敏系数，或用K表示，(4)测量电路A．直流电桥(电桥形式(单臂、双臂、全桥)、输出电压表达式、电压灵敏度、应变片UU=Uo2RI0S=O=EUR(1+n)2RB．交流电桥(5)温度误差原因及补偿方法(1)结构、原理(2)类型：变极距型：非线性误差大，适用于微小位移量测量变极板面积型：面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。变介质型：用于用来测量电介质的厚度、液位(3)电容式传感器测量电路结构、原理、分类自感式：变气隙式自感传感器(非线性)、变面积式自感传感器(线性)、螺管式自感传测量电路：交流电桥、变压器电桥(1)电涡流效应：基于法拉第电磁感应原理，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间将产生正弦交变磁场H1，被测导体内产生呈涡旋状的交变感应电流I2。特点：非接触连续测量，灵敏度高、频响宽、分辨率高(2)电涡流式传感器基本结构高频反射式电涡流式传感器：电涡流效应+集肤效应多用于位移及与位移相关的厚度、振动等测量(1)压电效应、逆压电效应(2)电路特点：给后续测量电路提出很高的要求由于传感器的内阻及后续测量电路输入电阻Ri非无限大，电路将按指数规律放电，造成测量误差。为了减小误差，Ri越大越好。电荷泄漏使得利用压电传感器测量静态或准静态量非常困难。通常压电传感器适宜作动实际应用中为了增大输出值，压电传感器往往用两个或两个以上的晶体串联或并联：(3)前置放大器的作用：放大信号、阻抗变换(4)电荷放大器的性能稳定，其输出不受电缆分布电容的影响。(5)(1)霍尔效应(2)结构，工作原理，测量电路(3)温度误差及补偿(4)不等位电压产生原因及补偿(1)热电式传感器分类：热电偶、热电阻(2)工作原理(3)热电动势、接触电动势和温差电动势(4)温度测量基本定律(5)冷端补偿(1)光栅传感器(2)编码器原理应用作作业习题精确度、精密度、准确度测量仪表指示值不一致程度的量称为精密度。测量仪表指示值有规律地偏离真值程度的量称为准确度。测量仪表的精确度简称精度，是精密度和准确度的总和，以测量误差的相对值来表示。指传感器能够检测到的最小输入增量3．什么是传感器？(传感器定义)传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？定义：传感器是能够感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。作用：敏感元件感受被测量，转换元件将响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等.按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等.按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器.按能量传递的方式划分:能量控制型传感器和能量转换型传感器.4.解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器;3)信号调理器①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。②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,通常由敏感元。③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。④变送器：能输出标准信号的传感器5.测量仪表指示值不一致程度的量称为精密度。测量仪表指示值有规律地偏离真值程度的量称为准两种？考题1.将被测的非电物理量信号转化为电量信号。2.将采集到的电量信号放大、调理后向上位机传输答：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、获取与检作作业习题所以均可看作传感器。×2.传感器的静态特性曲线表示法一般有方程表示法，曲线表示法，列表表示法三种，但是它们严格3.迟滞误差、非线性误差和重复性误差都会给测量结果带来误差，但它们都可用统计平均的办法减4.传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。√5.某位移传感器的测量量程为1mm，分辨力为0.001mm，这说明传感器的灵敏度很高，其灵敏度为复复习思考1.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？答：传感器的性能参数反映了传感器对电源的要求，输出信号的稳定性等。线性度：传感器的实际输入-输出曲线(校准曲线)与拟合直线之间的吻合(偏离)程度。重复性：传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次测试时，所得特性曲线间一致程度的指标。灵敏度：传感器在稳定工作情况下，输出微小增量与引起此变化的输入变量的比值。阈值：产生可测输出变化量时的最小输入量值稳定性：表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力，又称长期稳定性。漂移:指传感器的被测量不变，而其输出量却发生了改变。答：传感器的动态特性是指输入量随时间变化时输出和输入之间的关系。作业习作业习题1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处，半导体应变片比金属应变片在性能上有哪些优缺点。答：电阻应变效应：导体在收到外界拉力或压力的作用时会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值变化的现象称为电阻应变效应。压阻效应：是指当半导体受到某一轴向上的外应力作用时，会引起半导体能带变化，使载流子迁移率的发生变化，进而造成电阻率发生变化的现象。横向效应：将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为应变传感器的横向效应。相同点：都引起两个方面的变化;材料几何尺寸变化(1+2µ)材料电阻率的变化属应变片在性能上有哪些优缺点。优点：灵敏度高，体积小，耗电少，动态响应好，精度高，测量范围宽，有正负两种符号的应力效缺点：受温度影响较大。2.2.说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？4.在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？答：直流电桥的优点是电源稳定，电路简单，仍是目前的主要测量电路，但由于直流放大器容易产生零漂和工频干扰等缺点，在某些情况下会采用交流放大器。,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；(1).全桥电路如右图所示(1).全桥电路如右图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时： (3)6.有一测量吊车起吊物质量的拉力传感器如图(a)所示。电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等轴截面mENm为0.3，R1、R2、7.半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片介入电桥时，应放在邻边。8.8.桥路(差动电桥)测量存在非线性误差，是因为应变片应变效应是非线性的和零点偏移共答：①金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。②其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。2．什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理3．什么叫横向效应？应变片敏感栅的结构型式与横向效应有和关系？4．试述应变片温度误差的概念、原因和补偿方法。5．拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路。试问，(1)四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？(2)画出相应的电桥电路图。1．在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应变片组作业习作业习题1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。2.说明差动变压器(螺线管式)传感器的结构形式与输出特性。4.用差动变压器进行位移测量时采用那种电路形式可以直接由输出电压区别位移的大小和方向？5.什么是电涡流效应？电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？分别利用哪些物理量进行检7.将非电量的变化转换成线圈______(或______)变化，这种测量装置叫做电感式传感器。该传感器按转换原理不同可分为_______式或_______式两大类。②.电感式传感器和涡流式传感器都是通过电感量的变化检测信号的，所以它们结构和工作原理没有任何不同。×③.自感式电感传感器改变空气隙等效截面积类型变换器转换关系为非线形的，改变空气隙长度类型的为线形的。×√10.什么叫电涡流效应？什么叫线圈——导体系统？特性式什么？它是基于何种模型得到的？2.分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？题2．简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能的应用场合。作业习作业习题1.电容传感器有哪些类型？2.叙述电容传感器的工作原理，输出特性。5.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。6.电容传感器有哪三种类型，试从输入输出关系的角度说明各自的特点，对于非线性类型采用什么7.对变间隙的电容式传感器而言即使采用差动结构也不能完全消除非线性误差吗？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？2.如果电容传感器的电缆丢失了，更换另一根电缆后，可以不必对测量系统重新进行标定，也可直考题1.为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？2．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。作业习作业习题可以检测哪些非电量？4.集成霍尔器件有哪几种类型？试画出其输出特性曲线。5.磁敏元件有哪些？(磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管)什么是磁阻效应？简述磁敏二极管、晶7.简述霍尔传感器测量磁场的原理。不等位电势和温度补偿的简单概念及处理方法？作业习作业习题1.判断题：1)沿机械轴(Y-Y)方向施加作用力时，产生的电荷量与压电晶片的几何尺寸有关。√2)压电式传感器如果使用电荷放大器作为前置放大器，在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长3)电荷放大器是将传感器输出的电荷进行放大的前置放大器，由于它可以使用较长的电缆，因而4)石英晶体和压电陶瓷均呈压电现象，压电机理也一样，但后者的压电常数要大的多。×5)在压电式传感器的测量线路中，电荷放大器的低频特性要比电压放大器的好的多。6)压电晶体有三个互相垂直的轴，分别为X轴(电轴)、Y轴(力轴)、Z轴(光轴)，当沿某一轴的方向施加外作用力时，会在另外两个轴的表面出现电荷。×2.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点4.说明电压放大器与电荷放大器的优缺点，各自要解决什么问题？.石英晶体的压电效应有何特点？已知石英晶体压电片上的极性如图(a)所示，试标出图(b)、(c)、 (d)所示的石英晶体压电片上电荷的极性，并结合图说明什么叫纵向压电效应？什么叫横向压电xFxxxxFxxyy++++yy−−−−Fx(bFx(b)x方向受拉力(a)x方向受压力yFyxxyFyyFy(c)y方向受压力x(d)y方向受拉力yFy①根据压电材料的等效模型推导电荷放大器输出电压与电荷的关系；②说明电荷放大器有何特点。作业习作业习题a)热电偶使用时，常配用冷端延长线，延长线可以采用任何一种金属材料制造。bN依次将正、负极连接，则串联线路的相对误差会减少。c)两种金属相接触时会产生接触电势，两种半导体也会产生接触