传感器与测试技术论述题.doc

传感器与测试技术作业论述题论述题一1、电阻应变片：电阻应变片也称电阻应变计,简称应变片或应变计，是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。它是由直径为0.020.05mm的康铜丝或者镍铬丝绕成栅状（或用很薄的金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘薄片（基底）中制成，用镀锡铜线与应变片丝栅连接作为应变片引线，用来连接测量导线。2、传感器的定义：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。3、电容式传感器：把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。4、电感传感器：将被测量变化转换成电感量变化的传感器。电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。5、磁栅式传感器：磁栅式传感器是利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传感器。它是一种新型的数字式传感器，成本较低且便于安装和使用。当需要时，可将原来的磁信号（磁栅）抹去，重新录制。6、压电式传感器：将被测量变化转换成由于材料受机械力产生的静电电荷或电压变化的传感器。7、码盘式传感器：码盘式传感器又称为角数字编码器，是一种旋转式位置传感器。电池供电电磁流量计中的码盘式传感器是建立在编码器的基础之上，它不需要基准数据，更不需要计数系统，在任意位置都可给出与位置相对应的固定数字码输出，是测量轴角位置和位移的方法之一。码盘式传感器的特点：具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；抗干扰能力强，稳定性好；信号易于处理、传送和自动控制；便于动态及多路侧量，读数直观；安装方便，维护简单，工作可靠性高。 8、莫尔条纹：是18世纪法国研究人员莫尔先生首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。9、超声波的波型种类及各种波型的物理意义：超声波在介质中传播可以有不同形式，它取决于介质可以承受何种作用力以及如何对介质激发超声波。通常有如下三种：1.纵波波型：当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。2.横波波型：当介质中质点的振动方向与超声波垂直时，此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外，还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。3.表面波波型：是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成，振动质点的轨迹为一椭圆，在距表面1/4波长深处振幅最强，随着深度的增加很快率减，实际上离表面一个波长以上的地方，质点振动的振幅已经很微弱了。10、超声波探伤：利用超声波探测材料内部缺陷的无损检验法。超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。论述题二1. 简述霍尔电动势产生的原理。2. 简述热电偶的工作原理。3. 以石英晶体为例简术压电效应产生的原理。4. 简述电阻应变片式传感器的工作原理。1.简述霍尔电动式产生的原理。答：当施加的外磁场垂直于半导体中流过的电流时，会在半导体垂直于磁场和电流的方向上产生霍尔电动势。2.简述热电偶的工作原理。答：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。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。3.以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。答：石英晶体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，如对石英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。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。4.简述电阻应变片式传感器的工作原理。答:电阻式应变传感器作为测力的主要传感器，测力范围小到肌肉纤维，大到登月火箭，精确度可到 0.010.1%。有拉压式（柱、筒、环元件）、弯曲式、剪切式。 应变式传感器特征：不同材料类型；金属应变片、半导体应变片应用范围；应变力、压力、转矩、位移、加速度；主要优点；使用简单、精度高、范围大、体积小。论述题三1.什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？2.简述霍尔电动势产生的原理。3.分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的特性是指传感器所特有性质的总称。而传感器的输入输出特性是其基本特性，一般把传感器作为二端网络研究时，输入输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。由于输入量的状态（静态、动态）不同分静态特性和动态特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入-输出特性。动态特性指当输入量随时间变化时传感器的输入-输出特性。可以从时域和频域来研究动态特性2、简述霍尔电势产生的原理。答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。3、分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。答：在外界温度变化的条件下，由于敏感栅温度系数 t及栅丝与试件膨胀系数（与S）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。论述题四1、寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。答：寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。解：电容式传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。若考虑电容传感器在高温、高湿及高频激励的条件下工作而不可忽视其附加损耗和电效应影响时，其等效电路如图4-8所示。图中L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；C0为传感器本身的电容；Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容，克服其影响，是提高电容传感器实用性能的关键之一；Rg为低频损耗并联电阻，它包含极板间漏电和介质损耗；Rs为高湿、高温、高频激励工作时的串联损耗电组，它包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻。此时电容传感器的等效灵敏度为 当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随变化而变化。在这种情况下，每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。2、 在生产过程中测量金属板的厚度，非金属板材的镀层厚度时常用涡流传感器。试简要叙述说明利用涡流传感器测量金属板厚度的工作原理及实现工艺。、光纤传感器的工作原理。、简述电阻应变片式传感器的工作原理。答：电阻应变片式的感知原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。、 什么是传感器静态特性？答：传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入输出特性。、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：1.系统误差是指在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。它往往是由不可避免的因素造成的。2. 系统误差产生的原因是：工具误差：指由于测量仪表活仪表组成组件本身不完善所引起的误差；方法误差：指由于对测量方法研究不够而引起的误差；定义误差：是由于被测量的定义不够明确而形成的误差；、理论误差：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；环境误差：是由于测量仪表的工作环境（温度、气压、湿度等）不是仪表校验时的标准状态，而是随时间变化，从而引起的误差；安装误差：是由于测量仪表的安装活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活操作不熟练所引起的误差。3、 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，知道了也不的更正值，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； 正负误差相消法：是当车辆仪表内部存在着固定方向的误差因素时，可以改变被测量的极性，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，选择合适的材料点。3.系统误差的减小和消除方法是：1）、从产生误差的根源上消除系统误差；2）、用校正方法来消除系统误差；3）、用空白实验来消除系统误差；4）、采用对照试验消除系统误差；5）、不变系统误差消除方法；6）、变化系统误差的消除法。、 什么是传感器的可靠性？可靠性设计程序和原则是什么？答：传感器的可靠性是指传感器在规定条件、规定时间，完成规定功能的能力。 可靠性设计原则是： 建立系统可靠性模型； 可靠性分配； 可靠性分析； 可靠性预测； 可靠性设计评审；试制品的可靠性试验；最终的改进设计。 可靠性设计原则是： 尽量简单、组件少、结构简单； 工艺简单； 使用简单； 维修简单； 技术上成熟； 选用合乎标准的原材料和组件； 采用保守的设计方案。、 传感器的定义和组成框图.画出自动控制系统原理框图并指明传感器在系统中的位置和作用。答：传感器是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，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器处于研究对象与处理系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的差的窗口，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。组成框图：自动控制系统原理图框图： 被测量 敏感元件 传感元件 信号调节转换电路 辅助电源 传感器的作用：感受被测量并转换成可用输出信号传送给控制对象。 扰动给定 + 传感器 对 象 - 反馈装置、 从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。、直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。 可采用直流电桥：P149-153；交流电桥：P235-236。答：寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。解：电容式传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。若考虑电容传感器在高温、高湿及高频激励的条件下工作而不可忽视其附加损耗和电效应影响时，其等效电路如图4-8所示。图中L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；C0为传感器本身的电容；Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容，克服其影响，是提高电容传感器实用性能的关键之一；Rg为低频损耗并联电阻，它包含极板间漏电和介质损耗；Rs为高湿、高温、高频激励工作时的串联损耗电组，它包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻。此时电容传感器的等效灵敏度为 当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随变化而变化。在这种情况下，每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。5、 什么是传感器静态特性。答：传感器的静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入输出特性。10.直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？答：根据电源不同分为直流和交流电桥。直流电桥优点：高稳定度直流电源容易获得，电桥平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线分布参数影响小。但是后续要采用直流放大器，容易产生零点漂移，线路也较复杂。交流电桥在这些方面都有改进。直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4 ，R1R4=R2R3。