《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)》復(fù)習(xí)思考題

1、復(fù)習(xí)思考題一、填空題1、按能量角度分析，典型的傳感器構(gòu)成方法有三種，即 、 以及 ，前兩者屬于能量 ，后者是能量 。2、將溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)大小的熱電式傳感器是 傳感器，而將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻大小的熱電式傳感器是 （金屬材料）或 （半導(dǎo)體材料）。3、電感式傳感器也稱為 傳感器，它是利用 原理將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成線圈 和 的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，從而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。4、容柵傳感器實(shí)際上是多個(gè) 式 型電容傳感器的并聯(lián)，它具有 效應(yīng)，測(cè)量精度很高。5、熱電偶傳感器的工作基礎(chǔ)是 ，其產(chǎn)生的熱電勢(shì)包括 電勢(shì)和 電勢(shì)兩部分。熱電偶的 定律是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)睦碚摶A(chǔ)；

2、 定律為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)；根據(jù) 定律，可允許采用任意的焊接方式來(lái)焊接熱電偶。6、用于制作壓電傳感器的常用壓電材料是 和 。7、基于外光電效應(yīng)的器件有 和 ；基于內(nèi)光電效應(yīng)的器件有 、 、 和 等。二、選擇題: 1. 被測(cè)信號(hào)x(t)的最高頻率為fm時(shí)，采樣頻率fc至少為_(kāi),才能恢復(fù)原始波形，否則，會(huì)引起信號(hào)失真。 A 0.5fm B fm C 2fm2. 某傳感器的精度為2%FS，滿量程輸出為100mV，可能最大的誤差為_(kāi)Mv。 A 2 mV B 1 mV C 4 mV D 6 mV3. 傳感器在正、反行程中輸入輸出曲線不重合稱為_(kāi)。 A 非線性誤差 B 遲滯 C 重復(fù)性 4. 一彈性

3、式壓力傳感器在加壓過(guò)程和減壓過(guò)程中，輸入值相同，但傳感器的輸出卻不一致，這種現(xiàn)象稱為_(kāi)。A 彈性元件的非線性 B 彈性后效 C 彈性滯后 D 彈性元件的不穩(wěn)定 5. 傳感器的輸出分辨率_輸入分辨率。 A 大于 B 等于 C 小于 D 不相關(guān)6. 傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量為_(kāi)。 A 零點(diǎn)殘余 B 遲滯 C 誤差 D 分辨力7. 金屬應(yīng)變片利用了金屬材料的_。A 電阻應(yīng)變效應(yīng) B 壓阻效應(yīng) C 壓電效應(yīng)8. 半導(dǎo)體應(yīng)變片利用了金屬材料的_。A 電阻應(yīng)變效應(yīng) B 壓阻效應(yīng) C 壓電效應(yīng)9. 應(yīng)變式傳感器是一種_的測(cè)量裝置。A 只能測(cè)量應(yīng)變 B 只能測(cè)量電阻的相對(duì)變化 C 可以測(cè)量能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變的被

4、測(cè)量 D 可以測(cè)量所有的被測(cè)量10. 采用箔式應(yīng)變片是為了減小傳感器的_。A 原始阻值 B 最大工作電流 C 橫向效應(yīng)11. 直流電橋的平衡條件可以概括為_(kāi)。A 對(duì)臂阻抗之積相等 B相鄰臂阻抗之和相等 C 相鄰臂阻抗之積相等 D對(duì)臂阻抗之和相等12. 電阻應(yīng)變片測(cè)量時(shí)采用補(bǔ)償片作溫度補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償片的要求是_。A 與工作應(yīng)變片處在相同的應(yīng)變狀態(tài)下B 應(yīng)該遠(yuǎn)離工作應(yīng)變片C 與工作應(yīng)變片處在相同環(huán)境溫度下13. 應(yīng)變片采用半橋差動(dòng)測(cè)量線路時(shí)，電源電壓為Usr，其輸出電壓Usc為_(kāi)。A Usc=Usr B Usc=Usr*R/(2*R) C Usc=Usr*R/(4*R)D Usc=Usr*R/R14

5、.若差動(dòng)電感傳感器磁芯位移與輸出電壓有效值關(guān)系曲線在零點(diǎn)總有一個(gè)最小輸出電壓，稱為_(kāi)。A 零點(diǎn)殘余電壓 B 參考電壓 C 測(cè)量信號(hào)電壓15. 常見(jiàn)的數(shù)顯游標(biāo)卡尺用_作為基準(zhǔn)器件。A 感應(yīng)同步器 B 光柵尺 C 容柵尺 1. 位置敏感器件的縮寫(xiě)為_(kāi)。 A. PSD B. CCD C. PZT D. PMN3. 熱電偶工作時(shí)與下述何種效應(yīng)有關(guān)? A. Seebeck效應(yīng) B. Peltier效應(yīng) C. Thomson效應(yīng)4. 熱電阻溫度計(jì)采用三線制或四線制引線是為了? A. 在測(cè)量時(shí)提高靈敏度 B. 在測(cè)量時(shí)消除引線電阻的影響 C. 消除接觸電動(dòng)勢(shì)的影響5. 霍耳傳感器的輸出與沿_方向的距離成反比

6、。 A. 磁場(chǎng) B. 電流 C. 電壓6. 熱電偶溫度計(jì)采用冷端補(bǔ)償?shù)哪康氖菫榱薩 。 A. 節(jié)省熱電偶的長(zhǎng)度 B. 避免使用補(bǔ)償導(dǎo)線 C. 可以直接使用分度表7. 補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是為了_。 A. 補(bǔ)償冷端不在0的影響 B. 將冷端延伸至遠(yuǎn)離熱源且溫度恒定的地方 C. 節(jié)約熱電偶材料8. 校準(zhǔn)熱電阻溫度計(jì)時(shí)，采用交流電是為了_。 A. 在測(cè)量時(shí)提高靈敏度 B. 在測(cè)量時(shí)消除引線電阻的影響 C. 消除接觸電動(dòng)勢(shì)的影響12. 光電倍增管的工作原理是_。 A. 熱電效應(yīng) B. 外光電效應(yīng) C. 內(nèi)光電效應(yīng)13. 電機(jī)軸上安裝一個(gè)10個(gè)齒的調(diào)制盤，當(dāng)電機(jī)以30的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電二極管的輸出信號(hào)頻率是

7、_。 A 300Hz B 180 Hz C 450 Hz D 150 Hz14. 電機(jī)軸上安裝一個(gè)60個(gè)齒的調(diào)制盤，當(dāng)電機(jī)以15的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電二極管的輸出信號(hào)頻率是_。 A 900Hz B 60 Hz C 450 Hz D 15 Hz15. 裂相光柵四個(gè)部分的透射光的相位依次相差_。A B 2 C 0.5 D 0.25三、簡(jiǎn)述題1、 簡(jiǎn)述非線性誤差的定義。2、 舉例說(shuō)明結(jié)構(gòu)型傳感器與物性型傳感器的區(qū)別。3、 簡(jiǎn)述壓電陶瓷的壓電機(jī)理。4、 簡(jiǎn)述應(yīng)變計(jì)橫向效應(yīng)的產(chǎn)生原因、橫向效應(yīng)系數(shù)的定義及減小橫向效應(yīng)的方法。5、 給出熱電偶傳感器冷端電橋補(bǔ)償法的結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明其原理。四、如圖所示的純彎試件，

8、如何利用全橋測(cè)量提高靈敏度并實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，畫(huà)出布片圖和電橋連接圖，推導(dǎo)輸出公式。（本題8分） F 五、壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，假設(shè)重塊組件的質(zhì)量為m，壓電元件的壓電系數(shù)為d，傳感器殼體內(nèi)的等效阻尼系數(shù)為c。（本題10分）要求：（1）分別給出輸出電荷q及輸出電壓U與加速度a之間的關(guān)系；（2）畫(huà)出此加速度傳感器的等效模型；（3）推導(dǎo)傳感器的微分方程，并說(shuō)明它是幾階環(huán)節(jié)的傳感器。六、 熱電阻傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器，當(dāng)熱水器內(nèi)的水溫低于90時(shí)，控制熱水器的電源接通，給水加熱，同時(shí)紅色指示燈亮，表示正在給水加熱；當(dāng)熱水器內(nèi)的水溫達(dá)到95時(shí)，控制電路自動(dòng)切斷熱水器的電源，停止給水加熱，處于保溫狀

9、態(tài)，此時(shí)綠色指示燈亮，表示可飲用。（本題10分）實(shí)驗(yàn)儀器及材料：熱電阻傳感器；XMT-122數(shù)字指示調(diào)節(jié)儀；電爐及水壺；穩(wěn)壓電源（DH1718-4）；繼電器（控制電壓為DC5V）；電源線及導(dǎo)線。說(shuō)明：（1）XMT-122數(shù)字指示調(diào)節(jié)儀的前面板如圖，“H”鍵和“L”鍵分別用于調(diào)節(jié)“上限溫度”和“下限溫度”。（2）XMT-122數(shù)字指示調(diào)節(jié)儀的后面板中，A、B、C端子接熱電阻傳感器的輸出，電源采用220V（50Hz）的交流電。上（下）限電接點(diǎn)1、2、3的狀態(tài)說(shuō)明： 當(dāng)熱電阻實(shí)測(cè)溫度低于“上（下）限溫度”時(shí)，上（下）限電接點(diǎn)端子1、2開(kāi)路，處于“斷”狀態(tài)，而端子1、3短路，處于“通”狀態(tài)。 當(dāng)熱電阻

10、實(shí)測(cè)溫度高于“上（下）限溫度”時(shí)，上（下）限電接點(diǎn)端子1、2短路，處于“通”狀態(tài)，而端子1、3開(kāi)路，處于“斷”狀態(tài)。要求：（1）畫(huà)出系統(tǒng)電路連接圖，并說(shuō)明其工作原理。（2）給出熱電阻三線制測(cè)量電路及工作原理，說(shuō)明它是如何減小引線電阻對(duì)測(cè)量的影響的？1-1. 衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)，說(shuō)明含義。1-2. .計(jì)算傳感器線性度的方法，差別。1-3. 什么是傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？為什么要分靜和動(dòng)？1-4. 分析改善傳感器性能的技術(shù)途徑和措施。2-1.金屬應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體工作機(jī)理的異同？比較應(yīng)變計(jì)各種靈敏系數(shù)概念的不同意義？2-4.試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。2-9.四臂

11、平衡差動(dòng)電橋，說(shuō)明為什么采用？3-1.比較差動(dòng)式自感傳感器和差動(dòng)變壓器在結(jié)構(gòu)上及工作原理上的異同？3-4. 變間隙式、變截面式和螺旋式三種電感式傳感器各適用于什么場(chǎng)合？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3-5. 螺管式電感傳感器做成細(xì)長(zhǎng)形有什么好處？欲擴(kuò)大其線性范圍可以采用哪些措施？3-6. 差動(dòng)式電感傳感器為什么常采用相敏檢波電路？分析原理。3-7. 電感傳感器產(chǎn)生殘余電壓的原因和減小殘余電壓的措施。3-12. 電渦流式傳感器的原理及應(yīng)用。3-14. 比較定頻調(diào)幅式、變頻調(diào)幅式和調(diào)頻式三種測(cè)量電路的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出它們的應(yīng)用場(chǎng)合。4-1. 電容式傳感器可分為哪幾類？各自的主要用途是什么？4-2. 變極距型電容傳

12、感器產(chǎn)生非線性誤差的原因及如何減?。?-3. 為什么電容式傳感器的絕緣、屏蔽和電纜問(wèn)題特別重要？如何解決？5-12. 什么是霍爾效應(yīng)？可進(jìn)行哪些參量的測(cè)量？6-1. 什么是壓電效應(yīng)？正壓電與逆壓電？壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些？比較三類壓電材料的應(yīng)用特點(diǎn)。6-6. 原理上，壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，但實(shí)用中，壓電式傳感器可能用來(lái)測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)量，為什么？7-1. 熱電式傳感器分類。各自特點(diǎn)。7-2. 常用的熱電阻，適用范圍。7-4. 利用熱電偶測(cè)溫必須具備哪兩個(gè)條件？7-5. 什么是中間導(dǎo)體定律和連接導(dǎo)體定律？它們?cè)诶脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)有什么實(shí)際意義？7-6. 什么是中間溫度定律？有什么實(shí)際意義？

13、8-2. 什么是外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)？一、填空題1、傳感器的輸入輸出特性指標(biāo)可分為 和動(dòng)態(tài)指標(biāo)兩大類，線性度和靈敏度是傳感器的 指標(biāo)，而頻率響應(yīng)特性是傳感器的 指標(biāo)。2、導(dǎo)電絲材的截面尺寸發(fā)生變化后其電阻會(huì)發(fā)生變化， 用這一原理可制成的傳感器稱為 式傳感器，利用有料具有磁致伸縮效應(yīng)可制成的 傳感器也可用以測(cè)量力，而壓電式傳感器則利用了一些具有離子型晶體電介質(zhì)的 效應(yīng)，它敏感的最基本的物理量也是力。3、熱電式傳感器中，能將溫度變化轉(zhuǎn)換為 變化的一類稱為熱電阻，而能將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的稱為 ，其中 式傳感器在應(yīng)用時(shí)需要做溫度補(bǔ)償(冷端補(bǔ)償)。4、旋轉(zhuǎn)式編碼器用以測(cè)量轉(zhuǎn)軸的角位移，

14、其中 在任意位置都有固定的數(shù)字編碼與位置對(duì)應(yīng)，線數(shù)為360線的增量式編碼器分辨力為 （角）度。5、光電效應(yīng)分為 和 兩大類。1傳感器可分為物性型和結(jié)構(gòu)型傳感器，熱電阻是_型傳感器， 電容式加速度傳感器是_型傳感器。 2熱電式傳感器中，能將溫度變化轉(zhuǎn)換為_(kāi)變化的一類稱為熱電阻。有一種熱電阻的型號(hào)為Pt100，它在0時(shí)的電阻值為_(kāi)，利用不同種材料的接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的一類熱電式傳感器稱為_(kāi)。3旋轉(zhuǎn)式編碼器可分為_(kāi)和_編碼器，用以測(cè)量轉(zhuǎn)軸的角位移，其中_在任意位置都有固定的數(shù)字編碼與位置對(duì)應(yīng)，所以這種編碼器能直接反映轉(zhuǎn)軸位置；用一個(gè)線數(shù)為200線的編碼器分辨力為_(kāi)（角）度。4目前

15、壓電式傳感器的常用的材料有_、_和高分子電致伸縮材料等三類。壓電材料的_效應(yīng)還可以用來(lái)產(chǎn)生超聲波。5在電感式傳感器中，線圈之間的沒(méi)有耦合的是_式傳感器，被測(cè)對(duì)象也是磁路一部分的是_傳感器。6電容式傳感器按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為變極距型、_型和變面積型等三種。電容式傳感器存在_效應(yīng)，會(huì)造成測(cè)量誤差，常用保護(hù)環(huán)來(lái)消除，保護(hù)環(huán)是電容式傳感器特有的結(jié)構(gòu)。7傳感器的輸入輸出特性指標(biāo)可分為_(kāi)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)兩大類，線性度和靈敏度是傳感器的_指標(biāo)。8光敏電阻的原理是基于_（填內(nèi)、外）光電效應(yīng)的。二、簡(jiǎn)答題： 1. 簡(jiǎn)要說(shuō)明電容式傳感器的原理。2. 簡(jiǎn)要說(shuō)明光柵尺的原理。3. 什么是外光電效應(yīng)？什么是內(nèi)光電效應(yīng)？1什么是傳

16、感器？以加速度傳感為例，畫(huà)圖說(shuō)明傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件的定義和作用。2簡(jiǎn)述莫爾條紋在光柵中的應(yīng)用原理。3試說(shuō)明壓電式傳感器中，壓電片并聯(lián)和串聯(lián)后對(duì)測(cè)量的影響。4設(shè)三種制造熱電偶的材料A、B、C，兩兩配對(duì)后的熱電熱分別為：EAB（T，T0）、EBC（T，T0）、EAC（T，T0）。試證明：EAB（T，T0）EAC（T，T0）EBC（T，T0）。并說(shuō)明這一公式的實(shí)踐意義。三、綜合分析題：1、圖為用電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量金屬材料的彎曲變形的原理圖，簡(jiǎn)支梁在力F的作用下發(fā)性彎曲，在梁的上下表面各貼一片應(yīng)變片，試說(shuō)明這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的其原理。要求：1畫(huà)出測(cè)試電路的原理圖，并給出計(jì)算公式（10分）FR1R2

17、 2圖中用兩個(gè)應(yīng)變片有什么好處？ （10分）分析：這是一個(gè)用應(yīng)變計(jì)測(cè)量金屬梁變形的一個(gè)示意圖，上下兩個(gè)應(yīng)變片都應(yīng)當(dāng)按圖示方向粘貼，并按圖中的方法組橋，其輸出為：。這種布局方式構(gòu)成了差動(dòng)式測(cè)量，可以有效地降低非線性誤差、消除溫度誤差，還能提高測(cè)量的靈敏度。答題要求：1。寫(xiě)出輸出公式，（5分、圖5分） 2說(shuō)出差動(dòng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)（4分）給出相應(yīng)的說(shuō)明或證明（各2分） 2. 在圖示的機(jī)械系統(tǒng)中，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)減速器減速后驅(qū)動(dòng)絲桿螺母構(gòu)成一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，已知電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，減速器減速比為100，絲桿的導(dǎo)程為12mm，今欲測(cè)量螺母的位移，并要求測(cè)量精度為1mm，暫時(shí)不考慮機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)誤差，請(qǐng)選擇傳

18、感器并設(shè)計(jì)測(cè)量方案。 （15分）答題要求：本題可有多種答案，合理的答案均可給分?？梢赃x用直接測(cè)量直線位移的傳感器如光柵等，也可以選用編碼器測(cè)量絲桿軸等。（5分）但要求說(shuō)明傳感器的原理（5分），畫(huà)出結(jié)構(gòu)安裝示意圖（5分）較好的答案如下：螺母每走1mm對(duì)應(yīng)絲桿的轉(zhuǎn)角為：1÷12×360=30度，相對(duì)應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)角為：30×100=3000度，可見(jiàn)，只要精確電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)就足以按要求測(cè)量出螺母的位移。可使用接近式傳感器，安裝方法如圖：在電機(jī)軸上裝一個(gè)圓盤，盤四周裝一個(gè)突出盤表需的元件，無(wú)件的個(gè)數(shù)可以只有一個(gè)，也可以有多個(gè)，根據(jù)選用傳感器類型元件的材料有一定要求，如選用霍爾式

19、傳感器就要求是磁性體，電感式或渦流式就要求鐵磁性物質(zhì)，電容式要求元件材料相對(duì)介電常盡量大。設(shè)元件的個(gè)數(shù)為N，則測(cè)量的分辨力為： 。圓盤上突起元件的安裝精度及傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性有關(guān)，如果誤差為5度，測(cè)量誤差為：5÷100÷360×12=0。0017mm。1a試列出三種能測(cè)量直線位移的傳感器，并詳述其原理。1b試列出三種能對(duì)流水線上的工件進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，并說(shuō)明各自的應(yīng)用范圍。2 以任意一種傳感器為例，說(shuō)明差動(dòng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。答：差動(dòng)傳感器的三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度提高一倍，非線性誤差降低一級(jí)，補(bǔ)償溫度誤差。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：畫(huà)圖正確（3分），每一種優(yōu)點(diǎn)的說(shuō)4分，其中：說(shuō)出優(yōu)點(diǎn)2分，

20、證明或能說(shuō)明優(yōu)點(diǎn)的道理2分1.何謂結(jié)構(gòu)型傳感器?何謂物性型傳感器?試述兩者的應(yīng)用特點(diǎn)。答：結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場(chǎng)的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場(chǎng)的電磁定律等。物理學(xué)中的定律一般是以方程式給出的。對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，這些方程式也就是許多傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。這類傳感器的特點(diǎn)是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。物理型傳感器是利用物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物理型傳感器的性能隨材料的不同而

21、異。例如，光電管就是物理型傳感器，它利用了物質(zhì)法則中的外光電效應(yīng)。顯然，其特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關(guān)系。又如，所有半導(dǎo)體傳感器，以及所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金等特性能變化的傳感器，都屬于物理型傳感器。2圖1所示為一種膜合式壓力傳感器。試用這個(gè)例子說(shuō)明傳感器的組成原理。答：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路組成，它是一種典型的結(jié)構(gòu)型傳感器。敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。圖1中，膜盒2的下半部分與殼體1固接，上半部分通過(guò)連桿與磁芯4相連，磁芯4置于兩個(gè)電感線圈3中，后者接入轉(zhuǎn)換電路5。這里的膜盒就是敏感元件，其外部與

22、大氣壓力相通，內(nèi)部感受被測(cè)壓力。當(dāng)變化時(shí)，引起膜盒上半部分移動(dòng)，即輸出相應(yīng)的位移量。圖1 氣體壓力傳感器轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。在圖0-2中，轉(zhuǎn)換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器只完成被測(cè)參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測(cè)控電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測(cè)值或進(jìn)行過(guò)程控制。1傳感器的靜態(tài)特性主要有那些？說(shuō)明什么是線性度？答：傳感器的特性主要是指?jìng)鞲衅鞯妮斎耄ū粶y(cè)量）與輸出（電量）的關(guān)系。靜態(tài)特性表示傳感器在被測(cè)量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)

23、時(shí)的輸入輸出關(guān)系。也即當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時(shí)，這一關(guān)系就稱為靜態(tài)特性。傳感器的靜態(tài)特性主要有：線性度、遲滯性、靈敏度、穩(wěn)定性、重復(fù)性、閾值等。傳感器的靜特性曲線可實(shí)際測(cè)試獲得，用下列多項(xiàng)式程表示為：式中y為輸出量、x為輸入量、 為零點(diǎn)輸出、為理論靈敏度、為非線性項(xiàng)系數(shù)。在獲得特性趨向之后，可以說(shuō)問(wèn)題已經(jīng)得到解決。但是為了標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理的方便，希望得到線性關(guān)系。這時(shí)可采用各種方法，其中也包括硬件或軟件補(bǔ)償，進(jìn)行顯性化處理。一般來(lái)說(shuō)，這些辦法都比較復(fù)雜。所以在非線性誤差不太大的情況下，總是采用直線擬合的方法來(lái)線性化。 在采用直線擬合線性化時(shí)，輸出輸入的校正曲線之間的最大偏差，就稱為非線性誤差

24、，也就是線性度：%由此可見(jiàn)，非線性偏差的大小是以一定的擬合直線為基準(zhǔn)直線而得來(lái)的。擬合直線不同，非線性誤差也不同。所以，選擇擬合直線的主要出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)是獲得最小的非線性誤差。另外，還應(yīng)考慮使用是否方便，計(jì)算是否簡(jiǎn)便。2什么是傳感器的靜態(tài)誤差？傳感器的靜態(tài)誤差是如何評(píng)定的？答：靜態(tài)誤差是指?jìng)鞲衅髟谄淙砍虄?nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其理論值的偏離程度。靜態(tài)誤差的求取方法如下：把全部輸出數(shù)據(jù)與擬合直線上對(duì)應(yīng)值的殘差，看成是隨即分布，求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差，即式中 各測(cè)試點(diǎn)的殘差；n測(cè)試點(diǎn)數(shù)。取2和3值即為傳感器的靜態(tài)誤差。靜態(tài)誤差也可用相對(duì)誤差來(lái)表示，即 （1-15）靜態(tài)誤差也是一向綜合指標(biāo)，他基本上包括了前面敘述的

25、非線性誤差、遲滯誤差、重復(fù)性誤差、靈敏度誤差等，若者幾項(xiàng)誤差是隨機(jī)的、獨(dú)立的、正態(tài)分布的，也可以把這幾個(gè)單項(xiàng)誤差綜合而得，即：3.某測(cè)溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下： 鉑電阻溫度傳感器：0.45/電橋： 0.02V/ 放大器： 100(放大倍數(shù)) 筆式記錄儀： 0.2cm/V求：(1)測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。 解：（1）測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度為 cm/（2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為:4.有三臺(tái)測(cè)溫儀表，量程均為0800，精度等級(jí)分別為2.5級(jí)、2.0級(jí)和1.5級(jí)，現(xiàn)要測(cè)量500的溫度，要求相對(duì)誤差不超過(guò)2.5，選那臺(tái)儀表

26、合理?解：2.5級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為20，測(cè)量500時(shí)的相對(duì)誤差為4；2.0級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為16，測(cè)量500時(shí)的相對(duì)誤差為3.2；1.5級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為12，測(cè)量500時(shí)的相對(duì)誤差為2.4。因此，應(yīng)該選用1.5級(jí)的測(cè)溫儀器。1金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同?答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。2.直流測(cè)量電橋和交流測(cè)量電橋有什么區(qū)別?答：它們的區(qū)別主要是直流電橋用直流電源，只適用于直流元件，如電阻應(yīng)變片，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件，如電阻應(yīng)變片、電容。3簡(jiǎn)述

27、電阻應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生橫向誤差的原因。答：粘貼在受單向拉伸力試件上的應(yīng)變片，如圖2-3所示，其敏感柵是有多條直線和圓弧部分組成。這時(shí)，各直線段上的金屬絲只感受沿軸向拉應(yīng)變,電阻值將增加。但在圓弧段上，沿各微段軸向 (即微段圓弧的切向) 的應(yīng)變與直線段不相等，因此與直線段上同樣長(zhǎng)度的微段所產(chǎn)生的電阻變化就不相同，最明顯的在處圓弧段上，按泊松關(guān)系，在垂直方向上產(chǎn)生負(fù)的壓應(yīng)變，因此該段的電阻是最小的。而在圓弧的其它各段上，其軸向感受的應(yīng)變由 +變化到-。由此可見(jiàn) , 將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。圖23 橫向效應(yīng)應(yīng)變片橫向效應(yīng)表明 ,

28、當(dāng)實(shí)際使用應(yīng)變片時(shí)，使用條件與標(biāo)定靈敏系數(shù) k 時(shí)的標(biāo)定規(guī)則不同時(shí),實(shí)際 k 值要改變,由此可能產(chǎn)生較大測(cè)量誤差，當(dāng)不能滿足測(cè)量精確度要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的修正。4采用阻值為120靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負(fù)載電阻無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1000時(shí)，試求單臂、雙臂和全橋工作時(shí)的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：?jiǎn)伪蹠r(shí)，所以:應(yīng)變?yōu)?時(shí)/V;應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為/V；雙臂時(shí)，所以:應(yīng)變?yōu)?時(shí)/V;應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為/V；全橋時(shí)，所以:應(yīng)變?yōu)?時(shí)/V;應(yīng)變?yōu)?000時(shí)應(yīng)為/V。圖1變間隙式電容傳感器從上面的計(jì)算可知：

29、單臂時(shí)靈敏度最低，雙臂時(shí)為其兩倍，全橋時(shí)最高，為單臂的四倍。5差動(dòng)電橋有哪些有優(yōu)點(diǎn)？答：差動(dòng)電橋比單臂電橋的靈敏度高，此外，還可以有效地改善電橋的溫度誤差、非線性誤差。1為什么說(shuō)變間隙型電容傳感器特性是非線性的?采取什么措施可改善其非線性特征?答：下圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中1為固定極板，2為與被測(cè)對(duì)象相連的活動(dòng)極板。當(dāng)活動(dòng)極板因被測(cè)參數(shù)的改變而引起移動(dòng)時(shí)，兩極板間的距離d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量C。設(shè)極板面積為A，其靜態(tài)電容量為，當(dāng)活動(dòng)極板移動(dòng)x后，其電容量為 (1)當(dāng)x<<d時(shí) 則 (2) 由式（1）可以看出電容量C與x不是線性關(guān)系，只有當(dāng) x<&

30、lt;d時(shí)，才可認(rèn)為是最近似線形關(guān)系。同時(shí)還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙d。但當(dāng)d過(guò)小時(shí)，又容易引起擊穿，同時(shí)加工精度要求也高了。為此,一般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來(lái)改善這種情況，如下圖2。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性，還常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu):圖2板間放置高介電常數(shù)材料圖3差動(dòng)式傳感器圖中所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)極板置于兩定極板之間。初始位置時(shí)，120，兩邊初始電容相等。當(dāng)動(dòng)極板向上有位移時(shí)，兩邊極距為10，20；兩組電容一增一減。同差動(dòng)式自感傳感器式（341）的同樣分析方法，由式（44）和式（45）可得電容總的相對(duì)變化量為 （411）略去高次項(xiàng)，可得近似的線性

31、關(guān)系 （412）相對(duì)非線性誤差為 （413） 上式與式（46）及式（49）相比可知，差動(dòng)式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。2.如圖3-22所示正方形平板電容器,極板長(zhǎng)度a=4cm,極板間距離=0.2mm.若用此變面積型傳感器測(cè)量位移x,試計(jì)算該傳感器的靈敏度并畫(huà)出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣,。1為什么電感式傳感器測(cè)量電路中常用相敏檢波器？說(shuō)明相敏檢波器的原理。答：電感式傳感器常用的交流電橋有以下幾種。圖14-1輸出端對(duì)稱電橋（a）一般形式;(b)變壓器電橋圖(a)為輸出端對(duì)稱電橋的一般形式。圖中Z1、Z2為傳感器，如果兩線圈阻抗，Z1=r1+jL1，Z2=r2+jL2，r10=r20=r0，L10=L20=L0,R1、R2為外接電阻，通常Rl=R2=R。設(shè)工作時(shí)Z1=Z+Z，Z2=Z-z，電源電勢(shì)為E，于是由上式可知，這種測(cè)量電路的輸出極性與電源有關(guān)，輸出并不能判斷出鐵芯的移動(dòng)方向，圖(b)是圖(a)的變型，稱為變壓器電橋。它以變壓器兩個(gè)次級(jí)作為電橋平衡臂。顯然，其輸出特性同(a)。差動(dòng)變壓器式傳感器也存在同樣的問(wèn)題。相敏檢波電