检测技术与传感器

1、1 测量者在处理误差时，可以减小或消除系统误差、修正系统误差、剔除粗大误差。2 传感器静态特性指标有线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。3 电容式传感器测量电路调频测量电路、运算放大器电路、脉冲宽度调制电路。4 石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会产生横向压电效应。5 已知某传感器属于一阶环节，现用于测量100Hz的正弦信号，如幅值误差限制在±5%范围内，时间常数应不大于0.523ms。6 传感器按照工作原理进行划分可分为：电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器。7 一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是上升时间

2、。8 非线性度是测量装置的输出和输入是否保持理想比例关系的一种度量。9 在整个测量过程中，如果影响和决定误差大小的全部因素（条件）始终保持不变，对同一被测量进行多次重复测量，这样的测量称为等精度测量。10 为减小或消除直流电桥测量结果非线性误差的方法可采用提高桥臂比、采用差动电桥。11 金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化。12 电感式传感器的常用测量电路有交流电桥、变压器式交流电桥、谐振式测量电路。13 直流电桥的平衡条件为相对桥臂阻值乘积相等。14 电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化，当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状

3、态。15 关于压电式传感器中压电元件的连接，与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电压不变。16 随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是传感器微处理器。17 传感器的基本组成为敏感元件和转换元件，分别完成检测和转换的功能。18 差动技术可以提高灵敏度和减少非线性误差。19 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。20 传感器的发展朝着智能化、网络化、微型化等方向发展。21 分辨率是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。22 如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将增大一倍。23 当

4、变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的非线性误差减小。24 传感技术与信息学科紧密相关，是自动检测和自动转换技术的总称。25 传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路等三部分组成。26 灵敏度是传感器在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。27 应变电阻式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。28 阶跃响应特性是指在输入为阶跃函数时，传感器的输出随时间的变化特性。常用响应曲线的上升时间、响应时间、超调量等参数作为评定指标。29 电容式传感器中，变介电常数式多用于液位的测量；电容式传感器中，变面积式常用于较大的位移量的测量。30 忽略边缘效应，变面积型电

5、容式传感器输入量与输出量的关系为线性，变介质型电容式传感器输入量与输出量的关系为线性，变极距型电容式传感器输入量与输出量的关系为非线性。31 压电式传感器是以某些介质的压电效应作为工作基础的。32 将电能转变为机械能的压电效应称为逆压电效应。33 电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。34 什么叫应变效应？ 利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理：材料的电阻变化由尺寸变化引起的，称为应变效应。应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感

6、元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。35 根据工作原理的不同，电感式传感器可分为自感式电感传感器和互感式电感传感器。36 差动变压器输出的是交流电压，而且存在零点残余电压，为了达到分辨位移方向和消除零点残余电压的目的，常用的电路有差动整流电路和相敏检波电路。37 比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同：(1)不同点：自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。(2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、截面型和螺线管型三种类型。38 电阻应变式传感器的温度误差产生

7、的原因，并说明有哪几种补偿方法：温度误差产生原因包括两方面：温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。39 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：a温度稳定性好；b结构简单、适应性强c动态响应好。缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应b输出阻抗高、负载能力差c寄生电容影响大。输出特性非线性：电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、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

8、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。40 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。为了减小和消除零点残余电压，可采用差动整流电路。41 什么是电荷放大器：电荷放大器是压电式传感器另一种专用的前置放大器。它能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷，因此，电荷

9、放大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入阻抗高达10×e+1010×e+12，输出阻抗小于100。42 画出压电元件的两种等效电路。43 根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过介质的改变来实现对被测

10、量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。44 什么叫正压电效应？什么叫逆压电效应：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电效应。45 比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应：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。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，

11、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，从而使一定表面分别产生正负电荷。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。46 图中，设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V， R1=R2=R3=R4=100。（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为R1=1.0时，试求电桥的输出电压Uo。（2）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻

12、，试求电桥的输出电压Uo。（3）R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为R1=R2=1.0，但极性相反，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压Uo。（仅供参考）（3）当R1受拉应变，R2受压应变时：当R1受压应变，R2受拉应变时：47 已知变面积型电容传感器的两极板间距离为10mm，=50F/m，两极板几何尺寸一样，为30mm×20mm×5mm,在外力作用下，其中动极板在原位置上向外移动了10mm，试求C=？ K=？48 当某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度d=0.2mm，圆片半径r=1cm，相对介电常数为4.5，X切型d11=2.31×10-1

13、2C/N，当0.1MPa压力垂直作用于Px平面时，求传感器输出电荷q和电极间电压Ua的值。当两片石英晶片并联，输出电荷qx为单片的2倍，所以得到qx=2qx=2d11.Fx=2d11.r2.Px并联总电容为单电容的2倍，得C=2C=2×0rr2d所以电极间电压Ux=qx/ C49 图中，设电阻应变片R1的灵敏度系数K=2.05，未受到应变时，R1=120。当试件受力F时，应变片承受平均应变=800m/m。试求：（1）应变片的电阻变化量R1和电阻相对变化量R1/R1。（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出的电压及其非线性误差。（3）如果要减小非新性误

14、差，应采取何种措施？解：（1）令n=1，（3）减小非线性误差的方法： 提高桥臂比：非线性误差减小，由知，电桥的电压灵敏度将降低，要使灵敏度不降低，必须相应地提高供电电压，电压的提高受到应变片允许功耗的限制。 采用差动电桥。50 一个用于位移测量的电容式传感器，两个极板是边长为5cm的正方形，间距为1mm，气隙中恰好放置一个边长5cm、厚度1mm、相对介电常数为4的正方形介质板，该介质板可在气隙中自由滑动。试计算当输入位移（即介质板向某一方向移出极板相互覆盖部分的距离）分别为0.0cm、2.5cm、5.0cm时，该传感器的输出电容值各为多少？（1）0.0cm时：（2）2.5cm时：（3）5.0cm时：=051 如图所示电荷前置放大器电路，已知Ca=100PF，Ra为无穷大，CF=10PF，若考虑引线CC的影响，当A0=104时，要求输出信号衰减小于1%，求使用90PF/m的电缆其最大允许长度为多少？由电荷