检测的与转换技术-期末复习资料

简答题：1、开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？2、仪表的可靠性和稳定性有什么异同点？3、简述应变片温度误差的原因和补偿方法。4、电阻传感器使用桥路补偿温度误差，问采用补偿片的电桥与采用差分技术的半桥有何异同？5、简述电容式检测元件如何消除寄生电容的影响。6、问影响电容传感器特性稳定的原因主要有什么？解决办法是？7、简述压电效应原理。8、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。9、简述磁电式检测元件的误差及补偿方法。10、叙述热电偶中间导体定律，简述此定律在实际应用中的作用。11、在热电偶冷端温度补偿中，试述机械调零法的工作原理。12、画出直流电桥和电感交流电桥原理图，并分别写出电桥平衡条件。13、什么叫电涡流效应？14、简答霍尔效应原理。15、对霍尔电压进行温度补偿的方法有哪些？16、自感式传感器的工作原理及类型。17、为什么电感式传感器一般采用差分式？18、比较热电阻和热敏电阻的异同点。19、光敏电阻的测光原理计算题：1、应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径为D=10cm，材料弹性模量E=2.05X1011N/m2，用它称501重物体，若用电阻丝式应变片，应变片的灵敏系数K=2，R=120Q，问电阻变化多少？2、 用万用表测两电压，测U1=1O1OV的电压，测量结果为1OOOV；测测U1=9.5V的电压，测量结果为1OV。请问两次测量，哪次测量的绝对误差大？哪次测量的准确度高？3、 已知霍尔元件与磁感应强度为B=0.4T的磁场有一夹角€=30，当控制电流I4、石英晶体d]]=2.3pC/N,石英晶片的宽度是长度L的0.5倍，是厚度h的2倍,(1)当沿电轴方向施加F=3MN的压力时，求电量qX；(4、石英晶体d]]=2.3pC/N,石英晶片的宽度是长度L的0.5倍，是厚度h的2倍,(1)当沿电轴方向施加F=3MN的压力时，求电量qX；(2)当沿机械轴施加同样的压力时，求电量q样的压力时，求电量qY;(3)Ax5、有一热电阻温度计，温度片为20OC时，电阻R]为100,；温度为T2=25oC时，电阻R2为101.5，。假设温度与电阻间的变换关系为线性关系，试计算当温度计分别处在T3=-100OC和T4=150oC时的电阻值R3和R4。

7、热电偶温度传感器的输入电路如图所示，已知铂铑-铂热电偶在温度0~100°C

之间变化时，其平均热电势变化为6UV/C，桥路中电源电压为E=4V,三个锰铜

电阻（Rl、R2、R3）的阻值均为1Q,铜电阻R的电阻温度系数为a=0.004/C,Cu已知当铜电阻温度为0C时电桥平衡，为了使热电偶的冷端温度在0~50C范围其热电势得到完全补偿，试求电阻R5的阻值。8、自感式传感器如图所示，图中所注尺寸单位均为mm，磁路取中心磁路，已知空气磁导率€0=4nX10-7H/m，铁心与衔铁的相对磁导率€都为10、截面积A都为2cm2,线圈匝数N=100,求磁阻Rm及电感L（兀=3）。解：9、一电容式传感器，其极板长度a=10cm，宽度b=4cm，极距d=1mm,介质为空气，当相对介电常数，x=5的介质进入极板间的长度x=5cm时，求该传感器的电容变化量AC、介质常数的变化量A,以及灵敏度K。（空气介电常数，0=9pF/m）l0、由热电偶工作原理可知，热电偶输出热电势和工作端与冷端的温差有关，在实际的测量过程中，要对热电偶冷端温度进行处理，经常使用能自动补偿冷端温度波动的补偿电桥，如图所示，试分析此电路的工作原理。1、开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？答：开环结构仪表没有反馈环节，每个环节的传递函数和干扰都与输出有关，只有每个环节的准确度高、抗干扰时，系统的测量准确度才高。闭环结构仪表存在反馈环节，只要精心制作反馈通道就可得到较高的准确度和灵敏度，且误差与检测元件的误差直接相关，无法通过构成闭环来减少。若设计不当，易产生输出的不稳定。2、仪表的可靠性和稳定性有什么异同点？答：稳定性分为时间稳定性和工作条件变化稳定性。表示时间和工作条件的变化对仪表输出的影响。可靠性用三个指标描述，即保险期、有效期和狭义可靠性，也可用可靠度、故障率等指标定量描述。表示仪表正常工作无故障的程度。3、简述应变片温度误差的原因和补偿方法。答：由于应变片电阻本身具有电阻温度系数且弹性元件与应变片两者的线膨胀系数不同，外界温度变化时引起应变片电阻值变化，从而产生测量误差，因此必须采取温度补偿措施。应变片的测量电路常用应变电桥，采用一个应变片为温度补偿片，将其粘贴在一块与被测件材料相同但不受力的构件上，此构件与被测构件在同一温度场中，根据电桥平衡性质即可消除温度效应的影响。4、电阻传感器使用桥路补偿温度误差，问采用补偿片的电桥与采用差分技术的半桥有何异同？答：共同点就是都采用两片应变片作为相邻的桥臂，不同点就是采用补偿片的电桥补偿片不受力，而采用差分技术的半桥两片应变片都受力。5、简述电容式检测元件如何消除寄生电容的影响。答：电容式检测元件除了极板间的电容，极板还可能与周围物体间产生电容联系，即寄生电容。寄生电容使得仪器工作不稳定，影响测量精度，因此必须加以消除。常用方法有：增加初始电容值，集成法，驱动电缆技术，整体屏蔽技术。6、问影响电容传感器特性稳定的原因主要有什么？解决办法是？答：影响电容传感器特性稳定的原因主要有二：其一，由于电容器边缘的电场不均匀所引起的边缘效应使得电容器的容量产生变化，其结果是使传感器灵敏度下降及非线性增加；其二，由于周围物体与极板的电容联系使得电容器产生寄生电容，由于寄生电容极不稳定，会影响传感器的稳定性。解决办法是：加装等位环减少边缘效应的影响、采用静电屏蔽减少寄生电容的影响。8、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。答：传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。9、简述磁电式检测元件的误差及补偿方法。答：（1）温度误差。常采用热磁分流器进行温度补偿。（2）永久磁铁不稳定误差。永磁材料充磁前退火，充磁后老化。（3）非线性误差。采用补偿线圈进行补偿。10、叙述热电偶中间导体定律，简述此定律在实际应用中的作用。答：在热电偶回路中接入第三种导体后，只要第三种导体两端的温度相同，就不会影响热电偶回路的总热电势。这就是热电偶的中间导体定律。根据中间导体定律，可以在回路中引入各种仪表和连接导线，而不会对热电势有影响，同时也允许采用任意的焊接方法来焊制热电偶。还可以采用开路热电偶测量液态金属和固体金属表面的温度。11、在热电偶冷端温度补偿中，试述机械调零法的工作原理。答：在仪表未工作时，先将仪表的机械零位调至冷端温度处，此时并没有电动势输入，因此相当于预先给仪表输入一个电动势E（T0,0）,接入热电偶后，给仪表再输入电动势E（T,T0）,那么此时E（T,T0）+E（T0,0）=E（T,0）,而0度正是仪表

定刻度时的冷端温度。12、画出直流电桥和电感交流电桥原理图，并分别写出电桥平衡条件。答：直流电桥平衡条件为R/R答：直流电桥平衡条件为R/R€R/RabxZ/Z€Z/Z斤1斤1? 島£0答：当金属导体处于交变磁场中，导体内部就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，这种现象称为涡流效应。15、对霍尔电压进行温度补偿的方法有哪些？答：（1）采用恒流源提供控制电流，并选择适当的与恒流源并联的补偿电阻，就可在输入回路中对温度误差进行补偿。（2）通过串并联电阻调整负载电阻的值，使其符合一定的要求，就可在输出回路中对温度误差进行补偿。（3）在输入回路或输出回路中加入热敏元件进行温度误差的补偿。16、自感式传感器的工作原理及类型。答：将被测量带动衔铁的移动以改变磁通的路径，引起磁路磁阻的变化，导致线圈电感量L的变化。可分为变间隙型、变面积型和螺管型等三种类型。17、为什么电感式传感器一般采用差分式？答：采用差分式结构，可以改善非线性、提高灵敏度，还可以对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响起补偿作用。18、 比较热电阻和热敏电阻的异同点。答：热电阻和热敏电阻都是对温度敏感的器件，都将温度的变化转换成电阻的变化。它们有如下的不同点：（1）材料不同：前者是金属，后者是半导体（2）前者的灵敏度比后者要低，温度系数小（3）前者的线性度比后者要高19、 光敏电阻的测光原理

答：在黑暗条件下光敏电阻的阻值很高，受光照时激发出电子-空穴对，从而加强了导电性能，电阻变小，光照越强，电阻越小，光照停止，自由电子与空穴复合，电阻恢复原值。1、解：电阻丝应变:o_FE_ESo_FE_ES电阻变化:50„1000„9.82.05„109„,„(0.1/2)2…3.04„10-4AR…KsR…2„3.04„10-4„120…0.073(Q)5、101.55、101.5-10025-20…0.3Q/0CR…K(T-T)+R……0.3(-100-20)+100…640TOC\o"1-5"\h\z3 1 1R…K(T-T)+R……0.3(150-20)+100…13904 1 14、解：(1)qX=d11XFX=2.3pC/NX3MN=6.9C。(2)qX=-111XFXXL/h=2.3pC/NX3MNX4=27.6 C。7、解:要对热电势实现补偿，冷端每变化1°C时，电桥的输出电压Uab应等于热电抿振电桥的特性得％=尹，他ET J所叹逐：=旦一1=-«10!-1=665.70所叹6L 25 (20+40+20+40)mm 6?2mm8、 Rm=+ = + =108/HyA卩A10创4n10-7H/m创2cm24n10-7H/m?2cm2教材：163页L=N2/Rm=(100)2/(0.5?108/H)0.2mH

,ab9pF/mxlOcmx4cm1mm9、C € €36pF1mmOdx5„,€-(,-,)€ (5-1)x9€18pF/mTOC\o"1-5"\h\zax O lO„, 18„C€C €36x€72pFo, 9OAC 72pFK= = =14.4pF/cmAx5cm笞：补偿电桥法是一种利用电桥输出电压痣皺电偶冷笞：补偿电桥法是一种利用电桥输出电压痣皺电偶冷i驢度娈化擁度补偿方法，图中补锲桥与热电偶冷端处在相同的温廚不墳下，其中心用电追温度系数极小擁祠丝绕制，且阻值相等，即—足込r疋用洞导线绕制，作补漩阻。使用时，用延储导线将热电偶冷端延储至补凝桥处，使补偿电桥与热电偶;令端感受同一温度.謂克T虫乎嶷电桥处于平衡状态，电：环:刍冷湍i圭开高时.补輕电匡阻值職□，电桥尖去平舫输出电压 増犬，而护电偶的输出為则母令端温度升高而减小，若能保晚桥输出的増加等于热电偶输出的减小，则线路总输出就不随