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贵州快3传感器技术答案(贾伯年)第三版

发布日期:2020-09-08 03:56

  传感器技术答案(贾伯年)第三版_工学_高等教育_教育专区。自己整理的,欢迎转载。。。。谢谢

  1-1 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、 线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合 (或偏离) 程 度的指标。 2、 灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 3、 分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 1-2 计算传感器线性度的方法,差别 计算传感器线、 理论直线法:以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关。 2、 端点直线法:以传感器校准曲线两端点间的连线、 “最佳直线”法:以“最佳直线”作为拟合直线,该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、 最小二乘法:按最小二乘原理求取拟合直线,该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 2-1 金属应变计与半导体工作机理的异同?比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义 金属应变计与半导体工作机理的异同?比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 (1)相同点:它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导致材料的电阻发生变化所; 不同点:金属材料的应变效应以机械形变为主,材料的电阻率相对变化为辅;而半导体材料 则正好相反,其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。 (2)对于金属材料,灵敏系数 Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变 化,一般μ≈0.3,因此(1+2μ)=1.6;后部分为电阻率随应变而变的部分。贵州快3金属丝材的应 变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料,灵敏系数 Ko=Ks=(1+2μ)+ πE。前部分同样为尺寸变化,后部分为 半导体材料的压阻效应所致,而πE 》(1+2μ),因此 Ko=Ks=πE。半导体材料的应变电阻 效应主要基于压阻效应。 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 2-3 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成:前部分为热阻效应所造成;后部分为 敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时,会产生温度误差。 补偿办法:1、温度自补偿法 (1)单丝自补偿应变计(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 (1)双丝半桥式(2)补偿块法 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因: U ? ?R1 ?R2 ?R3 ?R4 ? 1 ? ?R1 ?R2 ?R3 ?R4 ? ?U 0 = 上式分母中含ΔRi/Ri,是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流,实际 上都与ΔRi/Ri 呈非线) 差动电桥补偿法 差动电桥呈现相对臂“和”,相邻臂“差”的特征,通过应变计合理布片达 到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法 误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流 源,可减小误差。 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求? 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求? 一是作为敏感元件,直接用于被测试件的应变测量;另一是作为转换元件,通过弹性敏 感元件构成传感器,用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求:非线%F.S) ,力学性能参数受环境温度影响小,并与弹 性元件匹配。 四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 2-9 四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路,R1,R3 受拉,R2,R4 受压,代入,得 ?U0 = ? + ? + + ? ? 1+ ? ? 4 ? R1 R2 R3 R4 ? 2 ? R1 R2 R3 R4 ? 由全等桥臂,得 ?U 0 = U ? ?R1 ?R2 ?R3 ?R4 ? 1 ? ?R1 ?R2 ?R3 ?R4 ? ? + ? + + + ? ? 1+ ? ? 4 ? R1 R2 R3 R4 ? 2 ? R1 R2 R3 R4 ? 1+ 1 ? ? R1 ? ? R 2 ? R 3 ? ? R 4 ? + + + ? ? 2 ? R1 R2 R3 R4 ? 可见输出电压 Uo 与ΔRi/Ri 成严格的线性关系,没有非线性误差。即 Uo=f(ΔR/R)。 因为四臂差动工作,不仅消除了飞线性误差,而且输出比单臂工作提高了 4 倍,故常采 用此方法。 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 3-7 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 U ? ? R1 ? ? R 2 ? R 3 ? ? R 4 ? ? + ? ? ? 4 ? R1 R2 R3 R4 ? U 4 ? R1 ? R1 = =U 4 R1 R1 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时, 电桥输出理论上应为零, 但实际上总存在零 位不平衡电压输出(零位电压),造成零位误差。 措施:一种常用的方法是采用补偿电路,其原理为: (1)串联电阻消除基波零位电压; 2)并联电阻消除高次谐波零位电压; (3)加并联 电容消除基波正交分量或高次谐波分量。 另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。 如前述的相敏检波电路, 它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量, 减小奇次谐波分量, 使传感器零位电 压减至极小。 此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性, 来减小零 位电压。 变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小? 4-2 变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小? 原因:灵敏度 S 与初始极距 0 的平方成反比,用减少 0 的办法来提高灵敏度,但 0 的减 小会导致非线性误差增大。 采用差动式,可比单极式灵敏度提高一倍,且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性, 它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。 霍尔效应是什么?可进行哪些参数的测量? 5-12 霍尔效应是什么?可进行哪些参数的测量? 当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面 之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 利用霍尔效应可测量大电流、微气隙磁场、微位移、转速、加速度、振动、压力、 流量和液位等;用以制成磁读头、磁罗盘、无刷电机、接近开关和计算元件等等。 何谓压电效应?正压电与逆压电? 6-1 何谓压电效应?正压电与逆压电? 一些离子型晶体的电介质不仅在电场力作用下, 而且在机械力作用下, 都会产生极化现 象。且其电位移 D(在 MKS 单位制中即电荷密度σ)与外应力张量 T 成正比: D = dT 式中 d——压电常数矩阵。 当外力消失,电介质又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。这种现象称 为正压电效应,或简称压电效应。 若对上述电介质施加电场作用时, 同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导 S=dtE 致电介质产生变形,且其应变 S 与外电场强度 E 成正比: 式中 dt——逆压电常数矩阵。这种现象称为逆压电效应,或称电致伸缩。 原理上,压电式传感器不能用于静态测量,但实用中, 6-6 原理上,压电式传感器不能用于静态测量,但实用中,压电式传感器可能用来测量准静 态量,为什么? 态量,为什么? 压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器,在拉力、压力和力矩测量 场合,通常较多采用双片或多片石英晶片作压电元件。由于它刚度大,动态特性好;测量范 围广,可测范围大; 线性及稳定性高;可测单、 多向力。当采用大时间常数的电荷放大器时, 就可测准静态力。 7-1 热电式传感器分类。各自特点。 热电式传感器分类。各自特点。 热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。它可分为两大类:热电阻传感器 和热电偶传感器。 热电阻传感器的特点: (1)高温度系数、高电阻率。(2)化学、物理性能稳定。(3)良好的输出 特性。(4).良好的工艺性,以便于批量生产、降低成本。 热电偶传感器的特点: (1)结构简单(2)制造方便(3)测温范围宽(4)热惯性小(5)准 确度高(6)输出信号便于远传 7-2 常用的热电阻。适用范围 常用的热电阻。适用范围。 铂、铜为应用最广的热电阻材料。铂容易提纯,在高温和氧化性介质中化学、物理性能 稳定,制成的铂电阻输出-输入特性接近线性,测量精度高。铜在-50~150℃范围内铜电阻 化学、物理性能稳定,输出-输入特性接近线性,价格低廉。当温度高于 100℃时易被氧化, 因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。 利用热电偶测温必须具备哪两个条件? 7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件? (1)用两种不同材料作热电极(2)热电偶两端的温度不能相同 什么是中间导体定律和连接导体定律?它们在利用热电偶测温时有什么实际意义? 7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律?它们在利用热电偶测温时有什么实际意义? 中间导体定律:导体 A、B 组成的热电偶,当引入第三导体时,只要保持第三导体两端 0 0 0 温度相同,则第三导体对回路总热电势无影响。利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表, 只要保证两个接点温度一致,就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。 连 接 导 体 定 律 : 回 路 的 总 电 势 等 于 热 电 偶 电 势 EAB(T,To) 与 连 接 导 线 电 势 EA’B’(Tn,To)的代数和。连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。 什么是中间温度定律?有什么实际意义? 7-6 什么是中间温度定律?有什么实际意义? EAB(T,Tn,To)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,To) 这是中间温度定律表达式,即回路的总热电势等于 EAB(T,Tn)与 EAB(Tn,To)的代数和。 Tn 为中间温度。中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础。 镍络800° 25° 求介质实际温度? 7-7 镍络-镍硅介质温度 800°C,参考端温度为 25°C,求介质实际温度? t=介质温度+k*参考温度(800+1*25=825) 外光电效应、光电导效应、光生伏特效应。 8-2 外光电效应、光电导效应、光生伏特效应 外光电效应:在光线的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。 光电导效应:在光线作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,而引起材 料电导率的变化的现象。 光生伏特效应:在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。 比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管使用性能上的差别。 8-3 比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管使用性能上的差别 光电池:光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。它有较大面积的 PN 结,当光照射在 PN 结上时,在结的两端出现电动势。当光照到 PN 结区时,如果光子能量足 够大,将在结区附近激发出电子-空穴对,在 N 区聚积负电荷,P 区聚积正电荷,这样 N 区 和 P 区之间出现电位差。 5.怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件? 8-5.怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件? 不同类型光敏电阻光照特性不同, 但光照特性曲线均呈非线性。 因此它不宜作定量检测 元件,一般在自动控制系统中用作光电开关。 光谱特性与光敏电阻的材料有关,在选用光敏电阻时,应把光敏电阻的材料和光源的种 类结合起来考虑,才能获得满意的效果。 10.简述光电传感器的主要形式及其应用 简述光电传感器的主要形式及其应用。 8-10.简述光电传感器的主要形式及其应用。 模拟式(透射式、反射式、遮光式、辐射式) 、开关式 应用:光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测

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