传感器与检测技术考试必考内容完美总结

GuilinUniversityofTechnology传感器与检测技术（第3版）考试必考内容完美总结1.什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。答:应变效应:金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。工作原理:在电阻丝拉伸极限内,电阻的相对变化与应变成正比即:=K0(K0:电阻丝的灵敏系数、:导体的纵向应变)2.金属电阻应变片与的工作原理有何区别?各有何优缺点?答:区别:金属电阻变化主要是由机械形变引起的;半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。优缺点:金属电阻应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小,半导体应变片的灵敏度是金属电阻应变片50倍左右。3.何为零点残余电压?说明该电压产生的原因及消除方法。答:当衔铁处于中心位置时,差动变压器的输出电压并不等于零,把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。产生原因:①由于两个二次测量线圈的等效参数不对称,使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同,调整磁芯位置时,也不能达到幅值和相位相同。②由于铁心的B-H特性的非线性,产生高次谐波不同,不能相互抵消。消除方法:①在设计和工艺上,力求做到磁路对称、线圈对称。②采用拆圈的实验方法减小零点残余电压。③在电路上进行补偿。4.何为传感器的静态标定和动态标定?试述传感器的静态标定过程。答:静态标定:确定传感器的静态特性指标,如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定:确定传感器的动态特性参数,如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。静态标定过程:①将传感器全量程分成如干等间距点。②根据传感器量程分点情况,由小到大一点一点地输入标准量值,并记录与各输入值相应的输出值。③将输入值由大到小一点一点减小,同时记录与各输入值相对应的输出值。④按②、③所述过程,对传感器进行正反行程往复循环多次测试,将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。⑤对测试数据进行必要的处理,根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。5.简述热电偶的工作原理。热电偶是由两种不同的金属A和BTT0电势Eab。热电势的大小是由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定的。接触电势是由于不同的A、BATT06.热电偶为什么要进行冷端补偿？补偿方法？为了热电势与被测温度成单值函数关系，需要热电偶的冷端温度保持恒定，由于热电偶的温度——热电势关系曲线是在冷端温度等于0℃下得到的，已知配套的仪表也是根据这一关系曲线进行刻度的，在测量时必须满足冷端温度等于0℃的条件，否则会出现误差，而在实际工作时冷端受外界温度影响很难恒定也不等于0℃。方法：①冷端温度恒温法②计算修正法③电桥补偿法7.利用电涡流传感器测量板材厚度的原理是什么?答:原理:当金属板得厚度变化时,将使传感器探头与金属板间的距离改变,从而引起输出电压的变化。通常在被测板的上、下方各装一个传感器探头,其间距离为D,而它们与板的上、下表面分别相距x1和x2,这样板厚t=D-(x1+x2),,当两个传感器在工作在工作时分别测得x1和x2,转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器间距离D对应的设定电压相减,就得到与板厚相对应的电压值。自查(电涡流传感器主要在于灵敏度高，探头尺寸小，可应用于精密测量金属材料的长度、宽度、高度、厚度、圆度等尺寸，位移，变形，振动等；主要缺陷就是不能在带电环境中工作，对被测物体的材料也有一GuilinUniversityofTechnology定的要求)(电涡流传感器的工作原理:电涡流式传感器有时也叫电感式接近传感器。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近传感器所能检测的物体必须是导电体。)8根据螺线管式差动变压器的基本特性，说明其灵敏度与线性度的主要特点（1）灵敏度:差动变压器在单位电压激励下，铁芯移动一个单位距离时的输出电压，以（V/mm）/V表示理想条件下，差动变压器的灵敏度KE正比于电源激励频率f.影响差动变压器灵敏度的因素有：激励频率、输入激励电压、线圈品质因数Q值、衔铁直径、导磁性能、铁损小以及涡流损耗小的导磁材料制作衔铁和导磁外壳等(2)线性度分析计算中，传感器实际特性曲线与理论直线之间的最大偏差除以测量范围（满量程），并用百分数来表示。影响差动变压器线性度的因素:骨架形状和尺寸的精确性，线圈的排列，铁芯的尺寸和材质，激励频率和负载状态等。光电传感器的特点是什么？若采用光电传感器可能测量的物理量有哪些？答：光电传感器就是以光电器件为检测元件的传感器。电绝缘抗电线位移，线速度，角位移，角速度。9.必要条件E=Bsin(ωt+φ)例:用S型(铂铑10-铂)热电偶测量某一温度，若参比端温度Tn=30℃，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，测量端实际温度为830℃1.的影响程度。量特征可用测量的不确定度表示。1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。传感器的静态特性的性能指标主要有：①线性度：非线性误差maxLFSL100%Y②灵敏度：ynxdS=d)(),(),(0,0TTETTETTEnnCTCTTTEnn03000，）中，（在mVTTEn5.7），（mVETETE673.7173.05.7)0,30(300），（），（GuilinUniversityofTechnology③迟滞：maxHFSH100%Y④重复性：maxRFSR100%Y⑤漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法答：由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差，称为应变片温度误差。产生应变片温度误差的主要原因有：⑴由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变时，应变片的标称电阻值发生变化。⑵当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻。电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。电桥补偿法是最常用且效果较好的线路补偿法，应变片自补偿法是采用温度自补偿应变片或双金属线栅应变片来代替一般应变片，使之兼顾温度补偿作用。3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。磁场BI之间产生霍尔电势Uh。霍尔电势的大小与激励电流I体薄片厚度d成反比。4.1-1’电2-2’电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。6.有一金属电阻应变片，其灵敏度为K=2.5，R=120，设工作时其应变为1200，则R是多少？若将此应变片与2V直流电源组成回路，试求无应变时和有应变时回路电流。GuilinUniversityofTechnology7.应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径D=100mm，材料弹性模量E=205×109N/m2，用它称500kN的物体，若用电阻丝式应变片，应变片的灵敏度系数K=2，R=120，问电阻变化多少？图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05。未受应变时，R1=120Ω；当试件受力F时，，应变片承受平均应变ε=8×10-4，求：（1）应变片的电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1；（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电流电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小（1）341064.110805.2RKR1968.01201064.13RKR（2）电桥输出电压mV1.23101.6443K4UU3-o,非线性误差331082.01064.12121Ke图为一直流应变电桥，图中U=4V，1234120RRRR，试求：①1R为金属应变片，其余为外接电阻，当1R的增量为11.2R时，电桥输出电压UO。②1R、2R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，电桥输出电压UO。③题②中，如果2R与1R的感受应变的极性相反，且121.2RR，电桥输出电压UO。ABCDUOR4UR31R2RGuilinUniversityofTechnology答：①11324112341201.212012012049.951201.2120120120ORRRRRUUmVRRRRR②3110112234RRRUURRRRRR=0V③3110112234RRRUURRRRRR=0.02V