传感器简答

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？2、什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。(要求每种特性至少列出2种常用指标)1、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=d③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。2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。知识点：传感器的动态特性3、答：传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。知识点：传感器的静态特性4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。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。2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种补偿方法。1、答：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。2、答：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。3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？4、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？5、应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？6、应变式传感器的基本工作原理是什么？3、答：桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。按桥臂工作方式不同，可分为单臂直流电桥、半桥差动直流电桥、全桥差动直流电桥。单臂直流电桥输出电压为：半桥差动直流电桥输出电压为：全桥差动直流电桥输出电压为：4、答：由于应变电桥的输出电压很小，一般要加放大器，但直流放大器易产生零漂，所以应变电桥多采用交流电桥。又由于交流电桥的供电电源是交流，为了消除应变片引线寄生电容的影响，同时也为了满足交流电桥的平衡条件，常采用不平衡电桥测量电路。交流不平衡电桥采用半桥和全桥的方式是为了消除非线性误差和提高系统灵敏度。5、答：由于电阻温度系数的影响以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响，会给电阻应变片的测量带来误差，因此需要进行温度补偿。常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。6、答：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。2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关？3、怎样改善变隙式电感传感器非线性？怎样提高其灵敏度？4、差动变压器式传感器有几种结构形式？各有什么特点？5、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？2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。3、答：为改善变隙式电感传感器的非线性可采用差动结构。如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性；另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。知识点：变隙式电感传感器4、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。5、答：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。6、保证相敏检波电路可靠工作的条件是什么？6、答：保证相敏检波电路可靠工作的条件是检波器的参考信号uo的幅值远大于变压器的输出信号u的幅值，以便控制四个二极管的导通状态，且uo和差动变压器式传感器的激励电压共用同一电源。1、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？2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性？3、电容式传感器有哪几种类型？4、差动结构的电容传感器有什么优点？5、电容式传感器主要有哪几种类型的信号调节电路？各有些什么特点？6、简述电容式传感器的工作原理与分类。1、答：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。2、答：单极式变极距电容传感器的灵敏度和非线性对极板初始间隙的要求是相反的，要改善其非线性，要求应增大初始间隙，但这样会造成灵敏度的下降，因此通常采用差动结构来改善非线性。3、答：电容式传感器其分为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。4、答：差动结构的电容传感器的优点是灵敏度得到提高，非线性误差大大降低。5、答：电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，因此必须借助于信号调节电路才能将其微小的电容值转换成与其成正比的电压、电流或频率，从而实现显示、记录和传输。相应的转换电路有调频电路、运算放大器、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。调频电路的特点：灵敏度高，可测量0.01μm级位移变化量；抗干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特级），易于用数字仪器测量和与计算机通讯。运算放大器的特点：能够克服变极距型电容式传感器的非线性，使其输出电压与输入位移间存在线性关系。二极管双T型交流电桥的特点：线路简单，不须附加相敏整流电路，便可直接得到较高的直流输出电压（因为电源频率f很高）。脉冲宽度调制电路的特点：适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。6、答：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。ERRnnUo112)1(112RREUo11RREUo当被测参数变化引起A、εr或d变化时，将导致电容量C随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过策略电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为3种：变极板间距离的变极距型、变极板覆盖面积大变面积型和变介质介电常数的变介质型。8、提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？8.答：要提高灵敏度，应减小初始间隙d0，但这使得非线性误差增大，即灵敏度和非线性误差对d0的要求是矛盾的。在实际应用中，为了既提高灵敏度，又减小非线性误差，通常采用岔洞结构。1、什么叫正压电效应？2、什么是逆压电效应？3、什么叫纵向压电效应？4、什么叫横向压电效应？5、石英晶体x、y、z轴的名称及其特点是什么？6、简述压电陶瓷的结构及其特性？1、答：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。知识点：压电效应2、答：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。知识点：压电效应3、答：沿石英晶体的x轴（电轴）方向受力产生的压电效应称为“纵向压电效应”。知识点：压电材料4、答：沿石英晶体的y轴（机械轴）方向受力产生的压电效应称为“横向压电效应”。知识点：压电材料5、答：石英晶体的z轴：是纵向轴，称为光轴，沿该方向受力不会产生压电效应。石英晶体的x轴：称为电轴，压电效应只在该轴的两个表面产生电荷集聚。沿电轴方向的力作用于晶体时所产生的电荷量的大小与切片的几何尺寸无关。石英晶体的y轴：是机械轴，沿机械轴方向的力作用于晶体时产生的电荷量大小q，与晶体切片的几何尺寸有关。知识点：压电材料6、答：压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴，它有一定的极化方向，从而存在电场。在无外电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们各自的极化效应被相互抵消，压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。外电场愈强，就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时，当外电场去掉后，电畴的极化方向基本变化，即剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性。1、简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。1、答：恒磁通式传感器是指在测量过程中使导体（线圈）位置相对于恒定磁通变化而实现测量的一类磁电感应式传感器。变磁通式磁电传感器主要是靠改变磁路的磁通大小来进行测量，即通过改变测量磁路中气隙的大小，从而改变磁路的磁阻来实现测量的。2、磁电式传感器的误差及其补偿方法是什么？4、简述霍尔电势产生的原理。6、磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？2、答：磁电式传感器的误差主要有非线性误差和温度误差。非线性误差的主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。补偿非线性误差的方法：在传感器中加入补偿线圈，补偿线圈被通以一定的电流，适当选择补偿线圈的参数，使其产生的交变补偿磁通可以与传感器线圈本身产生的交变附加磁通相互抵消。温度误差产生的原因主要是受温度变化的影响。温度误差补偿的方法是在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路。4、答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负