傳感器原理及其應(yīng)用(李艷紅、李海華主編)-部分課后習(xí)題

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1、第一章P101、2、5、61.傳感器的定義答：傳感器是一種以一定精確度把被測(cè)量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、便于應(yīng)用的某種物理量（主要是電量）的測(cè)量裝置。2.傳感器組成及作用答：(1)傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路三部分組成；(2)敏感元件：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換為電量；測(cè)量電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電量變換成便于顯示、記錄、控制和處理的信號(hào)3.開環(huán)測(cè)量系統(tǒng)和閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)區(qū)別答：開環(huán)測(cè)量系統(tǒng)(1)信息只沿著一個(gè)方向傳遞(2)系統(tǒng)相對(duì)誤差等于各環(huán)節(jié)相對(duì)誤差之和(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)環(huán)節(jié)特性變化都會(huì)

2、造成測(cè)量誤差閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)(1)有正向通道和反饋通道(2)輸入輸出關(guān)系由反饋環(huán)節(jié)特性決定，測(cè)量處理等環(huán)節(jié)造成的誤差較小4.測(cè)量不確定度及其評(píng)定方法答：(1)測(cè)量不確定度：表征合理賦予被測(cè)量值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)即結(jié)果的可靠性和有效性的懷疑程度(2)不確定度按其評(píng)定方法可分為A類評(píng)定和B類評(píng)定A類評(píng)定是用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)定。即對(duì)某被測(cè)量進(jìn)行等精度的獨(dú)立多次重復(fù)測(cè)量，得到一系列的測(cè)得值。B類評(píng)定用非統(tǒng)計(jì)分析法，它不是由一系列的測(cè)得確定，而是利用影響測(cè)得值分布變化的有關(guān)信息和資料進(jìn)行分析，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行概率分布估計(jì)和分布假設(shè)的科學(xué)評(píng)定B類評(píng)定的信息來(lái)源有以下6項(xiàng)：①以前

3、的觀測(cè)數(shù)據(jù)；②對(duì)有關(guān)技術(shù)資料和測(cè)量?jī)x器特性的了解和經(jīng)驗(yàn)；③生產(chǎn)部門提供的技術(shù)說明文件；④校準(zhǔn)文件、檢定證書或其他文件提供的數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確度的等級(jí)或級(jí)別，包括目前暫時(shí)在使用的極限誤差等；⑤手冊(cè)或某些資料給出的參考數(shù)據(jù)及其不確定度；⑥規(guī)定實(shí)驗(yàn)方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或類似技術(shù)文件中給出的重復(fù)性限或復(fù)現(xiàn)性限。第二章P241什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標(biāo)？如何用公式表征這些指標(biāo)？答：(1)傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸出與輸入的關(guān)系(2)線性度、靈敏度、遲滯性、重復(fù)性、分辨率、漂移(3)線性度：靈敏度：遲滯性：分辨率：第三章P431、2、41.什么叫電阻式傳

4、感器？什么是金屬材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)？什么是半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)？答：(1)電阻式傳感器是利用一定的方式將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件電阻參數(shù)的變化，再通過電路轉(zhuǎn)變成電壓或電流信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。(2)金屬在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻值也發(fā)生相應(yīng)改變的現(xiàn)象。(3)半導(dǎo)體由于應(yīng)力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。2.畫出橋式測(cè)量電路，并推導(dǎo)直流電橋平衡條件，以及不對(duì)稱電橋輸出電壓變化。答：(1)(2)直流電橋平衡條件上圖為負(fù)載電阻，→∞時(shí)，有：U0=0時(shí)，有為電橋平衡條件(3)把電橋平衡條件代入上式化簡(jiǎn)，并忽略高階無(wú)窮小量得：3.采用應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量時(shí)為

5、什么要進(jìn)行溫度補(bǔ)償？常用補(bǔ)償方法有哪些？P34答：(1)應(yīng)變片的阻值受環(huán)境（包括被測(cè)試件的溫度）的影響很大。(2)線路補(bǔ)償法、應(yīng)變片自補(bǔ)償法。第四章P621、2、31.什么叫電容式傳感器？有哪些類型？答：(1)電容式傳感器：將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電容量的變化，再經(jīng)過測(cè)量電路將電容量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。(2)變面積式；變間隙式；變介電常數(shù)式。2.簡(jiǎn)述變面積式(直線位移型)和變間隙式電容傳感器工作原理。答：對(duì)于平板狀結(jié)構(gòu)，兩極板有效覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為其中為初始電容其中為初始電容3.簡(jiǎn)述雙T型電橋電路的工作原理答：雙T型電橋連接正半周負(fù)半周電

6、源電壓u處于正半周時(shí)，二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，C1被快速充電至U，電源U經(jīng)R2以電流I1向負(fù)載RL供電。如果電容C2初始時(shí)已充電，則C2經(jīng)R2和RL放電，放電電流為I2，即流經(jīng)RL的電流IL為I1、I2代數(shù)和。電源電壓u處于負(fù)半周時(shí)，二極管VD1截止，VD2導(dǎo)通，C2被快速充電至U，電源U經(jīng)R2以電流I2’向負(fù)載RL供電。而C1經(jīng)R1和RL放電，放電電流為I1’，即流經(jīng)RL的電流IL’為I1’、I2’代數(shù)和。第五章P781.什么是電感式傳感器？有哪些類型？答：(1)利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化

7、量輸出(2)自感式、差動(dòng)變壓式、電渦流三種類型2.變氣隙式傳感器工作原理答：改變則L改變，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化的電或電流改變。3.相敏檢波電橋電路工作原理答：當(dāng)差動(dòng)式自感電感傳感器處于中間位置時(shí)，Z1=Z2=Z，輸出電壓U0為零。當(dāng)銜鐵移動(dòng)使Z1增加，則Z2減小，當(dāng)電源U上正下負(fù)時(shí)，電阻R2上的壓降大于R1上的壓降。4.渦流式傳感器工作原理答：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，稱之為電渦流或渦流，這種現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。電渦流傳感器是利用電渦流效應(yīng)，將位移、溫度等非電量轉(zhuǎn)換為阻抗的變化或