传感器与智能检测技术课后习题答案

西安理工研究生考试传感器与智能检测技术课后习题1、对于实际的测量数据，应该如何选取判别准则去除粗大误差？答：首先，粗大误差是指明显超出规定条件下的预期值的误差。去除粗大误差的准则主要有拉依达准则、格拉布准则、t检验准则三种方法。准则选取的判别主要看测量数据的多少。对于拉依达准则，测量次数n尽可能多时，常选用此准则。当n过小时，会把正常值当成异常值，这是此准则的缺陷。格拉布准则，观测次数在30—50时常选取此准则。t检验准则，适用于观察次数较少的情况下。2、系统误差有哪些类型？如何判别和修正？答：系统误差是在相同的条件下，对同一物理量进行多次测量，如果误差按照一定规律出现的误差。系统误差可分为：定值系统误差和变值系统误差。变值系统误差又可以分为：线性系统误差、周期性系统误差、复杂规律变化的系统误差。判定与修正：对于系统误差的判定方法主要有：1、对于定值系统误差一般用实验对比检验法。改变产生系统误差的条件，在不同条件下进行测量，对结果进行比较找出恒定系统误差。2、对于变值系统误差：a、观察法：通过观察测量数据的各个残差大小和符号的变化规律来判断有无变值系统误差。这些判断准则实质上是检验误差的分布是否偏离正态分布。b、残差统计法：常用的有马利科夫准则（和检验），阿贝-赫梅特准则（序差检验法）等。c、组间数据检验正态检验法修正方法：1.消除系统误差产生的根源2.引入更正值法3.采用特殊测量方法消除系统误差。主要的测量方法有：1)标准量替代法2)交换法3）对称测量法4）半周期偶数测量法4.实时反馈修正5.在测量结果中进行修正3、从理论上讲随机误差是永远存在的，当测量次数越多时，测量值的算术平均值越接近真值。因此，我们在设计自动检测系统时，计算机可以尽可能大量采集数据，例如每次采样数万个数据计算其平均值，这样做的结果合理否？答：这种做法不合理。随机误差的数字特征符合正态分布。当次数n增大时，测量精度相应提高。但测量次数达到一定数目后，算术平均值的标准差下降很慢。对于提高精度基本可忽略影响了。因此要提高测量结果的精度，不能单靠无限的增加测量次数，而需要采用适当的测量方法、选择仪器的精度及确定适当的次数等几方面共同考虑来使测量结果尽可能的接近真值。4、以热电阻温度传感器为例，分析传感器时间常数τ对动态误差的影响。并说明热电阻传感器的哪些参数对τ有影响？答：1、对于热电阻温度传感器来说，传感器常数对于温度动态影响如式子)/(212dtdttt所示，决定了动态误差的波动幅度。的大小决定了随着时间变化误差的大小。因此时间常数决定了动态误差的大小。2、热电阻传感器对时间常数的影响，我们由上问可以知道对时间常数的影响就是对测量动态误差的影响即对结果影响。因素主要有：a、电阻材料条件，电阻材料影响电阻温度系数、电阻率、物理和化学性能等。这些条件都影响着时间常数，即对动态误差有一定的影响。因此选取标准电阻温度系数越大越稳定，电阻率要大，温度系数保持单值最好是常数，金属物理化学性能稳定。b、热电阻的引线对测量结果有较大的影响。二线制中引线电阻对测量影响大,用于测温精度要求不高场合。三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响,用于高精度温度检测。5、在设计压力的应变式传感器时，由于应变信号非常微弱，为了提高检测灵敏度，减小温度漂移的影响，设计检测系统时应考虑哪些方面的问题。答：压力的应变式传感器的应变片主要有金属应变片和半导体应变片。（1）金属材料的应变电阻以结构尺寸变化为主；主要可以分为1、金属丝式应变片，制造简单但易产生横向效应误差。2、金属箔式应变片，可扰性好散热寿命都比较好但电阻值的分散性大。3、金属薄膜应变片，应变灵敏度系数大，但温度稳定性差。（2）半导体材料的应变电阻主要基于压阻效应。突出优点就是灵敏度高。但温度系数大，应变时非线性比较严重。根据设计要求，由于应变信号非常微弱，为了提高检测灵敏度及减小温度漂移的影响。我们可以选用金属薄膜应变片或者半导体应变片的传感器。这两者的检测灵敏度较高。针对其温度产生的误差影响。我们给与一定的温度补偿来消除其温度误差，主要可以采用的温度补偿方法有：1）电桥补偿和2）应变片自补偿，这两种方法来消除误差。电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿方法。通过对应变片的选择和温度的补偿共同，来完成设计的要求。6、热电阻在应用过程中，有哪些引线方式？对这些引线方式的特点进行分析。答：热电阻在应用过程中为了减小或消除引出线电阻的影响，常采用二线制、三限制、四限制的引线方法。（1）二线制中引线电阻对测量影响大,用于测温精度要求不高场合。（2）三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。测量精度高于二线制，在工业温度检测中应用较广。（3）四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响,用于高精度温度检测。7、简述科里奥利质量流量计的工作原理和特点。答：科里奥利质量流量计工作原理：是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量计。特点：科里奥利质量流量计是一种直接式的质量流量计，具有许多其他流量计无可比拟的优点。优点：(1)可直接测量质量流量,有很高的测量精确度。(2)可测量流体范围广泛,包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。(3)测量管的振动幅度小,可视作非活动件,测量管路内无阻碍件和活动件。(4)不受介质流速分布的影响,因而无上下游直管段要求。(5)测量值对流体粘度不敏感,流体密度变化对测量值的影响微小。(6)可做多参数测量,如同期测量密度。缺点：(1)零点不稳定形成零点漂移,影响其精确度的进一步提高,使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点稳定度两部分。(2)不能用于测量低密度介质和低压气体;液体中含气量超过某一限制会显著影响测量值。(3)对外界振动干扰较为敏感,为防止管道振动影响,大部分型号的流量传感器安装固定要求较高。(4)不能用于较大管径,目前尚局限于150(或200)mm以下。(5)测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度,尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显著。(6)与同规格的其他种类的传感器相比，重量和体积较大，价格昂贵。自己写的缺点：对震动较为敏感，故对传感器的抗震、抗扰要求比较高，运行中由于两根测量管的平衡破坏而引起零点漂移；不适用于低密度介质和低压气体，不适用于大管道，测量管内壁磨损、腐蚀和结垢，影响测量精度较大。8、电涡流式传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么?涡流传感器能否测量大位移量?为什么?答：主要优点：能实现非接触测量、结构简单、动态特性好、对温度敏感、不怕油等介质污染等等。涡流传感器不能测量大位移量，因为涡流传感器只有当测量范围较小时，才能保证一定的线性度。9、什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。霍尔元件温度补偿的方法主要有：利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。10、光电效应可分为哪三种类型，简单说明其原理并分别列出以之为基础的光电传感器。答：1、光电子发射效应（外光电效应）：当物质受到光照射时，电子得到了足够的光能会从物质表面上放射出来的现象，称为光电子发射。普通光电管和光电倍增管就是利用这种原理制成的。2、光电导效应（内外光电效应）：当物质受到光的照射时，载流子的浓度增加，电导率增大的现象，称为光电导效应。光敏电阻就是利用这种效应制成的。3、光生伏特效应（内外光电效应）：当物质受到光的照射时，两种材料的界面上产生电动势的效应，称为光生伏特效应。光电池就是利用这种效应制成的。11、热电偶产生的热电动势由哪几种电动势组成？答：热电偶是基于热点效应原理，两种不同材料的导体（半导体）紧密结合，组成的一个闭合回路，由于温差，该回路就产生了电动势。热电偶产生的热电势与两电极的材料和两电极的温度有关。即热电偶的热电动势有接触电动势和温差电动势了两部分构成。（1）对于单一导体的温差电势，一根匀质金属导体两端温度不同，导体内部产生电动势。（2）两种导体的接触电势差，两种金属A、B接触，由于导体内自电电子密度不同，接触面形成电场。