传感器复习总结

1.什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差?某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。2.什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？测量误差是测得值与被测量的真值之差。测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。3.已知待测力为70N，现在有两只测力仪表。一直测量范围为0-500N，精度为0.5级，另一只测量范围为0-100N，精度为1.0级。问选用哪一只测力仪表好？解：最大满度相对误差为±0.5%±1%，绝对误差为±2.5和±1。R1=±2.5/70=±3.57%，R2=±1/70=±1.43%，R1R2,则选第二只表较好。4.标准差有几种表示形式？如何计算？分别说明它们的含义。标准偏差简称标准差，有标准差，标准差的估计值及算术平均值的标准差。()由于随机误差的存在，等精度测量列中各个测得值一般皆不相同，它们围绕着该测量列的算术平均值有一定的分散，此分散度说明了测量列中单次测得值的不可靠性，标准差是表征同一被测量的n次测量的测得值分散性的参数，可作为测量列中单次测量不可靠性的评定标准。而被测量的真值为未知，故不能求得标准差，在有限次测量情况下，可用残余误差代替真误差，从而得到标准差的估计值，标准差的估计值含义同标准差，也是作为测量列中单次测量不可靠性的评定标准。若在相同条件下对被测量进行m组的“多次重复测量”，每一组测量都有一个算术平均值，由于随机误差的存在，各组所得的算术平均值也不相同，它们围绕着被测量的真值有一定分散，此分散说明了算术平均值的不可靠性，算术平均值的标准差则是表征同一被测量的各个独立测量列算术平均值分散性的参数，可作为算术平均值不可靠性的评定标准。5.传感器组成原理图。nn22221nnii12n112nvniisnsx6.什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器有敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部份；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部份。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须要有辅助的电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部份。7.什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明性能指标的含义传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，有灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。①灵敏度是指传感器输出量增量△y与引起输出量增量△y的相应输入量增量△x的之比。用S表示灵敏度，即S=△y/△x②传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值△Lmax满量程输出值Yfs之比。线性度也称为非线性误差，用Rl表示。③迟滞是指传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。即传感器在全量程范围内最大的迟滞差值ΔHmax与满量程输出值Yfs之比称为迟滞误差，用Rl表示。④重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用均方根误差计算，也可用正反行程中最大重复差值△Rmax计算。8.当被测介质温度为t1，测温传感器示值温度为t2时，有下列方程式成立，当被测介质温度从25℃突然变化到300℃，测温传感器的时间常数τ0=120s，试确定经过350s后的动态误差。由题可知该测温传感器为典型的一阶系统，则传感器的输出y(t)与时间满足如下关系：把120及t=350s代入上式得可知经过350s后，输出y(t)达到稳态值的94.5%则该传感器测量温度经过350秒后的动态误差为：△=（300-25）x（1-0.945）=14.88℃9.什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应变化的现象，称为应变效应。其表达式为dR/R=K·ε，式中K为材料的应变灵敏系数，当应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量与金属材料的轴向应变成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变ε转换成与之成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。10.试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿办法。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。tety1)(945.011)(120350eetyt11.说明差动变隙电压传感器的主要组成，工作原理和基本特性。差动变隙电压传感器结构如下图所示。主要由铁芯，衔铁，线圈三部分组成。传感器由两个完全相同的电压线圈合用一个衔铁和相应磁路。工作时，衔铁与被测件相连，当被测体上下移动时，带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等方向相反的变化。导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。其输出特性为：△L/L0=2(△δ/δ0)为了使输出特性能得到有效改善，构成差动的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参数等方面均应完全一致。12.差动变压器等效电路图，基本特性。差动变压器式传感器有变隙式差动变压器式和螺线管式差动变压器式传感器二种结构形式。输出电压与M1/M2比值成正比，然而M2/M1比值与变压的体积与零点残余电压有关器。应综合考虑；U0与δ0成反比关系，因此要求δ0越小越好，但较小的δ0使测量范围受到约束，通常在0.5mm左右。13.螺线管式差动变压器与激励对变压器性能影响？螺线管式差动变压器式传感器的输出特性是激励电压U和激磁频率f的函数，理论上，灵敏度K与U、f成正比关系，而实际上由于传感器结构的不对称、铁损、磁漏等因素影响，K与f不成正比关系，一般在400Hz～10KHz范围内K有较大的稳定值，K与U不论在理论上和实际上都保持较好的线性关系。一般差动变压器的功率控制在1瓦左右，因此U取值在3～8伏范围之内。为保证传感器有较好的线性度，其测量范围为线圈骨架长度的1/10到1/4。因此可以测量大位移范围。14.光电耦合器分为哪两类？各有什么用途？光电耦合器件可分为线型CCD图像传感器和面型CCD图像传感器两类。线型CCD图像传感器可以直接接收一维光信息，但是不能直接讲而为图像先好转换为视频信号输出，为了得到整个二维图像的视频信号，就必须使用扫描的方法，而民星CCD图像传感器主要用于摄像机及测试技术。15.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？差动电压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和三次谐波组成，基波产生的主要原因是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞）所造成的。消除或减小零点残余电压的主要方法有：①尽可能保证传感器几何尺寸，线圈电气参数和磁路的相互对称。②传感器设置良好的磁屏蔽，必要时再设置静电屏蔽。③将传感器磁回电路工作区域设计在铁芯曲线的线性段。④采用外电路补偿。⑤配用相敏检波测量电路。0120iUWWU16.电涡传感器常用的测量电路有哪几种？画出电路，等效电路及测量电路。（1）等效原理图（2）调频式电路（3）条幅式电路17.根据工作原理可将电容式传感器分为那几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有三种基本类型，即变极距(d)型（又称变间隙型）、变面积(A)型和变介电常数(ε)型。变间隙型可测量位移，变面积型可测量直线位移、角位移、尺寸，变介电常数型可测量液体液位、材料厚度。电容式传感器具有以下特点：功率小，阻抗高，由于电容式传感器中带电极板之间的静电引力很小，因此，在信号检测过程中，只需要施加较小的作用力，就可以获得较大的电容变化量及高阻抗的输出；动态特性良好，具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；本身的发热对传感器的影响实际上可以不加考虑；可获取比较大的相对变化量；能在比较恶劣的环境条件下工作；可进行非接触测量；结构简单、易于制造；输出阻抗较高，负载能力较差；寄生电容影响较大；输出为非线性。18.如何改善单极式变极距型传感器的非线性？采用差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。19.什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵向压电效应和横向压电效应？某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。这种机械能转化成电能的现象，称为“顺压电效应”。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为“逆压电效应”。在石英晶体中，通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”，而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。20.五种测量电路（1）环形二极管电容测量电路不要求画图（2）调频式测量电路（3）运算放大器式电路（4)二极管双T形交流电桥(5)脉冲带宽调制电路21.画出压电传感器的两种等效电路(1)电压源(2)电荷源22.什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔电动势的大小正比于激励电流I与磁感应强度B，且当I或B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随着改变，但当I和B的方向同时改变时霍尔电动势极性不变，此外薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。23.影响霍尔元件输出零点的因素有哪些？怎样补偿？影响霍尔元件输出零点的因素主要是霍尔元件的初始位置。霍尔位移传感器，是由一块永久磁铁组成磁路的传感器，在霍尔元件处于初始位置△x=0时，霍尔电势UH不等于零。霍尔式位移传感器为了获得较好的线性分布，在磁极端面装有极靴，霍尔元件调整好初始位置时，可以使霍尔电势UH＝0。24.温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响？如何补偿？霍尔元件的灵敏系数KH是温度的函数，关系式为：KH0=(1+α△T)，大多数霍尔元件的温度系数α是正值，因此，它们的霍尔电势也将随温度升高而增加α△T倍。补偿温度变化对霍尔电势的影响，通常采用一种恒流源补偿电路。基本思想是：在温度增加的同时，让激励电流I0相应地减小，并能保持KH·I0乘积不变，也就可以相对抵消温度对灵敏系数KH增加的影响，从而抵消对霍尔电势的影响。25.压