现代测试技术《传感器》复习题

1/13一、选择题1．下列器件不能够检测温度的是（）。A.红外探测器B.热电偶C．热电阻D．CCD2．下列传感器不能测量位移的是（）。A．迈克尔逊干涉仪B．电阻应变式传感器C．差动变压器式传感器D．催化传感器3．下列属于物性型传感器的是（）。A.热电偶B.电容式传感器C．直线位移变阻器传感器D．磁电式速度传感器4．下列适合用作加速度传感器的是（）。A.压电晶体传感器B.电容式传感器C．差动变压器式传感器D．电涡流传感器5．下列适合用作生物传感器的是（）。A.压电晶体传感器B.电容式传感器C．应变电阻式传感器D．酶传感器二、判断题1．无论采用何种测量仪器和方法，都不能测量出被测对象的真值。（）2．由于测量肯定存在误差，所以粗大误差不能消除。（）3．任何信号都可以用数学关系式来描述。（）4．测量仪器经过正确严格的标定后可以得到与标定系统相同的精度。（）5．应变片式位移传感器不适合直接测量大位移。（）6．电涡流传感器可以实现非接触距离测量。（）7．一型系统能够消除速度误差。（）8．磁电式速度计可以实现非接触式振动测量。（）9．声波在空气中传播时，随着温度降低，速度升高。（）10．设备表面粗糙程度不影响涡流位移传感器测量其振动幅值。（）11．分贝数相同的噪声，人耳感觉到的响度也是一样的。（）12．桥式电路能够提高测量灵敏度。（）13．压电式传感器是能量控制型传感器。（）14．电容式气体压力传感器可以用来间接测量流量。（）15．虚拟仪器测量系统除了计算机，可以完全不依赖于其它硬件。（）三、名词解释1．灵敏度：传感器在稳定工作条件下，输出微小变化增量与引起此变化的输入微小变量的比值。2．线性度：是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。3．结构型传感器：是利用物理学中的场的定律和运动规律等构成的，其被测参数变化引起传感器结构变化，从而使输出电量变化。如：光栅式，电容式，电感式等。4．调制：利用某种低频信号来控制或改变-高频振荡信号的某个参数的过程。5．压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。2/13四、问答题1．什么是负载效应？减轻负载效应的措施有哪些？化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。即空载或最小负载下的输出电压和满载输出电压之间的差值与满载输出电压的百分比。它表征了负载变化对电源输出电压的影响程度。尽量减少导线电阻及接触电阻；正确利用电源的遥测端；使用过程中负载电容总量不应超过最大容性负载能力。2．热电偶回路具有什么特点？1、组成热电偶回路的两种导体材料相同时，无论两接点温度如何，回路总热电势等于零。2、如果热电偶两接点的温度相同，T=T0，则尽管导体A，B材料不同，热电偶回路的总电势亦为零。3、在热电偶回路中接入第三种材料的导体时，只要这根导体的两端温度相同，则不会影响原来回路的总热电势。这一性质称为中间导体定律。3．传感器的概念是什么？选用传感器的基本原则是什么？传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成。1-可靠性：产品的性能参数均处在规定的误差范围内2-灵敏度：传感器灵敏度越高越好。3-响应特性：影响特性必须满足4-精确度：应从实际出发尤其应从测试目的出发来选择5-线性范围：在线性范围内输入与输出成比例关系4．根据光电测量原理，光电传感器包括哪几种类型？光电式传感器有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光电二极管和光电三极管、光电池、半导体色敏传感器、光电闸流晶体管、热释电传感器、光电耦合器件等光电元件。另外，光电式传感器还可分为模拟式光电式传感器和脉冲式光电式传感器两类。5．简述磁电式速度传感器的原理。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。见书P756．选择测振传感器的主要注意事项是什么？1.一定要确定你所测对象振动过程中可能出现的最大过载是多少，传感器的最大过载必须大于这个值，否则传感器会出现不可逆的损坏。2.确定传感器工作环境的温度范围，根据校准证书上的温漂曲线进行软件校准。3.确定自己想要的输出形式，是电压还是电流还是电荷，这样可以确定后端是否还需要信号变整设备。4.确定安装位置和安装方式，选择尺寸合适方便安装的传感器。7．什么叫声发射？声发射传感器包括哪几种？材料或构件在受力过程中产生变形或裂纹时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。利用接收声发射信号,对材料或构件进行动态无损检测的技术,称为声发射技术。声发射传感器的主要类型有：高灵敏度声发射传感器，宽频带声发射传感器，高温声发射传感器，差动声发射传感器，微型声发射传感器、磁吸附声发射传感器、低频抑制声发射传感器和电容式声发射传感器等。3/138．什么是虚拟仪器？虚拟仪器的软件组成结构是什么？虚拟仪器采用计算机开放体系结构来取代传统的单机测量仪器。虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。五、计算题1．以阻值R=120Ω,、灵敏度Sg=2的电阻丝应变片与阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压3V，假设负载电阻无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的电桥灵敏度。2．图4-1所示电路给出了某电位器式位移传感器的检测电路。Ui=12V，R0=10kΩ，AB为线性电位计，总长度为150mm，总电阻为30kΩ，C点为电刷位置。问：1）输出电压U0=0V时，位移x为多少？2）当位移x的变化范围在10—140mm时，输出电压U0的范围是多少？+-+-R02R0UiABCu0x/mm150x0图4-11.解：这是一个等臂电桥，可以利用等比电桥和差特性表达式求解。o1234e1()4URRRRUR=2时：单臂输出电压：66oee1122103310V3μV44gRUUSUR双臂输出电压：66oee1122103610V6μV22gRUUSUR=2000时：单臂输出电压：63oee1122000103310V3mV44gRUUSUR双臂输出电压：63oee1122000103610V6mV22gRUUSUR双臂电桥较单臂电桥灵敏度提高1倍。2.解：1）当U0=0V时，电桥平衡21150xx解得x=1002）当位移x的变化范围在10—140mm时，电桥输出电压满足如下关系4/1301501502000xuuRRRuiOi415008.0312150150122150150000xxRRRuxuuiiO14010x41015008.0414015008.0Ou即：2.72.3Ou一、选择题1.下列器件能够检测温度的是（）。A.SAWB.差动电容传感器C．Cu50D．CCD2.下列传感器能测量位移的是（）。A．迈克尔逊干涉仪B．Cu50C．Pt100D．催化传感器3．下列属于结构型传感器的是（）。A.热电偶B.水银温度计C．压电晶体传感器D．磁电式速度传感器4．下列不适合用作位移传感器的是（）。A.压阻式传感器B.电容式传感器C．差动变压器式传感器D．应变式电阻传感器5．下列属于能量控制型传感器的是（）。A.压电晶体传感器B.热电偶温度计C．应变电阻式传感器D．酶传感器二、判断题1．被测对象的真值可以通过精确测量得出。（）2．测量肯定存在误差，但是粗大误差能消除。（）3．存在不可以用数学关系式来描述的信号形式。（）4．测量仪器经过正确严格的标定后也不可能得到与标定系统相同的精度。（）5．应变片式位移传感器不适合直接测量大位移。（）6．电涡流传感器不能实现非接触距离测量。（）7．二型系统能够消除速度误差。（）8．磁电式速度计可以实现非接触式振动测量。（）9．设备表面粗糙程度影响涡流位移传感器测量其振动幅值。（）10．声波在空气中传播时，随着温度降低，速度降低。（）11．分贝数相同的噪声，人耳感觉到的响度也可能不一样。（）12．桥式电路能够提高测量灵敏度。（）13．压电式传感器是能量转换型传感器。（）14．电容式气体压力传感器可以用来间接测量流量。（）15．虚拟仪器的硬件系统除了计算机，还包括信号采集硬件。（）5/13三、名词解释1．回程误差：测量器具对同一个尺寸进行正向和反向测量时，由于结构上的原因，其指示值不可能完全相同这种误差被称作回程误差。回程误差：在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的的绝对值。注：回程误差也称滞后误差。见书P11：在相同条件下传感器在正行程（输入量有小到大）和反行程（输入量由大到小）期间，所得输入，输出特性曲线往往不重合。2．分辨力：分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨率的指标。压力传感器上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性有负相相关性。3．物性型传感器：物性型传感器是利用材料的固定物理特性及其各种物理、化学效应检测被测量的传感器。即：利用其物理性变化实现信号转换的传感器。压阻式传感器，压电式传感器，光电式传感器。4．解调：解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。5．CCD：英文全称：Charge-coupledDevice，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。是一种大规模集成电路光电器件，是在MOS集成电路技术基础上发展起来的新型半导体传感器。四、问答题1．干扰传入测量装置的主要途径有哪些？2．说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。工作原理：形成涡流的条件：1是，存在交变磁场；2是，导体存在交变磁场中；P68成块的金属物体置于变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡流。电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空心绕组，它与正弦交流电源接通，通过绕组的电流会在绕组周围空间产生交变磁场。当导电的金属靠近这个绕组时，金属导体中便会产生电涡流。涡流的大小与金属导体的电阻率、磁导率、厚度、绕组与金属导体的距离，以及绕组励磁电流的角频率等参数有关。如果固定其中某些参数不变，就能由电涡流的大小测量出另外一些参数。由电涡流所造成的能量损耗将使绕组电阻有功分量增加，由电涡流产生反磁场的去磁作用将使绕组电感量减小，从而引起绕组等效阻抗Z及等效品质因数Q值的变化。所以凡是能引起电涡流变化的非电量，例如金属的电导率、磁导率、几何形状、绕组与导体的距离等，均可通过测量绕组的等效电阻R、等效电感L、等效阻抗Z及等效品质因数Q来测量。这便是电涡流式传感器的工作原理。电涡流式传感器的结构比较简单，主要是一个绕制在框架上的绕组，目前使用比较普遍的是矩形截面的扁平绕组。3．传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？它们的转换原理(传感器工作的