传感器总结

11.7什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？答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入的关系，指标：线性度，灵敏度，迟滞，重复性等。1.8什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？答：传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化量的输入量的能力。可以从时域和频域两个方面，采用瞬态响应法和频率响应法分析。2.2金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？答：金属应变片的工作原理是基于金属的应变效应。半导体应变片的工作原理是基于半导体的压阻效应。半导体应变片的主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍，且它的横向效应和机械滞后极小。但半导体应变片的温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多。2.5试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿方法？答：由于测量现场环境温度改变而给测量带来的附加误差，成为应变片的温度误差。产生原因：电阻温度系数的影响，材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。补偿方法：电桥补偿法，应变片的自补偿法，热敏电阻补偿法。3.1何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因以及消除方法。答：零点残余电压的存在使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨率的提高，零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至回使放大器饱和阻塞有用信号的通过，致使一起不在反映被测量的变化。产生原因：（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同；（2)由于铁心的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。消除方法：（1）在设计和工艺上，力求做到此路对称、线圈对称，铁心材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口一致，两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀；（2）采用拆圈的试验方法减小残余误差。其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等；（3）在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻、加并联电容、加反馈电阻或加反馈电容等。3.2如何改善单极式边极距型电容传感器的非线性？答：在实际中，为了改善非线性，电容传感器常做成差动形式。3.3为什么电容式传感器易受干扰？如何减少干扰？答：电容式传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制，一般为几十到几百皮法，使传感器的输出阻抗很高。因此传感器的负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象。3.11什么是压磁效应？什么是正压磁伸缩，什么是负压磁伸缩？答：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变，这种现象称为压磁效应。当某种材料受拉时，在受力方向上磁导率升高，而在与作用力相垂直的方向上，磁导率降低，这种现象称为正压磁伸缩。相反，某些材料受拉时，在受力方向上，磁导率降低，而在与作用力相垂直的方向上，磁导率升高，这种现象称为负压磁伸缩。4.1光电传感器的特点是什么？若采用光电传感器可能测量的物理量有哪些？答：光电传感器就是以光电器件为检测元件的传感器。电绝缘抗电线位移，线速度，角位移，角速度。4.3二进制码和循环码各有何特点？2答:二进制：（1）n位的二进制码盘具有2n种不同编码，其容量为2n，其最小分辨率1=360°/2n，它的最外圈角节距为21。（2）二进制码为有权码，编码Cn，C1n……C1对应于由零位算起的转角为=11112iniC（3）码盘转动中，C1变化时，所有Cj（ji）应同时变化。循环码：（1）n位循环码码盘与二进制码一样具有2n种不同码制，最小分辨率为1=360°/2n。最内阻为Rn码道，一半透光，一半不透光。其它第i码道相当于二进制码盘第i+1码道向零位方向转过1角，它的最外圈R1码道的角节距为41；（2）循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，而其余各位相同；（3）循环码为无权码；（4）循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，不会产生粗大误差。4.7说明光导纤维的组成并分析其导光原理，指出光导纤维导光的必要条件是什么？答：光导纤维是用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的，每一根光导纤维由一个圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率。真空中光是沿直线传播的，然而入射到纤维中的光栈都能限制在光导纤维中，随光导纤维弯曲而走弯曲的路线，并能传播很远的距离，在光导纤维中，传输信息的载体为光，当光导纤维的直径比光的波长大的多时，可以用几何光学原理，说明光在光纤内的传播。5.1试述磁电式传感器的基本结构及其工作原理。答：磁电式传感器由两部分组成，一部分是磁路系统，由它产生恒定直流磁场，为减少传感器的体积，一般采用永久磁铁；另一部分是线圈，有它运动切割磁力线产生感应电动势。另外，还有一些外壳、支撑、阻尼器、接线装置。磁电式传感器以电磁感应原理为基础。根据法拉第电磁感应定律E=—kdtd,如果线圈是N匝，磁场强度为B，每匝线圈平均长度为la，线圈相对磁场运动的速度为v=dx/dt,则整个线圈产生的电动势为E=-Ndtd=-NBladtdx=-NBlav，可以用来来直接测量速度，如果在传感器的信号调节电路上加一个积分电路或微分电路，就可以用来测量位移或加速度。5.2试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的告你工作原理。答：半导体薄片至于磁场中，当他的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行与电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。工作原理：在垂直与外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前、后两个端面之间产生霍尔电势UH，霍尔电动势的大小和激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比，级UH=RHdIB,RH为霍尔常数。5.7说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。答：（1）石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，3在光轴方向时，不产生压电效应。压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F（2）石英晶体作为常用的压电传感器具有转换效率和装换精度高，线性范围宽，重复性好，固有频率高，动态特性好，工作温度高达550℃（压电系数不随温度变化而改变），工作湿度高达100％等优点，它的稳定性是其它压电材料无法比拟的，刚刚极化后的压电陶瓷的特性是不稳定的，经过两三个月以后，压电系数才近似保持为一定常数，经过两年以后，压电常数又会下降，所以做成的压电传感器要经常校准，另外，压电陶瓷也存在逆压电效应。5.9简述压电传感器的特点及应用答：压电式传感器具有体积小，重量轻，结构简单，工作可靠，动态特性好，静态特性差的特点，该传感器多用于加速度和动态力或压力的测量。6.4什么是电阻温度计的三线制连接？有何优点？答：如图所示（背面），G为检流计，R1,R2,R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻，热电阻Rt通过电阻为r1，r2，r3的三根导线与电桥连接，r1和r2分别接在相邻的两桥臂内，当温度变化时，只要他们的长度和电阻温度系数相等，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态。电桥在零位调整时，使用R3=Ra+R0t，R0t为热电阻在参考温度时的电阻值。优点，能够有效的消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差。6.5简述热电偶的工作原理答：热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器，它由两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即TT0时，回路中会产生热电势EAB(T，T0)，其中，T称为热端，T0称为冷端，A和B称为热电极。热电势的大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定。6.6试用热电偶的基本原理，证明热电偶的中间导体定则6.7简述热电偶冷端补偿的必要性，常用的冷端补偿有几种方法？并说明补偿原理？p175答：由热电偶的测温公式可知，热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关。只有当冷端温度恒定时，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为0℃，这就是热电偶的冷端处理和补偿。补偿导线法：补偿导线在100℃（或200℃）以下的温度范围内，具有与热电偶相同的热电特性，用它连接热电偶可起到延长热电偶冷端的作用。热电偶冷端温度恒温法：在一个保温瓶里放冰水混合物，1个标准大气压（101.325KPa）的冰和纯水的平衡温度为0℃。在密封的盖子上插上若干支试管，试管的直径应尽量小，并有足够的插入深度。试管底部有少量高度相同的水银或变压器油，若放水银则可把补偿导线与铜导线直接插入试管中的水银里，形成导电通路。不过在水银面上应加少量蒸馏水并用石蜡封结，以防止水银蒸发和溢出。计算修正法：在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0℃，而是环境温度T1，这时测量出的回路热电势要小。因此，必须加上环境温度T1与冰点T0之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。根据连接导体和中间温度则有：E=(T，0)=E(T，T1)+E(T1，0)。可用室温计测出环4境温度T1，从分度表查出E(T1，0)的值，然后加上热电偶回路热电势E(T，T1)，得到E=(T，0)的值，反查分度表即可得到准确的被测温度T值。6.8简述热电偶冷端补偿导线的作用。答：1、实现冷端迁移。2、降低电路成本6.9在一测温系统中，用铂铑——铂热电偶测温，当冷端温度为t0=30℃时，在热端温度t时测的热电势E=(t，30℃)=6.63mV，求被测对象的真实温度。解：查表可得：E=(30，0)=0.173mV，E(t，30℃)=6.63mV，所以E(T，0)=6.63+0.173=0.803mV反查铂铑——铂分度表可得，t=121℃6.10有哪些非接触式测温方法？请简述其工作原理答：（1）光学高温计：它是目前工业中应用较广的一种非接触式测温仪表。精密光学高温计用于科学实验中的精密测试；标准光学高温计用于量值的传递。光学高温计可用来测量800℃到3200℃的高温。由于用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度（TL），被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真是温度。（2）光电高温计：光电高温计是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于800℃时，光学高温计对亮度无法进行平衡。它采用新型的光电器件自动进行平衡，达到连续测量的目的。（3）辐射温度计：它是根据全辐射强度定理，即物体的总辐射强度与物体的四次方成正比的关系来测量的。它由辐射感温器和显示仪表两部分组成，可用于400℃到2000℃的高温。辐射高温计测量的温度称为辐射温度TE.。被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。（4）比色温度计：比色温度计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的。其特点是准确度高，响应快，可观察小目标（最小可到2mm）。用比色温度计测得的温度称为比色温度Ts，它与物体的真实温度T很接近，一般可以不进行校正。7.3差压式流量计由哪几部分组成？简述每部分的功能答：差压式流量计由节流装置、引压导管和差压变送器组成。节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：将节流装置前后产生的差压传送给差压变送器