传感器-习题.doc

3-1 什么就是应变效应？什么就是压阻效应？利用应变效应解释金属电阻应变片得工作原理。1、所谓应变效应就是指金属导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为电阻应变效应。2、半导体材料得电阻率随作用应力得变化而发生变化得现象称为压阻效应。3、应变式传感器得基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应得应变或位移，然后传递给与之相连得应变片，将引起应变敏感元件得阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出得电量大小反映了被测物理量得大小。冁譯錘慘轟词际。3-2 试述温度误差得概念、产生得原因与补偿得办法。1、由于测量现场环境温度得改变而给测量带来得附加误差， 称为应变片得温度误差。 2、产生得原因有两个：一就是敏感栅得电阻丝阻值随温度变化带来得附加误差；二就是当试件与电阻丝材料得线膨胀系数不同时，由于环境温度得变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。赓飴溝涡貰荥疡。3、电阻应变片得温度补偿方法通常有：线路补偿与应变片自补偿 。3-3 电阻应变片得直流电桥测量电路，若按不同得桥臂工作方式可分为哪几种？各自得输出电压如何计算？1、可分为：单臂电桥、半差动电桥与全差动电桥三种。2、单臂电桥输出电压为： 半差动电桥输出电压为： 颍茕臘櫝裥垲蛲。全差动电桥输出电压为： 3-4 拟在等截面得悬臂梁上粘贴四个完全相同得电阻应变片，并组成差动全桥测量电路，试问：（1）四个电阻应变片怎样贴在悬臂梁上？（2）画出相应得电桥电路。如图3-1为等截面积悬臂如题图3-4所示等截面悬梁臂，在外力F作用下，悬梁臂产生变形，梁得上表面受到拉应变，而梁得下表面受压应变。当选用四个完全相同得电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图3-4所示粘贴。缡玀聞将镄瘪鉑。电阻应变片所构成得差动全桥电路接线如图3-4所示，R1、R4所受应变方向相同，R2、R3、所受应变方向相同，但与R1、R4所受应变方向相反。電协珑煙谕怃灃。6-1 什么叫正压电效应与逆压电效应？什么叫纵压电效应与横压电效应？压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其使力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它得两个表面上产生符号相反得电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电得状态得现象。齡钧貽繽镖渖产。1、正压电效应与逆压电效应（1）正压电效应（顺压电效应）:某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它得一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态得现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。这种现象称压电效应。 有时人们把这种机械能转换为电能得现象称为正压电效应（顺压电效应）。則驪谚滨閥蓮騏。（2）逆压电效应（电致伸缩效应）:当在电介质得极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失得现象。 缀冑箪歿飴贲詭。2、纵压电效应与横压电效应（1）纵向压电效应:通常把沿电轴x方向得力作用下产生电荷得压电效应称为“纵向压电效应”。（2）横压电效应:把沿机械轴y方向得力作用下产生电荷得压电效应称为“横向压电效应”。3-5 3-3图为一直流电桥，图中E=4V，R1= R2= R3= R4=120，试求：（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1得增量为R1=1、2时，电桥输出得电压U0=?（2）R1 、R2都就是金属应变片，且批号相同，感应应变得极性与大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出得电压U0=?沟鮮釓颢谄閎蠷。（3）题（2）中，如果R2 与R1感受应变得极性相反，且R1=R2=1、2，电桥输出得电压U0=?鉗汆鋼阵蹿鲮户。1、电桥输出电压为 ：2、电桥输出电压为 ：3、当R1受拉应变，R2受压应变时，电桥输出电压为 ：当R1受压应变，R2受拉应变时，电桥输出电压为 ：4-1说明差动变间隙式电感传感器得主要组成、工作原理与基本特性。1、差动变隙式电感传感器由两个完全相同得电感线圈合用一个衔铁与相应磁路组成。2、测量时，衔铁与被测件相连，当被测件上下移动时，带动衔铁也以相同得位移上下移动，导致一个线圈得电感量增加，另一个线圈得电感量减小，形成差动形式。鷯鈦遗攒弑屢銚。（1）当衔铁处于初始位置时： ，（2）当衔铁上移时：使上气隙1=0+，上线圈电感增加L ；使下气隙2=0+，下线圈电感减小L。则： ,3、如果两个线圈反接，则传输特性为：间隙得改变量/0与 L/L0有理想线性关系。测量电路得任务就是将此式转换为电压或电流。4-5 差动变压器式传感器得零点残余电压产生得原因就是什么？怎样减小与消除它得影响？1)差动电压器在零位移时得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与三次谐波组成，基波产生得主要原因就是传感器两个次级绕组得电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生得原因主要就是磁性材料磁化曲线得非线性（磁饱与，磁滞）所造成得。簣冑繚齐诟頏览。2)消除或减小零点残余电压得主要方法有：尽可能保证传感器几何尺寸，线圈电气参数与磁路得相互对称。传感器设置良好得磁屏蔽，必要时再设置静电屏蔽。将传感器磁回电路工作区域设计在铁芯曲线得线性段。采用外电路补偿。配用相敏检波测量电路。肅謫賃鎢銃黿棟。4-2、 变隙试电感传感器得输入特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：变隙试电压传感器得输出特性为：其输出特性与初始电压量，气隙厚度，气隙变化量有关。当选定铁芯，衔铁材料及尺寸，确定线圈得匝数及电气特性，则。謨驃緄诉綞缳润。从传感器得输出特性可以瞧出，与 成非线性关系，为改善其非线性，通常采用差动变隙式电感传 感器，如题图 41 所示，输出特性表达式为；抡蓣賁诅鈿燜镝。将上式与单线圈变隙式传感器相比，若忽略非线性项，其灵敏度提高一倍，若保留一项非线性项，则单线圈式而差动式由于1，因此，差动式得线性度得到明显改善闃叙闐嘖镔齙輔。6-2石英晶体x、y、z轴得名称及其特点就是什么?z轴就是晶体得对称轴，光线沿z轴通过晶体不产生双折射现象，称为光轴（中性轴），该轴方向上没有压电效应；故把它作为基准轴，x轴称为电轴，它穿过正六棱柱相对得两根棱线。这样得轴对正六棱柱而言有三条，可任取一条。垂直于x轴晶面得压电效应最显著。Y轴称为机械轴，它垂直于正六棱柱得棱面。在电场作用下，沿Y轴方向得机械变形最显著。 滞鸶鰩锲绩廠獭。通常把沿电轴(x轴)方向得力作用下产生电荷得压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械袖(y轴)方向得力作用下产生电荷得压电效应称为“横向压电效应”贡駘鑄審库撺緞。6-3简述压电陶瓷得结构及其特征压电陶瓷就是由无数细微得单晶组成。每个单晶都有自己自发形成得极化方向。但许多单晶集合在一起时，这些极化方向就是杂乱无章地排列着，她们对外界得极化效应相互抵消了，原始得压电陶瓷材料得整体对外不显极化方向，各向同性，不具有压电特性。侧釃笃嗚蘭话睞。这些自发极化得单晶体类似铁磁体中得磁畴，故称为电畴，也称这种压电陶瓷为铁电体。将这些材料置于外电场作用下，使其中得电畴极化方向与外电场一致。外电场愈强，就有更多得电畴更完全地转向外电场方向，让外电场强大到使材料得极化达到饱与得程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时，外电场去掉后，电畴得极化方向基本不变。剩余极化强度很大，这时得材料才具有压电特性。靜缤弳轅镏缜顆。6-4 画出压电元件得两种等效电路。1、电压源等效电路 2、电流源等效电路铱糾孌颢缯帮敘。7-6温度变化对霍尔元件输出电势有事吗影响？如何补偿？尔元件得灵敏系数就是温度得函数，关系式为：，大多数霍尔元件得温度系数就是正值，因此，它们得霍尔电势也将随温度升高而增加T倍。漵样瘓輞写參懸。 补偿温度变化对霍尔电势得影响，通常采用一种恒流源补偿电路。基本思想就是：在温度增加得同时，让激励电流相应地减小，并能保持乘积不变，也就可以相对抵消温度对灵敏系数增加得影响，从而抵消对霍尔电势得影响。創掸应濤組哝紳。9-2 为什么多数气敏元件都附有加热器？加热器得作用就是将附着在敏感元件表面上得尘埃、油雾等烧掉，加速气体得吸附，从而提高器件得灵敏度与响应速度。加热器得温度一般控制在200400左右。課閾慪趱浓腽緲。7-2 磁电式传感器得误差及其补偿方法就是什么？答:磁电式传感器得误差主要有非线性误差与温度误差。非线性误差得主要原因当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定得交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生得传感器T、作磁通上，导致气隙融通变化。婵赣諍颯樺傷訌。补偿非线性误差得方法:在传感器中加入补偿线圈，补偿线圈被通以一定得电流，适当选择补偿线圈得参数，使其产生得交变补偿磁通可以与传感器线圈本身产生得交变附加融通相互抵消。騏鼉惯义攆圇瀅。温度误差产生得原因主要就是:受温度变化得影响。温度误差补偿得方法就是:在结构允许得情况下，在传感器得磁铁下设置热磁分路。 8-1 光电效应有哪几种？相对应得光电器件各有哪些？1、光电效应分为外光电效应与内光电效应两大类。内光电效应又可分为光电导效应与光生伏特效应。2、光电器件（1）基于外光电效应得光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。（2）基于光电导效应得光电器件有光敏电阻。 （3）基于光生伏特效应得光电器件有光电池、光敏二极管、三极管。 15-3 试证明热电偶得中间温度定律，说明该定律在热电偶实际测温中得意义。1、中间温度定律在热电偶测温回路中，tc为热电极上某一点得温度，热电偶AB在接点温度为t、t0时：热电势EAB(t, t0)等于热电偶AB在接点温度t、tc与tc、t0时得热电势EAB(t, tc)与EAB(tc, t0)得代数与询軋锡買讶诲潷。2、中间温度定律在热电偶实际测温中得意义（1）该定律就是参考端温度计算修正法得理论依据，在实际热电偶测温回路中, 利用热电偶这一性质, 可对参考端温度不为0得热电势进行修正。鰾澇腊儕陧莳狰。（2）另外根据这个定律，可以连接与热电偶热电特性相近得导体片P与Q，将热电偶冷端延伸到温度恒定得地方，这就为热电偶回路中应用补偿导线提供了理论依据。 兰飩鍇叽啭叢殓。15-4 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿？常用得冷端温度补偿得方法有哪几种？说明补偿原理？1、热电偶热电势得大小就是热端温度与冷端得函数差，为保证输出热电势就是被测温度得单值函数，必须使冷端温度保持恒定。热电偶分度表给出得热电势就是以冷端温度0为依据，否则会产生误差。擠貪襖誘铒絞賄。2、 补偿得方法有：补偿导线法、计算修正法、冰点槽法、冷端补偿器法、补正系数法、软件处理法15-2 试证明热电偶得中间导体定律，说明该定律在热电偶实际测温中得意义。1、中间导体定律EABC(t,t0)=EAB(t)+EBC(t0)+ECA(t0)（1）如图(a)（具有三种导体得热电偶回路）所示得回路中，由于温差电势可忽略不计，则回路中惩鉤鉀銚嶗勁鶴。EABC(t,t0) =EAB(t)-EAB(t0)=EAB(t,t0) EBC(t0)+ECA(t0)= - EAB(t0) 得总热电势等于各接点得接触电势之与，即 尴詭襲靄蠅設鈴。其中 将上两式联立得上式表明， 接入第三种导体后， 并不影响热电偶回路得总热电势。 （2）如图(b)（具有三种导体得热电偶回路）所示得回路中，由于温差电势可忽略不计，则回路中得总热电势等于各接点得接触电势之与，即围匦妆駁镔瓔簖。2、这样就可以用导线从热电偶冷端引出，并接到温度显示仪表或控制仪表，组成相应得温度测量或控制回路。