传感器与检测技术周杏鹏课后答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII1 - 2自动检测系统通常由 几个部分组成其中对转感器 的一般要求是什么 首先先由各种传感器将非电 被测物理或化学成分参量转 化成电参量信号，然后经信 号调理，数据采集，信号处 理后，进行显示，输出，加 上系统所需的交，直流稳压 电源和必要的输入设备，便 构成了一个完整的自动检测 系统。对传感器通常有如下要 求:1,准确性2,稳定性3， 灵敏度4其他:如耐腐蚀性， 功耗，输出信号形式，体 积，售价等。1- 3试述信号调理和信号 处理的主要功能和区别，并 说明信号调理单元和信号处 理单元通常由哪些部分组 成。信号调理在检测系统中的作 用是对传感器输出的微弱信 号进行检波，转换，滤彼， 放大等，以便检测系统后续 处理或显示。信号处理模块是自动检测仪 表，检测系统进行数据处理 和各种控制的中枢环节，其 作用和大脑相类似。信号调理电路通常包括滤 波、放大、线性化等环节。 信号处理模块通常以各种型 号的嵌入式微控制器、专用 高速处理器（D5P）和大规模可 编程集成电路，或直接米用 工业控制计算机来构建。2- 1随机误差，系统误差，粗大误差产生的原因是 什么对测量结果的影响有什 么不同从提高测量准确度 看，应如何处理这些误差 随机误差主要是由于检测仪 器或测量过程中某些未知或 无法控制的随机因素综合作 用的结果。系统误差产生的原因大体上 有:测量所用的仪器木身性 能不完善或安装，布置，调 整不当;在测量过程中温 度，湿度，气压，电磁干扰 等环境条件发生变化;测量 方法不完善，或者测量所依 据的理论本身不完善;操作 人员视读方式不当等。粗大误差一般由外界重大干 扰或仪器故障或不正确的操 作等引起的。减小和消除系统误并的方法1. 针对产生系统误差的主要 原因采取相应措施2. 采用修止方法减小恒差系 统误差3. 采用交叉读书法减小线性 系统误差4. 采用半周期法减小周期性 系统误差随机误差的处理可以用数理统计的方法，对 其分布范围做出估计，得到 随机影响的不确定度。粗大误差的处理 拉伊达准则和格拉布斯准则2 - 2工业仪表常用的精度 等级是如何定义的精度等级 与测量误差是什么关系 人为规定:取最大引用误差 百分数的分子作为检测仪器 （系统）精度等级的标志，即 用最大引用误差去掉正 负号的数字来表示精度 等级。赞度等级常用符 号G表示。0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0 七 个等级是我国工业检测仪器 （系统）常用精度等级。 检测仪器（系统）的精度等级 由生产商根据其最大引用误 差的大小并以选大不选小的 原则就近套用上述精度等级 得到。2 - 3已知被测电压范围为0 -5V,现有（满量程）20V.0.5级 和150V.0.1级两只电压表， 应选用哪只电表进行测量两者比较，通常选用A表进 行测量所产生的测量误差较 小。即选用20V,0.5级3.2什么是仪表的灵敏度和 分辨力两者间存在什么关系 灵敏度是指测量系统在静态 测量时，输出量和输入量的 增量之比。能引起输出量发生变化时输 入量的最小变化量称为传感 器或检测系统的分辨力。 灵敏度与分辨力关系:传感器 的分辨力主要由敏感元件本 身特性决定，提高灵敏度的 措施，如提高放大倍数以及 降低信噪比在一定程度有助 于提高系统分辨力，但这种 手段的作用在于充分发挥敏 感元件的性能，因此其最大 效果受限于敏感元件本身， 若敏感元件本身分辨力有 限，则灵敏度的提高也不会 影响传感器的分辨力。（灵敏 度大则分辨率小）3.3判断线性度的方法有哪 几种哪一种精度最高那一种 精度最低最小二乘法、端基线法、理 想线性度法。通常最小二乘 法精度最高，理想线性度法 精度最低。3.7传感器与检测系统静态 校准的条件与步骤是什么静态标准条件是指没有加速 度，振动，冲击（除非这些参 数本身就是被测物理量）及环 境温度一般为室派（20 士 5） C,相对湿度不大于 85%,大气压力为（101 士 7）KPa的情况。静态校准的步骤如下：1,根 据标准的情况，将传感器或 检测仪器全量程（测量范围） 分成若干等间距点（一般至少 均匀地选择五个以上的校准 点，其中应包括起始点和终 点）；2，然后由小到大逐一增加 输入标准量值，并记录下被 校准传感器或检测仪器与标 准器相应的输出值；3, 将输入值由大到小逐一 减小，同时记录下与各输入 值相应的输出值；4, 按2,3所述过程，对传感 器进行正，反行程往复循环 多次测试，将得到的输出- 输入测试数据用表格列出或 作出曲线；5, 对测试数据进行必要的 处理，根据处理结果就可以 确定被校准传感器或检测仪 器的线性度，灵敏度，滞后 和重复性等静态特性指标。 4.1什么是金属电阻丝的应 变效应和灵敏度系数金属材料的电阻相对变化与 其线应变成正比。这就是金 属材料的应变电阻效应。 Km=（1+2u）+C（1 - 2u）为金属 电阻丝的应变灵敏度系数， 它由两部分组成:前半部分为 受力后金属丝几何尺存变化 所致，后半部分为因应变而 发生的电阻率相对变化。4.3试述电阻应变片温度误差 的慨念，产生的原因和补偿 方法。由温度变化引起应变计输出 变化的现象，称为应变片的 温度效应（也称温度误差）。 产生的原因：1,温度变化引起 应变片敏感栅电阻变化而产 生附加应变；2,试件材料与敏感材料的线 膨胀系数不同，使应变片产 生附加应变； 温度补偿:应变片自补偿法;桥 路补偿法;热敏电阻补偿法 4.7拟在一个等截面的悬臂梁 上粘贴四个完全相同的电阻 应变片，并组成差动全桥电 路，试问:四个应变片应如何 粘贴试画出相应的电桥电路 图，试说明如何克服温度误 差？在梁的固定端附近的上下表 面顺着梁L的方向各粘贴两 片应变片。为了好理解，我解释一下： 就是说从上往下看顺着力 的方向），上面有两个并排的 应变片，同样下面也有两个 并排的应变片。这样，上而 受拉时，下而受挤压，两者 发生极性相反的等量变化，4 个应变电阻片就组成了全桥 电路图在书本p113图4-65 4.9电容式传感器的测量电路 主要有哪几种各自特点是 什么使用这些测量电路时 应注意哪些问题调频电路; 调频测量电路具有较高的 灵敏度，可以测量0.01 P m级位移变化量。运算放大器式电路;运算放大 器的输出电压与极板间距离 dx成线性关系，从而克服了 变间隙式电容传感器的非线 性问题!运算放大器虽解决了 单个变极距式电容传感器的 非线性问题，但要求放大器 具有足够大的放大倍数，而 且输入阻抗很高。双T二极管型电路电源、传感器电容、负载 均可同时在一点接地； 二极管D1,D2工作于高电 平下，因而非线性失真小； 其灵敏度与电源频率有 关，因此电源频率需要稳定； 将D1,D2,R1R2安装在 C1,C2附近能消除电缆寄生电 容影响，线路简单； 输出电压较高； 输出阻抗与电容C1和C2 无关，而仅与R1,R2及RL有 关；（7）输出信号的上升沿时间取 决于负载电阻RL,可用于动 态测量；（8）传感器的频率响应取决于 振荡器的频率。差动脉冲调宽电路;差动脉冲 调宽电路不需要载频和附加 解调线路，无波形和相移失 真，输出信号只需要通过低 通滤波器引出，直流信号的 极性取决于C1和C2;对变极 距和变面积的电容传感器均 可获得线性输出。这种脉宽 调制线路也便于与传感器做 在一起，从而使传输误差和 干扰大大减小4.20比较差动式自感传感器 和差动变压器在结构及工作 原哩上的异同之处。1结构:都有完全对称的铁 芯、衔铁和线圈结构。但差 动式电感传感器至少只有一 对自感线圈，没有原副线圈 之分;而差动变压器则至少由 一对原线圈和一对副线圈组 成，原线圈端需采用激励电 源，输出电压自副线圈引出。2工作原理:相同点是都利用 衔铁位置的改变实现差动检 测。不同点差动式电感传感器是通 过改变衔铁的位置来改变两个 差动线圈磁路的磁阻而使两个 差动结构的线圈改变各自的自 感系数实现被测量的检测，而 差动变压式传感器则是通过改 变衔铁的位置改变两个原副线 圈的自感系数来检测相关的物 理量。4.23电涡流式传感器有何特点 画出应用于测板材厚度的原理 框图。从应用来讲，电涡流式传感 器的最大特点是能相对位移， 振动，厚度，转速，表而温 度，硬度，材料损伤等进行非 接触式连续测量，具有结构简 单，体积小，灵敏度高，频响 范围宽，不受油污等介质影响 的特点。5.1什么是压阻效应什么是压阻 系数n表示压阻系数。半导体电 阻率随应变所引起的变化称为 半导体的压阻效应。5.2什么是正压电效应和逆压电 效应什么叫纵向压电效应和横 向压电效应某些晶体或多晶陶瓷，当沿 着一定方向受到外力作用时， 内部就产生极化现象，同时在 某两个表面上产生符号相反的 电荷;当外力去掉后，又恢复到 不带电状态:当作用力方问改变 时，电荷的极性也随着改变； 晶体受力所产生的电荷量与外 力的大小成正比。上述现象称 为正压电效应。反之，如对晶 体施加一定变电场，晶体本身 将产生机械变形，外电场撤 离，变形也随着消失，称为逆 压电效应。通常把沿电轴x方向的力作 用下产生的压电效应称为“纵 向压电效应”，而把沿机械轴Y方向的力作 用下产生的压电效应称为“横 向压电效应”5.3简述石英体的结构特点，其 X,Y,Z轴的名称是什么？每个轴 分别具有什么特点 石英晶体是一个正六角形的晶 柱。纵向轴Z称为光轴，也称为中 性轴，当光线沿此轴通过石英 晶体时，无折射； x轴称为电轴，在垂直于此轴 的面上压电效应最强； Y轴称为机械轴，在电场的作 用下，沿该轴方向的机械变形 最明显5.6简述压电式加速度传感器的 结构组成和工作原理 压电式加速度传感器主要由压 电原件，质量块，预压弹簧， 基座及外壳等组成。工作原理一当加速度传感器和 被测物一起受到冲击振动时， 压电元件受质量块惯性力的作 用，根据牛顿第二定律，此惯 性力是加速度的函数，既 F=ma,此惯性力与物体质量m 及加速度a成正比，此时力F 作用在压电元件上，因此而产 生电荷Q,当传感器一旦确 定，则电荷与加速度成正比。 因此通过测量电路测得电荷的 大小，即可知道加速度的大 小。5.7什么是光电效应？光电 效应有几种并举例说出与光 电效应相对的光电器件的名 称。囚为吸收了光能后转换为该 物体中某些电子的能量而产 生的电效应就称为光电效 应。光电效应可分为外光电效 应，内光电效应和阻挡层光 电效应三种类型。基于外光电效应原理工作的 光电器件有光电和光电倍增 管;基于内光电效应原理工作的 光电器件仃光敏电阻和反向 偏置工作的光敏二极管和光 敏三极管；基于阻挡层光电效应原理工 作的光电器件有光电池5.10简述光敏电阻，光敏二 极管，光敏晶体管和光电池 的工作原理。光敏电阻一一光敏电阻又称 为光电管，没有极性，纯粹 是一个电阻器件，阻值随光 照增加而减小，无光照时， 光敏电阻阻值（暗电阻）很 大，电路中电流灯（暗电 流）很小;当受到一定波长 范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路 中的电流迅速增大。一般希 望暗电阻越大越好，亮电阻 越小越好，此时光敏电阻具 有高的灵敏度。光敏二极管一一在电路中光 敏二极管一般是处于反向工 作状态，处于反向偏置的 PN结，在无光照时具有高 阻特性，反向暗电流很小。 在有光照时，在结电场作用 下，电子向N区运动，空穴 向P区运动，形成光电流， 方向与反向电流一致。光的 照度愈大，光电流愈大。由 于无光照时的反偏电流很 小，因此光照时的反向电流 基本上与光强成正比。 光电池一一光电池是基于光 生伏特效应制成的，是