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传感器及检测技术

习题一概论p161.测试系统一般是怎样构成的?①传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号;②信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工;③显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式,以供人们观测和分析。

2.什么是测量误差?测量误差有几种表示方法?测量误差:人们在进行各种实际测量时,尽管被测量在理论上存在真值,但由于客观实验条件的限制,被测量的真值实际上是测不到的,因而测量结果只能是真值的近似值,这就不可避免地存在着测量误差。

测量误差有:绝对误差、相对误差、引用误差。

3.测量误差按出现规律可分为几种?它们与准确度与精密度有什么关系?①按出现规律可分为:系统误差、随机误差、粗大误差②准确度表示测量结果中系统误差的大小。

系统误差越小,准确度越高,即真一民实际值符合的程度越高。

精密度表示测量结果中随机误差大小的程度。

随机误差越小,测量值越集中,表示精密度越高。

精确度是测量结果系统误差与随机误差的综合。

表示测量结果与真值的一致程度。

精确度用来反映系统误差和随机误差的综合影响。

精确度越高,表示正确度和精密度越高,意味着系统误差和随机误差都小。

4.产生系统误差的常见原因有哪些?常用的减小系统误差的方法有哪些?①产生系统误差的主要原因:●仪器的制造、安装或使用方法不正确;●环境因素影响(温度、湿度、电源等);●测量原理中使用近似计算公式;●测量人员不良读数习惯②减小系统误差的方法:●发现判断:实验对比、残余误差观察、准则检测●减少消除:修正、特殊测量法(替代、差值、误差补偿、对称观察)5.传感器有哪些几部分组成?敏感元件、转换元件、转换电路6.按传感器的工作机理、能量转换方式、输入量及测量原理四种方法,传感器分别是如何分类的?①按工作机理分:●电参数式传感器(如电阻式、电感式和电容式);●压电式传感器;●光电式传感器;●热电式传感器。

②按能量转换方式分:●能量控制型传感器(如电阻、电感、电容式)●能量转换型传感器(如基于压电效应、热电效应传感器)③按输入量分:力传感器、位移传感器、温度传感器④按测量原理分:●电路参量式传感器(包括电阻式、电感式、电容式)●电动势式传感器(包括磁电感应式、霍尔式、压电式)●光电式传感器(包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式)●半导体式传感器习题二温度检测p357.温度检测主要有哪几种方法及它们是怎样分类的?温度检测方法分为:接触测量法,非接触测量法。

接触式包括:热膨胀式(如水银、双金属、液体或气体压力);热电偶;热电阻(铂电阻、铜电阻、半导体热敏电阻)。

非接触式包括:辐射式8.热电偶传感器的特点是什么?热电偶是由热电功率差别较大的两种金属材料构成的,当红外辐射入射到这两种金属材料构成的闭合回路的接点上时,该接点温度升高。

而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度,在闭合回路中将产生温差电流,同时回路中产生温差电势,温差电势的大小,反映了接点吸收红外辐射的强弱。

9.常见的红外温度传感器有哪几种?各有什么样特点?常见的红外温度传感器有:热敏电阻型、热电偶型、高莱气动型、热释电型热敏电阻型:热敏电阻是由锰、镍、钴等稀有金属氧化物混合后烧结而成的。

热敏电阻一般制成薄片状,当红外辐射照射在热敏电阻上时,其温度升高,电阻值减小。

测量热敏电阻值变化的大小,即可得知入射的红外辐射的强弱,以判断产生红外辐射物体的温度。

热电偶型:利用温差电热现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器,其时间常数较大,响应时间较长,动态特性较差,调制频率应限制在10Hz以下。

高莱气动型:灵敏度高,性能稳定,但响应时间长,结构复杂,强度较差,只适合于实验室内使用。

热释电型:其电压响应率正比于入射辐射变化的速率。

当恒定的红外辐射照射在热电传感器上时,传感器没有电信号输出。

只有铁电体温度处于变化过程中,才有电信号输出。

所以,必须对红外辐射进行调,使恒定的辐射变成交变辐射,不断地传感器的温度变化,才能导致热释电产生,并输出交变的信号。

10.简述高莱气动型传感器的工作原理。

红外辐射通过窗口入射到吸收膜上,吸收膜将吸收的热能传给气体,使气体温度升高,气压增大,从而使柔镜移动。

在室的另一边,一束可见光通过栅状光栏聚焦在柔镜上,经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光栏投射到光电管上。

当柔镜因压力变化而移动时,栅状图像与栅状光栏发生相对位移,使落到光电管上的光量发生改变,光电管的输出信号也发生改变,这个变化量就反映出入射红外辐射的强弱。

11.什么是金属导体的应变效应?电阻应变片由哪几部分组成?各部分的作用是什么?金属导体的应变效应:电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生的变化,叫电阻应变效应。

金属丝式电阻应变片包括:应变丝、基底、引线箔式电阻应变片包括:金属膜引线、基底、引线作用:12.用压电敏元件和电荷放大器组成的压力测量系统能否用于静态测量?对被测力信号的变化速度有何限制?这种限制由哪些因素组成?---P53压电传感器不宜作静态测量。

制作压电传感器时,将两片或两片以上压电晶片粘贴在一起,可采用并联或串联两种方式连接。

并联连接法只适宜测量慢变化信号,串联法适宜于以电压输出的信号和测量电路输入阻抗很高的情况。

13.什么叫压电效应?什么叫做顺压电效应?什么叫逆压电效应?--P49压电效应:当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时,会产生变形,此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。

当去掉外力后,它又重新回到不带电状态,这种现象被称为压电效应。

顺压电效应:这种机械能转变为电能的现象,称为顺压电效应。

逆压电效应:在某些物质的极化方向上施加电场,它会产生机械变形,当去掉外加电场后,该物质的变形随之消失,这种电能转变为机械能的现象,称为逆压电效应。

14.应变片是如何粘贴的?首先选择所要粘贴的部位、力的方向,然后用砂纸对被测试件表面进行打磨(注意:金属丝式的不能打得太光滑;对箔式的要打磨得光滑,不能有杂质或异物),然后用无水酒精进行清洗,待酒精挥发干净后,用粘合剂(如502胶)进行粘贴,等待24小时后进行测量。

15.简述流量的定义、瞬时流量和累计流量的概念、体积流量和质量流量的单位?流量:是指单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。

前者为体积流量,后者为质量流量。

瞬时流量:简称为流量。

累计流量:在一段时间内流过的流量量就是流体总量,即瞬时流量对时间的累积。

体积流量----q v,质量流量---- q m16.简述按流量原理划分流量计的种类?差压式流量计,电磁流量计,涡轮式流量计,旋涡流量计,转子流量计。

17.差压式流量计有几中取压方式,各有何特点?。

18.简述电磁流量计的原理?电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律,即导体在磁场中切割磁力线运动时,在其两端产生感应电动势。

导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,在与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势,其值为E=BDv。

设液体的体积流量为q v=πD2v/4,则v=4q v/πD2,代入上式得E4Bq v/πD=Kq v由上式可知,在管道直径已确定、磁感应强度不变的条件下,体积流量与电磁感应电势有一一对应的线性关系,而与流体密度、粘度、温度、压力和电导率无关。

19.简述涡轮流量计的原理?涡轮流量计在管形壳体的内壁上装有导流器,一方面促使流体沿轴线方向平行流动,另一方面支承了涡轮的前后轴承。

由于涡轮具有一定的铁磁性,当叶片在永久磁铁前扫过时,会引起磁通的变化,因而在线圈两端产生感尖电动热,此感应交流电信号的频率与被测流体的体积流量成正比。

如将该频率信号送入脉冲计数器即可得到累积总流量。

20.比较差压流量计、电磁流量计、涡累流量计的优缺点。

差压流量计:在使用差压流量计时,导压管安装不当会造成很大的误差。

另外,如果在导压管内测量的是液体,则不允许出现气泡,如果测量的是气体,则不允许有凝结的液体,它们都会给测量带来误差。

解决的办法是在导管处安装阀门,进行排气或排液的处理。

电磁流量计:其测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管,因不易阻塞,适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体;不产生因检测流量所压力损失;测得的体积流量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率(只要在某一阈值以上)变化明显的影响;前置直管段要求较低;测量范围较大,通常为20:1~50:1;不能测量电导率很低的液体,如石油制品和有机溶剂等;不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体;通用型电磁流量计由于受衬里材料和电气绝缘材料限制,不能用于较高温度的液体。

涡轮流量计:具有精度高,可以达到0.5级以上;反应迅速,可测脉动流量;耐高压等特点,适用于清洁液体、气体的测量。

习题五位移检测p10321.测量位移有哪些方法?--88线位移传感器和角位移传感器。

常用线位移传感器包括:电阻式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、光电式位移传感器、感应同步器、光栅以及磁栅、激光位移传感器等。

根据输出信号不同,位移传感器又可分为模拟式和数字式两种22.电感式位移传感器的工作原理是什么?--91常用的电感式位移传感器有变气隙型、变面积型和螺管型三种。

对变气隙传感器,气隙的大小随被测量的改变而变化,使磁路中气隙的磁阻发生变化,引起线圈电感的变化。

这种电感量的变化与气隙的大小(即位移量)相对应。

因此,测出这种电感量的变化,就可测出位移的大小。

变面积型是气隙长度保持一定,而铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测位移量的变化而改变,导致线圈电感的变化。

螺管型传感器是线圈电感随着衔铁插入长度的变化而变化。

电感相对变化量与衔铁位移相对变化量成正比。

但由于线圈内磁场强度沿轴向分布不均匀,其输出有非线性。

习 题 六 光电传感器 补充章节23. 光电效应有哪几种?与之对应的元器件各有哪些?外光电效应(光电管,光电倍增管);内光电效应(光敏电阻)光生伏特效应(光电池,光敏二极管,光敏三极管)24. 什么是光电效应当光照射物体时,物体受到一连串具有能量的光子轰击,使物体中的电子吸收入射光子的能量,而发生相应的效应。

25. 光敏二级管温度特性是什么?如何采取措施对温度特性进行改进?措施:① 材料选硅管,其暗电流比锗管小几个数量级;② 电路中采取温度补偿措施;③ 对光调制,用交流放大,利用隔直电容隔断暗电流26. 光电路灯控制电路的工作原理 (给出电路图)请给出光电式带材跑偏检测装置的原理框图,并简述其工作原理 提供光源的灯泡,通过透镜分二路,一路到达光敏三极管7上,作被测烟尘浓度参比上,其中一部分光线被烟尘吸收或折射,的光通量越小。

两路光线转换成电压信号U1、U2,的比值,并进一步算出被测烟尘的浓度。

再经透镜3会聚入射到光敏电阻4(R1)上。

透分别安置在带材合适位置的上、下方,在平行光束到达透镜3的途中,将有部分光习题七物位传感器p21131.机械人有哪些感觉能力(填空题)触觉能力、接近觉、视觉、压觉、滑觉32.简述光电编码器的组成及其工作原理。

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