热电阻效应

1.属于传感器动态特性指标的是(D)

a重复性b线性度c灵敏度d固有频率

2、下列错误分类不属于(b)

a系统误差b绝对误差c随机误差d粗差

3.非线性表示校准的程度(b)。

a、接近真值B、偏离拟合直线C、正负笔画不重合D、重复性

4、传感器元件中,直接感受侧面的物理量是(B)

a、转换元件b、敏感元件c、转换电路d和放大电路

5.传感器的高灵敏度表明传感器(C)。

a工作频率宽,B线性范围宽,C单位输入引起的输出大,D允许输入大。

6下列不按传感器工作原理分类的传感器是(B)

a应变传感器b化学传感器c压电传感器d热电传感器

7传感器主要完成两个功能:检测和(D)。

a测量b感知c信号调整d转换

8返回误差表示在(c)期间输出-输入特性曲线不一致的程度

a多次测量b相同的测量c向前和向后行程d不同的测量。

9、仪器的精度等级用仪器的(C)来表示。

a相对误差b绝对误差c引用误差d总误差

第二,判断

1.在同一测量条件下,多次测量时,绝对值和符号不变,或改变条件时,按。

有规律变化的误差称为系统误差。(√)

2系统误差可以消除,随机误差也可以消除。(×)

3对于具体的测量,高精度不一定是高精度,高精度不一定是高精度,所以高精度不一定是高精度(×)。

平均值就是真实值。(×)

5在n次等精度测量中,算术平均值的标准偏差是单次测量的1/n。(×)

6.线性是非线性误差。(×)

7.该传感器由被测、敏感元件、转换元件、信号调理转换电路和输出电源组成。(√)

8.被测传感器必须是非电量(×)。

9.测量不确定度是随机误差和系统误差的合成。(√)

10传感器(或测试仪器)在首次使用前和长期使用后需要进行校准,以确定传感器的静态特性指标和动态特性参数(√)。

2.简答题:(50分)

1.传感器的动态特性和静态特性是什么?简述在什么频域条件下只有静态特性才能满足通常的需要,一般要在什么频域条件下研究传感器的动态特性?

答:传感器的动态特性是指输入随时间变化时传感器的输入输出特性。静态特性是指输入恒定或变化非常缓慢时传感器的输入输出特性。在时域中,只有静态特性可以满足通常的需要,而在频域中,一般研究传感器的动态特性。

2.画出并解释用传感器测量时的相对真值、测量值、测量误差、传感器输入输出特性等概念及其相互关系。

答:框图如下:

测量值是由仪器直接或间接测量的数值。

测量误差是指测量结果的实测值与实测真实值之间的差异。

当测量误差较小时,可以忽略不计,测得的值可称为相对真值。

3.考虑到传感器的静态和动态特性,详细介绍了如何选择传感器。

答:综合考虑传感器静态特性的主要指标,选择线性度大、迟滞小、重复性好、分辨率强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑到动态特性,所选传感器应能跟随输入的快速变化,即应具有短的瞬态响应时间或宽的频率响应特性。

4.什么是系统误差?系统错误的原因是什么?如何减少系统误差?

答:当我们对同一个物理量进行多次重复测量时,如果误差按照一定的规律出现,则称为系统误差。

系统错误的原因有:

①工具误差:指由于测量仪器或仪器部件的不完善而引起的误差。

②方法误差:指对测量方法研究不足而产生的误差。

③定义误差:是由于被测量定义不清而产生的误差。

④理论误差:是由于测量理论本身不完善,只能进行近似测量而产生的误差。

⑤环境误差:是工作环境(温度、气压、湿度等)造成的误差。)不是仪器校准时的标准状态,而是随时间变化的。

⑥安装误差:是测量仪器安装或放置不正确造成的误差。

⑦人为误差:指测量人员的不良习惯或操作不熟练造成的误差。

三。计算

1.如下测量检测设备的一组输入和输出数据:

X

0.9

2.5

3.3

4.5

5.7

6.7

y

1.1

一点六

2.6

3.2

4.0

5.0

尝试用最小二乘法拟合一条直线,求其线性度和灵敏度(15分)。

答:

引入数据:

,

拟合直线的灵敏度为0.68,线性度为7%

2.假设测量一个物体的长度六次,结果分别是9.8 10.0 10.19.9 10.215cm。如果忽略粗差和系统误差,则以99.73%的置信概率,试求被测物体长度的最小估计区间。

解决方案:

分别为-0.2 0 0.1 -0.1 0.2。

3.等精度测量某一电阻10次,得到的测量值如下:

R1—167.95ωR2—167.45ωR3—167.60ωR4—167.60ωR5—167.87ω

R6—167.88ωR7—168.00ωR8—167.85ωR9—167.82ωR10—167.61ω

求10次测量的算术平均值,测量的标准误差和算术平均值的标准误差。

解决方案:

=

=167.76Ω σ=

=0.18

=

=0.06

1、电阻传感器是将测量的变化转换成(d)变化的传感器。

A.电子b电压c电感d电阻

2.电桥测量电路的作用是将传感器的参数转换成(C)的输出。

A.电阻电容电压电荷

3.半导体应变仪具有诸如(A)的优点。

A.灵敏度高b .温度稳定性好c .参数一致性高d .接口电路简单

4.半导体材料在轴向受外力作用时电阻率发生变化的现象称为(B)。

A.光电效应b .压阻效应c .压电效应d .霍尔效应

5.当导体或半导体材料在外力作用下发生机械变形时,其电阻值相应变化,称为(A)应变效应b .光电效应c .压电效应d .霍尔效应。

6.利用电桥(B)实现温度误差的电路补偿方法。

A.将相邻桥臂的相同可变输入电压相加;b .减去相邻桥臂的差分输入电压。

c、增加对桥臂的相同可变输入电压D、增加对桥臂的差分输入电压。

7、采用相邻双臂电桥检测应变传感器,以使其灵敏度高,非线性误差小(C)

A.两个桥臂都应使用电阻较大的工作应变片。两个桥臂应使用两个串联的工作应变片。c .两个桥臂应使用应变变化相反的工作应变仪。两个桥臂应使用具有相同应变变化的工作应变仪。

8、按输出信号的性质分类,应变式位移传感器是(A)的一种。

A.模拟传感器b计数传感器c代码传感器d开关传感器

9、下列传感器中,不适合静态位移测量的是(D)

a压阻式位移传感器b电感式位移传感器

c涡流位移传感器d压电位移传感器

10、半导体热敏电阻的电阻率随温度而增加,电阻率(b)

A.上升b .迅速下降c .保持不变d .归零

两个是非题

1.几个热电偶串联起来测量多点的平均温度。当一个热电偶烧坏时,它不能被快速检测到。(×)

2.在固态压阻式传感器的测量电路中,恒压源和恒流源的供电与电流大小、精度和温度有关。(×)

3.热回路的热电动势不仅与热端温度有关,还与冷端温度有关。(√)

4.在典型的噪声干扰抑制方法中,差分放大器的作用是抑制共模噪声。(√ )

5.将电阻应变片贴在弹性元件上,可以分别制成测量力、位移、加速度等参数的传感器。(√) 6.电阻应变计公式中,dR/R=(1+2μ)ε+λEε,λ代表电阻率。(× )

7.该结构传感器通过改变传感器材料的物理特性来实现信号转换。(×)

8、在信号传输过程中,产生干扰的原因是。干扰耦合通道(打勾)。

9.通常用于测量大位移的传感器是应变电阻。( × )

10.环境温度变化引起的差动电桥误差为0。(√ )

三个简答题

1.简述应变片在弹性元件上的布置原理,哪种电桥接方式具有温度补偿功能。

答题原则如下:(1)贴在劳损最敏感的部位,使其具有最佳灵敏度;

(2)在复合载荷下测量可以消除相互干扰;(3)考虑温度补偿;

单臂桥没有温度补偿功能,差动和全桥模式有温度补偿功能。

2.金属导体的电阻应变效应和热阻效应是什么?

答:金属电阻的应变电阻效应——当金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值会发生相应的变化。

3.为什么应变式电阻传感器要进行温度补偿?分析说明这类传感器的温度误差补偿方法。答:①在外界温度变化的情况下,由于敏感栅的温度系数,

和样本膨胀系数(

)的差异引起的虚假应变输出有时会产生与真实应变相同数量级的误差。

②方法:自补偿线补偿法。

四道计算题

1.图中所示电路是电阻应变计中使用的不平衡电桥的简化电路。在图中,R2=R3=R是固定电阻,R1和R4是电阻应变计。当R1受拉力,R4受压力,δR = 0时,桥处于平衡状态。当应变仪拉紧时,电桥就失去了平衡。此时,电桥的输出电压Ucd用来表示应变计改变后电阻的变化。证明了UCD =-(e/2) (δ r/r)。

证明:

省略

可以求出的二次项。

2.图中所示为DC应变电桥,E = 4V,R1 = R2 = R3 = R4 = 350ω。发现:①R1为应变片,其余为外接电阻,输出U0=?。②R1和R2是应变计,感测的应变极性相同。

其余为电阻,电压输出U0=?。③R1和R2感受到相反极性的应变,输出U0=?。

(4) R1、R2、R3、R4都是应变片,同臂反臂,电压输出U0=?。

解决方法:①

一、判断(20分)

1.差动变间隙自感传感器的灵敏度是单线圈自感传感器的4倍。(×)

2.差动变压器将测得的非电量变化转化为线圈互感的变化。(√)

3.更换电感传感器的引线电缆后,无需重新调零整个仪器。(×)

4.涡流传感器可用于测量各种形式的位移。(√)

5.自感知传感器实现了测量变化到电容变化的转换。(×)

6.边缘效应不仅会降低电容传感器的灵敏度,还会产生非线性。(√)

7.电容传感器不能承受大的温度变化。(×)

8.差动变压器传感器可以测量任何与位移有关的力学量。(√)

9.电涡流传感器可以非接触测量各种振动的振幅(√)。

10.涡流传感器常用于测量压力、加速度、微小位移和液位。(×)

两个。选择题(20分)

1.由两块平行板组成的电容器,如果忽略其边缘效应,其电容为(A)。

A.C=εS/d B.C=εd/S C. C=ε/Sd D.C=Sd/ε

2.在电容传感器中,如果用调频法测量转换电路,电路中的(b)。

A.电容和电感都是变量。b .电容可变,电感不变。

C.电感是变量,电容不变。电容和电感都保持不变。

3.不能用涡流传感器测量的是(d)。
A .置换b .材料标识c .检验d .非金属材料

4.在实际应用中,为了改善非线性,提高灵敏度,减少外界干扰的影响,电容传感器往往做成(B)。

A.自感形式b .差分形式c .涡流形式d .电容形式

5.下列哪种方法不能提高差动变压器的灵敏度(C)?

A.增加铁芯的直径b .选择较高的激励电压频率。

c、降低线圈的Q值D,提高励磁电源电压。

6.为了使传感器具有更好的线性度,测量范围一般为线圈骨架长度的(d)。

a . 1/8 ~ 1/4 b . 1/10 ~ 1/2 c . 1/4 ~ 1/2d . 1/10 ~ 1/4

7.下列哪种传感器可用于检测金属表面裂纹和焊接件的探伤(C)?

A.自感知传感器b .差动变压器c .涡流传感器d .电容传感器

8.量程大的电容式位移传感器类型是(D)。

A.可变极板面积型b .可变极距型c .可变电介质型d .电容栅型

9.在非电量测量中,应用最广泛的差动变压器结构是(A)?

A.螺线管类型b .可变间隙类型c .可变面积类型d .可变容积类型

10.可变面积自感传感器,当衔铁移动增加磁路中空气隙的面积时,铁芯上线圈的电感(A)。

A.增加b .保持不变c .减少d .变为零

三。简答题(30分)

1.试比较自感式传感器和差动变压器式传感器的异同?

答:自感式传感器与差动变压器式传感器具有相同的特点:其工作原理基于电磁感应,分为变气隙式、变面积式和螺旋式。
区别:在结构上,自感知传感器将测量的变化转化为电感线圈的电感变化。差动变压器电感式传感器将测量的变化转化为传感器互感的变化,传感器本身就是一个互感系数可变的变压器。

2.自感知传感器测量电路的主要任务是什么?变压器桥和带相敏检波的交流桥哪个能更好的完成这个任务?为什么?

主要任务:将测得的变化转换成自感L的变化,通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。

采用相敏检波的交流电桥可以更好地完成这项任务。采用相敏整流电路,输出电压不仅能反映电枢位移的大小和方向,还能消除零残压的影响。

3.以自感传感器为例,说明差动传感器可以提高其灵敏度的原理。

答:单极自感传感器的灵敏度为:

差动传感器的灵敏度为:

可以看出,与单极型相比,灵敏度提高了一倍,非线性大大降低。

四。计算问题

1.分析动铁芯左右移动时(x1,x2变化)下图所示自感传感器的自感L的变化。已知空气隙长度为x1和x2,空气隙面积为s,磁导率为μ,线圈匝数w不变)。

解决方案:

,

空气隙长度x1和x2分别变化,但其和不变,其他变量不变。

2.下图为变极距板电容传感器的测量电路,其中CX为传感器电容,C为固定电容,假设运算放大器增益A=∞,输入阻抗z =∞;试推导输出电压U0与极板间距的关系,分析其工作特性。

解决方案:

其中负号表示输出电压。

的相位与电源电压不同相。上述公式显示了运算放大器的输出电压和极板间距离d之间的线性关系。运算放大器电路解决了极板间距可变的单电容传感器的非线性问题。但是要求Zi和放大倍数k足够大。为了保证仪器的精度,还需要电源电压。

的幅度和固定电容c值是稳定的。

1.选择题。

1.压电材料用于将超声波(机械振动波)转换成电信号(C)。

a应变效应b涡流效应c压电效应d逆压电效应

2.在光的作用下,半导体的电导率增加(B)

a外部光电效应B内部光电效应C光电发射D都不是。

3.由压电陶瓷制成的力或压力传感器可以测量(C)

a人体重量b车道的挤压力c切削时车刀感受到的切削力变化d水管压力。

4.光纤传感器的工作原理是基于(b)。

a、入射光的光谱与光电流的关系;b、光的折射定律;

c、光的衍射;d、光强与光电流的关系

5.在下列位移传感器中,(c)既适合测量大的直线位移,也适合测量大的角位移。

A.电容传感器b .电感传感器c .光栅传感器d .电阻传感器

6.对于应时水晶,下列说法正确的是(A)。

沿着光轴施加的力不会产生压电效应和电荷。

b、沿光轴施力不会产生压电效应,但会产生电荷。

c、沿光轴施力会产生压电效应,但没有电荷产生。

d .沿光轴方向受力时,会产生压电效应和电荷。

7.人造卫星光电板的利用(一)

a光电效应b光化学效应c光热效应d光敏效应

8.光伏电池属于(c)

a外部光电效应B内部光电效应C光伏效应D我不知道。

9.固体半导体成像元件CCD是一种(C)

A.pn结光电二极管电路B. PNP晶体管集成电路

C.MOS晶体管开关集成电路D. NPN晶体管集成电路

10.减少霍尔元件输出不等电位的方法是(c)。

a、降低励磁电流b、降低磁感应强度c、使用桥式零电位计。

对或错。

1.磁电式传感器是一种无源传感器,它可以将被测物体的力学量转换成容易测量的电信号,而不需要辅助电源。(错误)

2.编码器因其高精度、高分辨率和高可靠性而广泛应用于各种位移测量中。(右)

3.在光纤传感器中,数值孔径NA实际上就是临界角,反映了光纤接收到多少光。(右)

4.在光电传感器中,有许多光电流和亮电流,但只有一个暗电流;暗电流大、光电流小的光敏电阻灵敏度更高。(错误)

5.压电传感器的工作原理是基于某些电介质材料的压电效应,是典型的无源传感器(对)。

6.压电传感器适用于动态测量和静态测量(误差)。

7.光电效应可分为三种:内部光电效应、外部光电效应和光伏效应。(右)

8.根据被测对象的调制形式,光纤传感器分为强度调制型、偏振调制型、频率调制型和相位调制型。(右)

9.在计量电路中,光电二极管应处于反向偏置状态。(右)

10.磁电传感器利用导体和磁场之间的相对运动,在导体两端产生感应电势。然而,由于霍尔元件在磁场中的电磁效应(霍尔效应),霍尔传感器输出电势。霍尔传感器可用于测量电流、磁场、位移和压力。(右)

1请解释什么是莫尔条纹?

回答:将两个栅距相同的栅面成对重叠,中间留有小间隙。并且两者的网格线之间形成一个小的夹角Q,这样我们就可以看到在靠近垂直网格线的方向出现明暗条纹,这种条纹称为莫尔条纹。

2.什么是光电效应?

答:通常光照射在物体表面产生的光电效应分为三类。第一种是利用光电子在光的作用下从物体表面逸出的外部光电效应。这种元件包括光电管和光电倍增管;第二种是利用在光的作用下改变材料内部电阻率的内部光电效应,这类元件有光敏电阻;第三种是光伏效应,使物体在光的作用下产生一定方向的电动势。这些元件包括光电池和光电仪器。

4.应用题。

1.最广泛使用的压电传感器是力测量。任何可以转化为力的力学量,如位移、压力速度等,都可以用压电传感器来测量,尤其是振动加速度的测量。请分析一下压电式加速度传感器在现实中的应用。

压缩压电加速度传感器结构示意图

1.答:压电效应:当某些电介质沿某一方向受力变形时,内部发生极化,同时在其两面产生符号相反的电荷。当外力撤除后,它们又回到不带电的状态,这就是所谓的正压电效应。反之,当在电介质的极化方向施加电场时,就会发生形变,这种现象称为逆压电效应。压电加速度计利用正压电效应。

如图所示,测量时,传感器底座与试件刚性固定。感应振动时,质量块的惯性很小,所以质量块和传感器底座一样振动。由于压电效应,压电片产生电荷。当振动频率远小于传感器的固有频率时,传感器的输出电荷与作用力成正比,即与试件的加速度成正比,然后用放大器检测试件的加速度。

2.转速测量装置由霍尔传感器和齿盘组成。输出信号经放大器放大后由记录仪记录,记录纸记录的信号如图。

(1)简述霍尔效应。

(2)当齿盘的齿数为z=12时,测得的转速是多少转每分钟?

(3)用铜作为齿盘的材料是否可行?为什么?

答案:(1)当置于磁场中的静止载流导体的电流方向与磁场方向不同时,载流导体的两个表面之间产生平行于电流和磁场方向的电动势。这种现象被称为霍尔效应。

(2)从图中可以看出,如果标记之间的脉冲数为15,则f=150HZ n=60f/Z=750(n/min)。

(3)不能用铜做齿盘,因为铜是非磁性金属。

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