1、1传感器与检测技术期末复习题 2010.51、 根据国标,传感器的定义是:P22、 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。3、 绝对误差4、 相对误差5、 系统误差6、 随机误差7、 引用误差8、 对一台确定的仪表或一个检测系统,最大引用误差是一个定值9、 测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。10、 某仪表的精度等级为 0.1 级,是表示;在使用时它的最大引用误差不超过1.0;即在整个量程内它的绝对误差最大值不会超过其量程的1.0。11、 精度等级已知的测量仪表只有在被测量值接近满量程时,才能发挥它的测量精度。12、 静态特性表示传感器在被测量各个
2、值处于稳定状态时的输入输出关系。静态特性的主要技术指标有:线性度、迟滞特性、重复性、灵敏度、分辨力和阈值、稳定性和温度稳定性、漂移、静态误差等。13、 传感器的动态性能指标主要有:固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等。14、 分辨力(分辨率)指传感器能检测到的最小的输入增量,可用绝对值、也可用满量程的百分数表示。15、 阈值:自控系统中能产生一个校正动作的最小输入值。16、 分辨力说明了传感器的最小的可测出的输入变量;阈值说明了传感器的最小可测出的输入量。17、 传感器的命名由主题词加四修饰语构成:主题词;第一级修
3、饰语;第二级修饰语;第三级修饰语;第四级修饰语。传感器的代号依次为:主称被测量转换原理序号。主称传感器,代号 C;被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记;转换原理用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记;序号用数字标记,厂家自定。18、 传感器的标定是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程,有静态标定和动态标定两种。静态标定用于检验测试传感器的静态特性指标,如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定是为了确定动态灵敏度、固有频率和频响范围等动态指标。19、 电阻式传感器是利用力、位移、加速度、角速度、温度、光照强度等非电学量的变化引起电路中电阻阻值的变化,从而将非电量转化为电量
4、进行测量的传感器。20、 电阻应变效应:导电材料在外力的作用下发生几何(机械)形变,引起其电阻值变化的现象。21、 金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。22、 压 阻 效 应 , 是 指 当 半 导 体 受 到 应 力 作 用 时 , 由 于 载 流 子 迁 移 率 的 变 化 , 使 其电 阻 率 发 生 变 化 的 现 象 。 压 阻 效 应 有 各 向 异 性 特 征 , 沿 不 同 的 方 向 施 加 应 力 和 沿 不同 方 向 通 过 电 流 , 其 电 阻 率 变 化 会 不 相 同 。 压 阻 效 应 被 用 来 制 成 各 种 压 力 、 应 力 、 应变 、 速 度 、
5、 加 速 度 传 感 器 , 把 力 学 量 转 换 成 电 信 号 。23、 金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化时,具有很好的重现性和稳定性,可用来2制作铂电阻温度传感器。如 Pt100 的电阻变化率为 0.3851/ ,环境温度为 0时,其阻值为 100。24、 三线制铂电阻温度传感器为消除线路导线电阻引起的测量误差,采用了全等臂电桥。四线制铂电阻温度传感器用两条附加测试线提供恒定电源(接恒流源) ,另两条线测待测电阻的压降(换算出阻值) ,因电压表输入阻抗高(电流很小) ,故误差小,不必采用电桥。25、 电 感 式 传 感 器 是 利 用 电 磁 感 应 把 被 测 的 物 理 量
6、如 位 移 , 压 力 , 流 量 , 振 动 等 转 换成 线 圈 的 自 感 系 数 和 互 感 系 数 的 变 化 , 再 由 电 路 转 换 为 电 压 或 电 流 的 变 化 量 输 出 , 实现 非 电 量 到 电 量 的 转 换 。 常 见 的 有 自 感 式 , 互 感 式 和 涡 流 式 三 种 。26、 电 涡 流 效 应 是 指 金 属 导 体 置 于 交 变 磁 场 中 会 产 生 电 涡 流 , 且 该 电 涡 流 所 产 生 磁 场的 方 向 与 原 磁 场 方 向 相 反 的 一 种 物 理 现 象 。27、 电 涡 流 传 感 器 的 敏 感 元 件 是 线 圈
7、 , 当 给 线 圈 通 以 交 变 电 流 并 使 它 接 近 金 属 导 体时 , 线 圈 产 生 的 磁 场 就 会 被 导 体 电 涡 流 产 生 的 磁 场 部 分 抵 消 , 使 线 圈 的 电 感 量 、 阻 抗和 品 质 因 数 发 生 变 化 。 这 种 变 化 与 导 体 的 几 何 尺 寸 、 导 电 率 、 导 磁 率 有 关 , 也 与 线 圈的 几 何 参 量 、 电 流 的 频 率 和 线 圈 到 被 测 导 体 间 的 距 离 有 关 。28、 电 容 式 传 感 器 将 被 测 的 机 械 量 , 如 位 移 、 压 力 等 转 换 为 电 容 量 变 化 的
8、 传 感 器 。它 的 敏 感 部 分 就 是 具 有 可 变 参 数 的 电 容 器 。 其 最 常 用 的 形 式 是 由 两 个 平 行 电 极 组 成 、极 间 以 空 气 为 介 质 的 电 容 器 。 若 忽 略 边 缘 效 应 , 平 板 电 容 器 的 电 容 为 A , 式 中 为 极 间 介 质 的 介 电 常 数 , A 为 两 电 极 互 相 覆 盖 的 有 效 面 积 , 为 两 电 极 之 间 的 距 离 。、 A、 三 个 参 数 中 任 一 个 的 变 化 都 将 引 起 电 容 量 变 化 , 并 可 用 于 测 量 。 因 此 电 容 式传 感 器 可 分
9、为 极 距 变 化 型 、 面 积 变 化 型 、 介 质 变 化 型 三 类 。29、 热电效应: 把两种不同金属导体接成闭合回路,如果两端温度不同( 设 TTO),则在回路中就会产生热电势。这种由于温度不同而产生电动势的现象,称为热电效应。若两端的温差越大,产生的热电势也越大。30、 热电偶用于测温目的的基本性质可归结为以下四条。1.等值定律用两种不同的金属组成闭合电路,如果两端温度不同,则会产生热电动势。其大小取决于两种金属的性质和两端的温度,与金属导线尺寸、导线途中的温度及测量热电动势在电路中所取位置无关。2.均匀导线定律 如用同一种金属组成闭合电路则不管截面是否变化,也不管在电路内存
10、在什么样的温度梯度,电路中都不会产生热电动势。3.中间导线定律 在热电偶插入第三种金属,只要插入金属的两端温度相同,不会使热电偶的热电动势发生变化。4.叠加定律在热电偶插入第三种金属,插入金属的两端温度不同,发生附加热电动势后的总热电动势,等于各接点之间所产生热电动势的代数和。31、 热电偶冷端温度补偿方法有:恒温法,公式修正法,显示仪表机械零点调整法,补偿导线法,补偿电桥法等。32、 热电偶产生的热电势取决于其两端的温度,只有在冷端温度保持恒定时,其输出的热电势才是测量端(热端)温度的单值函数。33、 压 电 效 应 压 电 效 应 可 分 为 正 压 电 效 应 和 逆 压 电 效 应 。
11、 正 压 电 效 应 是 指 : 当 晶体 受 到 某 固 定 方 向 外 力 的 作 用 时 ,内 部 就 产 生 电 极 化 现 象 ,同 时 在 某 两 个 表 面 上 产 生3符 号 相 反 的 电 荷 ; 当 外 力 撤 去 后 , 晶 体 又 恢 复 到 不 带 电 的 状 态 ; 当 外 力 作 用 方 向 改 变时 , 电 荷 的 极 性 也 随 之 改 变 ; 晶 体 受 力 所 产 生 的 电 荷 量 与 外 力 的 大 小 成 正 比 。 压 电 式传 感 器 大 多 是 利 用 正 压 电 效 应 制 成 的 。 逆 压 电 效 应 是 指 对 晶 体 施 加 交 变
12、电 场 引 起 晶 体机 械 变 形 的 现 象 , 又 称 电 致 伸 缩 效 应 。34、 压 电 传 感 器 只 能 应 用 于 动 态 测 量 :由 于 外 力 作 用 在 压 电 元 件 上 产 生 的 电 荷 只 有 在 无 泄 漏 的 情 况 下 才 能 保 存 , 即 需 要 测量 回 路 具 有 无 限 大 的 输 入 阻 抗 , 这 实 际 上 是 不 可 能 的 , 因 此 压 电 式 传 感 器 不 能 用 于 静 态测 量 。35、 压电传感器可用于力 ,压力,速度,加速度,振动等非电量的测量。36、 霍尔效应是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,185
13、51938)于 1879 年在研究金属的导电机构时发现的。当 电 流 垂 直 于 外 磁 场 通 过 导 体 时 , 在 导 体 的 垂 直 于磁 场 和 电 流 方 向 的 两 个 端 面 之 间 会 出 现 电 势 差 , 这 一 现 象 便 是 霍 尔 效 应 。 这 个 电 势 差也 被 叫 做 霍 尔 电 势 差 。 后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。37、 霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流
14、子浓度及载流子迁移率等重要参数。38、 流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。39、 霍尔开关有碰头式,滑近式,磁屏蔽式,集磁式几种形式。40、 霍尔电流传感器原理与特点由于通电螺线管内部存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍尔传感器测量出磁场,从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合于大电流传感。41、 磁栅尺的结构,原理及应用 P13042、 使用磁栅尺进行位置测量时测量结果只与位置有关与速度无关,当磁尺与拾磁磁头间相对运动速度很低或处于相对静止状态时,也能进行位置
15、测量。43、 光 照 射 到 某 些 物 质 上 , 引 起 物 质 的 电 性 质 发 生 变 化 , 也 就 是 光 能 量 转 换 成 电 能 。这 类 光 致 电 变 的 现 象 被 人 们 统 称 为 光 电 效 应 。44、 光 电 效 应 分 为 光 电 子 发 射 、 光 电 导 效 应 和 光 生 伏 特 效 应 。 前 一 种 现 象 发 生 在 物体 表 面 , 又 称 外 光 电 效 应 。 后 两 种 现 象 发 生 在 物 体 内 部 , 称 为 内 光 电 效 应 。45、 基于内光电效应的光电元器件有:光敏电阻,光敏二极管,光敏三级管46、 光敏电阻的主要参数有
16、光电流,亮阻;暗电流,暗阻。47、 光电元件选用时应注意的特性有:光照特性,光谱特性,伏安特性,频率特性,温度特性,响应时间等。48、 热 释 电 效 应 : 当 一 些 晶 体 受 热 时 , 在 晶 体 两 端 将 会 产 生 数 量 相 等 而 符 号 相 反 的电 荷 。 这 种 由 于 热 变 化 而 产 生 的 电 极 化 现 象 称 为 热 释 电 效 应 。49、 凡在绝对零度(-273)以上的环境,无所不有地发射出不同程度的红外线。现代物理学称之为热射线。50、 红外线的特性 P16251、 光电编码器,可分为增量式、绝对式以及混合式三种。52、 1 增量式编码器:增量式编码
17、器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲 A、B 和Z 相;A、B 两组脉冲相位差 90。 ,从而可方便的判断出旋转方向,而 Z 相为每转一个脉冲,用于基准点定位。它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力4强,可靠性高,适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。2 绝对式编码器:绝对式编码器是直接输出数字的传感器,在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘,每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成,相邻码道的扇区树木是双倍关系,码盘上的码道数是它的二进制数码的位数,在吗盘的一侧是光源,另一侧对应每一码道有一光敏元件,当吗盘处于不同位置时,各光敏元件根据受光照与否转
18、换出相应的电平信号,形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器,在转轴的任意位置都可读书一个固定的与位置相对应的数字码。显然,吗道必须 N 条吗道。目前国内已有 16 位的绝对编码器产品。3 混合式绝对编码器:混合式绝对编码器,它输出两组信息,一组信息用于检测磁极位置,带有绝对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信息。53、 增量式编码器需要计数和辨向系统,绝对式直接输出自然二进制码或格雷码,不需辨向电路,掉电不影响编码数据获得;而增量式断电后则丢失位置信号。54、 多 普 勒 效 应 是 为 纪 念 奥 地 利 物 理 学 家 及 数 学 家 克 里 斯 琴 约 翰 多 普 勒( Ch
19、ristian Johann Doppler) 而 命 名 的 , 他 于 1842 年 首 先 提 出 了 这 一 理 论 。 主 要 内 容为 : 物 体 辐 射 的 波 长 因 为 光 源 和 观 测 者 的 相 对 运 动 而 产 生 变 化 。 在 运 动 的 波 源 前 面 , 波被 压 缩 , 波 长 变 得 较 短 , 频 率 变 得 较 高 ( 蓝 移 blue shift) ; 当 运 动 在 波 源 后 面 时 , 会产 生 相 反 的 效 应 。 波 长 变 得 较 长 , 频 率 变 得 较 低 ( 红 移 red shift) 。 波 源 的 速 度 越 高 ,所 产 生 的 效 应 越 大 。 根 据 光 波 红 ( 蓝 ) 移 的 程 度 , 可 以 计 算 出 波 源 循 着 观 测 方 向 运 动 的 速度 。