传感器答案

第一章。

1. 衡量传感器静态特性胡主要指标有哪些？说明它们的含义。

答：线性度、回差（滞后）、重复性、灵敏度、分辨力、阀值、稳定性、漂移、静态误差（精度）

2. 计算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？

答：理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，它与实际测试值无关。

端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。

最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正、负偏差相等并且最小。

最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。

3. 什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要把传感器的特性分为静特和动特？

答：静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。

动态特性：是反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，传感器的特性分为静态特性和动态特性。

4. 分析改善传感器性能的技术途径和措施。

答：（1）结构、材料与参数的合理选择。

（2）差动技术。

（3）平均技术。

（4）稳定性处理。

（5）屏蔽、隔离与干扰抑制。

（6）零示法、微差法与闭环技术。

（7）补偿、校正与“有源化”

（8）集成化、智能化与信息融合。

第二章：1. 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。

答：金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主；半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。

2. 电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及补偿方法。

答：原因：应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。

补偿：温度自补偿法、桥路补偿法。

3. 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。

答：原因：无论是输出电压还是电流，实际上都与△/呈非线性关系。

措施：差动电桥补偿法、恒流源补偿法。

5. 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？

答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。

要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。

第三章。1. 比较差动式自传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同之处。

答：2. 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用于何场合？各有什么优缺点？

答：变气隙式灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米到几百微米的位移。

变面积式灵敏度较低，但线性范围较大，除e型与四极型外，还常做成八极、十六极型，一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移，线性范围达±10°.

螺管式可测量几纳米到一米的位移，但灵敏度较前两种低。

3. 螺管式电感传感器做成细长形有什么好处？欲扩大其线性范围可以采取哪些措施？

答：好处：增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线性度。

措施：适当增加线圈长度、采用阶梯形线圈。

4. 差动式电感传感器测量电路为何经常采用相敏检波（或差动整流）电路？分析其原理。

答：原因：相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。

原理：6. 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。

答：原因：零位电压由基波和高次谐波组成，传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致是产生基波分量的主要原因；磁性材料磁化曲线的非线性是造成高次谐波分量的主要原因。

措施：采用补偿电路、采用外接电路。

7. 试分析影响电感传感器精度的因素。

答：输出特性的非线性、零位误差、温度误差、激励电源的影响。

8. 试述造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。

答：（1）环境温度的变化会引起自感传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移以及线性度和相位的变化，造成温度误差。应注意线膨胀系数的大小与匹配，采用弱磁不锈钢等材料作线圈骨架，或采用脱胎线圈。

（2）当温度变化时，差动变压器初级线圈的参数尤其铜阻的变化影响较大。应提高初级线圈的品质因数，或采用稳定激励电流的方法减小温度误差。

9. 试从电涡流式传感器的基本原理简要说明它的各种应用。

答：电涡流式传感器利用电涡流效应进行工作，用来测量位移、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数，以及用于无损探伤领域。

9. 比较恒频调幅式、变频调幅式和调频式三种测量电路的优缺点，并指出它们的应用场合。

答：第四章。

1. 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？

答：变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。

变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。

变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。

2. 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差。

答：原因：灵敏度s与初始极距的平方成反比，用减少的办法来提高灵敏度，但的减小会导致非线性误差增大。

措施：采用差动式结构。

3. 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特重要？设计应用中如何解决这些问题？

答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。

解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。

4. 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？

答：有：耦合式电感电桥、双t二极管交流电桥、脉冲调宽电路、运算放大电路。

目的及特点：

5. 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？

答：在实际应用中，特别在高频激励时，尤需考虑电容器及引线电感l的存在，会使传感器有效电容变化，从而引起传感器有效灵敏度的变化，在这种情况下，每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。

6. 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。

答：第五章。

1.为什么磁电式传感器要考虑温度误差？用什么方法可减小温度误差？

答：温度的变化，将导致线圈匝长及导线电阻率的变化、磁阻的变化及磁导率的变化等。

采用热磁补偿合金来实现温度补偿。

2.何谓霍尔效应？利用霍尔效应可进行哪些参数测量？

答：由导电材料（金属导体或半导体）中电流与外磁场相互作用而产生电动势的物理现象称为霍尔效应。

参数：乘积灵敏度、额定控制电流、输入电阻和输出电阻、不等位电势和不等位电阻、寄生直流电势、霍尔电势温度系数、工作温度范围。

3.磁敏传感器有哪几种？它们各有什么特点？可用来测量哪些参数？

答：（1）磁敏电阻：主要应用于检测磁场强度及其分布，制作无接触电位器、磁卡识别、位移、转速等传感器。

2）磁敏二极管：适合应用在精度要求不高，而能获得较大电压输出的场合，可用于电健、转速计、无触电开关和简易高斯计、磁探伤等。

第六章。1.何谓压电效应？何谓正压电效应和逆压电效应？

答：2.压电材料的主要特性参数有哪些？试比较三类压电材料的应用特点。

答：参数：压电常数、弹性常数、介电常数、机电耦合系数、电阻、居里点。

压电石英的特点：（1）压电常数小，其时间和温度稳定性极好，常温下几乎不变。

2）机械强度和品质因数高。

3）居里点573℃，无热释电性，且绝缘性、重复性均好。

压电陶瓷的特点：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用，具有热释电性。

新型压电材料：压电半导体既具有压电特性，又具有半导体特性。

有机高分子压电材料质轻柔软，抗拉强度较高、蠕变小、耐冲击，热释电性和稳定性好，且便于批量生产和大面积使用。

3.原理上，压电式传感器不能用于静态测量，但实用中，压电式传感器可能用来测量准静态量，为什么？

答：当用压电式传感器测力时，常用双片或多片石英晶片作压电元件，它刚度大，动态特性好；测量范围宽，可测n~kn范围内的力；线性及稳定性高，可测单向力，也可测多向力。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。

4.简述压电式传感器前置放大器的作用、两种形式各自的优缺点及如何合理选择回路参数？

答：作用：信号放大、阻抗匹配。

（1）电压放大器：因其电路简单、成本低、工作稳定可靠而被采用，但输出电压灵敏度受电缆分布电容的影响，电缆的增长或变动，将使已标定的灵敏度改变。可根据给定的精度合理地选择电压放大器输入电阻或被测量频率f。

（2）电荷放大器：其非线性误差不进入传递环节，整个电路的线性也较好，采用电荷放大器的压电传感器，在实用中无接长和变动电缆的后顾之忧。电荷放大器输出电压与输入电荷及反馈电容有关。

只要反馈电容恒定，就可实现回路输出电压与输入电荷成正比，相位差180度。

第七章。1.热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？

答：热电阻传感器：将温度变化转换为电阻变化。

热电偶传感器：将温度变化转换为热电势变化。

2.常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？

答：铂、铜、镍、铁。

铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出-输入特性接近线性，测量精度高。

铜容易提纯，在-50~+150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出-输入特性接近线性，**低廉，适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作。

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