传感器与自动检测技术 第二版 (余成波 著) 高等教育出版社_khdaw

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传感器与检测技术(第二版)习题答案

传感器与检测技术(第二版)习题答案

0.1答:传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制之首。

传感器是感知、获取与检测信息的窗口,一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号,其作用与地位特别重要。

0.2答:①敏感元件:指传感器中直接感受被测量的部分。

②传感器:能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

③信号调理器:对于输入和输出信号进行转换的装置。

④变送器:能输出标准信号的传感器。

1.1解: 1.2解:601051030033=⨯⨯=∆∆=-X U k Cmm S S S S ︒=⨯⨯=⨯⨯=/20.50.22.03211.3解:带入数据得:b kx y +=)(b kx y i i i +-=∆22)(i i i i i i x x n y x y x n k ∑-∑∑∑-∑=222)()(i i i i i i i x x n y x x y x b ∑-∑∑∑-∑∑=68.0=k 25.0=b1.3拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%∴25.068.0+=x y %7535.0%100max ±=±=⨯∆±=FS L y L γ238.01=∆35.02-=∆16.03-=∆11.04-=∆126.05-=∆194.06-=∆1.4解:设温差为R,测此温度传感器受幅度为R 的阶跃响应为(动态方程不考虑初态)())1(3/t e R t y --=当()3R t y =时⇒22.132ln 3=-=t 当()2R t y =时⇒08.221ln 3=-=t1.5解:此题与炉温实验的测飞升曲线类似: 1.6解:())1(9010/T t e t y --+=由()505=y ⇒51.895ln 5=-=T ()⎩⎨⎧=--=-5.0)1(2025/T e t y T t ()68.71=y ()36.52=y1.7解:所求幅值误差为1.109,相位滞后n n j s n n n j s s j G ωωξωωωξωωωω21122222+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=++==)(()109.110005005.021********211222222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n n j G ωωξωωω'42331000500110005005.02122121︒-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--tg tg n n ωωωωξϕ'4233︒1.8答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。

《传感器与自动检测技术》课件第10章

《传感器与自动检测技术》课件第10章

(2)多路模拟开关 如果有许多独立的模拟信号源,都需要转换成数
字量,在可能的条件下,为了简化电路结构、降低成 本、提高可靠性等,常常采用多路模拟开关,让这些 信号共享采样/保持电路和A/D转换等器件。多数模 拟开关在控制信号作用下、按指定的次序把各路模拟 信号分时地送至A/D转换器转换成数字信号。
表10 – 1 ZF603~ZF605参数性能表
仪表放大器型号
参数名称
条件
增益范围 失调电压 输入电流
G=1000
-
单位 倍
ZF603A/B 最小 典型 最大
1
-
1000
最小 1
ZF604
典 最大 型
-
1000
mV
可调零
可调零
nA
-
50
80
-
50 80
最小
ZF605 典型
最大
1
-
1000
-
0.2
0.3
(3)采样 / 保持电路(S / H电路) 由于A/D转换器的转换需要一定的时间,如在转
换过程中输入的信号有所改变,则转换结果与转换之 初的模拟信号便有较大的误差,甚至是面目全非。为 了保证转换的精度,需要在模拟信号源与A/D转换器 之间接入采样/保持电路。在A/D转换前,首先应使 采样/保持电路处于采样模式,采样后使采样/保持 电路处于保持模式,即输出电压保持不变,接下来才 对这个输出信号进行A/D转换。显然,为了提高系统 的测量速度,采样时间越短越好;为了有良好的转换 精度,保持时间越长越好。
下面简要介绍国产仪表放大器组件ZF603~ZF605, 它对应美国AD公司的AD605,其参数性能表见表10 – 1。ZF603是一种体积小、价格低的仪表放大器,内部 有有源调零线路,可在±10V范围内调节零输入时的 输出电压,且不影响共模抑制比,它按温漂参数不同 分为A、B两档,可用于需扩展输出电流的场合。

传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答

传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答

传感器与检测技术(第二版)参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1;1.3见P1-P3;1.4见P3-P4;1.5 见P5;1.6 (1)1℃(2)5﹪,1﹪ ;1.7 0.5级、0.2级、0.2级;1.8 选1.0级的表好。

0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪;1.9见P10-P11;1.10见P11- P12;1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触,电阻值变化;2.烧结型、厚膜型;3.加热器,加速气体氧化还原反应;4.吸湿性盐类潮解,发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17;2.4 P17;2.5P24;2.6 P24;2.7 P24-P25;2.8 P25;2.9 P26;2.10 P30-312.11 应变片阻值较小;2.12P28,注意应变片应变极性,保证其工作在差动方式;2.16 Uo=4m V ;2.17 P34;2.18 P34;2.19 (1) 桥式测温电路,结构简单。

(2)指示仪表 内阻大些好。

(3)RB:电桥平衡调零电阻。

2.20 2.21 线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好;传感器的延迟时间越短越好;传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。

2.23 P44;2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56;3.2 变面积传感器输出特性是线性的。

3.3 P58-P59;3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时,亲水性高分子介质介电常数发生改变,引起电容器电容值的变化。

属于变介电常数式。

3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。

参考电容式接近开关原理。

3.8 (1)变介电常数式;(2)参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B;2.A4.2 P65;4.3 P68;4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。

传感器与检测技术第2版课件第11章

传感器与检测技术第2版课件第11章

• 5. 生物传感器系统
• 生物传感器系统亦称生物芯片,它是继大规模集成电 路之后的又一次具有深远意义的科技革命。生物芯片 是采用微电子技术集成的微型生物化学分析系统,可 广泛用于医疗卫生、生物制药、环境监测等领域,其 效率是传统检测手段的成百上千倍。常见的生物芯片 分为三大类:基因芯片、蛋白质芯片和实验系统芯片 。
• 4. 蓝牙传感器系统
• “蓝牙”(Bluetooth)技术是一种能取代固定式或便携式 电子设备上的电缆或连线的短距离无线通信技术,蓝牙 芯片可安装在任何数字设备中,实现无阻隔的无线通信 ,为消费类电子产品与通信工具的整合提供了一个平台 。目前,蓝牙收发器的有效通信距离已从最初的 10m 扩展到 100m 以上
11.2 无线传感器网络
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处 理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域 内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽 而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。传感器网络可以使人们 在任何时间、地点和环境条件下获取大量翔实而可靠的信息。因此, 传感器网络应用前景非常广阔,能广泛应用于军事、环境监测和预报、 健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、 大型车间和仓库管理以及安全监测等领域。
图11-7是当前无线传感器网络普遍采 用的协议栈体系结构,它包括物理层、 数据链路层、网络层、传输层和应用 层,与互联网协议栈的五层协议相对 应。另外协议栈还包括能量管理平台、 移动管理平台和任务管理平台。
各层协议和平台的功能分析如下: (1)物理层提供简单但重要的信号调制和无线收发技术,负责频率选择、载 波生成、信号检测、调制解调、编码、定时和同步等问题,物理层设计直接 影响到电路的复杂度和传输能耗等问题。 (2)数据链路层负责数据成帧、帧监测、差错校验和介质访问控制(MAC) 方法,以保证可靠的点到点和点到多点的通信。 (3)网络层主要负责路由生成与路由选择。以通信网络为核心,实现传感器 与传感器、传感器与观察者之间的通信,支持多传感器协作完成大型感知任 务。

传感器与检测技术第2版课件第8章

传感器与检测技术第2版课件第8章
峰值波长也不相同 • (6)响应时间。 • 光敏电阻受光照后,光电流并不立刻升到最大值,而要经历一段时间(上升时间)才能达到
最大值 • (7)温度特性。 • 光敏电阻和其他半导体器件一样,受温度影响较大。
8.2.4 光电池
• 光电池是一种利用光生伏特效应把光直接转换成电能的半导体光电器件。 • 光电池在有光线作用时实质就是电源,电路中有了这种器件就不需要外加电源。 • 由于光电池广泛用于把太阳能直接变成电能,因此又称太阳能电池。
命也很长。硅光电池的性能比硒光电池更稳定。
8.2.5光敏二极管和光敏晶体管
• 1.光敏二极管
• 受到光的照射。为了提高转换效率,PN结的面积比一般二极管大。 • 光敏二极管在电路中一般处于反向偏置状态,无光照时反向电阻很大,反向电流很小
,此反向电流称为暗电流。因此,光敏二极管在不受光照射时,处于截止状态。受光 照射时,光电流方向与反向电流一致。光敏二极管的性能与基本特性有关
• (6)响应时间
• 工业用的硅光敏二极管的响应时间为10-5~10-7 s左右,光敏晶体管的响应时间 比相应的二极管约慢一个数量级,因此在要求快速响应或入射光调制频率比较 高时应选用硅光敏二极管。
光电子能否逸出物体表面产生光电效应,取决于光子的能量是否大于该物体表 面的电子逸出功。
不同的物质具有不同的逸出功,这表示每一种物质都有一个对应的光频阈值, 称为红限频率或长波限。光线频率如果低于红限频率,其能量不足以使电子退 出,光强再大也不会产生光电子发射;
• 当入射光的频谱成分不变时,产生的光电流与光强成正比,光 强愈强,入射光子的数目越多,逸出的电子数目也就越多。由 于光电子逸出物体表面具有初始动能,因此光电管在不加阳极 电压时也会有光电流产生,为使光电流为零,必需给器件加反 向的或负的截止电压。

传感器与检测技术第2版课件第1章

传感器与检测技术第2版课件第1章

• (4)分辨力与阈值
➢传感器的分辨力是指在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量,是 传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。
➢如果传感器的输入量从某一非零值缓慢地变化,在输入量的变化值未超过某一 值时,传感器的输出不会发生变化,只有超过某一数值后才显示有变化,这个 输入增量称为传感器的分辨力。有时候该值相对满量程输入值的百分比表示, 则称为分辨率。
百分数表示,这就是重复误差,即
• (6)稳定性 稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下,能在规定的时间内维持其示值不
变的能力。稳定度是以示值的变化量与时间长短的比值来表示。
环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值的变化量。 示值变化由两个因素组成:零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移是指在受外界环
境影响后,已调零的仪表的输出不再为零。
敏感元件是传感器的核心,也是研究、 设计和制作传感器的关键。
转换元件指传感器中能将敏感元 件感受(或响应)的被测量转换 成适于传输或测量的电信号部分。
信号调理电路又称转换电路或测量电路,它的作用是将转换元件输出的电信 号进行进一步的转换和处理,如放大、滤波、线性化、补偿等,以获得更好 的品质特性,便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
1.2检测技术基础知识
• 当今传感器检测技术早已无处不在, 如何有效地利用传感器实现 各种参数的自动检查和精确测量,则是整个自动控制系统的基础。
• 为了更好地掌握传感器检测技术的相关知识,需要对检测技术的基 本概念、基本测量方法、检测系统的组成、测量误差及数据处理等 方面的理论及工程应用进行学习和研究,只有了解和掌握了这些基 本理论,才能更有效地完成检测任务。
第1章
传感器与检测技术基础
目录

《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波 主编)

《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波 主编)

一、1.1什么是传感器?传感器特性在检测技术系统中起什么作用?答:(1)能感受(或响应)规定的被测量,并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

(2)传感器是检测系统的第一个环节,其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出,通常是电信号。

1.2画出传感器系统的组成框图,说明各环节的作用。

答:(1)被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路;(2)敏感元件:感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件;转换元件:可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量;信号调理电路与转换电路:能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。

1.3什么是传感器的静态特性?它有哪些性能指标?如何用公式表征这些性能指标?答:(1)指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。

(2)性能指标有:测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。

(3)灵敏度:s=&y/&x;非线性度=B/A*100%;回程误差=Hmax/A*100%;不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%;精度:A=&A/ Yfs*100%;1.4什么是传感器的灵敏度?灵敏度误差如何表示?答:(1)指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值;(2)灵敏度越高,测量精度就越大,但灵敏度越高测量范围就越小,稳定性往往就越差。

1.5什么是传感器的线性度?常用的拟合方法有哪几种?答:(1)通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线,在实际工作中,为使仪器(仪表)具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线,线性度就是这个近似程度的一个性能指标。

(2)方法有:将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线;将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

传感器与检测技术第2版课件第3章

传感器与检测技术第2版课件第3章
电感式传感器具有结构简单、工作可靠、抗干扰能力 强、输出功率较大、分辨力较高、稳定性好等优点,并且 能实现信息远距离传输、记录、显示和控制,在工业自动 控制系统中被广泛采用。
3.1 自感式传感器
• 3.1.1 自感式传感器结构与工作原理
• 自感式传感器是把被测量的变化转换成自感 L 的变化,通过一定的
3.2.3 互感式传感器的应用
• 1.位移的测量
• 差动变压器式位移传感器,可用于多种场合下测 量微小位移。
• 工作原理是:测头1通过轴套和测杆5相连,活动 衔铁7固定在测杆5上。线圈架8上绕有三组线圈 。中间是初级线圈,两端是次级线圈、形成三节 式结构,它们都通过导线10与测量电路相连。
• 2.力和力矩的测量
• 由上式可知,这时电桥输出电压,电桥处于平衡状态。
• 当铁芯向一边移动时,Z1= Z0 + ∆Z, Z2= Z0﹣∆Z,代入上式得
当传感器线圈为高Q值时,可得到输出电压的值为
同理,当活动铁心向另一边(反方向)移动时,则有
综合以上两式可得知电桥输出电压
差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时,电桥输出电压 既能反映被测体位移量的大小,又能反映位移量的方向,且输出电压与 电感变化量呈线性关系。
当衔铁位于中心位置时,差动 变压器的输出电压并不等于零, 通常把差动变压器在零位移时 的输出电压称为零点残余电压,
产生零点残余电压的原因
如变压器的制作工艺和导磁体安装等问题,主要是由传感器的两次级绕 组的电气参数与几何尺寸不对称,以及磁性材料的非线性等引起的。
为了减小零点残余电压,可采用以下方法:
•2. 相敏检波电路
• 相敏检波电路的形式很多,过去通常采用分立元件构成的电路, 它可以利用半导体二极管或晶体管来实现。

《传感器》第2版-余成波 传感器与自动检测技术习题参考答案

《传感器》第2版-余成波 传感器与自动检测技术习题参考答案

第一章习题参考解1.1 什么是传感器?传感器特性在检测系统中起什么作用?答:传感器(Transducer/sensor)的定义为:“能感受(或响应)规定的被测量,并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。

传感器的基本特性是指传感器的输入—输出关系特性,是传感器的内部结构参数作用关系的外部特性表现。

不同的传感器有不同的内部结构参数,这些内部结构参数决定了它们具有不同的外部特性。

对于检测系统来说存在有静态特性和动态特性。

一个高精度的传感器,必须要有良好的静态特性和动态特性,从而确保检测信号(或能量)的无失真转换,使检测结果尽量反映被测量的原始特征。

1.2 画出传感器系统的组成框图,说明各环节的作用。

答:传感器一般由敏感元件、变换元件和其他辅助元件组成,组成框图如图所示。

敏感元件——感受被测量,并输出与被测量成确定关系的其他量的元件,如膜片和波纹管,可以把被测压力变成位移量。

若敏感元件能直接输出电量(如热电偶),就兼为传感元件了。

还有一些新型传感器,如压阻式和谐振式压力传感器、差动变压器式位移传感器等,其敏感元件和传感器就完全是融为一体的。

变换元件——又称传感元件,是传感器的重要组成元件。

它可以直接感受被测量(一般为非电量)而输出与被测量成确定关系的电量,如热电偶和热敏电阻。

传感元件也可以不直接感受被测量,而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。

例如差动变压器式压力传感器,并不直接感受压力,而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁位移量,然后输出电量。

一般情况下使用的都是这种传感元件。

信号调理与转换电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号的电路。

信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类,常用的电路有电桥、放大器、振荡器和阻抗变换器等。

1.3 什么是传感器的静态特性?它有哪些性能指标?如何用公式表征这些性能指标?答:传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入—输出关系。

传感器与自动检测技术习题参考答案余成波

传感器与自动检测技术习题参考答案余成波

第三章习题参考解3.1 电阻式传感器有哪些重要类型?答:常用的电阻式传感器有电位器式、电阻应变式、热敏效应式等类型的电阻传感器。

3.2 说明电阻应变片的工作原理。

它的灵敏系数K 与应变丝的灵敏系数K 有何差别,为什么?答:金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。

当应变片的结构尺寸发生变化时,其电阻也发生相应的变化。

它的灵敏系数K 是指把单位应变所引起的电阻相对变化,即⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=l dl d K ρρμ)21( 由部分组成:受力后由材料的几何尺寸变化引起的[])21(μ+;由材料电阻率变化引起的。

应变丝的灵敏系数K 为E K π=,指与材料本身的弹性模量有关。

3.3 金属电阻式应变片与半导体电阻应变片在工作原理上有何不同? 答:金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。

当应变片的结构尺寸发生变化时,其电阻也发生相应的变化。

半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。

所谓压阻效应是指半导体材料,当某一轴向受外力作用时,其电阻率ρ发生变化的现象。

3.4 假设电阻应变片的灵敏度K=2,R=120Ω。

问:在试件承受600με时,电阻变化值ΔR=?若将此应变片与2V 直流电源组成回路,试分别求取无应变时与有应变时回路的电流。

解:因为,故有无应变时回路电流为 A R U i 0167.012021===有应变时回路电流为 A R R U i 0166.0144.012022=+=∆+= 3.5 题3.5图所示为一直流电桥,供电电源电动势3V E =,34100R R ==Ω,1R 与2R 为相同型号的电阻应变片,其电阻均为100Ω,灵敏度系数K=2.0。

两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。

设等强度梁在受力后产生的应变为5000με,试求此时电桥输出端电压0U 。

解:根据被测试件的受力情况,若使一个应变片受拉,一个受压,则应变符号相反;测试时,将两个应变片接入电桥的相邻臂上,如题3.5图所示。

《传感器》第2版-余成波 第8章 现代检测技术

《传感器》第2版-余成波 第8章 现代检测技术
由于A/D转换器的转换过程需要—定的时间,因而需要采样 值在A/D转换过程中能够保持不变。否则,转换精度可能会受到 影响,尤其是当被测信号是快速变化量时更是如此。有效的措 施是在A/D转换器的前级设置采样保持电路。另外,模拟量输出 系统(D/A转换过程)也可能是分时工作的,对于每一个输出信号, 也需要保持输出值在一定时间内不变,能够完成这一工作的电 路,称之为采样保持器(简称为S/H)。采样保持电路和多路模拟 开关是不少计算机检测系统中输入、输出通道的重要组成部分, 目前已有较多的此类芯片供选用。(有关内容见第7章)。
8.1.4 计算机检测系统的设计 (1)传感器的选择 选择传感器时应从以下几方面的条件考虑: 1)与测量条件有关的因素:输入信号的幅值,频带宽度、精度 要求、测量所需要的时间。 2)与传感器有关的技术指标有:精度、稳定度、响应特性、模 拟量与数字量、输出幅值、对被测物体产生的负载效应、校正 周期、超标准过大的输入信号保护等。 3)与使用环境条件有关的因素有:安装现场条件及情况、环境 条件(湿度、温度、振动等)、 信号传输距离、所需现场提供的 功率容量等。 4)与购买和维修有关的因素有:价格、零配件的储备、服务与 维修制度、保修时间、交货日期等。
同步发展,与网络及其周设备互联。 虚拟仪器的关键是软件
(3)虚拟仪器技术的应用 虚拟仪器技术作为计算机技术与仪器技术相结合的创新技
术,应用前景十分广泛。从总体上而言,虚拟仪器是测量/测试 领域的一个创新概念,改变了人们对仪器的传统观念,适应了 现代测试系统网络化、智能化发展趋势。虚拟仪器技术应用方 式多种多样。
图8.10 计算机测试与控制系统组织方框图
(3)齿轮传动部件试验中的测量和控制系统 图为齿轮传动部件试验中的测量和控制系统。在试验系统中驱 动转速和负载控制由工业控制计算机通过RS232等串行接口控 制直流或交流变频调速系统和耦合或负载控制装置来实现。

《传感器与检测技术》(第二版)第二章

《传感器与检测技术》(第二版)第二章

1.应变(ε) 在材料力学中,=l/l 称为电阻丝的轴向 应变,也称纵向应变,是量纲为1的数。 通 常 很 小 , 常 用 10-6 表 示 之 。 例 如 , 当 为 0.000001 时 , 在 工 程 中 常 表 示 为 110-6 或 m/m。在应变测量中,也常将之称为微应变 ( )。 对金属材料而言,当它受力之后所产生 的轴向应变最好不要大于110-3,即 1000m/m,否则有可能超过材料的极限强度 而导致断裂。
精或丙酮的纱布片或脱脂 棉球擦洗。
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术(第二版)
湖州职业技术学院机电分院
2.贴片:在应 变片的表面和处理 过的粘贴表面上, 各涂一层均匀的粘 贴胶 ,用镊子将应 变片放上去,并调 好位置,然后盖上 塑料薄膜,用手指 揉和滚压,排出下 面的气泡 。
2013年7月21日
何将R /R转换为输出电压Uo的。
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术(第二版)
湖州职业技术学院机电分院
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术(第二版)
电桥平衡的条件 :R1/R2=R4/R3
调节RP,最终可以 使R1/R2=R4/R3( R1、
湖州职业技术学院机电分院
R2是R1、R2并联RP后的
双臂电桥
R1、 R2为应变 片, R3、R4为固定电 阻 。应变片R1 、R2 感 受到的应变1~2以及 产生的电阻增量正负 号相间,可以使输出 电压Uo成倍地增大。
湖州职业技术学院机电分院
2013年7月21日
衢州学院
传感器与检测技术(第二版)
四臂全桥
全桥的四个桥臂都为应变片, 如果设法使试件受力后,应变

传感器与自动检测技术@余成波第三章重点

传感器与自动检测技术@余成波第三章重点

一、电阻式传感器1.应变式电阻传感器的概念及使用原理:是一种利用电阻应变效应,由电阻应变片和弹性敏感元件组合起来的传感器。

将应变片粘贴在各种弹性敏感元件上,当弹性敏感元件感受到外力、位移、加速度等参数的作用,弹性敏感元件产生应变,再通过粘贴在上面的电阻应变片将其转换成电阻的变化。

2.应变式电阻传感器的的组成及各部分作用:通常,它主要是由敏感元件、基底、引线和覆盖层等组成。

其核心元件是电阻应变片(敏感元件),它主要作用是敏感元件实现应变—电阻的变换。

3.根据敏感元件材料与结构的不同,应变片可分为,金属电阻应变片和半导体式应变片。

4.金属电阻应变片(1)金属电阻应变片基本结构由盖层、敏感栅、基底及引线四部分组成。

①敏感栅可由金属丝、金属箔制成,它是转换元件,被粘贴在基底上。

②用黏合剂粘贴在传感器弹性元件或试件上的应变片通过基底把应变传递到敏感栅上。

(1—敏感栅2—基底3—引线4—盖层5—黏合剂)③同时基底起绝缘作用。

④盖层起绝缘保护作用。

焊接于敏感栅两端引线连接测量导线之用。

目前,常用的金属电阻应变片主要有:金属丝式应变片、箔式应变片、及金属薄膜应变片等结构形式。

(2)金属电阻应变片工作原理:金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。

当应变片的结构尺寸发生变化时,其电阻也发生相应的变化。

6.半导体应变片(1)半导体应变片结构:是用半导体材料,采用与丝式应变片相同方法制成的半导体应变片。

图中1为基片,2为半导体敏感条,3为外引线,4为引线联接片,5为内引线。

(2)半导体应变片原理工作原理是基于半导体材料的压阻效应。

所谓压阻效应是指,当半导体材料的某一轴向受外力作用时,其电阻率 发生变化的现象。

半导体应变片受轴向力作用时,其电阻相对变化为,(3)半导体应变片的特点 半导体应变片最突出的优点是体积小,灵敏度高,频率响应范围很宽,输出幅值大,不需要放大器,可直接与记录仪连接使用,使测量系统简单;但它具有温度系数大,应变时非线性比较严重的缺点。

传感器与自动检测技术(第二版)余成波主编第三章答案

传感器与自动检测技术(第二版)余成波主编第三章答案

传感器与自动检测技术作业电信10-1杨文军1006110124第三章3.3 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同?答:金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律,应变片的结构尺寸变化时,电阻也会相应地变化,其电导率P 并未发生变化。

而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。

压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是,其电导率P 则发生变化的现象。

3.5 某一直流电桥,供电电源电动势V E 3=,Ω==10043R R ,1R 和2R 为相同型号的电阻应变片,其电阻均为Ω100,灵敏度系数0.2=K 。

两只应变片分别黏贴于等强度梁同一截面的正、反两面。

设等强度梁在受力后产生的应变为5000µɛ,试求此时电桥输出端电压O U 。

解:由题意知:分析得差动电桥 因为:)(433221111R R R R R R R R R E U O +-∆-+∆+∆+= 又432121,,R R R R R R ==∆=∆, 所以1121R R E U O ∆=又有11R R ∆=X S K ε;因此:V EK U x S O 015.010*******1216=⨯⨯⨯⨯==-ε 所以:此时电桥输出电压U0=0.015V 。

3.6 哪些因素引起应变片的温度误差,写出相对的误差表达式,并说明电路补偿法的原理。

答:第一,由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差。

产生应变片温度误差的主要因素有 : a 、电阻温度系数的影响::敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示:当温度变化Δ t 时 , 电阻丝电阻的变化值为 Δ Rt=Rt- R0= Ro α o Δ t ;b 、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 :当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时 , 不论环境温度如何变化 , 电阻丝的变形仍和自由状态一样 , 不会产生附加变形。

当试件和电阻丝线膨胀系数不同时 , 由于环境温度的变化 , 电阻丝会产生附加变形 , 从而产生附加电阻。

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∆l ⎞ 差动式灵敏度: S = − 2 L0 ⎢1 − ∆l + ⎛ ⎜ ⎜ ⎟ ⎟ ⎡
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⎡ ∆ l ⎛ ∆l ⎞ 2 ⎤ L 0 单极式传感器灵敏度: ⎟ S = − ⎢1 − + ⎜ ⎟ + ...⎥ l0 ⎢ l0 ⎜ l ⎥ ⎝ 0 ⎠ ⎣ ⎦
比较后可见灵敏度提高一倍,非线性大大减少。
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④热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于物理的" 热电效应"。所谓热电效应,就是当不同材料的导体组 成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在 回路中将会产生电动势的现象。 两点间的温差越大,产生的电动势就越大。引入适 当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大 小。 ⑤热电偶三定律: a 中间导体定律: 热电偶测温时,若在回路中插入中间导体,只要中 间导体两端的温度相同,则对热电偶回路总的热电势 不产生影响。在用热电偶测温时,连接导线及显示一 起等均可看成中间导体。
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答:石英晶体整个晶体是中性的,受外力作用而变形 时,没有体积变形压电效应,但它具有良好的厚度 变形和长度变形压电效应。压电陶瓷是一种多晶铁 电体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性,必须 在一定温度下做极化处理,才能使其呈现出压电性。 所谓极化,就是以强电场使“电畴”规则排列,而电 畴在极化电场除去后基本保持不变,留下了很强的 剩余极化。 当极化后的铁电体受到外力作用时,其剩余极化 强度将随之发生变化,从而使一定表面分别产生正 负电荷。
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答:某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形 时,由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符 号相反的电荷,当外力去掉后,恢复到不带电的状 态;而当作用力方向改变时,电荷的极性随着改变。 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这 种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, 变形也随之消失,称为逆压电效应。 压电材料有:石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶 瓷、有机高分子聚合材料
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结构和应用特点: 在压电式传感器中,为了提高灵敏度,往往采用 多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是 两片结构;根据两片压电芯片的连接关系,可分为 串联和并联连接,常用的是并联连接,可以增大输 出电荷,提高灵敏度。 使用时,两片压电芯片上必须有一定的预紧力, 以保证压电组件在工作中始终受到压力作用,同时 可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误 差,保证输出信号与输入作用力间的线性关系
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在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也 会随时间发生变化—老化,铁电体老化将使压电效 应减弱。
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答:当用光照射物体时,物体受到一连串具有能量的 光子的轰击,于是物体材料中的电子吸收光子能量 而发生相应的电效应(如电阻率变化、发射电子或 产生电动势等)。这种现象称为光电效应。
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答:如作用在压电组件上的力是静态力,则电荷会泄 露,无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测 量动态或瞬态参量。
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功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波 导,而且具有测量的功能。它可以利用外界物理因 素改变光纤中光的强度、相位、偏振态或波长,从 而对外界因素进行测量和数据传输。
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答:热电阻传感器分为以下几种类型: ①铂电阻传感器:特点是精度高、稳定性好、性 能可靠。主要作为标准电阻温度计使用,也常被用 在工业测量中。此外,还被广泛地应用于温度的基 准、标准的传递,是目前测温复现性最好的一种。 ②铜电阻传感器:价钱较铂金属便宜。在测温范 围比较小的情况下,有很好的稳定性。温度系数比 较大,电阻值与温度之间接近线性关系。材料容易 提纯,价格便宜。不足之处是测量精度较铂电阻稍 低、电阻率小。
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答:①热电动势:两种不同材料的导体(或半导体)A、 B串接成一个闭合回路,并使两个结点处于不同的温 度下,那么回路中就会存在热电势。有电流产生相 应的热电势称为温差电势或塞贝克电势,通称热电 势。 ②接触电动势:接触电势是由两种不同导体的自 由电子,其密度不同而在接触处形成的热电势。它 的大小取决于两导体的性质及接触点的温度,而与 导体的形状和尺寸无关。 ③温差电动势:是在同一根导体中,由于两端温 度不同而产生的一种电势。
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因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实 际上这是不可能的,所以压电传感器不宜作静态测 量,只能在其上加交变力,电荷才能不断得到补 充,并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能 作动态测量。
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分起伏,以及在制造过程中产生的结构上的不均匀 性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去, 不能传输到终点,从而造成散射性损耗。 ③辐射性损耗:当光纤受到具有一定曲率半径的 弯曲时,就会产生辐射磁粒。 a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲 b微弯曲:当把光纤组合成光缆时,可能使光纤的 轴线产生随机性的微曲。
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答:相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的 方向,即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后, 便能输出既反映位移大小,又反映位移极性的测量 信号。经过相敏检波电路,正位移输出正电压,负 位移输出负电压,电压值的大小表明位移的大小, 电压的正负表明位移的方向。
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(参考电极)组成的热电偶在结点温度为(T,T0 )时 EBC (T, T 分别为 EAC ( T , T 和 ,那么受相同温度下, 0) 0) 又A、B两热电极配对后的热电势为 实用价值:可大大简化热电偶的选配工作。在实 际工作中,只要获得有关热电极与标准铂电极配对 的热电势,那么由这两种热电极配对组成热电偶的 热电势便可由上式求得,而不需逐个进行测定。 ⑥误差因素:参考端温度受周围环境的影响
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答:①吸收性损耗:吸收损耗与组成光纤的材料的中 子受激和分子共振有关,当光的频率与分子的振动 频率接近或相等时,会发生共振,并大量吸收光能 量,引起能量损耗。 ②散射性损耗:是由于材料密度的微观变化、成
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答:①种类:自感式、涡流式、差动式、变压式、压 磁式、感应同步器 ②原理:自感、互感、涡流、压磁
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2 答: L0 = W µ 0 S 0
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W 2 µ0 S0 W 2 µ0 S 0 W 2 µ0 S0 l0 ⎜ ∆L = L − L0 = − = − 1⎟ ⎜ 2(l0 + ∆l ) 2l0 2l0 ⎝ l0 + ∆l ⎟ ⎠
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答:基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特 性,以使传感器能用于更广泛的领域。
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减小误差的措施有: a 0oC恒温法 b 计算修正法(冷端温度修正法) c 仪表机械零点调整法 d 热电偶补偿法 e 电桥补偿法 f 冷端延长线法
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