《传感器与自动检测技术》课后习题解答

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传感器与自动检测技术课后答案课件

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• 传感器的工作原理 • 常见传感器类型 • 自动检测技术应用 • 传感器与自动检测技术案例分析 • 实践操作与实验指导
01
传感器概述
传感器的定义与分类
定义
传感器是一种能够感知和响应外部刺激的装置,能够将非电量转换为可测量的 电量。
分类
根据不同的分类标准,传感器可以分为多种类型,如按工作原理可分为电阻式、 电容式、电感式、光电式等;按输出信号可分为模拟式和数字式;按用途可分 为压力、温度、湿度、位移等传感器。
压电式传感器
总结词
压电式传感器是利用压电效应来检测物理量的传感器,具有测量精度高、响应速度快、 可靠性高等优点。
详细描述
压电式传感器通常由压电元件和转换电路组成,通过测量压电元件的电压变化来检测压 力、加速度等物理量。其工作原理是将被测量的压力变化转换为压电元件的电压变化,
再通过电路处理输出。
磁电式传感器
自动检测技术应用
工业生产检测
总结词
在工业生产中,自动检测技术用于实 时监测产品质量、设备运行状态和生 产过程中的各种参数,确保生产过程 的稳定性和产品质量。
详细描述
传感器可以检测各种物理量,如温度、 压力、流量、物位等,并将数据传输 到控制系统,以便及时调整工艺参数, 提高生产效率和产品质量。
环境监测
总结词
自动检测技术在环境监测领域的应用, 主要涉及气象、水质、空气质量等方面 的监测,为环境保护和治理提供科学依据。
VS
详细描述
传感器可以实时监测环境中的温度、湿度、 风速、风向、雨量、辐射等参数,以及水 质中的各种污染物含量,并将数据传输到 数据中心进行分析,为环境治理提供决策 支持。
医疗诊断

传感器与自动检测技术课后答案共58页文档

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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂,怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
传感器与自动检测技术课后答案
21、没有人陪你走一辈子,所以你要 适应孤 独,没 有人会 帮你一 辈子, 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候,留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运,首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首,因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿. 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来以便 让别一 只脚能 够再往 上登。

传感器与检测技术课后内容答案解析

传感器与检测技术课后内容答案解析

1-2 自动检测系统通常由几个部分组成?其中对传感器的一般要求是什么?首先由各种传感器将非电被测物理或化学成分参量转化成电参量信号,然后经信号调理,数据采集,信号处理后,进行显示,输出,加上系统所需的交,直流稳压电源和必要的输入设备,便构成了一个完整的自动检测系统。

对传感器通常有如下要求:1,准确性2,稳定性3,灵敏度4其他:如耐腐蚀性,功耗,输出信号形式,体积,售价等。

1-3 试述信号调理和信号处理的主要功能和区别,并说明信号调理单元和信号处理单元通常由哪些部分组成。

信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波,转换,滤波,放大等,以便检测系统后续处理或显示。

信号处理模块是自动检测仪表,检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节,其作用和大脑相类似。

信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。

信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速处理器(DSP)和大规模可编程集成电路,或直接采用工业控制计算机来构建。

2-1 随机误差,系统误差,粗大误差产生的原因是什么?对测量结果的影响有什么不同?从提高测量准确度看,应如何处理这些误差?随机误差主要是由于检测仪器或测量过程中某些未知或无法控制的随机因素综合作用的结果。

系统误差产生的原因大体上有:测量所用的仪器本身性能不完善或安装,布置,调整不当;在测量过程中温度,湿度,气压,电磁干扰等环境条件发生变化;测量方法不完善,或者测量所依据的理论本身不完善;操作人员视读方式不当等。

粗大误差一般由外界重大干扰或仪器故障或不正确的操作等引起的。

减小和消除系统误差的方法——1,针对产生系统误差的主要原因采取相应措施2,采用修正方法减小恒差系统误差3,采用交叉读书法减小线性系统误差4,采用半周期法减小周期性系统误差随机误差的处理——可以用数理统计的方法,对其分布范围做出估计,得到随机影响的不确定度。

粗大误差的处理——拉伊达准则和格拉布斯准则2-2 工业仪表常用的精度等级是如何定义的?精度等级与测量误差是什么关系?人为规定:取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器(系统)精度等级的标志,即用最大引用误差去掉正负号的数字来表示精度等级。

《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》习题答案[1]

《传感器与检测技术》习题答案[1]

第1章传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答:一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成,分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。

当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。

下图给出了检测系统的组成框图。

检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的,因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

通常传感器输出信号是微弱的,就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求。

根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节,主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

2.传感器的型号有几部分组成,各部分有何意义?依次为主称(传感器)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。

见附录表2;转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。

见附录表3;序号——用一个阿拉伯数字标记,厂家自定,用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。

若产品性能参数不变,仅在局部有改动或变动时,其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等,(其中I、Q不用)。

例:应变式位移传感器:C WY-YB-20;光纤压力传感器:C Y-GQ-2。

3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时,应当采用何种测量方法? 如何进行?答:测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时,最好采用微差式测量。

此时输出电压认可表示为U0,U0=U+△U,其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量,相对U 来讲为一小量。

传感器与检测技术课后习题答案全文

传感器与检测技术课后习题答案全文

当 yt R 时 t 3ln 2 1.22
3
3
当 yt R 时 t 3ln 1 2.08
2
2
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第1章
1.5
解:此题与炉温实验的测飞升曲线类似:
yt1090(1et/T)
由y550T 5 8.51
5
ln
9
1.6
解:
yt2520(1et/T)
T 0.5
y1 7.68 y2 5.36
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第3章
3.7
答:应用场合有低频透射涡流测厚仪,探伤,描述转 轴运动轨迹轨迹仪。
R x1100 ,R x2200 ,R x3300 ,R x4400 ,R x5500 , R x6600 ,R x7700 ,R x8800 ,R x9900 ,R x101000
r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5
r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0
Y111003,Y2
重写表格如下:
x 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 f 2.523 2.502 2.461 2.432 2.410 2.380 2.362 2.351 2.343 y -1.66 -1.78 -2.06 -2.31 -2.56 -3.06 -3.54 -4.02 -4.61
答:
① mR R m L ax m0.1 RL10Rm ax
② 1 2 11m 1 1100% 0.1
m 0.4 R m ax0 .4R L
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第2章
2.5 解:①图 2-32(c)
②圆桶截面积 A R 2 r 2 59.7 106

传感器与自动检测技术习题参考答案

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。

传感器与自动检测技术课后答案

传感器与自动检测技术课后答案
c参考电极定律:
如果A、B两种导体(热电极)分别与第三种导体C
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第8章
(参考电极)组成的热电偶在结点温度为(T,T0 )
时分别为EACT, T0和EBC T, T0,那么受相同温度下,
又A、B两热电极配对后的热电势为
E A B T ,T 0 E A C T ,T 0 E B C T ,T 0
b 有一定的可编程自动化能力。包括指令和数据 存储、自动调零、自检等。
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第10章
c 功能广。智能传感器可以有多种形式输出,通 过串口、并口、面板数字控制数或CRT显示,并配打 印机保存资料。
d 功能价格比大。在相同精度条件下,多功能智 能传感器比单功能普通传感器性能价格比大。
答:三条途径:非集成化实现、集成化实现和混合实 现。
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第6章
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。
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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第6章
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。

传感器与自动检测技术课后习题解答

传感器与自动检测技术课后习题解答

《传感器与自动检测技术》习题解答第1章传感器的基本知识1. 简述传感器的概念、作用及组成。

答:传感器的定义是:“能感受(或响应)规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。

作用:将被测量转换成与其有一定关系的易于处理的电量。

组成:敏感元器件、转换元器件、转换电路及辅助电源。

2. 传感器的分类有哪几种?各有什么优缺点?答:传感器常用的分类方法有两种,一种是按被测输入量来分,另一种是按传感器的工作原理来分。

按被测输入量来分:这种分类方法的优点是比较明确地表达了传感器的用途,便于使用者根据其用途选用。

其缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异,不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。

按传感器的工作原理来分:这种分类的优点是对传感器的工作原理表达的比较清楚,而且类别少,有利于传感器专业工作者对传感器进行深入的研究分析。

其缺点是不便于使用者根据用途选用。

3. 传感器是如何命名的?其代号包括哪几部分?在各种文件中如何应用?答:一种传感器产品的名称,应由主题词及4级修饰语构成。

(1)主题词——传感器。

(2)第1级修饰语——被测量,包括修饰被测量的定语。

(3)第2级修饰语——转换原理,一般可后续以“式”字。

(4)第3级修饰语——特征描述,指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必须的性能特征,一般可后续以“型”字。

(5)第4级修饰语——主要技术指标(量程、精确度、灵敏度等)。

本命名法在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合使用。

例1:传感器,绝对压力,应变式,放大型,1~3500kPa;例2:传感器,加速度,压电式,±20g。

在技术文件、产品样书、学术论文、教材及书刊的陈述句子中,作为产品名称应采用与上述相反的顺序。

例3: 1~3500kPa放大型应变式绝对压力传感器;例4:±20g压电式加速度传感器。

在侧重传感器科学研究的文献、报告及有关教材中,为方便对传感器进行原理及其分类的研究,允许只采用第2级修饰语,省略其他各级修饰语。

《传感器与自动检测技术》习题参考答案

《传感器与自动检测技术》习题参考答案

《传感器与自动检测技术》习题思考题与习题一1.1什么叫传感器?它通常由哪几部分组成?答:能够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和装置,称为传感器。

传感器通常由敏感元件和转换元件组成。

其中,敏感元件是指传感器中能直接感受和响应被测量的部分;转换元件是指传感器中能将敏感元件的感受或响应的被测量转换成适于传输和处理的电信号部分。

1.2简述传感器的分类方法。

答:传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等进行分类。

1.3举例说明传感器与检测技术的作用与地位。

答:传感器与检测技术在信息技术领域具有十分重要的基础性地位,推动了现代科学技术的进步,在国民经济中具有“倍增器”作用。

1.与人们日常生活密切相关。

家用电器温度设定、控制、显示;家居防火、防盗、防煤气泄漏;智能家居的灯光控制;居家老人的健康监护等。

2.推进信息化与工业化的深度融合。

工业生产中,借助检测技术,提高自动化程度,提高产品质量,提高经济效益:对工艺参数、成分进行检测与控制;对工业设备运行状态进行监测;对产品质量进行自动测试;对产品数量进行自动计数等。

3.助推智能农业快速发展。

气象预报,温室大棚的温湿度、光照、CO 2、PH 值、风力的测量与控制,水土成分测量与分析;工厂化水产和牲畜养殖环境参数的测量与控制等。

4.是国防现代化的技术保障。

雷达导航,卫星定位系统,航母战斗群及潜艇水下声呐系统测物、测距、测向,现代化战争中目标精确定位、精准打击等。

5.在智能交通中有广泛的应用。

公路交通违章监控、测速、超载称重,轨道交通(高铁、动车、地铁、轻轨、云轨)运营设备在线监测,水运航向、水位、风力、荷载测量,机场危险品检查等。

1.4简述中高档汽车中所使用的各类传感器及其作用。

答:碰撞传感器就是加速度传感器,他的作用是在汽车受到力的碰撞时,加速度传感器给信号使得安全气囊充气保护车上人员的生命安全;座椅占用识别传感器,作用是识别该座椅是否有人乘坐,识别信号传送至安全安全气囊控制模块,在碰撞事故中,安全气变控制模块根据座椅占用识别传感器信号判断该座椅是否有乘员,决定是否触发相关的安全气囊和安全带张紧器;曲轴转速传感器,用于检测发动机转速和判定一缸上止点;凸轮轴位置传感器用于区分一(四)缸压缩上止点;节气门位置传感器用于检测发动机的节气门;水温传感器用于检测发动机冷却温度;进气温度传感器用于检测进气温度;进气歧管绝对压力传感器用于检测气管里的进气压力;空气流量计用于检测进气空气质量;轮速传感器用于检测轮速;车速传感器用于检测车速。

传感器与自动检测技术习题参考答案

传感器与自动检测技术习题参考答案

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⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=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⎥⎦⎤⎢⎣⎡l dl d ρρ。

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 金属电阻式应变片和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和有应变时回路的电流。

解:因为xR R K ε∆=,故有Ω=⨯⨯==∆144.06001202R K R x ε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 和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 。

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《传感器与自动检测技术》习题解答第1章传感器的基本知识1. 简述传感器的概念、作用及组成。

答:传感器的定义是:“能感受(或响应)规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。

作用:将被测量转换成与其有一定关系的易于处理的电量。

组成:敏感元器件、转换元器件、转换电路及辅助电源。

2. 传感器的分类有哪几种?各有什么优缺点?答:传感器常用的分类方法有两种,一种是按被测输入量来分,另一种是按传感器的工作原理来分。

按被测输入量来分:这种分类方法的优点是比较明确地表达了传感器的用途,便于使用者根据其用途选用。

其缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异,不便于使用者掌握其基本原理及分析方法。

按传感器的工作原理来分:这种分类的优点是对传感器的工作原理表达的比较清楚,而且类别少,有利于传感器专业工作者对传感器进行深入的研究分析。

其缺点是不便于使用者根据用途选用。

3. 传感器是如何命名的?其代号包括哪几部分?在各种文件中如何应用?答:一种传感器产品的名称,应由主题词及4级修饰语构成。

(1)主题词——传感器。

(2)第1级修饰语——被测量,包括修饰被测量的定语。

(3)第2级修饰语——转换原理,一般可后续以“式”字。

(4)第3级修饰语——特征描述,指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必须的性能特征,一般可后续以“型”字。

(5)第4级修饰语——主要技术指标(量程、精确度、灵敏度等)。

本命名法在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合使用。

例1:传感器,绝对压力,应变式,放大型,1~3500kPa;例2:传感器,加速度,压电式,±20g。

在技术文件、产品样书、学术论文、教材及书刊的陈述句子中,作为产品名称应采用与上述相反的顺序。

例3: 1~3500kPa放大型应变式绝对压力传感器;例4:±20g压电式加速度传感器。

在侧重传感器科学研究的文献、报告及有关教材中,为方便对传感器进行原理及其分类的研究,允许只采用第2级修饰语,省略其他各级修饰语。

传感器代号的标记方法:一般规定用大写汉字拼音字母和阿拉伯数字构成传感器完整代号。

传感器完整代号应包括以下4个部分:(1)主称(传感器);(2)被测量;(3)转换原理;(4)序号。

4部分代号格式为:4)序号3)转换原理2)被测量1)主称在被测量、转换原理、序号3部分代号之间有连字符“-”连接。

例5:应变式位移传感器,代号为:CWY-YB-10;例6:光纤压力传感器,代号为:CY-GQ-1;例7:温度传感器,代号为:CW-01A;例8:电容式加速度传感器,代号为:CA-DR-2。

有少数代号用其英文的第一个字母表示,如加速度用“A”表示。

4. 传感器的静态性能指标有哪些?其含义是什么?答:传感器的静态特性主要由线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨力和阈值、稳定性、漂移及量程范围等几种性能指标来描述。

含义:线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离理论拟合直线的程度,又称非线性误差。

通常用相对误差表示其大小;灵敏度是指传感器在稳态下,输出增量与输入增量的比值。

对于线性传感器,其灵敏度就是它的静态特性曲线的斜率,对于非线性传感器,其灵敏度是一个随工作点而变的变量,它是特性曲线上某一点切线的斜率。

重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时,所得特性曲线不一致性的程度。

迟滞是传感器在正向行程(输入量增大)和反向行程(输入量减小)期间,输出—输入特性曲线不一致的程度。

有时也用该值相对满量程传感器的分辩力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量min输入值的百分数表示,称为分辨率。

阈值通常又称为死区、失灵区、灵敏限、灵敏阈、钝感区,是输入量由零变化到使输出量开始发生可观变化的输入量的值。

稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。

传感器常用长期稳定性表示,它是指在室温条件下,经过相当长的时间间隔,如一天、一月或一年,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。

通常又用其不稳定度来表征其输出的稳定度。

传感器的漂移是指在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的不需要的变化。

漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。

零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。

时间漂移是指在规定的条件下,零点或灵敏度随时间而缓慢变化的情况;温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的变化。

传感器所能测量的最大被测量(输入量)的数值称为测量上限,最小被测量称为测量下限,上限与下限之间的区间,则称为测量范围。

测量范围可能是单向的(只有正向与负向)、也可能是双向的、或双向不对称的和无零值的等。

测量上限与下限的代数和称为量程。

5. 传感器的动态特性主要从哪两方面来描述?采用什么样的激励信号?其含义是什么?答:传感器的动态特性主要从时域和频域两方面来描述,采用瞬态响应法和频率响应法来分析。

通常采用阶跃信号和正弦信号作为激励信号。

以阶跃信号作为系统的输入,研究系统输出波形的方法称为瞬态响应法(时域);以正弦信号作为系统的输入,研究系统稳态响应的方法称为频率响应法(频域)。

第2章力、压力传感器1.力传感器的组成是什么?答:力传感器主要由力敏感元件、转换元件和测量电路组成。

2.弹性敏感元件的作用是什么?其分类有几种?各有何特点?答:作用:弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移。

分类:变换力的弹性敏感元件和变换压力的弹性敏感元件。

常用的变换力的弹性敏感元件有圆柱式、圆环式、悬臂梁、扭转轴等。

其特点:(1)圆柱式弹性敏感元件,根据截面形状可分为实心圆柱及空心圆柱等。

结构简单,可承受较大的载荷,便于加工,实心圆柱形可测量大于10kN的力,空心圆柱形可测量1~10kN的力,应力变化均匀。

(2)圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大,因而具有较高的灵敏度,适用于测量较小的力。

但它的工艺性较差,加工时不易得到较高的精度。

(3)悬臂梁式弹性敏感元件。

它的一端固定,一端自由,结构简单,加工方便,应变和位移较大,适用于测量1~5kN的力。

等截面悬臂梁,梁上各处的变形大小不同,不便于粘贴应变片。

变截面悬臂梁(也称等强度悬臂梁),梁上各处的截面不等,但沿整个长度方向上各处的应变相等,便于粘贴应变片。

(4)扭转轴弹性敏感元件主要用来制作扭矩传感器,它利用扭转轴弹性体把扭矩变换为角位移,再把角位移变换为电信号输出。

3.电阻应变式传感器的工作原理是什么?它是如何测量试件的应变的?答:电阻应变片式传感器是利用了金属和半导体材料的“应变效应”的原理来工作的。

即金属和半导体材料的电阻值随它承受的机械变形大小而发生变化的现象。

测试时,将应变片用粘接剂牢固的粘贴在被测试件的表面上,随着试件受力变形,应变片的敏感栅也获得同样的变形,从而使其电阻随之发生变化,而此电阻的变化是与试件应变成比例的,因此如果通过一定的测量线路将这种电阻的变化转换为电压或电流变化,然后再用显示记录仪表将其显示记录下来,就能知道被测试件应变量的大小。

其原理图如图2-7所示。

4.电阻应变式传感器的测量电路有哪些?各有何特点?答:电阻应变片传感器输出电阻的变化较小,一般为4510-⨯~110-Ω,要精确的测量出这些微小电阻的变化,常采用桥式测量电路。

根据电桥电源的不同,电桥可分为直流电桥和交流电桥,可采用恒压源或恒流源供电。

由于直流电桥比较简单,交流电桥原理与它相似,所以我们只分析直流电桥的工作原理。

其特点是,当被测量无变化时,电桥平衡,输出为零。

当被测量发生变化时,电桥平衡被打破,有电压输出,输出的电压与被测量的变化成比例。

根据电桥工作桥臂的不同,分为单臂电桥、差动双臂电桥(半桥)、差动全桥三种类型。

双臂电桥输出灵敏度是单臂电桥的两倍,全桥输出是双臂电桥的两倍。

并且采用双臂和全桥测量,可以补偿由于温度变化引起的测量误差。

5.电阻应变片为什么要进行温度补偿?补偿方法有哪些?答:电阻应变片传感器是靠电阻值来度量应变的,所以希望它的电阻只随应变而变,不受任何其他因素影响。

但实际上,虽然用作电阻丝材料的铜、康铜温度系数很小(大约在α=(2.5~5.0)×105-/℃),但与所测应变电阻的变化比较,仍属同一量级。

如不补偿,会引起很大测量误差。

应变片的温度补偿方法通常有两种,即线路补偿和应变片自补偿。

6.应变片的粘贴、固化和检查工艺有哪些?答:应变片的粘贴工艺如下:(1)试件表面的处理粘贴之前,应先将试件表面清理干净,用细砂纸将试件表面打磨平整,再用丙酮、四氯化碳或佛利昂彻底清洗试件表面的灰尘、油渍,清理面积约为应变片的3~5倍。

(2)确定贴片位置根据实验要求在试件上划线,以确定贴片的位置。

(3)粘贴在清理的试件表面上均匀涂刷一薄层粘接剂作为底层,待其干燥固化后,再在此底层及应变片基地的地面上均匀涂刷一薄层粘接剂,等粘接剂稍干,即将应变片贴在画线位置,用手指滚压,把气泡和多余的粘接剂挤出。

注意,应变片的底面也要清理。

(4)固化粘贴好的应变片按规定压力、升降温度速率及保温时间等进行固化处理。

(5)稳定处理粘接剂在固化过程中会膨胀和收缩,致使应变片产生残余应力。

为使应变片的工作性应变电阻能良好,还应进行一次稳定处理,称为后固化处理,即将应变片加温至比最高工作温度高10~20℃,但不用加压。

(6)检查 经固化和稳定处理后,测量应变片的阻值,以检查贴片过程中敏感栅和引线是否损坏。

另外还应测量引线和试件之间的绝缘电阻,一般情况下,绝缘电阻为50兆欧即可,对于高精度测量,则需在2000兆欧以上。

7)引线的焊接与防护 应变片引线最好采用中间连接片应出,引线要适当固定,为了保证应变片工作的长期稳定性,应采取防潮、防水等措施,如在应变片及其引线上涂以石蜡、石蜡松香混合剂、环氧树脂、有机硅、清漆等保护层,或在试件上焊上金属箔,将应变片全部覆盖。

7. 图2-88为一直流应变电桥。

12345,120i U V R R R R =====Ω,试求:(1) 1R 为金属应变片,其余为外接电阻,当1R 变化量为1 1.2R ∆=Ω时,电桥输出电压?o U =(2)12R R 、都是应变片,且批号相同,感受应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,电桥的输出电压?o U =(3) 题(2)中,如果12R R 、感受应变的极性相反,且12 1.2R R ∆=∆=Ω,电桥的输出电压?o U =(4) 由题(1)~(3)能得出什么结论与推论?答:(1)当1R 为金属应变片,其余为外接电阻时,电桥为单臂工作电桥,当1R 变化量为1 1.2R ∆=Ω时,电桥输出电压:011 1.25=0.0125V =12.5mV 44120i R U U R ∆==⨯⨯() (2)当12R R 、都是应变片,且批号相同,感受应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻时,根据电桥的输出总公式3124012344i U R R R R U R R R R ⎛⎫∆∆∆∆=-+- ⎪⎝⎭可知,此时12=R R R ∆=∆∆,34=0R R ∆=∆。

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