傳感器技術(shù)課后題答案 賈伯年 第3版

1、衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標。說明含義?；夭睿螅磻?yīng)傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程過程中輸出輸入曲線的不重合程度。重復(fù)性——衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線間一致程度。各條特性曲線越靠近，重復(fù)性越好。靈敏度——傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。分辨力——傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。線性度——表征傳感器輸出輸入校準曲線與所選定的擬合直線之

2、間的吻合（或偏離）程度的指標。閥值——使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。穩(wěn)定性——即傳感器在相當(dāng)長時間內(nèi)仍保持其性能的能力。漂移——在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。靜態(tài)誤差（精度）——傳感器在滿量程內(nèi)任一點輸出值相對理論值的可能偏離（逼近）程度。計算傳感器線性度的方法，差別。理論直線法：以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實際測試值無關(guān)。端點直線法：以傳感器校準曲線

3、兩端點間的連線作為擬合直線。“最佳直線”法：以“最佳直線”作為擬合直線，該直線能保證傳感器正反行程校準曲線對它的正負偏差相等并且最小。這種方法的擬合精度最高。最小二乘法：按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準數(shù)據(jù)的殘差平方和最小。什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？為什么要分靜和動？（1）靜態(tài)特性：表示傳感器在被測輸入量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關(guān)系。動態(tài)特性：反映傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。（2）由于傳感器可

4、能用來檢測靜態(tài)量（即輸入量是不隨時間變化的常量）、準靜態(tài)量或動態(tài)量（即輸入量是隨時間變化的變量），于是對應(yīng)于輸入信號的性質(zhì)，所以傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。Z1分析改善傳感器性能的技術(shù)途徑和措施。（1）結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇（2）差動技術(shù)（3）平均技術(shù)（4）穩(wěn)定性處理（5）屏蔽、隔離與干擾抑制（6）零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù)（7）補償、校正與“有源化”（8）集成化、智能化與信息融合21金屬應(yīng)變計與半導(dǎo)體工作機理的異同？比較應(yīng)變

5、計各種靈敏系數(shù)概念的不同意義。（1）相同點：它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機械變形，從而導(dǎo)致材料的電阻發(fā)生變化所；不同點：金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相對變化為輔；而半導(dǎo)體材料則正好相反，其應(yīng)變效應(yīng)以機械形變導(dǎo)致的電阻率的相對變化為主，而機械形變?yōu)檩o。（2）對于金屬材料，靈敏系數(shù)Ko=Km=(12μ)C(12μ)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變化，一般μ≈0.3，因此（12μ）=1.6；后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。金屬絲

6、材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主。對于半導(dǎo)體材料，靈敏系數(shù)Ko=Ks=(12μ)πE。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致，而πE》(12μ)，因此Ko=Ks=πE。半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。23簡述電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因及其補償辦法。電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時，會產(chǎn)生溫度誤差。補償辦法

7、：1、溫度自補償法（1）單絲自補償應(yīng)變計(2)雙絲自補償應(yīng)變計2、橋路補償法（1）雙絲半橋式（2）補償塊法24試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。原因：上式分母中含ΔRiRi，是造成輸出量的非線性因素。無論是輸出電壓還是電流，實際上都與ΔRiRi呈非線性關(guān)系。措施：(1)差動電橋補償法差動電橋呈現(xiàn)相對臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過應(yīng)變計合理布片達到補償目的。常用的有半橋差動電路和全橋差動電路。(2)恒流源補償法誤差主

8、要由于應(yīng)變電阻ΔRi的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可減小誤差。25如何用電阻應(yīng)變計構(gòu)成應(yīng)變式傳感器？對其各組成部分有何要求？一是作為敏感元件，直接用于被測試件的應(yīng)變測量；另一是作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性敏感元件構(gòu)成傳感器，用以對任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其他物理量作間接測量。331241240123412341142RRRRRRRRUURRRRRRRR????????????????????????????314比較定頻調(diào)幅式

9、、變頻調(diào)幅式和調(diào)頻式三種測量電路的優(yōu)缺點，并指出它們的應(yīng)用場合。（1）定頻調(diào)幅式：這種電路采用石英晶體振蕩器，能獲得高穩(wěn)定度頻率的高頻激勵信號，輸出穩(wěn)定，獲得廣泛應(yīng)用，但線路較復(fù)雜，裝調(diào)較困難，線性范圍也不夠?qū)?。?）變頻調(diào)幅式：這種電路除結(jié)構(gòu)簡單、成本較低外，還具有靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點，因此監(jiān)控等場合常采用它。（3）調(diào)頻式：這種電路的關(guān)鍵是提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度。通常可以從環(huán)境溫度變化、電纜電容變化及負載影響三方面考慮。41電容

10、式傳感器可分為哪幾類？各自的主要用途是什么？（1）變極距型電容傳感器：在微位移檢測中應(yīng)用最廣。（2）變面積型電容傳感器：適合測量較大的直線位移和角位移。（3）變介質(zhì)型電容傳感器：可用于非導(dǎo)電散材物料的物位測量。42變極距型電容傳感器產(chǎn)生非線性誤差的原因及如何減小？原因：靈敏度S與初始極距00的平方成反比，用減少00的辦法來提高靈敏度，但00的減小會導(dǎo)致非線性誤差增大。采用差動式，可比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上

11、的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。43為什么電容式傳感器的絕緣、屏蔽和電纜問題特別重要？如何解決？電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很小，屬于小功率、高阻抗器，因此極易受外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴重影響傳感器的輸出特性，甚至?xí)蜎]沒有用信號而不能使用。解決：驅(qū)動電纜法、整體屏蔽法、采用組合式與集成技術(shù).512霍爾效應(yīng)是什么？可進行哪些參數(shù)的

12、測量？當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個電勢差也被叫做霍爾電勢差。利用霍爾效應(yīng)可測量大電流、微氣隙磁場、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動、壓力、流量和液位等；用以制成磁讀頭、磁羅盤、無刷電機、接近開關(guān)和計算元件等等。磁敏電阻與磁敏二極管的特點？磁敏電阻：外加磁場使導(dǎo)體(半導(dǎo)體)電阻隨磁場增加而增大的現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。載流導(dǎo)體置于磁場中除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外導(dǎo)體中載流子因受

13、洛侖茲力作用要發(fā)生偏轉(zhuǎn)載流子運動方向偏轉(zhuǎn)使電流路徑變化起到了加大電阻的作用磁場越強增大電阻的作用越強。磁敏電阻主要運用于測位移。磁敏二極管：輸出電壓隨著磁場大小的方向而變化，特別是在弱磁場作用下，可獲得較大輸出電壓變化，r區(qū)內(nèi)外復(fù)合率差別越大，靈敏度越高。當(dāng)磁敏二極管反向偏置時，只有很少電流通過，二極管兩端電壓也不會因受到磁場的作用而有任何改變。利用磁敏二極管可以檢測弱磁場變化這一特性可以制成漏磁探傷儀。61何謂壓電效應(yīng)？正壓電與逆壓電

14、？一些離子型晶體的電介質(zhì)不僅在電場力作用下，而且在機械力作用下，都會產(chǎn)生極化現(xiàn)象。且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度σ)與外應(yīng)力張量T成正比：D=dT式中d——壓電常數(shù)矩陣。當(dāng)外力消失，電介質(zhì)又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。若對上述電介質(zhì)施加電場作用時，同樣會引起電介質(zhì)內(nèi)部正負電荷中心的相對位移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生變形，且其應(yīng)變S與外電場強度E成正比：S=dtE式中dt——逆壓電