1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。(第十一章綜合)傳感器原理及應(yīng)用第三版(王化祥張淑英)天津大學(xué)課后答案-1.1傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度，靈敏度，精確度，最小檢測(cè)量和分辨力等；而動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)主要有傳遞函數(shù)和頻率特性兩部分。1.2傳感器的精度A含義是在規(guī)定條件下，其允許的最大絕對(duì)誤差值相對(duì)于其測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)精度等級(jí)概念若測(cè)得某傳感器A=0.48%，則傳感器應(yīng)定為0.5級(jí)精度。1.3傳感器的線性度含義是：在規(guī)定條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線和擬合曲線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比。擬合刻度直線的方法有端基法，最小二乘法，切線法三種

2、。1.4某電容式位移傳感器，當(dāng)被測(cè)位移變化是，相對(duì)電容變化輸出量為，其平均靈敏度為0.5pF/um;用切線法求得線性度為1%。若用差動(dòng)式電容結(jié)構(gòu)，其靈敏度為1pF/um。用切線法求得線性度為0.01%。1.5傳感器的最小檢測(cè)量是指?jìng)鞲衅鞔_切反映被測(cè)量的最低級(jí)限量而言。最小檢測(cè)量愈小，則表示傳感器的檢測(cè)微量能力愈高。2.1金屬應(yīng)變片工作原理是應(yīng)變效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是壓阻效應(yīng)。二者應(yīng)變靈敏度系數(shù)主要區(qū)別是前者是受到一維應(yīng)力時(shí)測(cè)得，后者是在多向應(yīng)力作用下測(cè)得的；前者主要受膠層傳遞變形失真和橫向效應(yīng)影響萬(wàn)惡后者則受擴(kuò)散電阻的表面雜質(zhì)濃度和溫度影響；前者為放應(yīng)電阻相對(duì)變化以應(yīng)變的線性關(guān)系，后者

3、為電阻率變化與的線性關(guān)系。2.2為提高應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度，當(dāng)被測(cè)應(yīng)變片波長(zhǎng)一定時(shí)，現(xiàn)有基長(zhǎng)分別為15mm和20mm兩種應(yīng)變片，則應(yīng)選用基長(zhǎng)為15mm的應(yīng)變片，方可減少動(dòng)態(tài)誤差。2.3應(yīng)變式產(chǎn)生溫度誤差的原因是應(yīng)變片電阻絲具有一定的溫度系數(shù)和電阻絲材料和測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同。通常采用的溫度補(bǔ)償法單絲自補(bǔ)法，雙絲組合式自補(bǔ)法，電路補(bǔ)償法。2.4應(yīng)變片傳感器靈敏度系數(shù)K的測(cè)試條件是在試件受到一組應(yīng)力作用時(shí)，應(yīng)變片的軸向與主應(yīng)力方向一致且試件材料是泊松比為0.285的鋼材。測(cè)得長(zhǎng)值的大小比應(yīng)變絲的應(yīng)變靈敏度K小，其原因是膠層傳遞變形失真和橫向效應(yīng)。3.1電容式傳感器分布電容的存在對(duì)點(diǎn)測(cè)量的危害性

4、是：顯著降低靈敏度，使傳感器特性不穩(wěn)定。通常采用的消除和減小分布電容方法有采用靜電屏蔽措施，采用驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。3.2平行板式電容傳感器，變面積型可用于檢測(cè)微小位移，而變介質(zhì)型可用于檢測(cè)容器中液面高度（測(cè)片狀材料厚度，介質(zhì)常數(shù)）等。3.4運(yùn)算法測(cè)量電容傳感器電路具有的特點(diǎn)是：輸出電壓U與動(dòng)極片的位移d成線性關(guān)系，從原理上解決了使用單個(gè)變間隙型電容傳感器輸出特性的非線性問(wèn)題。4.1差動(dòng)電感及差動(dòng)變壓器的位移-電壓特性均為正比(交流)特性，因而測(cè)位移存在只能反映大小不能反映方向的問(wèn)題，解決此問(wèn)題的方法是采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路。4.2提高差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)電壓哦措施是：增加匝數(shù)比N2/N1，增

5、加初級(jí)線圈電壓e1，增加激勵(lì)電壓頻率。4.3差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是：基波分量，高次諧波，電路干擾等。消除和減小的方法有：從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，選用合適測(cè)量電路，采用補(bǔ)償線路等。4.4電渦流檢測(cè)線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用扁平圓形線圈，當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體材料靠近它時(shí)，利用線圈Q值，等效阻抗Z，電感L，度化進(jìn)行測(cè)量。4.5電渦流傳感器的應(yīng)用方式可分為兩大類，即按激勵(lì)頻率不同可分為高頻反射式和低頻透射式，它主要用于檢測(cè)位移，振幅，厚度等。5.1壓電元件的原理是壓電效應(yīng)，它的主要特點(diǎn)是響應(yīng)頻率寬，信噪比大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。目前常用的壓電材料有石英晶體，壓電陶瓷，鋯鈦酸鉛等。5.2壓電傳感器對(duì)測(cè)量靜態(tài)信號(hào)無(wú)

6、響應(yīng)，其被測(cè)信號(hào)上限反饋電路的參數(shù)和，頻率下限取決輸入電阻。5.3壓電元件測(cè)量電路采用前置放大器的目的是:把壓電式傳感器的高輸出阻抗換成低阻抗輸出，放大壓電式傳感器輸出的弱信號(hào)。目前經(jīng)常應(yīng)用前置放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種。5.4若單片壓電片等效電容為C，輸出電壓為U，存將相同的兩片串接后，其參數(shù)C為1/2C，q為q，u為2u；若改為兩片并接后，總參數(shù)C為2C，q為2q，u為u。5.5石英壓電元件的縱向壓電效應(yīng)是沿電軸x-x方向的作用力，在垂直于x軸電極面上產(chǎn)生電荷；而橫向壓電效應(yīng)是沿機(jī)器軸Y-Y方向的作用力在垂直于x軸電極面上產(chǎn)生電荷。6.2光柵傳感器是根據(jù)莫爾條紋原理制成的，是由照明

7、系統(tǒng)，光柵副，光電接收器件組成的。主要用于控制線位移，角位移，速度等參數(shù)。6.3莫爾條紋的寬度Bh由光柵常數(shù)和光柵夾角決定，一般調(diào)整莫爾條紋的寬度主要采用的方法是調(diào)節(jié)夾角。7.1熱電偶的工作原理是熱電效應(yīng)，熱電勢(shì)包括接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩種，能產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件是：熱電偶必須用兩種不同材料作為熱電極，熱電偶兩端存在溫差。7.2熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是使熱電偶的冷端溫度保持恒定，對(duì)選擇補(bǔ)償導(dǎo)線的要求是：在0100范圍內(nèi)和所接觸的熱電偶具有相同熱電性能且為廉價(jià)金屬。7.3熱電阻測(cè)溫的原理是絕大部分金屬具有正的電阻溫度系數(shù)溫度越高電阻越大，一般目前采用的熱電阻有鉑電阻，銅電阻等。7.4熱敏電阻按溫度

8、系數(shù)分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，正溫度系數(shù)熱敏電阻，非熱敏電阻三種。熱敏電阻本身溫度取決于環(huán)境溫度，電流生熱兩個(gè)因素。7.5熱敏電阻用于測(cè)溫元件時(shí)，其工作電流要求為很小，應(yīng)該工作在伏安曲線的線性工作區(qū)域，原因是當(dāng)電流很小時(shí)，元件的功耗小，電流不足以引起熱敏電阻發(fā)熱，元件的溫度基本上就是環(huán)境溫度T。8.1霍爾效應(yīng)由于采用了半導(dǎo)體材料，元件才有實(shí)用價(jià)值，它是一個(gè)四端元件。一般可用于控制磁場(chǎng)強(qiáng)度，位移，壓力等參數(shù)。8.2霍爾元件的不等位誤差是指當(dāng)控制電流I流過(guò)元件時(shí)即使磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，在霍爾電極上仍有電勢(shì)存在而言，其產(chǎn)生原因?yàn)榛魻栃?yīng)電極偏離等位面，橋臂電阻不等等，減小不等位電勢(shì)的方法有機(jī)械修磨，化學(xué)腐蝕等。8.3光電效應(yīng)分為三類：即外光電效應(yīng)，相應(yīng)的器件有光電管（光電倍增管）；光電導(dǎo)效應(yīng)，相應(yīng)的器件有光敏電阻；光生伏特效應(yīng)，相應(yīng)的器件有光電池（光敏晶體管）。8.4光電池的原理是光生伏特效應(yīng)，從光照特性可以看出其開(kāi)路電壓與照度非線性關(guān)系，而短路電流與照度成線性效應(yīng)，所以光電池作為檢測(cè)元件時(shí)應(yīng)去短路電流輸出形式。9.1光釬傳光的原理是:利用光在光纖纖芯和包層之間的