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传感器与检测技术课后习题答案

发布日期:2020-07-22 06:58

  传感器与检测技术课后习题答案_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。第0章 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

  第0章 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。 返回 下页 图库 第0章 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。 返回 上页 下页 图库 第1章 1.1 解: k U X350 0101033 60 1.2 解: S S 1 S 2 S 3 0 .2 2 .0 5 .0 2 m m / C 返回 上页 下页 图库 第1章 1.3 解: y kx b i yi (kxi b) k nxi yi xiyi nxi2 (xi )2 b (xi2yi xixi yi ) nxi2 (xi )2 带入数据得: k0.68 b0.25 返回 上页 下页 图库 第1章 1.3 ∴ y 0.68x 0.25 1 0.238 2 0.35 3 0.16 4 0.11 5 0.126 6 0.194 L Lmax yFS 100% 0.35 5 7% 拟合直线,线% 返回 上页 下页 图库 第1章 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) yt R(1 e t / 3 ) 当 yt R 时 t 3ln 2 1.22 3 3 当 yt R 时 t 3ln 1 2.08 2 2 返回 上页 下页 图库 第1章 1.5 解:此题与炉温实验的测飞升曲线 解: yt2520(1et/T) T 0.5 y1 7.68 y2 5.36 返回 上页 下页 图库 第1章 1.7 解: G(j) s2 n2 2ns n2 sj 1n 1 2 2j n Gj 1 1 1.109 1n 2 2 2 n 2 1 500 22 1000 20.515000002 tg112nn2 tg1 20.5500 1 2 1000 所求幅值误差为1.109,相位滞后 3342 返回 上页 下页 图库 第1章 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。 1.9 答:传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性 曲线 答:人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。 返回 上页 下页 图库 第1章 1.11 解: ①理论线性度:LyLF m Sax100%12.0152. 05 260.4% ②端点线性度: 由两端点做拟和直线 中间四点与拟合直线 所以, LyLF m Sax100%102..10751.41% 返回 上页 下页 图库 第1章 1.11 ③最小二乘线性度: kn xiyi xi yi 6 182.542142 .23208 .411.98 n xi2( xi)2 6912121 105 b( xi2 yi xi xiyi)9142.2321 182.549.590.09 n xi2( xi)2 6912121 105 所以, ykxb1.98x0.09 返回 上页 下页 图库 第1章 1.11 i yi (kxi b) 1 0.07 2 0.05 3 0.05 4 0.11 5 0.11 6 0.08 L Lmax yFS 100% 0.11 12.05 0.09% 返回 上页 下页 图库 第1章 1.12 解: ① H 0.5 Hmax yFS 100% Hmax1 1.5 Hmax 2 1.3 Hmax3 1.8 H1 0.08% H 2 0.07% H3 0.09% ② R Rmax yFS 100% 1.1 965.7 100% 0.11% 返回 上页 下页 图库 第1章 1.13 解:质量块(质量m),弹簧(刚度c),阻尼器(阻尼系数b) 根据达朗贝尔原理: Fm Fc Fb F 0 m dv dt cvdt bv F 返回 上页 下页 图库 第2章 2.1 解: y0.3mm,Rn 10.0004 Sr yx100%Rn y 1mm/0.01% 100% 2.2 Rn 证: R 1R RR 4R R U c d Ucb Udb R E R E RRR RRR 2RR 4R2 R2 E 略去 R 的第二项,即可得 Ucd E 2 R R 返回 上页 下页 图库 第2章 2.3 答:①金属电阻应变片由四部分组成:敏感栅、基底、 盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。 ②其主要特性参数:灵敏系数、横向效应、机械 滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿 命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。 2.4 答: ① mR R m L axm0.1 RL10Rm ax ② 1 2 11m 1 1100% 0.1 m 0.4 R m ax0 .4R L 返回 上页 下页 图库 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 应变片 1,2,3,4 感受的是纵向应变,有 1 2 3 4 x 应变片 5,6,7,8 感受的是纵向应变,有 5 6 7 8 y 返回 上页 下页 图库 第2章 2.5 U U 4 R 1 R 5 R R 2 R 6 U 4K 1526 U 2KxyU 2K1xU 2K1A F E 其 中 A为 圆 桶 的 截 面 积 ,为 泊 桑 比 ,E为 弹 性 模 量 , F为 外 加 负 载 力 ,K为 灵 敏 系 数 . 返回 上页 下页 图库 第2章 2.5 满量程时:R1 R2 R3 R4 K x R K F AE R 2.0 59.7 10 103 106 2.11011 120 0.191 R5 R6 R7 R8 R1 0.3 0.191 0.057 ③UUK1F 2 AE 1202.010.359.7106F2.1104 1.037106F 返回 上页 下页 图库 第2章 2.6 解:① 当 RF50mR R F P1 5 0 0 02 rnR R x P n Y n1 rnm rn (1 rn) n [1 ,1 0 ],n N R x1 1 0 ,R x22 0 ,R x3 3 0 ,R x44 0 ,R x5 5 0 , R x6 6 0 ,R x7 7 0 ,R x8 8 0 ,R x9 9 0 ,R x1 0 1 0 0 r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5 r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0 返回 上页 下页 图库 第2章 2.6 Y1 559,Y2 353,Y3 1751,Y4 1307,Y5 1, 3 Y6 1357,Y7 3751,Y8 3230,Y9 5495,Y10 1 ② 当 RF500mR RF P1 50 00 00.2 5 25 150 50 10 Y1 509,Y2 129,Y3 521,Y4 131,Y5 , 21 2.7 Y6 略 17351,Y7 355201,Y8 112090,Y9 540590,Y10 1 返回 上页 下页 图库 第2章 2.8 解:mRP 10001 RF 3000 3 rnR R x P n Y n1rnm rn (1rn) n[1 ,1 0 ],n N 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 1759,Y3 13009,Y4 1207,Y5 6, 13 Y695,Y7 17007,Y87690,Y919003,Y10 1 返回 上页 下页 图库 第2章 2.9 答:①在外界温度变化的条件下,由于敏感栅温 度系数t 及栅丝与试件膨胀系数(g与s ) 之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与 真实应变同数量级的误差。 ②方法:自补偿法 线路补偿法 返回 上页 下页 图库 第2章 2.10 解: x 6l xF WEt 2 6 (0.25 0.25) 0.5 2 0.06 70 105 (0.003)2 0.10 R kR0 x 2.1120 0.10 25.2 R1 R3 R0 R 120 25.2 145.2 R2 R4 R0 R 120 25.2 94.8 返回 上页 下页 图库 第2章 2.11 解: 6lxF12.5 WEt2 0.63 RkR 2.12012.5 350 0.63 0.3 U 30mA1203.6V 2 ,U 7.2V U U R 7.2350 1 17.5V 4 R 4 0.3 120 返回 上页 下页 图库 第3章 3.1 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 3.2 答: L0 W 20S0 2l0 LLL 02 W (l0 2 0 Sl0)W 2 2 l0 0S0W 2 2 l0 0S0 l0 l0 l 1 差动式灵敏度: S2L0 l0 1l l0 l0l 2 ... 返回 上页 下页 图库 第3章 3.2 单极式传感器灵敏度:S L0 l0 1l l0 l0l 2 ... 比较后可见灵敏度提高一倍,非线 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。 返回 上页 下页 图库 第3章 3.4 答:①原因是改变了空气隙长度 ②改善方法是让初始空气隙距离尽量小,同时灵 敏度的非线性也将增加,这样的话最好使用差动式 传感器, S2L0 l0 1l l0 2 l0l ... 其灵敏度增加非线性减少。 返回 上页 下页 图库 第3章 3.5 解: IW , L W W2 Rm I I Rm 又Rm n i1 li iSi 2 l0 0S0 R R0 R n li S i1 i i 104 00.0.004250.003104 00.0.011560.003104 0.045 0.0100.003 1.256 返回 上页 下页 图库 第3章 3.5 R0 2 l0 0S0 2 4 0.002 107 30 15 7.07 ①空气气隙为零时: L W 2 2 0 0 2 3 .2 1 0 4 H R 1.256 ② 空 气 气 隙 为 2mm时 : L W 2 2 0 0 2 4 .8 1 0 3 H R R0 1.256 7.07 返回 上页 下页 图库 第3章 3.6 解:设 y b x a 又 有 f e a x b f ,f 2 .3 3 3 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 最小二乘法做直线拟和: kannxxiiy2i ( xxii )y2i 9(83.133)23.325.60.51 993.59542.89 b(xni2xyi2i ( xxi i)x2iyi)93.5992953.6.59 235.432.8 983.1331.53 返回 上页 下页 图库 第3章 3.6 y ax b 0.51x 1.53 i yi (kxi b) 1 0.023 2 0.005 3 0.02 4 0.015 5 0.01 6 0.00 7 0.03 8 0.06 9 0.02 L Lmax y FS 100% 0.06 2.95 0.02% 工作特性方程: f e 0.51x1.53 2.333 返回 上页 下页 图库 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。 3.8 答:①压磁效应:某些铁磁物质在外界机械力的作用 下,其内部产生机械应力,从而引起磁导率的改变 的现象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特性, 但不是线性关系。 ②应变效应:导体产生机械变形时,它的电阻值 相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内,电阻的 相对变化与应变成正比。 返回 上页 下页 图库 第4章 4.1 解:差动式电容传感器的灵敏度: C C C s d 0 d d0 s d s d0 1 d d0 s d 0 1 d d0 s d0 1 d d d d0 2 d d0 3 1 d d d d0 2 d d0 3 2s d0 d d d d0 3 d d0 5 ke c d 2s d02 1 d d0 2 d d0 4 2c0 d0 1 d d0 2 d d0 4 单可见极差式动电式容电传容感传器感:器k的e 灵dc 敏 dc度00 比1 单dd0极2 式 d提d0 高4 一 倍, 而且非线性也大为减小。 返回 上页 下页 图库 第4章 4.2 答:原理:由物理学知,两个平行金属极板组成的电 容器。如果不考虑其边缘效应,其电容为C=εS/D 式中ε为两个极板间介质的介电常数,S为两个极板 对有效面积,D为两个极板间的距离。由此式知,改 变电容C的方法有三: 其一为改变介质的介电常数;其二为改变形成电 容的有效面积;其三为改变各极板间的距离,而得 到的电参数的输出为电容值的增量 这就组成了电 容式传感器。 返回 上页 下页 图库 第4章 4.2 类型:变极距型电容传感器、变面积型 C电容传感 器、变介电常数型电容传感器。 电容传感器可用来测量直线位移、角位移、振动 振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回 转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差 压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材 料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、 厚度等 返回 上页 下页 图库 第4章 4.3 答:可选用差分式电容压力传感器,通过测量筒内水 的重力,来控制注水数量。或者选用应变片式液径 传感器。 4.4 答:①优点:a温度稳定性好 b结构简单、适应性强 c动响应好 ②缺点:a可以实现非接触测量,具有平均效应 b输出阻抗高、负载能力差 c寄生电容影响大 返回 上页 下页 图库 第4章 4.4 ③输出特性非线性: 电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的 一种传感器,在位移、压力、厚度、物位、湿度、 振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了 广泛的应用。 使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能;消除 和减小边缘效应;消除和减小寄生电容的影响;防 止和减小外界的干扰。 4.5 解: C02d102l1x0w 2d01xw 返回 上页 下页 图库 第4章 4.6 略 4.7 答:工作原理:假设传感器处于初始状态,即 Cx1 Cx2 C0 且A点为高电平,即Ua=U; 而B点为低电平,即Ub=0 差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性。 返回 上页 下页 图库 第5章 5.1 答:磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电 信号的一种传感器。 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测 量的一种装置。 磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。 而电感式传感器存在交流零位信号,不宜于高频动 态信号检测;其响应速度较慢,也不宜做快速动态 测量。 磁电式传感器测量的物理参数有:磁场、电流、 位移、压力、振动、转速。 返回 上页 下页 图库 第5章 5.2 答:霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、 转速等。 霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电 流作用下,在无外加磁场时,两输出电极之间的空 载电势,可用输出的电压表示。 温度补偿方法: a分流电阻法: 适用于恒流源供给控制电流的情况。 b电桥补偿法 返回 上页 下页 图库 第5章 5.3 答:一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度 为磁场(磁场方向垂直于薄片)中,当有电流I流过 时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Uh。 这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用N型半导体材 料,且比较薄。 霍尔式传感器转换效率较低,受温度影响大,但 其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范 围(输出电势变化)大、无触点,使用寿命长、可 靠性高、易微型化和集成电路化,因此在测量技术、 自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术 等领域中得到广泛应用。 返回 上页 下页 图库 第6章 6.1 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 返回 上页 下页 图库 第6章 6.1 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 返回 上页 下页 图库 第6章 6.1 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。 6.2 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。 返回 上页 下页 图库 第6章 6.3 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。 返回 上页 下页 图库 第6章 6.3 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。 6.4 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。 6.5 略 返回 上页 下页 图库 第7章 7.1 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。 7.2 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 返回 上页 下页 图库 第7章 7.2 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。 返回 上页 下页 图库 第7章 7.3 答:光导纤维工作的基础是光的全内反射,当射入的 光线的入射角大于纤维包层间的临界角时,就会在 光纤的接口上产生全内反射,并在光纤内部以后的 角度反复逐次反射,直至传递到另一端面。 优点: a具有优良的传旋光性能,传导损耗小 b频带宽,可进行超高速测量,灵敏度和线性度好 c能在恶劣的环境下工作,能进行远距离信号的传 送 返回 上页 下页 图库 第7章 7.3 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。 返回 上页 下页 图库 第7章 7.4 答:CCD是一种半导体器件,在N型或P型硅衬底上生长 一层很薄的SiO2,再在SiO2薄层上依次序沉积金属 电极,这种规则排列的MOS电容数组再加上两端的输 入及输出二极管就构成了CCD芯片 CCD可以把光信号转换成电脉冲信号。每一个脉冲 只反映一个光敏元的受光情况,脉冲幅度的高低反 映该光敏元受光的强弱,输出脉冲的顺序可以反映 光敏元的位置,这就起到图像传感器的作用。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.1 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、ca88电阻率小。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.1 ③铁电阻和镍电阻:铁和镍两种金属的电阻温度 系数较高、电阻率较大,故可作成体积小、灵敏度 高的电阻温度计,其缺点是容易氧化,化学稳定性 差,不易提纯,复制性差,而且电阻值与温度的线 性关系差。目前应用不多 返回 上页 下页 图库 第8章 8.2 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。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.2 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。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.2 b 中间温度定律: 任何两种均匀材料组成的热电偶,热端为T,冷端 为T0 时的热电势等于该热电偶热端为T冷端为Tn时的 热电势与同一热电偶热端为Tn,冷端为T0 时热电势 的代数和。 应用:对热电偶冷端不为0度时,可用中间温度定 律加以修正。热电偶的长度不够时,可根据中间温 度定律选用适当的补偿线路。 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 返回 上页 下页 图库 第8章 8.2 (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 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 返回 上页 下页 图库 第8章 8.2 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 返回 上页 下页 图库 第8章 8.4 答:电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温 度。热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的。 前者将温度转换为电阻值的大小,后者将温度转换 为电势大小。 相同点:都是测温传感器,精度及性能都与传感 器材料特性有关。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.5 答:在不平衡电桥中,检流计改称为电流计,其 作用而不是检查有无电流而是测量电流的大小。可 见,不平衡电桥和平衡电桥的测量原理有原则上的 区别。利用电桥除可精确测量电阻外,还可测量一 些非电学量。例如,为了测量温度变化,只需用一 种热敏组件把它转化为电阻的变化,然后用电桥 测量。不平衡电桥往往用于测量非电学量,此外还 可用于自动控制和远距离联动机构中。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.6 答:伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流I 与其上电压降U之间的关系。当电流很小时不足以引 起自身发热,阻值保持恒定,电压降与电流间符合 欧姆定律。当电流IIs时,随着电流增加,功耗增 大,产生自热,阻值随电流增加而减小,电压降增 加速度逐渐减慢,因而出现非线性的正阻区ab。电 流增大到Is时,电压降达到最大值Um。此后,电流 继续增大时,自热更为强烈,由于热敏电阻的电阻 温度系数大,阻值随电流增加而减小的速度大于电 压降增加的速度,于是就出现负阻区bc段。 返回 上页 下页 图库 第8章 8.6 研究伏安特性,有助于正确选择热敏电阻的工 作状态。对于测温、控温和温度补偿,应工作于伏 安特性的线性区,这样就可以忽略自热的影响,使 电阻值仅取决于被测温度。对于利用热敏电阻的耗 散 原理工作的场合,例如测量风速、流量、真空等, 则应工作于伏安特性的负阻区。 8.7 略 8.8 略 返回 上页 下页 图库 第9章 9.1 答:核辐射传感器是基于射线通过物质时产生的电离 作用,或利用射线能使某些物质产生荧光,再配以 光电组件,将光信号转变为电信号的传感器。 9.2 答:核辐射传感器可以实现气体成分、材料厚度、物 质密度、物位、材料内伤等的测量。但是要注意放 射性辐射的防护。 9.3 答:可用来检测厚度、液位、物位、转速、材料密度、 重量、气体压力、流速、温度及湿度等参数。 返回 上页 下页 图库 第9章 9.4 答:尽量减小辐射强度,也要考虑辐射类型和性质。 在实际工作中要采取多种方式来减少射线的照射强 度和照射时间,如采用屏蔽层,利用辅助工具,或 是增加与辐射源的距离等各种措施。 返回 上页 下页 图库 第10章 10.1 答:智能传感器集信息采集,信息的记忆、辨别、存 储、处理于一体,是一种将普通传感器与微处理器 一体化,兼有检测和信息处理功能的新型传感器, 具有一定的自适应能力。 10.2 答:①功能分为: a 自补偿功能:如非线性、温度误差响应时间等 的补偿 b 自诊断功能:如在接通电源时自检 返回 上页 下页 图库 第10章 10.2 c 微处理器和基本传感器之间具有双向通信功能, 构成一死循环工作系统 d 信息存储和记忆功能 e 数字量输出和显示 ②优点有: a 精度高,可通过软件来修正非线性,补偿温度 等系统误差,还可补偿随机误差,从而使精度大为 提高。 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。 返回 上页 下页 图库 第10章 10.2 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。 10.3 答:三条途径:非集成化实现、集成化实现和混合实 现。 返回 上页 下页 图库 第10章 10.4 答:包括以下内容: ①资料收集:汇集所需要的信息 ②资料转换:把信息转换成适用于微处理器使用 的方式 ③资料分组:按有关信息进行有效的分组 ④资料组织:整理资料或用其它方法安排资料, 以便进行处理和误差修正 ⑤资料计算:进行各种算术和逻辑运算,以便得 到进一步的信息 返回 上页 下页 图库 第10章 10.4 ⑥资料存储:保存原始资料和计算结果,供以后 使用 ⑦资料搜索:按要求提供有用格式的信息,然后 将结果按用户要求输出。 返回 上页 下页 图库 第10章 10.5 答:①线性参数的标度变换,其变换公式为: yy0 ymy0NxmN N00 ②非线性参数的标度变换,公式为: yy0 ym y0 xN0 NmN0 ③多项式变换法 返回 上页 下页 图库 第10章 10.6 答:线性温度特性补偿方法: ①温度特性曲线拟合法 ②温度特性查表法 非线性温度特性补偿方法:一般采用分段线性插 值法(列表法) 返回 上页 下页 图库 第10章 10.7 答:硬件设计: ①正确选择微处理器:常用单片机作为智能传感 器的中央处理器。 ②除了中央处理器CPU外,还必须引入输入输出的 各种功能要求。故它又可看成一个微处理器小系统, 广泛采用键盘、LED显示器、打印、串并口输出等, 一起构成了人机对话的工具。 返回 上页 下页 图库 第11章 11.1 答:条件:没有加速度、振动、冲击(除非这些参数 本身就是被测物理量)及环境温度一般为室温 (20±5℃)相对湿度 不大于85%,大气压力为7Kpa的 情况。 11.2 答:对传感器进行标定,是根据试验资料确定传感器 的各项性能指针,实际上也是确定传感器的测量精 度,所以在标定传感器时,所用的测量仪器的精度 至少要比被标定传感器的精度高一个等级。 返回 上页 下页 图库 第11章 11.3 答:标定方法:首先是创造一个静态标准条件,其次 是选择与被标定传感器的精度要求相适应的一定等 级的标定用仪器设备。然后开始对传感器进行静态 特性标定。 11.4 答:传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应, 而与动态响应有关的参数,一阶传感器为时间常数 二阶传感器为固有频率 n 和阻尼比 两个参数。 返回 上页 下页 图库 第11章 11.5 答:绝对标定法:振动计量基准是采用激光光波长度 作为振幅量值的绝对基准。 比较标定法:将被标的传感器和标准传感器相比 较。是一种最常用的方法。 返回 上页 下页 图库 第12章 12.1 答:传感器的可靠性是指传感器在规定条件、规定时 间,完成规定功能的能力。 12.2 答:失效分析的方法: ①失效模式、效应及危害度分析 ②工艺过程FMMEA及质量反馈分析 ③失效树分析方法 返回 上页 下页 图库 第12章 12.3 答:可靠性设计程序: ①建立系统可靠性模型 ②可靠性分配 ③可靠性分析 ④可靠性预测 ⑤可靠性设计评审 ⑥试制品的可靠性试验 ⑦最终的改进设计 返回 上页 下页 图库 第12章 12.3 可靠性设计原则: ①尽量简单、组件少、结构简单 ②工艺简单 ③使用简单 ④维修简单 ⑤技术上成熟 ⑥选用合乎标准的原材料和组件 ⑦采用保守的设计方案 返回 上页 下页 图库 第12章 12.4 答:产品丧失完成规定功能能力所有状态及事件的总 和叫失效。 失效的分类: ①按失效发生场合分:试验失效、现场失效 ②按失效的程度分:完全失效、局部失效 ③按失效前功能或参数变化的性质分:突然失效、 退化失效 ④按失效排除的性质分:稳定性失效、间歇失效 ⑤按失效的外部表现分:明显失效、隐蔽失效 返回 上页 下页 图库 第12章 12.4 ⑥按失效发生的原因分:设计上的失效、工艺上 的失效、使用上的失效 ⑦按失效的起源分:自然失效、人为失效 ⑧按与其它失效的关系分:独立失效、从属失效 ⑨按失效浴盆曲线上不同阶段分:早期失效、偶 然失效、耗损失效等 返回 上页 下页 图库 第13章 13.1 答:测量原理是指用什么样的原理去测量被测量。 测量方法: ①按测量手段分类:直接测量、间接测量和联立 测量 ②按测量方式分类:偏差式测量、零位式测量和 微差式测量。 返回 上页 下页 图库 第13章 13.2 答:当我们对同一物理量进行多次重复测量时,如果 误差按照一定的规律性出现,则把这种误差称为系 统误差。 系统误差出现的原因有: ①工具误差:指由于测量仪表或仪表组成组件本 身不完善所引起的误差。 ②方法误差:指由于对测量方法研究不够而引起 的误差。 ③定义误差:是由于对被测量的定义不够明确而 形成的误差。 ④理论误差:是由于测量理论本身不够完善而只 能进行近似的测量所引起的误差。 返回 上页 下页 图库 第13章 13.2 ⑤环境误差:是由于测量仪表工作的环境(温度、 气压、湿度等)不是仪表校验时的标准状态,而是 随时间在变化,从而引起的误差。 ⑥安装误差:是由于测量仪表的安装或放置不正 确所引起的误差。 ⑦个人误差:是指由于测量者本人不良习惯或操 作不熟练所引起的误差。 减小系统误差的方法: ①引入更正值法:若通过对测量仪表的校准,知 道了仪表的更正值,则将测量结果的指示值加上更 返回 上页 下页 图库 第13章 13.2 正值,就可得到被测量的实际值。 ②替换法:是用可调的标准量具代替被测量接入 测量仪表,然后调整标准量具,使测量仪表的指针 与被测量接入时相同,则此时的标准量具的数值即 等于被测量。 ③差值法:是将标准量与被测量相减,然后测量 二者的差值。 ④正负误差相消法:是当测量仪表内部存在着固 定方向的误差因素时,可以改变被测量的极性,作 两次测量,然后取二者的平均值以消除固定方向的 返回 上页 下页 图库 第13章 13.2 误差因素。 ⑤选择最佳测量方案:是指总误差为最小的测量 方案,而多数情况下是指选择合适的函数形式及在 函数形式确定之后,选择合适的测量点。 13.3 略 13.4 解:检测仪表示值绝对误差δ与仪表量程L之比值,称 之为仪表示值的引用误差,最大引用误差去掉百分 号即为仪表精度。显然此仪表的最大引用误差为: 1.4m A100%1.4%1% 故不合格 100m A 返回 上页 下页 图库 第13章 13.5 解: 150V表的最大误差为: 150V0.5% 0.75V 15V表的最大误差为: 15V2.5%0.375V 故选择15V表误差较小 返回 上页 下页 图库 第13章 13.6 解:毫伏表示值的绝对误差为 30V2%0.6V 测6V电压时示值的相对误差为: 0.6V 100%10% 6V 测20V电压时示值的相对误差为: 0.6V 100%3% 20V 返回 上页 下页 图库 第13章 13.7 解:引用误差: 15KPa 100%1.5% 1000KPa 可能产生的示值相对误差: 15KPa 100%7.5% 200KPa 返回 上页 下页 图库 第13章 13.8 解:①仪表本身精度造成的相对误差: 5V档: 2.5%5V100%2.5% 5V 25V档: 2.5%25V100%12.5% 5V ②由于仪表内阻对被测电路的影响引起的相对误差: 5V档: 55100 125100%20% 5 25V档: 55500 525 100%5% 5 返回 上页 下页 图库 第13章 13.8 ③综合最大相对误差: 5V档: 2.5%20%22.5% 25V档:12.5%5%17.5% ④仪表的精度和仪器的内阻都会在测量时产生系统 误差。 返回 上页 下页 图库 第14章 14.1 答:传感器信息融合又称资料融合,它是对多种信息 的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的 技术,传感器信息融合技术从多信息的视角进行处 理及综合,得到各种信息的内在联系和规律,从而 剔除无用的和错误的信息,保留正确的和有用的成 分,最终实现信息的优化。 返回 上页 下页 图库 第14章 14.2 答:传感器信息融合技术分为以下四类: ①组合:是由组合成平行或互补方式的多个传感 器的多组资料来获得输出的一种处理方法。 ②综合:是信息优化处理中的一种获得明确信息 的有效方法。 ③融合:是将传感器资料组之间进行相关或将传 感器资料与系统内部的知识模型进行相关,而产生 信息的一个新的表达的处理方法。 ④相关:通过相关来进行处理,以便获悉传感器 资料组之间的关系,从而得到正确信息,剔除无用 和错误的信息。 返回 上页 下页 图库 第14章 14.3 答:传感器信息融合有以下方法: ①嵌入约束法:其最基本的方法有Bayes估计和卡 尔曼滤波 ②证据组合法:包括概率统计方法和dempster- Shafer证据推理 ③人工神经网络法 返回 上页 下页 图库 第15章 15.1 解:2.2V可输出:--2-.2-V-- 44 0.05V 化为二进制数为:101100 15.2 解: 1212 1/1014.4m 转换时间最大不能超过:14.4m 15.3 答:略 返回 上页 下页 图库 第15章 15.4 答:逐次逼近式A/D转换器的工作原理是通过将待转换 的模拟输入量Ui与一个推测信号UR相比较,根据比较 结果调节UR以向Ui逼近。该推测信号UR由D/A转换器 的输出获得,当UR与Ui相等时,D/A转换器的输入数 字量即为A/D转换的结果。 15.5 略 结束 上页 图库