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传感器与检测技术周杏鹏课后答案

发布日期:2020-09-12 05:17

  传感器与检测技术周杏鹏课后答案_销售/营销_经管营销_专业资料。传感器与检测技术周杏鹏课后答案 【篇一:传感与检测技术清华大学出版社(周杏鹏)课后 习题答案】 求是什么? 首先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,

  传感器与检测技术周杏鹏课后答案 【篇一:传感与检测技术清华大学出版社(周杏鹏)课后 习题答案】 求是什么? 首先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,滤彼,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 (d5p)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:测量所用的仪器木身性能不完善或安 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。 减小和消除系统误并的方法 1.针对产生系统误差的主要原因采取相应措施 2.采用修止方法减小恒差系统误差 3.采用交叉读书法减小线.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。 精度等级常用符号 g 表示。0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0 七个等级是我 国工业检测仪器(系统)常用精度等级。 检测仪器(系统)的精度等级由生产商根据其最大引用误差的大小并以 选大不选小的原则就近套用上述精度等级得到。 2-3 已知被测电压范围为 0-5v,现有(满量程)20v. 0.5 级和 150v. 0.1 级两只电压表,应选用哪只电表进行测量? 两者比较,通常选用 a 表进行测量所产生的测量误差较小。即选用 20v, 0.5 级 3.2 什么是仪表的灵敏度和分辨力?两者间存在什么关系? 灵敏度是指测量系统在静态测量时,输出量和输入量的增量之比。 能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量称为传感器或检测系 统的分辨力。 灵敏度与分辨力关系:传感器的分辨力主要由敏感元件本身特性决定, 提高灵敏度的措施,如提高放大倍数以及降低信噪比在一定程度有 助于提高系统分辨力,但这种手段的作用在于充分发挥敏感元件的 性能,因此其最大效果受限于敏感元件本身,若敏感元件本身分辨 力有限,则灵敏度的提高也不会影响传感器的分辨力。(灵敏度大则 分辨率小) 3.3 判断线性度的方法有哪几种?哪一种精度最高?那一种精度最 低? 最小二乘法、端基线法、理想线性度法。通常最小二乘法精度最高, 理想线 传感器与检测系统静态校准的条件与步骤是什么? 静态标准条件是指没有加速度,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派(20 士 5) ℃,相对湿度不大于 85%,大气压力为(101 士 7 )kpa 的情况。 静态校准的步骤如下: 1,根据标准的情况,将传感器或检测仪器全量程(测量范围)分成若 干等间距点(一般至少均匀地选择五个以上的校准点,其中应包括起 始点和终点); 2,然后由小到大逐一增加输入标准量值,并记录下被校准传感器或 检测仪器与标准器相应的输出值; 3,将输入值由大到小逐一减小,同时记录下与各输入值相应的输出 值; 4,按 2,3 所述过程,对传感器进行正,反行程往复循环多次测试, 将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线,对测试数据进行必要的处理,根据处理结果就可以确定被校准传 感器或检测仪器的线性度,灵敏度,滞后和重复性等静态特性指标。 4.1 什么是金属电阻丝的应变效应和灵敏度系数? 金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。这就是金属材料的应 变电阻效应。 km=(1 +2u)+c(1-2u)为金属电阻丝的应变灵敏度系数,它由两部分 组成:前半部分为受力后金属丝几何尺存变化所致,后半部分为因应 变而发生的电阻率相对变化。 4.3 试述电阻应变片温度误差的慨念,产生的原因和补偿方法。 由温度变化引起应变计输出变化的现象,称为应变片的温度效应(也 称温度误差)。 产生的原因:1,温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而 产生附加应变; 2,试件材料与敏感材料的线膨胀系数不同,使应变片产生附加应变; 温度补偿:应变片自补偿法;桥路补偿法;热敏电阻补偿法 4.4 什么是直流电桥?若按不同的桥臂工作方式,可分为哪几种?各自 的输出电压如何计算? s=0.5 4.7 拟在一个等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片, 并组成差动全桥电路,试问:四个应变片应如何粘贴?试画出相应的电 桥电路图,试说明如何克服温度误差? 在梁的固定端附近的上下表 面顺着梁 l 的方向各粘贴两片应变片。 为了好理解,我解释一下: 就是说从上往下看〔顺着力的方向),上面有两个并排的应变片,同 样下面也有两个并排的 应变片。这样,上而受拉时,下而受挤压, 两者发生极性相反的等量变化,4 个应变电阻片 就组成了全桥电路 图在书本 p113 图 4-65 4.9 电容式传感器的测量电路主要有哪几种?各自特点是什么?使用 这些测量电路时应注意哪些问题? 运算放大器式电路;运算放大器的输出电压与极板间距离 dx 成线性 关系,从而克服了变间隙式电容传感器的非线性问题!运算放大器虽 解决了单个变极距式电容传感器的非线性问题,但要求放大器具有 足够大的放大倍数,而且输入阻抗很高。 双 t 二极管型电路; (1)电源、传感器电容、负载均可同时在一点接地; (2)二极管 d1, d2 工作于高电平下,因而非线)其灵敏度与电源频率有关,因此电源频率需要稳定; (4)将 d1, d2, r1、r2 安装在 c1, c2 附近能消除电缆寄生电容影响, 线 无关,而仅与 r1, r2 及 rl 有关; (8)传感器的频率响应取决于振荡器的频率。 差动脉冲调宽电路;差动脉冲调宽电路不需要载频和附加解调线路, 无波形和相移失真,输出信号只需要通过低通滤波器引出,直流信 号的极性取决于 c1 和 c2;对变极距和变面积的电容传感器均可获得 线性输出。这种脉宽调制线路也便于与传感器做在一起,从而使传 输误差和干扰大大减小 4.19 变间隙式电容传感器的输出特性与哪些因素有关?怎么改善其 非线性?如何提高其灵敏性度? 4.20 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构及工作原哩上的异 同之处。 结构:都有完全对称的铁芯、衔铁和线圈结构。但差动式电感传感器 至少只有一对自感线圈,没有原副线圈之分;而差动变压器则至少由 一对原线圈和一对副线圈组成,原线圈端需采用激励电源,输出电 压自副线圈引出。 工作原理:相同点是都利用衔铁位置的改变实现差动检测。 不同点差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线 圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被 测量的检测, 而差动变压式传感器 则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的自感系数来检测相关 的物理量。 4.23 电涡流式传感器有何特点 ?画出应用于测板材厚度的原理框图。 从应用来讲,电涡流式传感器的最大特点是能相对位移,振动,厚 度,转速,表而温度,硬度,材料损伤等进行非接触式连续测量, 具有结构简单,体积小,灵敏度高,频响范围宽,不受油污等介质 影响的特点。 原理框图 5.1 什么是压阻效应?什么是压阻系数? 5.2 什么是正压电效应和逆压电效应?什么叫纵向压电效应和横向 压电效应? 某些晶体或多晶陶瓷,当沿着一定方向受到外力作用时,内部就产 生极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去掉 后,又恢复到不带电状态:当作用力方问改变时,电荷的极性也随着 改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。上述现象称 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,变形也随着消失,称为逆压电效应。 通常把沿电轴 x 方向的力作用下产生的压电效应称为“纵向压电效 应 ”, 而把沿机械轴 y 方向的力作用下产生的压电效应称为“横向压电效应” 5.3 简述石英体的结构特点,其 x,y,z 轴的名称是什么?每个轴分别 具有什么特点?石英晶体是一个正六角形的晶柱。 纵向轴 z 称为光轴,也称为中性轴,当光线沿此轴通过石英晶体时, 无折射; x 轴称为电轴,在垂直于此轴的面上压电效应最强; y 轴称为机械轴,在电场的作用下,沿该轴方向的机械变形最明显 5.6 简述压电式加速度传感器的结构组成和工作原理 压电式加速度传感器主要由压电原件,质量块,预压弹簧,基座及 外壳等组成。 工作原理一当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时,压电元 件受质量块惯性力的作用,根据牛顿第二定律,此惯性力是加速度 的函数,既 f=ma,此惯性力与物体质量 m 及加速度 a 成正比,此 时力 f 作用在压电元件上,因此而产生电荷 q,当传感器一旦确定, 则电荷与加速度成正比。因此通过测量电路测得电荷的大小,即可 知道加速度的大小。 【篇二:《现代检测技术及仪表》第 2 版习题解答】 关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技 术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。如果没有仪器仪表作为 测量的工具,就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位 的信息,进入信息时代将是不可能的。因此可以说,仪器技术是信 息的源头技术。仪器工业是信息工业的重要组成部分。 1-2 答:同非电的方法相比,电测法具有无可比拟的优越性: 1、便于采用电子技术,用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的 灵敏度,从而大大扩展仪器的测量幅值范围(量程)。 2、电子测量仪器具有极小的惯性,既能测量缓慢变化的量,也可测 量快速变化的量,因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频 带 )。 3、把非电量变成电信号后,便于远距离传送和控制,这样就可实现 远距离的自动测量。 4、把非电量转换为数字电信号,不仅能实现测量结果的数字显示, 而且更重要的是能与计算机技术相结合,便于用计算机对测量数据 进行处理,实现测量的微机化和智能化。 1-3 答:各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具。尽管各种仪 器仪表的型号、原理和用途不同,但都由三大必要的部分组成:信 息获取部分、信息处理部分、信息显示部分。从“硬件”方面来看, 如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来,我们会发现它 们内部组成模块大多是相同的。从“软件”方面来看,如果把各个模 块“化零为整”地组装起来,我们会发现它们的整机原理、总体设计 思想、主要的软件算法也是大体相近的。这就是说,常见的各类仪 器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同,但它们有很多的共性, 而且共性和个性相比,共性是主要的,它们共同的理论基础和技术 基础实质就是“检测技术”。常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共 同基础”的“检测技术”与各个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产 物。 1-4 答: “能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能 把非电量转换成电量的器件或装置”叫做传感器。能把被测非电量转 换为传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)的装置或器件, 叫做敏感器。如果把传感器称为变换器,那么敏感器则可称作预变 换器。敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换,但敏感器 是把被测非电量转换为可用非电量,而不是象传感器那样把非电量 转换成电量。 1-5 答:目前,国内常规(常用)的检测仪表与系统按照终端部分的 不同,可分为以下三种类型:1、普通模拟式检测仪表 基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和模拟显示器三部分组成, 如题 1-5 图 1 所示。 题 1-5 图 1 2、普通数字式检测仪表 基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和数字显示器三部分组成, 如题 1-5 图 2 所示。 按照显示数字产生的方式,普通数字式检测仪 表又可分为模数转换式和脉冲计数式两种类型。 题 1-5 图 2 3、微机化检测仪表 其简化框图题 1-5 图 3 所示。微机化检测仪表通常为多路数据采集 系统,能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。 每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连,测量通道 由模拟测量电路(又称信号调理电路)和数字测量电路(又称数据 采集电路)组成。传感器将被测非电量转换成电量,测量通道对传 感器信号进行信号调理和数据采集,转换成数字信号,送入微机进 行必要的处理后,由显示器显示出来,并由记录器记录下来。在某 些对生产过程进行监测的场合,如果被测参数超过规定的限度时, 微机还将及时地起动报警器发出报警信号。 题 1-5 图 3 第2章 2-1 解:灵敏度为 s=300mv=300mv/mm。 1mm (2)记录仪笔尖位移 4cm 时,所对应的温度变化值为: t=4=22.22℃ 0.18 5 2-4 解:据公式(2-1-18),二阶传感器的幅频特性为:k(?)? ????1???????n????21??????2????n??2。 ????2 2-5 解:据题意知,k 0?1,阻尼比??性为 k(f)=1 f1+f04,故测量频率为 600hz 时幅值比为 k(f)=1+60010004=0.94 据公式(2-2-19)得相位差为 ?(f)?2??53? 6001000?1000600 2-6 解: 按式(2-3-6)求此电流表的最大引用误差 qmax?0.1?100%?2.0% 5 2.0%>1.5% 即该表的基本误差超出 1.5 级表的允许值。所以该表的精度不合格。 但该表最大引用误差小于 2.5 级表的允许值,若其它性能合格可降作 2.5 级表使用。 四者比较可见,选用 a 表进行测量所产生的测量误差较小。 3-1 答:线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线, 整齐地绕在一个绝缘骨架上制成的。在电阻器与电刷相接触的部分, 导线表面的绝缘层被去掉并抛光,使两 者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。电刷滑过一匝线圈, 电阻就增加或减小一匝线圈的电阻值。因此电位器的电阻随电刷位 移呈阶梯状变化。只要精确设计绝缘骨架尺寸按一定规律变化,如 图 3-1-2(b)所示,就可使位移-电阻特性呈现所需要的非线(a)可见,只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距 时,线绕式电位器的电阻才会变化一个台阶。而非线绕式电位器电 刷是在电阻膜上滑动,电阻呈连续变化,因此线绕式电位器分辨力 比非线),对于空载电位器,其输出电压与输入位 移呈线性关系, ux?uu?rx??x rl 由上式可见,电位器灵敏度的提高几乎是完全依靠增加电源电压来 得到。但是电源电压不可能任意增加,它是由电位器线圈的细电阻 丝允许的最大消耗功率 p 决定的。所以,允许的电源电压为 u?pr?.04?10000?20v 1.2?6v 4 由题意知,l=4mm,x=1.2mm,代人公式(3-1-4)计算 得,电位器空载输出电压为 ux?20? 3-3 答:应变片的灵敏系数 k 是指应变片的阻值相对变化与试件表 面上安装应变片区域的轴向应变之比,而应变电阻材料的应变灵敏 系数 k0 是指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变电阻材料的应变 之比。实验表明:k<k0,究其原因除了黏结层传递应变有损失外, 另一重要原因是存在横向效应的缘故。 ?r?kx?x?ky?y?kx(1??h)?x, r 按照定义,应变片的灵敏系数为 k??r/r ?x?kx(1??h), ?yky 因???0,横向效应系数 h??0,故 k?kx?k0。 ?xkx 3-4 解:应变片用导线连接到测量系统的前后,应变片的应变量相同, 都为 ???r/r?r/r? k2 应变片用导线连接到测量系统后,导线电阻将使应变电阻的相对变 化减小,从而使应变片的灵敏度降低为 ?r?r?r k?????1.82 ?r?r? kr2?120 3-5 解:将题中给出的参数值,代人书上的公式(3-1-23),计算得 由温度变化引起的附加电阻相对变化为: ?rt ??0?k0??g??s??t?15?10?6?2.05??11?14.9??10?6?40?2.8 02?10?4。r0???? ?rt/r02.802?10?4 折合成附加应变为?t???1.37?10?4。 k02.05 3-6 解:由题知 w(100)=r100 /r0 =1.42,代入公式(3-1-26), 计算得电阻温度系数为 ??rt?r0r100?r01.42r0?r00.42r00.42?100?????0.42(?/?c) t0 当温度为 50℃时,代入公式(3-1-26)计算得,此时的电阻值为 r50?r0(1???50)?100?(1?0.42?50)?121(?) 当 rt=92?时,代入公式(3-1-26)计算得,此时的温度值为 t?rt?r0 ??92?100??19(?c) 0.42 3-7 解:t0 =0℃=273k,r0 =500k?;t=100℃=373k,代人公式 (3-1-30)计算得热敏电阻的阻值为 r373?r273e2900(11?)373273?28.98k? 3-8 答:采用金属材料制作的电阻式温度传感器称为金属热电阻, 简称热电阻。一般说来,金属的电阻率随温度的升高而升高,从而 使金属的电阻也随温度的升高而升高。因此金属热电阻的电阻温度 系数为正值。 采用半导体材料制作的电阻式温度传感器称为半导体热敏电阻,简 称热敏电阻。按其电阻—温度特性,可分为三类:(1)负温度系数热 敏电阻(ntc);(2)正温度系数热敏电阻(ptc); (3)临界温度系数热敏电阻(ctc)。因为在温度测量中使用最多的是 ntc 型热敏电阻,所以, 通常所说的热敏电阻一般指负温度系数热 敏电阻。 3-9 答:题 3-9 图是日本生产的某电冰箱温控电路。该电冰箱的温控 范围 tl~th 由窗口 题 3-9 图 【篇三:《传感器与检测技术》复习大纲】 lass=txt1 考试题型及分值分配 2 参考教材 周杏鹏主编,《传感器与检测技术》,清华大学出版社,2009 年 王俊杰主编,《检测技术与仪表》,武汉理工大学出版社,2002 年 1“测量理论与基础”复习大纲 掌握、理解 测量的概念,测量值与量纲的关系 真值、约定真值含义及其在测量中的应用场合 绝对误差、相对误差的概念、表示方法 系统误差与随机误差的概念、特点 死区、回差、滞环的含义,产生死区、回差的物理原因 灵敏度、分辨率、非线性的含义及其对仪表性能的影响 仪表结构防爆和本质安全防爆的原理 会 给定检测对象的物理特性方程,估算仪表的灵敏度、非线性 给定检测对象的物理特性方程及检测精度要求,确定仪表的分辨率 了解 检测仪表在控制系统及国民经济中的作用 检测仪表性能对控制系统的影响 仪表控制系统、dcs、ddc、fcs 的结构特点及检测仪表在其中的表 现形式 测量估计值的可信度与精度的关系 仪表的引用误差与精度等级的关系,引用误差的表示方法 平均无故障时间与平均故障修复时间的含义 敏感元件、传感器、变送器在控制系统中的作用 直接测量与间接测量的差异 危险场所分类与环境分类的方法 防爆等级标注方法及各等级的含义 仪表防护等级分类及含义 2“温度测量”复习大纲 掌握、理解 温标的概念,建立现代化温标的条件 热电偶的几个重要定则的含义及其对使用热电偶的指导作用 热电偶 的冷端处理与补偿方法 标准热电阻的规格、测量范围、测量误差及其它性能特点 热电阻三线、四线连线方式克服接线电阻的原理 利用黑体辐射定律进行非接触式测温的原理 温度传感器 ds18b20 的测温范围、精度、测量时间与接口方式 会 热电阻、热点偶分度表的使用 用热电偶测温时,不同冷端温度条件下热电势与热端温度的计算。 了解 经验温标、热力学温标、国际温标之间的关系 膨胀式与压力式温度计测量温度的原理 各种标准热电偶在灵敏度、线性度、测量范围、费用、使用场合等 方面的 热电偶、热电阻的安装结构 热电阻相对温度系数、电阻率的定义 热敏电阻的种类、特性与优缺点 光学高温计、光电高温计、辐射温度计和比色温度计的构成与测温 原理 温度变送器的原理 温度传感器 ds18b20 的测温原理 光纤温度计的测温原理 3“压力测量与电阻式传感器”复习大纲 掌握、理解 压力基本概念,常见计量单位及相互间的关系 液柱式压力检测原理 金属、ca88,半导体把压力变化转换为电阻变化的物理原理 单臂、双臂、全臂直流电桥测量应变的原理 会 单管、斜管液柱式压力计灵敏度、精度的计算 单臂、双臂、全臂直流电桥测量应变的灵敏度估算 了解 典型弹性元件及其测量范围 弹簧管压力计、波纹管压力计、膜盒式微压计的测量原理 利用霍尔元件、差动变压器实现压力计位移机电转换的原理 金属应 变片与半导体应变片的性能特点与使用注意事项 相邻臂、应变筒利用应变片测量压力的原理 压电式、压阻式压力传感器测量原理 电容式差压变送器测量原理与应用 4“流量测量及仪表”复习大纲 掌握、理解 瞬时流量与累计流量、质量流量与体积流量的概念及它们之间的关 系。 差压流量计把差压转换成流量的理论原理 差压流量计的组成 涡街流量计的频率检测方法 科里奥利流量计把流量转换成力量、最后表现为时间差测量的理论 基础 会 根据科里奥利流量计两路信号的相差角度,计算出信号的时差,进 而计算出质量流量。 了解 节流装置的作用、组成,国家规定的标准节流装置的种类 角接取压与法兰取压的原理 差压流量计的安装注意事项 电磁流量计的原理、选用与安装注意事项 涡街流量计的优缺点及安装要求 科里奥利流量计中科里奥利力产生、作用的原理 科里奥利流量计的优缺点 热式质量流量计的工作原理 标准水容积法和气体 pvtt 法标定流量的原理