传感器及应用复习.docx
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传感器及应用复习
传感器及应用复习
名词解释：
10道
第1章传感器的基本知识
传感器：
传感器就是利用物理效应、化学效应、生物效应，把被侧的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。
应力：
截面积为S的物体受到外力F的作用并处于平衡状态时，在物体单位截面积上引起的内力称为应力。
应变：
应变是物体受外力作用时产生的相对变形。
εl：
纵向应变，εr：
横向应变
1
10-6ε
胡克定律与弹性模量：
胡克定律：
当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比；
E为弹性模量或杨氏模量，单位为N/m2；G为剪切模量或刚性模量，τ为切应力
第2张线性位移传感器及应用
应变式传感器由弹性敏感组件、电阻应变片和应变电桥组成。
电感式传感器原理：
把可移动的铁心称为衔铁，通过测杆与被侧运动物体接触，就可把运动物体的位移转换成电感或互感的变化。
电涡流式传感器原理：
电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空心线圈，它与正弦交流电源接通，通过线圈的电流会在线圈的周围空间产生交变磁场。
压电效应：
当某些电介质受到一定方向外力作用而变形时，其内部便会产生极化现象，在他们的上下表面会产生符号相反的等量电荷；当外力的方向改变时，其表面产生的电荷极性也随之改变；当外力消失后又恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。
霍尔效应：
在通有电流的金属板上加一匀强磁场，当电流方向与磁场方向垂直时，在与电流和磁场都垂直的金属板的两表面间出现电势差，这个现象称为霍尔效应。
光电效应：
当物质受光照射后，物质的电子吸收了光子的能量所产生的电现象称为光电效应。
①外光电效应：
外光电效应即光电子发射效应，在光的作用下使电子逸出物体表面；
②内光电效应：
内光电效应有光电导效应、光电动势效应及热电效应。
第3章位移传感器在制造业中的应用
第4章力与运动学量传感器及应用
第5章压力、流量和物位传感器及应用
第6章温度传感器及应用
热电效应（赛克威尔效应）：
将两种不同导体A、B两端连接在一起组成闭合回路，并使两端处于不同温度环境，在回路中会产生热电动势而形成电流，这一现象称为热电效应。
热电阻：
热电阻是利用导体电阻随温度变化这一特性来测量温度的。
第7章气体与湿度传感器及应用
可燃性气体：
可燃性气体是指在空气中达到一定浓度、触及火种可引起燃烧的气体。
气体传感器：
气体传感器是将气体中所含某种特性气体的成分或含量转换成相应的电信号的器件或装置。
固体电解质：
具有离子导电特性而无电子导电特性的固体材料称为固体电解质。
简答题：
6道或7道
补充：
1.传感器的组成：
从功能上讲，传感器通常由敏感组件、转换组件及转换电路组成。
①敏感组件：
敏感组件是指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分。
②转换组件：
转换组件是指能将感受到的非电量直接转换成电量的器件或组件。
③转换电路：
转换电路是指将无源型传感器输出的电参量转换成电量。
2.传感器的静态特性：
①灵敏度：
灵敏度是指稳态时传感器输出量y和输入量x之比，用K表示；
②分辨力：
传感器在规定的范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力；
③测量范围和量程：
在允许误差范围内，传感器能够测量的下限值到上限值之间的范围成为测量范围，上限值与下限值的差值称为量程；
④误差特性：
传感器的误差特性包括线性度、迟滞、重复性、零漂和温漂等；
3.热电偶的参考端（冷端）温度处理（温度补偿或修正措施）：
①参考端恒温法：
将热电偶的参考端放在有冰水混合的保温瓶中；
②补偿导线法：
采用补偿导线将热电偶延伸到温度恒定或温度波动较小处；
③热电动势修正法：
根据热电偶中间温度定律：
AB（T,T0）=
AB（T,Tn）+
AB（Tn,T0）
④电桥补偿法：
利用热电偶测温电桥产生的电动势来补偿热电偶参考端因温度变化而产生的热电势。
4.电容式传感器改变电容值的方法：
①改变介质，从而改变ε；
②改变两金属板的相对有效面积S；
③改变两金属板间的距离d；
3-15.接近传感器的特点。
①非接触测量，无机械力影响，测量精度高；
②无机械磨损和疲劳破坏，使用寿命长；
③反应快，转换频率可达100次/秒；
④可采用封闭式结构，有防尘和防湿的功能；
⑤无触点、无火花、无噪声，输出信号灵活，能适应各种后置处理的需要；
⑥体积小，能适应各种使用场合，也便于设计造型；
精寿反封，触花噪体
3-18.说明超声波无损检测的方法和特点。
①方法：
透射测试法
特点：
当材料内有缺陷时，材料内的不连续性成为超声波传输的障碍，超声波通过这种障碍时只能透射一部分声能。
只要有百分之几那样的细裂纹，在无损检测中即可构成超声波不能透过的阻挡层。
②方法：
反射测试法
特点：
脉冲发生器通过探头将超声波脉冲向试件发射，如果有缺陷，其回波会在示波管上显示，根据示波器上的读数所获得的脉冲间隔时间即可测得缺陷的深度。
用反射法的脉冲回波技术精度高。
5-4.安装压力表时，导压管的安装应注意哪些事项？
①铺设导压管时，应保持对水平有1：
10～1：
20的倾斜度，以利于导压管内流体的排出；
②导压管中的介质为气体时，在导压管最低处需装排水阀；为液体时，则在导压管最高处需装排气阀；若被测液体易冷凝或冻结，必须加装管道保温设备；
③在靠近取压口的地方应装切断阀，以备检修压力计时使用；
④在需要进行现场校验和经常冲洗导压管的情况下，应装三通开关；
⑤导压管内径一般为6～10mm，长度≤50m，否则要装变送器。
5-6.说明压差式流量传感器的原理和投入运行方法。
①原理：
利用管路内的节流装置，将管路中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差，然后用压差传感器将压差信号转换成电信号，或直接用差压变送器把压差信号转换为与流量对应的标准电流信号或电压信号，以供测量、显示、记录或控制。
②投入运行方法：
压差式流量计投入运行时，要特别注意其弹性组件不能突然受到压力冲击，更不要处于单向受压状态。
开表前，必须使引压管内充满液体或隔离液，引压管中的空气要通过排气阀和仪表的放气排除干净。
开表过程中，先打开平衡阀，并逐渐打开正压侧切断阀，使正负压力室承受同样的压力，然后打开负压侧切断阀，并逐渐关闭平衡阀，便可投入运行。
7-1.现能检测的气体有哪些种类？
①易爆易燃气体：
液化石油气、煤气、CH4、可燃性气体或蒸气、CO等未完全燃烧气体；
②有毒气体：
H2S、有机含硫化合物、卤族气体、NH3等；
③环境气体：
H2O、大气污染物、O2；
④工程气体：
CO（防止燃烧不完全）、H2O（食品加工）；
⑤其他气体：
酒精呼气、烟、粉尘；
7-8.湿度测量方法有哪些？
①毛发湿度计法；
②干湿球湿度计法；
③露点计法；
④阻容式湿度计法；体积小，速度快，便于将湿度转换成电信号，稳定性差，不耐so2的腐蚀。
（体速便性耐）
2和3失效小，可用于高精度测量，但体积大，响应速度低，无电信号，不能用于遥测和湿度自动控制。
（时经体速店）
8-5.说明气体传感器在汽车中的应用、安装位置和检修方法。
应用：
①氧传感器用于电子控制燃油喷射装置进行反馈控制；
②稀燃传感器用于稀燃发动机的空燃比反馈控制统；
③烟雾传感器用于4与空气净化器的配套使用；
④排烟传感器用于柴油机的电子控制系统检测发动机排气中形成的炭烟或未燃烧的炭粒；
安装位置：
①氧传感器和排烟传感器安装在排气管或三元催化转化器上；
②稀燃传感器安装在催化转化器上；
③烟雾传感器安装在车厢内；
检修方法：
①氧传感器的检修需要高输入电阻的数字万用表或示波器，主要检测加热电阻和反馈电压；
②稀燃传感器的检修是在二氧化钴组件的两端加上电压，电流强度与排气中的氧浓度成正比例关系；
③烟雾传感器的检修是有烟雾进入时，因烟雾粒子的漫反射使间歇红外光进入光敏组件，从而使空气净化器的鼓风机的电动机运转起来；
8-7.说明加速度传感器在汽车中的应用、安装位置和检修方法。
应用：
加速度传感器在汽车安全气囊系统中检测碰撞强度，以便及时启动安全气囊。
安装位置：
①两侧翼子板内；
②两侧前照灯支架下；
③散热器支架左右两侧；
④驾驶室仪表盘和手套箱下方或车身前部中央位置；
检修方法：
使用高输入电阻的数字式万用表或示波器，检测其反馈信号的变化在正常的范围内。
9-3.说明电饭锅中所用的热敏铁氧体传感器的工作原理。
传感器的受热板紧靠内锅锅底，当压下煮饭开关时，通过杠杆将永久磁铁推上，与热敏铁氧体相吸，簧片开关接通电源。
当热敏铁氧体的温度超过居里点温度，将失去磁化特性。
弹簧力将永久磁铁压下，电源被切断。
9-6.为什么微波-热释电红外探测技术报警器的误报率最低？
因为热释电探测器可消除微波探测器受电磁反射物和电磁干扰的影响，而微波则减轻热释电器件受温度变化的影响。
9-22.三元复合火灾探测器是如何组成的？
将感烟、感温及气体这三种火灾探测技术结合，构成三元复合火灾探测器。
复合型探测器算法是其关键技术。
采用复合偏置滤波算法，将多种火灾特征信号如烟雾信号、CO气体信号、温度信号综合，提高了火灾探测效率及可靠性。
10-5.测量放大器有哪些重要的技术指标？
①非线性度：
非线性度决定着系统精度，放大器增益越高非线性度越大，意味着系统精度降低；
②位置漂移：
位置漂移是指工作温度变化1℃时，相应的直流偏置变化量；
③建立时间：
放大器的建立时间是指从输入阶跃信号起到输出电压达到满足给定误差的稳定值为止所需用的时间；④恢复时间：
放大器的恢复时间是指从断掉输入IA（仪表放大器）的过载信号起到IA的输入信号恢复至稳定值时的时间；
⑤共模抑制比：
共模抑制比决定着IA抗干扰能力。
10-11.外部干扰源有哪些？
人为干扰的来源有哪些？
内部干扰源有哪些？
①外部干扰源：
机械干扰、热干扰、温度计化学干扰、电磁干扰；
②人为干扰源：
各类电气、电子设备产生的电磁场和电火花，及其他机械干扰、热干扰、化学干扰等；
③内部干扰源：
固有噪声源的热噪声、散粒噪声、低频噪声、和接触噪声；
计算题：
3道或4道
1-11.有三台测温仪表量程均为600℃，精度等级分别为2.5级、2级和1.5级，现要测量温度为500℃的物体，允许相对误差不超过2.5%。
问选用哪一台最合适（从精度和经济性综合考虑）？
解：
由题意可知三台测温仪表的AF.S=600℃，AX=500℃；其中准确度S1=2.5，S2=2，S3=1.5；则：
Yx1
Yx2
Yx3
由于测温仪允许相对误差yx≤2.5%，且综合考虑精度和经济效益；所以精度为2级的测温仪表合适。
1-13.有一圆杆件，直径D=1.6cm，长度l=2m,外施拉力F=20000N，杆件绝对伸长△l=0.1cm。
求材料的弹性模量。
若材料的泊松比μ=0.3，求杆件的横向应变及拉伸后的直径变量是多少？
解：
由题意可知△l=0.1cm=0.1×10-2m=0.001m
材料的纵向应变为εl=
S=𝛑*r2=3.14*（1.6/2*10-2）2m2=2.0*10-4m2
材料的弹性模量：
E=
2*1011N/m2
由于材料的泊松比μ=0.3，则材料的横向应变：
εr=-μ*εl=-0.3*0.0005=-1.5*10-4
-1.5*10-4*1.6*1/2cm=-1.2*10-4cm
材料拉伸后的直径：
D1=D+2*
=1.6-1.2*10-4*2cm=1.59976cm
2-7.有两片PZ-120型应变片贴在题1-13所给的杆件上，其中R1沿轴向粘贴，R2沿圆周方向粘贴。
试求在该题的拉伸条件下，R1和R2各位多少欧？
解：
，K=2,R=120Ω
纵向应变：
εl=
；横向应变：
εr=-μ*εl
，
2=-0.036；
-
R1=R*（1+
）=120.048Ω;
R2=R*（1-
）=119.9836Ω
2-8.有一45钢空心圆柱，外径D2=3cm，内径D1=2.8cm，钢管表面沿轴向贴两个应变片R1、R2，沿圆周贴两个应变片R3、R4，其型号都是PZ-120型。
请画出将四个应变片接成全桥差动电桥的电路图，并计算当电桥输入电压为5V，泊松比μ=0.3，拉力为1000N时，电桥的输出电压。
解：
S=
;
且εr=-μ*εl
1.098*107N/m2；
=0.55*10-4；
=
=
=
=3.575*10-4V
3-2.一个刻线数为1024增量式角编码器安装在车床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10S内输出204800个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速。
解：
204800/1024×2=400mm；
204800/1024/10=20rad/s；
3-12.某光栅传感器，刻线数为100线/mm，未细分时测得莫尔条纹数为1000，问光栅位移为多少毫米？
若经四倍频细分后，计数脉冲仍为1000，问光栅位移是多少？
此时测量分辨力为多少？
解：
1000/100=10mm;
1000/100/4=2.5mm;
6-9.用镍铬-镍硅（K）热电偶测温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.186mv，求被测点温度。
解：
根据热电偶中间温度定律：
EAB（T,T0）=EAB（T,Tn）+EAB（Tn,T0）
EAB（40,0）=1.612mv
EAB（T,T0）=29.186+1.612=30.798mv
查表可得T=740℃
6-10.如图6-37所示，A、B为K型热电偶，A/、B/为补偿导线，Cu为铜导线，已知接线盒1的温度T1=40℃,冰瓶温度T2=0℃，接线盒2的温度T3=20℃，请在下列条件计算被测温度T。
（1）U3=39.314mv时；
解：
EAB（40,0）=1.612mv
EAB（20,0）=0.798mv
EAB（T,0）=39.314mv
查表可得T=950℃
（2）若A/、B/换成铜导线，U3=37.702mv时.
解：
因为A/、B/换成铜导线，所以热电偶冷端温度为40℃；根据修正法：
EAB（T,T0）=37.702+1.612=39.314mv
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