传感器及检测技术

习题一概论p161.测试系统一般是怎样构成的？①传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号；②信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工；③显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。

2.什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？测量误差：人们在进行各种实际测量时，尽管被测量在理论上存在真值，但由于客观实验条件的限制，被测量的真值实际上是测不到的，因而测量结果只能是真值的近似值，这就不可避免地存在着测量误差。

测量误差有：绝对误差、相对误差、引用误差。

3.测量误差按出现规律可分为几种？它们与准确度与精密度有什么关系？①按出现规律可分为：系统误差、随机误差、粗大误差②准确度表示测量结果中系统误差的大小。

系统误差越小，准确度越高，即真一民实际值符合的程度越高。

精密度表示测量结果中随机误差大小的程度。

随机误差越小，测量值越集中，表示精密度越高。

精确度是测量结果系统误差与随机误差的综合。

表示测量结果与真值的一致程度。

精确度用来反映系统误差和随机误差的综合影响。

精确度越高，表示正确度和精密度越高，意味着系统误差和随机误差都小。

4.产生系统误差的常见原因有哪些？常用的减小系统误差的方法有哪些？①产生系统误差的主要原因：●仪器的制造、安装或使用方法不正确；●环境因素影响（温度、湿度、电源等）；●测量原理中使用近似计算公式；●测量人员不良读数习惯②减小系统误差的方法：●发现判断：实验对比、残余误差观察、准则检测●减少消除：修正、特殊测量法（替代、差值、误差补偿、对称观察）5.传感器有哪些几部分组成？敏感元件、转换元件、转换电路6.按传感器的工作机理、能量转换方式、输入量及测量原理四种方法，传感器分别是如何分类的？①按工作机理分：●电参数式传感器（如电阻式、电感式和电容式）；●压电式传感器；●光电式传感器；●热电式传感器。

②按能量转换方式分：●能量控制型传感器（如电阻、电感、电容式）●能量转换型传感器（如基于压电效应、热电效应传感器）③按输入量分：力传感器、位移传感器、温度传感器④按测量原理分：●电路参量式传感器（包括电阻式、电感式、电容式）●电动势式传感器（包括磁电感应式、霍尔式、压电式）●光电式传感器（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式）●半导体式传感器习题二温度检测p357.温度检测主要有哪几种方法及它们是怎样分类的？温度检测方法分为：接触测量法，非接触测量法。

接触式包括：热膨胀式（如水银、双金属、液体或气体压力）；热电偶；热电阻（铂电阻、铜电阻、半导体热敏电阻）。

非接触式包括：辐射式8.热电偶传感器的特点是什么？热电偶是由热电功率差别较大的两种金属材料构成的，当红外辐射入射到这两种金属材料构成的闭合回路的接点上时，该接点温度升高。

而另一个没有被红外辐射辐照的接点处于较低的温度，在闭合回路中将产生温差电流，同时回路中产生温差电势，温差电势的大小，反映了接点吸收红外辐射的强弱。

9.常见的红外温度传感器有哪几种？各有什么样特点？常见的红外温度传感器有：热敏电阻型、热电偶型、高莱气动型、热释电型热敏电阻型：热敏电阻是由锰、镍、钴等稀有金属氧化物混合后烧结而成的。

热敏电阻一般制成薄片状，当红外辐射照射在热敏电阻上时，其温度升高，电阻值减小。

测量热敏电阻值变化的大小，即可得知入射的红外辐射的强弱，以判断产生红外辐射物体的温度。

热电偶型：利用温差电热现象制成的红外传感器称为热电偶型红外传感器，其时间常数较大，响应时间较长，动态特性较差，调制频率应限制在10Hz以下。

高莱气动型：灵敏度高，性能稳定，但响应时间长，结构复杂，强度较差，只适合于实验室内使用。

热释电型：其电压响应率正比于入射辐射变化的速率。

当恒定的红外辐射照射在热电传感器上时，传感器没有电信号输出。

只有铁电体温度处于变化过程中，才有电信号输出。

所以，必须对红外辐射进行调，使恒定的辐射变成交变辐射，不断地传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号。

10.简述高莱气动型传感器的工作原理。

红外辐射通过窗口入射到吸收膜上，吸收膜将吸收的热能传给气体，使气体温度升高，气压增大，从而使柔镜移动。

在室的另一边，一束可见光通过栅状光栏聚焦在柔镜上，经柔镜反射回来的栅状图像又经过栅状光栏投射到光电管上。

当柔镜因压力变化而移动时，栅状图像与栅状光栏发生相对位移，使落到光电管上的光量发生改变，光电管的输出信号也发生改变，这个变化量就反映出入射红外辐射的强弱。

11.什么是金属导体的应变效应？电阻应变片由哪几部分组成？各部分的作用是什么？金属导体的应变效应：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生的变化，叫电阻应变效应。

金属丝式电阻应变片包括：应变丝、基底、引线箔式电阻应变片包括：金属膜引线、基底、引线作用：12.用压电敏元件和电荷放大器组成的压力测量系统能否用于静态测量？对被测力信号的变化速度有何限制？这种限制由哪些因素组成？---P53压电传感器不宜作静态测量。

制作压电传感器时，将两片或两片以上压电晶片粘贴在一起，可采用并联或串联两种方式连接。

并联连接法只适宜测量慢变化信号，串联法适宜于以电压输出的信号和测量电路输入阻抗很高的情况。

13.什么叫压电效应？什么叫做顺压电效应？什么叫逆压电效应？--P49压电效应：当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时，会产生变形，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。

当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电效应。

顺压电效应：这种机械能转变为电能的现象，称为顺压电效应。

逆压电效应：在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场后，该物质的变形随之消失，这种电能转变为机械能的现象，称为逆压电效应。

14.应变片是如何粘贴的？首先选择所要粘贴的部位、力的方向，然后用砂纸对被测试件表面进行打磨（注意：金属丝式的不能打得太光滑；对箔式的要打磨得光滑，不能有杂质或异物），然后用无水酒精进行清洗，待酒精挥发干净后，用粘合剂（如502胶）进行粘贴，等待24小时后进行测量。

15.简述流量的定义、瞬时流量和累计流量的概念、体积流量和质量流量的单位？流量：是指单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。

前者为体积流量，后者为质量流量。

瞬时流量：简称为流量。

累计流量：在一段时间内流过的流量量就是流体总量，即瞬时流量对时间的累积。

体积流量----q v，质量流量---- q m16.简述按流量原理划分流量计的种类？差压式流量计，电磁流量计，涡轮式流量计，旋涡流量计，转子流量计。

17.差压式流量计有几中取压方式，各有何特点？。

18.简述电磁流量计的原理？电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时，在其两端产生感应电动势。

导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，在与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，其值为E=BDv。

设液体的体积流量为q v=πD2v/4，则v=4q v/πD2，代入上式得E4Bq v/πD=Kq v由上式可知，在管道直径已确定、磁感应强度不变的条件下，体积流量与电磁感应电势有一一对应的线性关系，而与流体密度、粘度、温度、压力和电导率无关。

19.简述涡轮流量计的原理？涡轮流量计在管形壳体的内壁上装有导流器，一方面促使流体沿轴线方向平行流动，另一方面支承了涡轮的前后轴承。

由于涡轮具有一定的铁磁性，当叶片在永久磁铁前扫过时，会引起磁通的变化，因而在线圈两端产生感尖电动热，此感应交流电信号的频率与被测流体的体积流量成正比。

如将该频率信号送入脉冲计数器即可得到累积总流量。

20.比较差压流量计、电磁流量计、涡累流量计的优缺点。

差压流量计：在使用差压流量计时，导压管安装不当会造成很大的误差。

另外，如果在导压管内测量的是液体，则不允许出现气泡，如果测量的是气体，则不允许有凝结的液体，它们都会给测量带来误差。

解决的办法是在导管处安装阀门，进行排气或排液的处理。

电磁流量计：其测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞，适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体；不产生因检测流量所压力损失；测得的体积流量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某一阈值以上）变化明显的影响；前置直管段要求较低；测量范围较大，通常为20:1~50:1；不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等；不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体；通用型电磁流量计由于受衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体。

涡轮流量计：具有精度高，可以达到0.5级以上；反应迅速，可测脉动流量；耐高压等特点，适用于清洁液体、气体的测量。

习题五位移检测p10321.测量位移有哪些方法？--88线位移传感器和角位移传感器。

常用线位移传感器包括：电阻式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器、光电式位移传感器、感应同步器、光栅以及磁栅、激光位移传感器等。

根据输出信号不同，位移传感器又可分为模拟式和数字式两种22.电感式位移传感器的工作原理是什么？--91常用的电感式位移传感器有变气隙型、变面积型和螺管型三种。

对变气隙传感器，气隙的大小随被测量的改变而变化，使磁路中气隙的磁阻发生变化，引起线圈电感的变化。

这种电感量的变化与气隙的大小（即位移量）相对应。

因此，测出这种电感量的变化，就可测出位移的大小。

变面积型是气隙长度保持一定，而铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测位移量的变化而改变，导致线圈电感的变化。

螺管型传感器是线圈电感随着衔铁插入长度的变化而变化。

电感相对变化量与衔铁位移相对变化量成正比。

但由于线圈内磁场强度沿轴向分布不均匀，其输出有非线性。

习 题 六 光电传感器 补充章节23. 光电效应有哪几种？与之对应的元器件各有哪些？外光电效应（光电管，光电倍增管）；内光电效应（光敏电阻）光生伏特效应（光电池，光敏二极管，光敏三极管）24. 什么是光电效应当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子轰击，使物体中的电子吸收入射光子的能量，而发生相应的效应。

25. 光敏二级管温度特性是什么？如何采取措施对温度特性进行改进？措施：① 材料选硅管，其暗电流比锗管小几个数量级；② 电路中采取温度补偿措施；③ 对光调制，用交流放大，利用隔直电容隔断暗电流26. 光电路灯控制电路的工作原理 （给出电路图）请给出光电式带材跑偏检测装置的原理框图，并简述其工作原理 提供光源的灯泡，通过透镜分二路，一路到达光敏三极管7上，作被测烟尘浓度参比上，其中一部分光线被烟尘吸收或折射，的光通量越小。

两路光线转换成电压信号U1、U2，的比值，并进一步算出被测烟尘的浓度。

再经透镜3会聚入射到光敏电阻4(R1)上。

透分别安置在带材合适位置的上、下方，在平行光束到达透镜3的途中，将有部分光习题七物位传感器p21131.机械人有哪些感觉能力（填空题）触觉能力、接近觉、视觉、压觉、滑觉32.简述光电编码器的组成及其工作原理。