河南理工大学检测考试重点(12页).doc
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1、-河南理工大学检测考试重点-第 9 页河南理工大学检测课后答案(部分)1.1检测的概念是什么?检测是人们借助于专门设备,通过一定的技术手段和方法,对被测对象收集信息、取得数量概念的过程。它是一个比较过程,即将被检测对象与它同性质的标准量进行比较,获得被检测量为标准量的若干倍的数量概念。检测有哪些分类方法?1按检测过程分类 检测方法可分为直接法、间接法和组合法。2按检测方式分类 根据获取数据的方式,检测可分为偏差式、零位式和微差式。3按接触关系分类 根据检测敏感元件与被测介质的接触关系,检测方法可分为接触式和非接触式两种。4按被测量的变化快慢分类根据被测量的变化的快慢,可分为静态检测和动态检测两
2、类。按检测系统是否施加能量分类根据检测系统是否需要向被测对象施加能量,检测系统可分为主动式和被动式两类。1.3什么是误差?误差产生的原因是是什么?误差:检测结果偏离真值的大小称为误差。检测误差的大小反映了检测结果的好坏,即检测精度的高低。产生测量误差的原因主要有以下四个方面:(1)理论误差与方法误差;(2)仪器误差;(3)影响误差 ;(4)人为误差。检测系统由哪几部分组成,各部分的作用是什么?检测系统主要由敏感元件、信号的转换与处理电路、显示电路和信号传输电路组成。敏感元件:将非电量转换为电信号;信号处理电路:将代表被测量特征的信号变换成能进行显示或输出的信号;显示电路:将被测对象以人能感知的
3、形式表现出来;信号传输电路:将信号(数据)从一点(或一个地方)送另一点(或地方)。4.1 简述传感器的组成及其各部分的功能?通常,传感器由敏感元件和转换元件组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器输出信号一般都很微弱,需要有信号调理与转换电路,进行放大、运算调制等,此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源, 因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上,安
4、装在传感器的壳体里。 4.2 传感器静态特性性能指标及其各自的意义是什么?传感器的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、稳定性、漂移等,其中,线性度、灵敏度、迟滞和重复性是四个较为重要的指标。线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量与引起输出量增量的相应输入量增量之比。迟滞传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度5.1 什么是自感传感
5、器?为什么螺管式自感式传感器比变气隙式的测量范围大?答:自感式传感器是把被测量转换成线圈的自感变化,通过一定的电路转换成电压或电流输出的装置。由于转换原理的非线性和衔铁正、反方向移动时自感变化的不对称性,变气隙式自感传感器(包括差动式结构),只有工作在很小的区域,才能得到一定的线性度。而差动螺管式自感传感器的自感变化量与衔铁的位移量成正比,其灵敏度比单线圈螺管式提高一倍,线性范围和量程较大。5.2 在使用自感式传感器时,为什么电缆长度和电源频率不能随便改变?答:等效电感变化量为上式表明自感式传感器的等效电感变化量与传感器的电感、寄生电容及电源角频率有关。因此在使用自感式传感器时,电缆长度和电源
6、频率不能随便改变,否则会带来测量误差。若要改变电缆长度或电源频率时,必须对传感器重新标定。5.3 什么是互感传感器?为什么要采用差动变压器式结构?互感式传感器也称为变压器式传感器,把被测位移转换为传感器线圈的互感变化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的,并且次级线圈绕组采用差动式结构,故称之为差动变压器式传感器,简称差动变压器。当衔铁处于中间位置时,由于两个次级线圈完全对称,通过两个次级线圈的磁力线相等,互感,感应电势,总输出电压为0。当衔铁向左移动时,总输出电压。当铁芯向右移动时,总输出电压。两种情况的输出电压大小相等、方向相反。大小反映衔铁的位移量大小,方向反映衔铁的运动方向,其特性曲
7、线为形特性曲线。5.5 零点残余电压产生的原因是什么?如何消除?答:零点残余电压由基波分量和高次谐波构成,其产生原因主要有以下几个方面。1)基波分量主要是传感器两次级线圈的电气参数和几何尺寸不对称,以及构成电桥另外两臂的电器参数不一致,从而使两个次级线圈感应电势的幅值和相位不相等,即使调整衔铁位置,也不能同时使幅值和相位都相等。2)高次谐波主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。当磁路工作在磁化曲线的非线性段时,激励电流与磁通的波形不一致,导致了波形失真;同时,由于磁滞损耗和两个线圈磁路的不对称,产生零位电压的高次谐波。3)激励电压中包含的高次谐波及外界电磁干扰,也会产生高次谐波。可以从以下几方面
8、消除:1)从设计工艺上保证结构对称性。首先,要保证线圈和磁路的对称性,要求提高衔铁、骨架等零件的加工精度,线圈绕制要严格一致。采用磁路可调式结构,保证磁路的对称性。其次,铁芯和衔铁材料要均匀,应选高导磁率、低矫顽磁力、低剩磁的导磁材料。另外,减小激励电压的谐波成分或利用外壳进行电磁屏蔽,也能有效地减小高次谐波。2)选用合适的信号调理电路。消除零点残余电压的最有效的方法是在放大电路前加相敏检波电路。3)在线路补偿方面主要有:加串联电阻消除零点残余电压的基波分量;加并联电阻、电容消除零点残余电压的高次谐波;加反馈支路消除基波正交分量或高次谐波分量。5.6 为什么说涡流式传感器也属于电感传感器?答:
9、涡流式传感器是基于电涡流效应原理制成的,即利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行能量转换的原理工作的。被测对象以某种方式调制磁场,从而改变激励线圈的电感。因此,电涡流式传感器也是一种特别的电感传感器。6.1 什么是压电效应?压电效应的特点是什么?以石英晶体为例,说明压电元件是怎样产生压电效应的?答:当沿着一定方向对某些电介质施加压力或拉力而使其变形时,内部就产生极化现象,在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力去掉后,又重新恢复到不带电状态;当作用力方向改变时,电荷的极性也随着改变;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。压电效应的特点是具有可逆性。当在电介质的极化方向施加电场
10、时,电介质本身将产生机械变形,外电场撤离,变形也随着消失。6.2压电传感器为什么只适用于动态测量?答:压电传感器可以看作是一个带电的电容器,当外接负载时,只有外电路负载无穷大,内部也无漏电时,受力所产生的电压才能长期保存下来,若负载不是无穷大,则电路以时间常数RLCa按指数规律放电,无法测量。所以不能测量频率低或静止的参数。6.3常见的压电元件的组合形式有哪些?这些组合形式各适用于哪些场合?答:常见的压电元件的组合形式有串联和并联两种方式。其中并联接法输出电荷大,本身电容也大,时间常数大,适用于测量慢变信号,当采用电荷放大器转换压电元件上的输出电荷q时,并联方式可以提高传感器的灵敏度,所以并联
11、方式适用于以电荷作为输出量的地方。串联接法的输出电压大,本身电容小,当采用电压放大器转换压电元件上的输出电压时,串联方法可以提高传感器的灵敏度,所以串联方式适用于以电压作为输出信号,并且测量电路输入阻抗很高的地方。6.4压电传感器为什么要接前置放大器?常用的前置放大电路有几种?各有什么特点?答:由于压电传感器的输出信号非常微弱,一般将电信号进行放大才能测量出来。但因压电传感器的内阻抗相当高,不是普通放大器能放大的,而且,除阻抗匹配的问题外,连接电缆的长度、噪声都是突出的问题。为解决这些问题,通常,传感器的输出信号先由低噪声电缆输入高输入阻抗的前置放大器。前置放大器也有两种形式:电压放大器和电荷
12、放大器。电压放大器的输出电压与输入电压(即传感器的输出电压)成比例,这种电压前置放大器一般称为阻抗变换器;电荷放大器的输出电压与输入电荷成比例。这两种放大器的主要区别是:使用电压放大器时,整个测量系统对电缆电容的变化非常敏感,尤其是连续电缆长度变化更为明显;而使用电荷放大器时,电缆长度变化的影响差不多可以忽略不计。8.1.电容式传感器有哪三大类?分别适用于测量哪些物理量?答:电容式传感器分为变面积式电容传感器、变间隙式电容传感器、变介电常数式传感器。变面积式电容传感器可用于检测位移、尺寸等参量;变间隙式电容传感器可以用来测量微小的线位移;变介电常数式传感器可以用来测定各种介质的物理特性(如湿度
13、、密度等)。8.4.电容式传感器能否用来测量湿度?试说明其工作原理。答:采用变介电常数型的电容传感器即可测量湿度。被测物质作为介质处于电容的两个固定极板之间,湿度改变时,介电常数发生变化,电容相应发生变化,通过检测电路检测电容的变化,即可反映湿度的变化。9.1磁电式传感器的基本原理是什么?答:磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应传感器的工作原理可认为是发电机原理。磁电传感器以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础。根据电磁感应定律。具有匝的线圈,其内的感应电动势e的大小取决于贯穿该线圈的磁通的变化速率即9.3试举一磁电式传感器的应用的例
14、子,并画简图说明其工作原理。答:任何非电量只要能转换成位移量的变化,均可利用霍尔式位移传感器的原理变换成霍尔电势。霍尔式压力传感器就是其中的一种。它首先由弹性元件将被测压力变换成位移,由于霍尔元件固定在弹性元件的自由端上,因此弹性元件产生位移时将带动霍尔元件,使它在线性变化的磁场中移动,从而输出霍尔电势。霍尔式压力传感器结构原理如图(a)所示。弹性元件可以是波登管或膜盒或弹簧管。图中弹性元件为波登管,其一端固定,另一自由端安装霍尔元件之中。当输入压力增加时,波登管伸长,使霍尔元件在恒定梯度磁场中产生相应的位移,输出与压力成正比的霍尔电势。9.4什么是霍尔效应?为什么半导体材料适合于做霍尔元件?
15、答:霍尔效应为若在某导体薄片的两端通过控制电流I,并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场,则,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,称为霍尔电势或霍尔电压,这种现象称为霍尔效应。霍尔系数:K=1/(n*q)式中,n为载流子密度,一般金属中载流子密度很大,所以金属材料的霍尔系数系数很小,霍尔效应不明显,而半导体中的载流子的密度比金属要小得多,所以半导体的霍尔系数系数比金属大得多,能产生较大的霍尔效,故霍尔元件不用金属材料而是用半导体!9.5霍尔元件产生不等位电势的主要原因有哪些?怎样补偿?答:不等位电势是一个主要的零位误差。造成不等位电势的主要原因是:在制作霍尔元件时,不可能保证将霍尔电
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