.."檢測與轉換技術"復習思考題一、誤差理論：儀表精度的指標有哪些？檢測裝置的精度包括精細度、準確度和準確度三個容。1．精細度在一樣條件下，對同一個量進展重復測量時，這些測量值之間的相互接近程度即分散程度，它反映了隨機誤差的大小。2．準確度它表承測量儀器指示值對真值的偏離程度，它反映了系統誤差的大小。3．準確度它是精細度和準確度的綜合反映，它反映了系統綜合誤差的大小，并且常用測量誤差的相對值表示。什么叫隨機誤差，它與哪個精度指標有關？隨機誤差的概率分布是什么分布？這種分布具有什么特性？隨機誤差:在一樣條件下屢次測量同一量時，誤差的大小和符號均按不可確定方式變化，沒有確定的變化規律，但隨即誤差在屢次測量的總體上符合統計規律，因此可以通過統計學的方法來研究這些誤差并估計其影響。隨機誤差與精細度有關。隨機誤差在實踐中最常見的誤差分布是正態分布。正態分布隨機誤差有如下性質：11〕對稱性：正負誤差出現的時機一樣22〕單峰性：誤差為0出現時機最多33〕有界性：隨機誤差絕對值不會超過一定限度44〕抵償性：一樣條件下，測量次數n→∞，正負誤差出現的時機一樣，誤差代數和為0測量過程的要素有哪些？測量過程有三要素1、測量單位 2、測量方法 3、測量儀器簡述傳感器的靜態特性性能指標及其各自的意義？靜態指標：被測量穩定，變化緩慢〔靈敏度，線性度，重復性〕靈敏度：是指傳感器在穩態下輸出變化與輸入變化之比，用K表示。即K=dy/dx≈Δy/Δx 式中x—輸入量y—輸出量。線性度：又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合曲線〔有時也稱理論直線〕之間的最大偏差與傳感器滿量程圍的輸出之百分比，它可用下式表示，且多取其正直γL=ΔLmax/(ymax-ymin)×100%式中ΔLmax—最大非線性誤差ymax-ymin—輸出圍重復性：概率正態分布〔以下是課本的，以上面課件的三個為重〕分辨率：是指傳感器能檢出被測信號的最小變化量，是具有量綱的數。 遲滯誤差：又稱為回差或變差，是指傳感器正向特性和反向特性的不一致程度。可用下式表示：γH=ΔHmax/(ymax-ymin)×100%式中ΔHmax—最大遲滯偏差ymax-ymin—輸出圍 穩定性：包含穩定度和環境影響量兩個方面。 電磁兼容性：是指電子設備在規定的電磁干擾環境中能按照原設計要求而正常工作的能力，而且也不向處于同一環境中的其他設備釋放超過允許圍的電磁干擾。 可靠性：是反映傳感器和檢測系統在規定的條件下，在規定的時間是否耐用的一種綜合性的質量指標。5、對某液體測量溫度11次。測量序號與測量數據如下表所示：測量序號1234567891011測量數據31.0831.1330.9830.0730.9330.6830.6230.9331.0031.1031.11設在測量前已消除了系統誤差。試判斷在該測量列中是否會有粗大誤差。并寫出測量結果的正確表達式。〔見書本例題1—3〕P15二、電阻傳感器：1、什么叫應變電阻效應？什么叫熱電阻效應？當電阻絲在外力作用下發生機械形變時，其電阻值也相應發生變化，這一物理現象就是應變電阻效應。幾乎所有物質的電阻率都隨其本身溫度的變化而變化，這種現象稱為熱電阻效應。2、電阻絲式應變片與半導體應變片在工作原理上有何區別？靈敏系數有何不同？電阻絲式應變片的工作原理是應變電阻效應，而半導體應變片的工作原理是壓阻效應。 〔對半導體來說：當某一軸向施加一定應力，電阻率發生變化稱為壓阻效應，不同類半導體，不同加力方向，壓阻效應不一樣。〕 電阻絲式應變片的靈敏度低，而半導體應變片的靈敏度高。3、為什么在動態電阻應變儀上除了設有電阻平衡旋鈕外，還設有電容平衡旋鈕？答：動態電阻應變儀采用高頻交流電給電橋供電，電橋工作在交流狀態，電橋的平衡條件為Z1Z3=Z2Z4或|Z1||Z3|=|Z2||Z4|，j1j3=j2j4由于導線分布、各種寄生電容、電感等的存在，光有電阻平衡是不能實現阻抗模和阻抗角同時到達平衡，只有使用電阻、電容兩套平衡裝置反復調節才能實現電橋阻抗模和阻抗角同時到達平衡。4、試繪出熱電阻傳感器的三線制測量線路圖，并簡要說明各元件的作用。R2、R3、R4為猛銅精細電阻，它們的電阻溫度系數十分小，因此可以認為是固定電阻。Rt為熱電阻，被安裝在測溫點上。由于元件的誤差等原因，電橋仍存在微小的不平衡，因此必須在電橋中參加Rw調零電位器。1、以阻值R=120Ω、靈敏度K=2的電阻絲應變片與限值為120Ω的固定電阻組成電橋．拱橋電壓為3V，并假定負載電阻為無窮大，當應變片的應變為2με和2000με時，分別求出單臂、雙臂電僑的輸出電壓，并比擬兩種情況下的靈敏度。注：在應變測量中常用微應變με表示，它是無量綱的量。 比照單臂電橋和雙臂電橋的計算結果可知，雙臂電橋的靈敏度是單臂電橋的兩倍。2、在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各粘貼一片電阻120Ω的金屬阻應變片，如下圖，把這兩片應變片接入差動電橋，鋼的泊松比μ=0.285，應變片的靈敏系數k0=2，電橋電源電壓3V當試件受軸向拉伸時，測得應變片假設R1的電阻變化值ΔR1＝0．48Ω，試求電橋的輸出電壓。三、電容傳感器：在電容傳感器中參加云母片是起什么作用？增大靈敏度和提高耐壓2、電容傳感器的特點和關鍵問題是什么？電容傳感器的優缺點：..優點：1、需要的動作能量低2、可獲得較大的相對變化量3、能在惡劣的環境條件下工作4、本身發熱影響小5、動態響應快缺點：1、輸出特性為非線性2、泄漏電容影響較大..影響電容傳感器應用的關鍵問題在于：如何消減泄漏電容給測量帶來的影響。傳感器的電容量及其變化量一般是小于泄漏電容量，泄漏電容是由支持構件及連接電纜所引起的。這些泄漏電容不僅降低了轉換效率，還將引起誤差。將處理信號的電子線路安裝在非常靠近極板的地方可削弱泄漏電容的影響。簡述下列圖所示電路工作原理，分別繪出當C1=C2及C1<C2時，UA、UB、UF和UG波形圖。差動脈沖調寬電路四、電感傳感器1、氣隙式自感傳感器的靈敏度與哪些因素有關？采取哪些措施可以提高其靈敏度？答：靈敏度Kδ=-〔L0/δ〕Kδ與變量δ有關，所以Kδ不為常數。δ越小，靈敏度越高。采用變氣隙型差動式自感傳感器，其靈敏度Kδ=-〔2L0/δ〕提高了一倍。2、何謂零點剩余電壓？說明該電壓的產生原因及消除方法。答：由于次級反向串聯，因此鐵心位于中央時，輸出應為0，但實際上輸出電壓并不為0，而是零點剩余電壓。原因： 1、兩次級線圈不對稱 2、鐵磁材料磁飽和〔引起輸出電壓有高次諧波〕 3、勵磁電壓波形中含高次諧波措施： 1、提高對稱性 2、相敏整流電路 3、采用補償電路〔圖〕3、簡要說明自感傳感器帶相敏整流的交流電橋電路的工作原理？(上圖為帶相敏整流的交流電橋電路原理圖)渦流傳感器主要分為哪幾類？答：按照電渦流在導體的貫穿情況，渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式五、溫度傳感器1、、何謂熱電效應？回路中熱電勢恒等于零的充分必要條件有哪些？熱電效應所產生的熱電勢由哪幾類電勢構成？其大小和極性與什么有關？答：〔一〕不同性質的兩導體A,B組成如下圖閉合回路，兩結點分別處于不同溫度，回路中會產生熱電勢，這種現象稱作熱電效應。兩導體的組合稱為熱電偶。〔二〕回路中熱電勢恒等于零的充分必要條件有: 1)熱電偶兩電極材料一樣 2)熱電偶兩結點溫度一樣〔三〕熱電偶產生的熱電勢由兩種電勢組成：溫差電勢、接觸電勢〔四〕溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產生的電勢，此電勢只與導體或半導體的性質和兩端的溫度有關。溫差越大那么產生的溫差電勢就越大。導體冷熱兩端溫度對換，那么所產生溫差電勢的極性相反。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產生的電勢，此電勢大小和極性與兩種導體或半導體的性質及在接觸點的溫度有關。2、熱電偶為何要進展冷端溫度補償？補償方法有哪幾種？答：由于工業上使用的熱電偶其冷端溫度通常并不是0℃，因此測量得到的熱電勢如不經過修正就輸出顯示，那么會帶來測量誤差。測量得到的熱電勢必須通過修正，即冷端溫度補償，才能使被測溫度與熱電勢的關系符合分度表中熱電偶靜態特性關系，以使被測溫度能真實的反映到儀表上來。補償方法：〔一〕、補償導線〔冷端延長線〕〔二〕、冷端溫度校正法〔計算修正法〕〔三〕、冰浴法將冷端置于0℃的冰水中〔四〕、熱電偶補償法加裝補償熱電偶，補償熱電偶材料可以與測量熱電偶一樣，也可以是補償導線。〔五〕、儀表機械零點調整法一般儀表在未工作時指針指在零位〔機械零點〕〔六〕、補償電橋法利用不平衡電橋產生的電動勢來補償因冷端溫度變化而引起的熱電動勢變化。3、用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量爐溫，而冷端溫度為65℃，假設此時其儀表示值為600℃，那么實際溫度為665℃，對不對？為什么？答：正確。K型熱電偶，在0~1000℃圍，校正系數K≈1，由近似計算校正公式可算得實際溫度為665℃注意：假設是S型熱電偶，在800~1300℃圍，其校正系數K=0.55六、磁電傳感器磁電傳感器分為哪幾類，如果不外加電路，它們主要是測量速度量的傳感器，如果想利用磁電傳感器來測量位移和加速度可外加什么電路？磁電傳感器按構造不同分為動圈式與磁阻式速度量經積分之后得到位移量，速度量經微分之后得到加速度量，所以實際測量中也用來測位移和加速度。S=1，積分，測位移S=2，比例，測速度S=3，微分，測加速度說明課本139頁的兩種傳感器是哪一類磁電傳感器，并簡述它們的工作原理(139頁是壓電傳感器，不知道教師用哪本書的--)以下是課件的兩個圖，也就這兩種。磁電式速度傳感器工作原理圖1—動圈式圖1工作原理:在永久磁鐵產生的恒定磁場，放置一個可動線圈，當線圈在磁場中作直線運動或旋轉運動時，所產生的感應電動勢e為：這類傳感器的根本形式是速度傳感器，能直接測量線速度或角速度。圖2—磁阻式圖2工作原理:測量齒輪由導磁材料制成，安裝在被測旋轉體上，隨之一起轉動，每轉過一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產生的感應電動勢的變化頻率(r/s)等于測量齒輪上齒輪的齒數N和轉速的n(r/min)乘積。七、光電傳感器什么叫光電效應，分為幾類？光敏電阻利用的是哪一類光電效應？答：當采用光照射某一物體時，該物體就受到一連串能量為hf的光子所轟擊，其部電子獲得能量并釋放出來的現象，便稱為光電效應。分為：1、外光電效應在光照作用下，物體的電子逸出物體外表向外發射的現象稱為外光電效應。2、光電效應當光照射在物體上時，使物體電導率發生變化，或產生光生電動勢的效應叫光電效應。光敏電阻利用的是光電效應。光電傳感器的主要特性有哪些？簡述它們的含義答：1〕伏安特性伏安特性是指位定光通量照射下，光敏電阻的電壓與光電流之間的關系。2〕光照特性描述光電流I和光照強度之間的關系。3〕光譜特性每種半導體材料的光電效應對人射光的光譜都具有選擇作用，即每種光敏電阻對不同波長的入射光有不同響應靈敏度，而且對應最大靈敏度的光波長也不一樣。4〕響應時間和頻率特性光敏電阻的光電流跟光照之間有一個滯后時間，用時間常數來描述〔即停頓光照——光電流下降至63%的時間〕。5〕溫度特性隨著溫度上升將引起光敏