1、1.1檢測的概念是什么？檢測是人們借助于專門設備，通過一定的技術手段和方法，對被測對象收集信息、取得數量概念的過程。它是一個比較過程，即將被檢測對象與它同性質的標準量進行比較，獲得被檢測量為標準量的若干倍的數量概念。1.2檢測有哪些分類方法？1按檢測過程分類 檢測方法可分為直接法、間接法和組合法。2按檢測方式分類 根據獲取數據的方式，檢測可分為偏差式、零位式和微差式。3按接觸關系分類 根據檢測敏感元件與被測介質的接觸關系，檢測方法可分為接觸式和非接觸式兩種。4按被測量的變化快慢分類根據被測量的變化的快慢，可分為靜態檢測和動態檢測兩類。按檢測系統是否施加能量分類根據檢測系統是否需要向被測對象施加

2、能量，檢測系統可分為主動式和被動式兩類。1.3什么是誤差？誤差產生的原因是是什么？誤差：檢測結果偏離真值的大小稱為誤差。檢測誤差的大小反映了檢測結果的好壞，即檢測精度的高低。產生測量誤差的原因主要有以下四個方面：（1）理論誤差與方法誤差；（2）儀器誤差；（3）影響誤差 ；（4）人為誤差。1.4檢測系統由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？檢測系統主要由敏感元件、信號的轉換與處理電路、顯示電路和信號傳輸電路組成。敏感元件：將非電量轉換為電信號；信號處理電路：將代表被測量特征的信號變換成能進行顯示或輸出的信號；顯示電路：將被測對象以人能感知的形式表現出來；信號傳輸電路：將信號（數據）從一點（或一個地

3、方）送另一點（或地方）。2.1 什么叫溫標？什么叫國際實用溫標？用來衡量溫度的標準尺度，簡稱為溫標。為了使用方便，國際上協商確定，建立一種既使用方便、容易實現，又能體現熱力學溫度(即具有較高準確度)的溫標，這就是國際實用溫標，又稱國際溫標。2.2接觸式測溫和非接觸式測溫各有何特點，常用的測溫方法有哪些?接觸式與非接觸式測溫特點比較方式接觸式非接觸式測量條件感溫元件要與被測對象良好接觸；感溫元件的加入幾乎不改變對象的溫度；被測溫度不超過感溫元件能承受的上限溫度；被測對象不對感溫元件產生腐蝕需準確知道被測對象表面發射率；被測對象的輻射能充分照射到檢測元件上測量范圍特別適合1200以下，熱容大，無腐

4、蝕性對象的連續在線測溫。對高于1300以上的溫度測量較困難原理上測量范圍可以從超低溫到極高溫，但1000以下，測量誤差大，能測運動物體和熱容小的物體溫度精度工業用表通常為1.0、0.5、0.2及0.1級，實驗室用表可達0.01級通常為l.0、1.5、2.5級響應速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘快，通常為23秒其他特點整個測溫系統結構簡單，體積小，可靠，維護方便，價格低廉；儀表讀數直接反映被測物體實際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統整個測溫系統結構復雜，體積大，調整麻煩，價格昂貴；儀表讀數通常只反映被測物體表現溫度(需進一步轉換)；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制裝置接觸式測溫：膨脹式溫度

5、計，壓力式溫度計，熱電阻、熱電偶測溫，熱敏電阻測溫非接觸式測溫：輻射測溫2.3 常用的壓力計有哪些，其原理和特點各是什么？1彈性壓力計彈性壓力計是基于各種形式的彈性元件，在被測介質的表壓或真空度作用下產生的彈性變形與被測壓力成一定函數關系的原理制成的。它是工業生產和實驗室中應用最廣的一種壓力計。2液柱式壓力計液柱式壓力測量是以流體靜力學理論為基礎的壓力測量方法。根據流體靜力學，一定高度的液柱對底面產生的靜壓力要與被測壓力相平衡，這樣液柱的高度實際上就反映了被測壓力的大小。以此原理構造的液柱式壓力計測壓元件主要由裝有一定介質液體的玻璃管組成，這種壓力計結構簡單，使用方便，測量精度高，但測量結果只

6、能就地讀取，不能進行遠傳，而且測量的量程也受限于玻璃管的高度，因而應用受到一定的限制。現在，液柱式壓力計主要是在實驗室或工程實驗上使用。3壓力變送器一般用壓力表傳遞壓力信息的距離不能很遠，要向遠距離傳輸壓力信息，往往是將彈性測壓元件與電氣傳感器相結合構成壓力變送器，工業上常稱為差壓變送器。它能以統一信號進行傳輸、顯示和控制。常用的有電容式壓力變送器、電感式壓力變送器、霍爾式壓力變送器等。2.4 流量檢測方法有哪些？有哪些常用的流量檢測儀表？（1）節流差壓法在管路內安裝上節流元件，使流體在此處流動狀態發生變化，造成節流元件的上、下游間產生壓力差。由于此壓力差和流量間有一定函數關系，因此，檢測此壓

7、差，即可變換出流量。常用的節流元件有：孔板、噴嘴等。（2）容積法按一定的容積空間輸送流體，容積空間的運動次數(或運動速度)與流量成正比。記錄運動次數或速度，則可得出一段時間內的累積流量。容積式流量計，有橢園齒輪式流量計、膜式煤氣表及旋轉葉輪式水表等。（3）速度法測出流體的流速，再乘以管道截面即可得出流量。按對流速測量的辦法不同，能構成多種多樣的流量儀表和檢測系統，如常用的有：標志式、動壓管式、熱量式、磁電式、超聲式等。（4）流體阻力法利用流體流動給設置在管道中的阻力體以作用力，作用力大小和流量大小有關。如常用的靶式流量計，其阻力體是靶，由力平衡式傳感器把靶的受力轉換為電量。（5）流體振動法在管

8、道的特定條件下，使流體流過后產生振動，如渦街流量計、卡門流量計等。（6）質量流量檢測質量流量檢測分為間接式和直接式兩種。間接式質量流量測量是在直接測出體積流量的同時，直接再測出被測介質的密度，或測出壓力、溫度等參數求出介質密度。因此檢測系統的構成將由測體積流量的流量計(如節流差壓式、渦輪式等)和密度計或帶有溫度、壓力等補償環節來組成，其中還有相應的計算環節。直接式質量流量測量是直接利用熱、差壓或動量來檢測。1.節流式差壓流量計2容積式流量計3速度式流量計4質量流量計5渦街流量計2.5 物位檢測有哪些方式？物位檢測時應注意哪些問題？常用的液位檢測儀表有哪些？（1）直讀式物位檢測儀表 采用側壁開窗

9、口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。方法可靠、準確，但是只能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。（2）靜壓式物化檢測儀表 基于流體靜力學原理，適用于液位檢測。容器內的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關系，當被測介質密度不變時，通過測量參考點的壓力可測知液位。這類儀表有壓力式、吹氣式等型式。（3）浮力式物位檢測儀表 其工作原理基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動時其浮力會產生相應的變化，從而可以檢測液位。這類儀表有各種浮子式液位計、浮筒式液位計等。（4）機械接觸式物位檢測儀表 通過測量物位探頭與物料面接觸時的機械力實現物位的測量

10、。這類儀表有重錘式、旋翼式等。（5）電氣式物位檢測儀表 將電氣式物位敏感元件置于被測介質中，當物位變化時其電氣參數如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知物位。（6）其他物位檢測方法如聲學式、射線式、光纖式儀表等。在實際生產過程中，被測對象很少有靜止不動的情況，因此會影響物位測量的準確性。各種影響物位測量的因素對于不同介質各有不同，這些影響因素表現在如下方面。（1）液位測量的特點1）穩定的液面是一個規則的表面，但是當物料有流進流出時，會有波浪使液面波動。在生產過程中還可能出現沸騰或起泡沫的現象，使液面變得模糊。2）大型容器中常會有各處液體的溫度、密度和粘度等物理量不均勻的現象。3）容

11、器中的液體呈高溫、高壓或高黏度，或含有大量雜質、懸浮物等。（2）料位測量的特點1）料面不規則，存在自然堆積的角度。2）物料排出后存在滯留區。3）物料間的空隙不穩定，會影響對容器中實際儲量的計量。（3）界位測量的特點界位測量的特點則是在界面處可能存在渾濁段。1、電磁法測量液位2、利用液位引起的壓力進行檢測3、利用液體的浮力進行檢測2.6有哪些常見的機械量參數及其檢測儀表？試設計差動式變面積型電容傳感器(角位移式和直線位移式)，并畫出其結構示意圖。機械量的測量范圍包括：尺寸(長、寬、高)、位移(直線位移、角位移)、速度(直線速度、角速度、轉速)、力學量(力、力矩、加速度、振動)等。位移的檢測（1）

12、直接用非電檢測（2）將位移量轉換成模擬電量（3）將位移量轉換成數字量常見力的檢測方法（1）平衡型測力法（2）利用彈性體變形測力法質量和重量的檢測方法目前，在工業生產過程中應用最多的質量測量儀表是各種電子秤速度的檢測（1）線速度的檢測1）接觸輥法2）光束切斷法（2）角速度的測量1）采用相應的機械結構把轉速變為位移 (a) (b)圖 變面積式電容傳感器結構（a）直線位移式 (b)角位移式2）采用電磁原理的方法把轉速變為角位移3）把轉速轉換為模擬電壓信號4）頻閃法5）把轉速變換成脈沖數字信號振動的檢測按靜止基準設置，有相對法和絕對法物體幾何尺寸的檢測1長度的檢測（1）利用位移傳感器檢測（2）利用速度

13、或轉速傳感器檢測（3）利用波的反射檢測厚度的檢測（1）利用超聲波進行檢測（2）利用射線檢測（3）利用紅外線檢測直徑的檢測常用的方法是用光電式檢測系統2.7 物質成分分析的主要方法有哪些？常用的成分分析儀表及其原理？成分分析的方法有兩種類型，一種是定期取樣，通過實驗室測定的實驗室分析方法；另一種是利用可以連續測定被測物質的含量或性質的自動分析儀表。成分分析所用的儀器和儀表基于多種測量原理，在進行分析測量時，需要根據被測物質的物理或化學性質，來選擇適當的手段和儀表。熱導式氣體分析儀，通過檢測混合氣體導熱系數變化得知待測組分含量的。紅外線氣體分析器屬于光學分析儀表中的一種。它是利用不同氣體對不同波長

14、的紅外線具有選擇性吸收的特性來進行分析的。色譜分析儀器是一種高效、快速、靈敏的物理式分析儀表。它包括分離和分析兩個技術環節。在測試時，使被分析的試樣通過色譜柱，由色譜柱將混合試樣中的各個組分分離，再由檢測器對分離后的各組分進行檢測，以確定各組分的成分和含量。這種儀表可以一次完成對混合試樣中幾十種組分的定性或定量的分析，在工業流程中使用的一般多為氣相色譜儀。干濕球濕度計干濕球濕度計的使用十分廣泛，常用于測量空氣的相對濕度。這種濕度計由兩支溫度計組成，一只溫度計用來直接測量空氣的溫度，稱為干球溫度計，另一只溫度計在感溫部位包有被水浸濕的棉紗吸水套，并經常保持濕潤，稱為濕球溫度計。當棉套上的水分蒸發

15、時，會吸收濕球溫度計感溫部位的熱量，使濕球溫度計的溫度下降。水的蒸發速度與空氣的濕度有關，相對濕度越高，蒸發越慢；反之，相對濕度越低，蒸發越快。所以，在一定的環境溫度下，干球溫度計和濕球溫度計之間的溫度差與空氣濕度有關。當空氣靜止的或具有一定流速時，這種關系是單值的。測得干球溫度和濕球溫度后，就可計算求出相對濕度。粘度檢測的方法主要有：（1）轉筒法轉筒法測量粘度采用庫埃特原理，把被測量的液體注滿兩個同心圓筒之間的環形空間，一個圓筒是固定的，另一個圓筒繞它的垂直軸線作均勻的旋轉。以恒定角速度旋轉的圓筒所需要的轉矩就可作為被測液體粘度的量度。（2）毛細管法毛細管法又稱為泊肅葉法，它用于測定牛頓液體

16、的粘度。這種方法的基本原理是，在管內存在層流時，被測液體在恒定流量和溫度的條件下，經過毛細管會產生壓力降，這個壓力降的大小就代表了被測液體的粘度值。（3）超聲波法超聲波法測量液體的粘度主要由粘度傳感探頭和信號處理器組成。由信號處理器產生的驅動脈沖輸出到圍繞在傳感元件的線圈上，形成脈沖磁場，它激勵探頭產生自然振動，探頭會對被測液體產生一剪切動作，它會受到液體粘滯阻力的作用。于是對探頭的強迫振動產生阻尼效應，不同粘度的液體會產生不同的阻尼作用。從而得到粘度值。3.1 測量放大器的基本要求有哪些？答：一般來說，對放大器的基本要求是：增益高且穩定，共模抑制比高，失調與漂移小，頻帶寬，線性度好，轉換速率

17、高，阻抗匹配好，功耗低，抗干擾能力強，性價比高等。3.2 程控增益放大器的量程可由軟件自動切換，其工作原理是什么？答：可編程增益放大電路的增益通過數字邏輯電路由給定的程序來控制。其內部有多對增益選擇開關,任何時刻總有一對開關閉合。通過程序改變輸入的數字量，從而改變閉合的開關以選擇不同的反饋電阻，最終達到改變放大電路增益的目的。3.3 傳感器輸入與輸出之間的耦合方式有哪些？各有什么特點？答：輸入與輸出之間的隔離方式主要有：變壓器耦合 (亦稱電磁耦合)、光電耦合等。變壓器耦合的線性度高、隔離性好、共模抑制能力強，但其工作頻帶窄、體積大、成本高，應用起來不方便。光電耦合的突出優點是結構簡單、成本低、

18、重量輕、轉換速度快、工作頻帶寬，但其線性度不如變壓器耦合。光電耦合目前主要用于開關量控制電路。3.4 信號傳輸過程中采用電壓、電流和頻率方式傳輸各有什么優缺優點？各適用于什么場合？答：（1）采用電壓信號傳輸，模擬電壓信號從發送點通過長的電纜傳輸到接收點，那么信號可能很容易失真。原因是電壓信號經過發送電路的輸出阻抗，電纜的電阻以及接觸電阻形成了電壓降損失。由此造成的傳輸誤差就是接收電路的輸入偏置電流乘以上述各個電阻的和。如果信號接收電路的輸入阻抗是高阻的，那么由上述的電阻引起的傳輸誤差就足夠小，這些電阻也就可以忽略不計。要求不增加信號發送方的費用又要所提及的電阻可忽略，就要求信號接收電路有一個高

19、的輸入阻抗。（2）采用電流信號傳輸，電流源作為發送電路，它提供的電流信號始終是所希望的電流而與電纜的電阻以及接觸電阻無關，也就是說，電流信號的傳輸是不受硬件設備配置的影響的。同電壓信號傳輸的方法正相反，由于接收電路低的輸入阻抗和對地懸浮的電流源（電流源的實際輸出阻抗與接收電路的輸入阻抗形成并聯回路）使得電磁干擾對電流信號的傳輸不會產生大的影響。如果考慮到有電磁干擾比如電焊設備和其他信號發射設備，傳輸距離又必須很長，那么電流信號傳輸的方法是合適的。（3）采用頻率信號傳輸，可將電壓信號變換為數字信號進行傳送，可以很好地提高其抗干擾能力。V/F轉換電路將輸入的電壓信號轉換成相應的頻率信號，輸出信號的

20、頻率與輸入信號的電壓成比例。頻率信號傳輸廣泛應用于數據測量儀器及遙測遙控設備中。3.5 在濾波電路中為什么普遍采用RC有源濾波器？答：RC有源濾波器是目前普遍采用的一種濾波器，在RC無源濾波器的基礎上引入晶體管、運算放大器等具有能量放大作用的有源器件，補償電阻R上損失的能量，具有良好的選頻特性。3.6 非線性硬件校正方法有哪幾種？各自的工作原理是什么？答：硬件校正的方法有很多，歸納起來有3大類。第一種方法是插入非線性器件，即在非線性器件之后另外插入一個非線性器件(亦稱為線性化器或線性補償環節)，使兩者的組合特性呈線性關系。第二種方法是采用非線性A/D轉換器。對于逐次比較型，可以利用按非線性關系

21、選取的解碼電阻網絡；對雙積分型A/D轉換器，可以通過逐次改變積分電阻值或基準電壓值來改變第二次反向積分時間，從而獲得非線性A/D轉換電路。第三方法是采用標度系數可變的乘法器。由于A/D轉換器和乘法器通常是多路測試系統中所有通道的共同通道，很難做到使所有非線性傳感器都線性化，因此不常用。4.1 簡述傳感器的組成及其各部分的功能？通常，傳感器由敏感元件和轉換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分；轉換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。由于傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調理與轉換電路，進行放大、運算調制等，此外信號調理轉

22、換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源，因此信號調理轉換電路以及所需的電源都應作為傳感器組成的一部分。隨著半導體器件與集成技術在傳感器中的應用，傳感器的信號調理轉換電路與敏感元件一起集成在同一芯片上，安裝在傳感器的殼體里。4.2 傳感器靜態特性性能指標及其各自的意義是什么？傳感器的靜態特性指標主要有線性度、遲滯、重復性、靈敏度、分辨力、閾值、穩定性、漂移等，其中，線性度、靈敏度、遲滯和重復性是四個較為重要的指標。線性度傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數量關系的線性程度。靈敏度靈敏度是傳感器靜態特性的一個重要指標。其定義是輸出量增量 與引起輸出量增量 的相應輸入量增量 之比。遲滯傳感器在

23、輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現象稱為遲滯重復性重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續多次變化時，所得特性曲線不一致的程度分辨力分辨力是用來表示傳感器或儀表裝置能夠檢測被測量最小變化量的能力，通常以最小量程的單位值來表示。漂移傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現象稱為漂移穩定性穩定性有短期穩定性和長期穩定性之分，對于傳感器，常用長期穩定性來描述其穩定性，即傳感器在相當長的時間內仍保持其性能的能力。閾值閾值是指傳感器產生可測輸出變化量時的最小被測輸入量值。4.3 傳感器的動態特性常用什么方法描述？有哪些

24、特點？傳感器的動態特性，可以通過傳感器的動態數學模型及傳感器的動態特性指標來描述。動態模型是指傳感器在動態信號作用下，其輸出和輸入信號的一種數學關系。動態模型通常采用微分方程和傳遞函數來描述。用微分方程作為傳感器的數學模型，其優點是：通過求解微分方程，容易分清暫態響應與穩態響應，因為其通解只與傳感器本身的特性及起始條件有關，而特解則還與輸入量 有關。但是，求解微分方程很麻煩，為了求解方便，常采用傳遞函數來研究傳感器的動態特性。盡管大多數傳感器的動態特性可近似用一階或二階系統來描述，但這僅僅是近似的描述而已，實際的傳感器往往比簡化的數學模型要復雜。因此，傳感器的動態響應特性一般并不是直接給出其微

25、分方程或傳遞函數，而是通過實驗給出傳感器的動態特性指標。通過這些動態特性指標來反映傳感器的動態響應特性。4.4 描述二階傳感器系統階躍響應的主要指標及其定義?1）時間常數 ：一階傳感器輸出上升到穩態值的63.2%所需的時間,稱為時間常數。 2）延遲時間 ：傳感器輸出達到穩態值的50%所需的時間。3）上升時間 ：傳感器輸出達到穩態值的90%所需的時間。4）峰值時間 ：二階傳感器輸出響應曲線達到第一個峰值所需的時間。5）超調量 ：二階傳感器輸出超過穩態值的最大值。6）衰減比 ：衰減振蕩的二階傳感器輸出響應曲線第一個峰值與第二個峰值之比。5.1 什么是自感傳感器？為什么螺管式自感式傳感器比變氣隙式的

26、測量范圍大？答：自感式傳感器是把被測量轉換成線圈的自感 變化，通過一定的電路轉換成電壓或電流輸出的裝置。由于轉換原理的非線性和銜鐵正、反方向移動時自感變化的不對稱性，變氣隙式自感傳感器(包括差動式結構)，只有工作在很小的區域，才能得到一定的線性度。而差動螺管式自感傳感器的自感變化量 與銜鐵的位移量 成正比，其靈敏度比單線圈螺管式提高一倍，線性范圍和量程較大。5.2 在使用自感式傳感器時，為什么電纜長度和電源頻率不能隨便改變？答：等效電感變化量為上式表明自感式傳感器的等效電感變化量與傳感器的電感 、寄生電容 及電源角頻率 有關。因此在使用自感式傳感器時，電纜長度和電源頻率不能隨便改變，否則會帶來

27、測量誤差。若要改變電纜長度或電源頻率時，必須對傳感器重新標定。5.3 什么是互感傳感器？為什么要采用差動變壓器式結構？互感式傳感器也稱為變壓器式傳感器，把被測位移轉換為傳感器線圈的互感變化。這種傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，并且次級線圈繞組采用差動式結構，故稱之為差動變壓器式傳感器，簡稱差動變壓器。當銜鐵處于中間位置時，由于兩個次級線圈完全對稱，通過兩個次級線圈的磁力線相等，互感 ，感應電勢 ，總輸出電壓為0。當銜鐵向左移動時，總輸出電壓 。當鐵芯向右移動時，總輸出電壓 。兩種情況的輸出電壓大小相等、方向相反。大小反映銜鐵的位移量大小，方向反映銜鐵的運動方向，其特性曲線為 形特性曲線。5

28、.4 分析開關式全波相敏檢波電路的工作過程，它是如何鑒別被測信號的極性？答：圖 (a)為開關式全波相敏檢波電路，取 ， 為過零比較器，參考信號 經過 后轉換為方波 ， 為 經過反相器后的輸出。若 ，則 為低電平， 為高電平， 截止， 導通，運算放大器 的反相輸入端接地，傳感器信號 從 的同相輸入端輸入，輸出電壓 為當 時， 與 同頻同相， ， ， 。當 時， 與 同頻反相， ， ， 。若 ，則 為高電平， 為低電平， 導通， 截止，運算放大器 的同相輸入端接地，傳感器輸出電壓 從 的反相輸入端輸入，輸出電壓 為同理可得，當 時， 。當 時， 。由上述分析可知，相敏檢波電路的輸出電壓 不僅反映了

29、位移變化的大小，而且反映了位移變化的方向。輸出電壓 的波形如圖 (b)所示。(a) (b)5.5 零點殘余電壓產生的原因是什么？如何消除？答：零點殘余電壓由基波分量和高次諧波構成，其產生原因主要有以下幾個方面。1）基波分量主要是傳感器兩次級線圈的電氣參數和幾何尺寸不對稱，以及構成電橋另外兩臂的電器參數不一致，從而使兩個次級線圈感應電勢的幅值和相位不相等，即使調整銜鐵位置，也不能同時使幅值和相位都相等。2）高次諧波主要由導磁材料磁化曲線的非線性引起。當磁路工作在磁化曲線的非線性段時，激勵電流與磁通的波形不一致，導致了波形失真；同時，由于磁滯損耗和兩個線圈磁路的不對稱，產生零位電壓的高次諧波。3）

30、激勵電壓中包含的高次諧波及外界電磁干擾，也會產生高次諧波。可以從以下幾方面消除：1）從設計工藝上保證結構對稱性。首先，要保證線圈和磁路的對稱性，要求提高銜鐵、骨架等零件的加工精度，線圈繞制要嚴格一致。采用磁路可調式結構，保證磁路的對稱性。其次，鐵芯和銜鐵材料要均勻，應選高導磁率、低矯頑磁力、低剩磁的導磁材料。另外，減小激勵電壓的諧波成分或利用外殼進行電磁屏蔽，也能有效地減小高次諧波。2）選用合適的信號調理電路。消除零點殘余電壓的最有效的方法是在放大電路前加相敏檢波電路。3）在線路補償方面主要有：加串聯電阻消除零點殘余電壓的基波分量；加并聯電阻、電容消除零點殘余電壓的高次諧波；加反饋支路消除基波

31、正交分量或高次諧波分量。5.6 為什么說渦流式傳感器也屬于電感傳感器？答：渦流式傳感器是基于電渦流效應原理制成的，即利用金屬導體中的渦流與激勵磁場之間進行能量轉換的原理工作的。被測對象以某種方式調制磁場，從而改變激勵線圈的電感。因此，電渦流式傳感器也是一種特別的電感傳感器。5.7 被測材料的磁導率不同，對渦流式傳感器檢測有哪種影響？試說明其理由。答：線圈阻抗的變化與金屬導體的電阻率 、磁導率 、幾何形狀、線圈的幾何參數、激勵電流以及線圈到金屬導體之間的距離 等參數有關。假設金屬導體是勻質的，則金屬導體與線圈共同構成一個系統，其物理性質用磁導率 、電阻率 、尺寸因子 、距離 、激勵電流強度 和角

32、頻率 等參數來描述，某些參數恒定不變，只改變其中的一個參數，就構成了阻抗的單值函數，由此就可以通過阻抗的大小來測量被測參數。穿透深度 與線圈的激勵頻率 、金屬導體材料的導電性質有關，即由式可以看出，當激勵頻率 一定時，電阻率 越大，磁導率 越小，穿透深度越大。5.8 感應同步器按其用途可分為哪兩類？各用在何種場合？試舉例說明。答：感應同步器按其用途可分為直線感應同步器和圓感應同步器兩大類，前者用于直線位移的測量，后者用于角位移的測量。直線感應同步器已經廣泛用于大型精密坐標鏜床、坐標銑床及其他數控機床的定位、數控和數顯；圓感應同步器則常用于軍事上的雷達天線定位跟蹤等，同時在精密機床或測量儀器設備

33、的分度裝置上也有較多應用。5.9 感應同步器輸出的感應電勢進行如何處理？簡述各處理方式的原理。答：定尺繞組輸出的感應電勢，能夠準確地反映個空間周期內的位移(或角度)的變化。為了使輸出感應電勢與位移(或角度)呈一定函數關系，必須對輸出的感應電勢進行處理。感應同步器輸出的感應電勢是一個交變信號，可以用幅值和相位兩個參數來描述。因此感應電勢的測量電路有鑒幅型和鑒相型兩種。鑒幅型電路是在滑尺的正弦、余弦繞組上供給同頻率、同相位但不同幅值的激磁電壓，通過輸出感應電勢的幅值來鑒別被測位移的大小。在 較小的情況下，感應電勢的幅值與 成正比。當 變化一個節距 時，感應電勢的幅值變化一個周期。通過檢測感應電勢的

34、幅值變化，即可測得滑尺與定尺之間的相對位移 。鑒相型電路是在滑尺的正弦、余弦繞組上供給頻率相同、幅值相同、相位差為90的交流激磁電壓，通過檢測感應電勢的相位來鑒別被測位移量的大小。感應電勢的相位角 隨 的變化規律，當 變化一個節距 時，感應電勢的相位角 變化一個周期，通過鑒別感應電勢的相位角 ，例如同激磁電壓 相比較，即可以測出定尺與滑尺之間的相對位移。6.1 什么是壓電效應？壓電效應的特點是什么？以石英晶體為例，說明壓電元件是怎樣產生壓電效應的？答：當沿著一定方向對某些電介質施加壓力或拉力而使其變形時，內部就產生極化現象，在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力去掉后，又重新恢復到不帶電狀態

35、；當作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變；產生的電荷量與外力的大小成正比。這種現象稱為正壓電效應。壓電效應的特點是具有可逆性。當在電介質的極化方向施加電場時，電介質本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨著消失。石英晶體的壓電特性與其內部分子的結構有關。其化學式為SiO2。在一個晶體單元中有3個硅離子Si4+和6個氧離子O2-，后者是成對的。所以一個硅離子和兩個氧離子交替排列。當沒有力作用時，Si4+與O2-在垂直于晶軸Z的XY平面上的投影恰好等效為正六邊形排列。如圖6-4(a)所示；這時正、負離子正好分布在正六邊形的頂角上，它們所形成的電偶極矩PI、P2和P3的大小相等，相互的夾角為120

36、。因為電偶極矩定義為電荷q與間距l的乘積即Pql，其方向是從負電荷指向正電荷，是一種矢量，所以正負電荷中心重合，電偶極矩的矢量和為零，即Pl+P2+P30。當晶體受到沿X軸方向的壓力作用時，晶體沿X軸方向產生壓縮，正、負離子的相對位置也隨之發生變化，如圖6-4(b)中虛線所示。此時正負電荷中心不重合電偶極矩在X方向上的分量由于P1減小和P2、P3的增大面不等于零，在X軸的正向出現正電荷。電偶極矩在Y方向上的分量仍為零(因為P2、P3在Y方向上的分量大小相等方向相反)，不出現電荷。由于Pl，P2和P3在z軸方向上的分量都為零，不受外作用力的影響，所以在Z軸方向上也不出現電荷。當晶體受到沿Y軸方向

37、的作用力時，晶體的變形如圖6-4(c)中虛線所示。與圖6-4(b)的情況相似，P1增大，P2和P3減小，在X軸方向上出現電荷，它的極性與圖6-4(b)的相反。而在Y和Z軸方向上則不出現電荷。6.2壓電傳感器為什么只適用于動態測量？答： 壓電傳感器可以看作是一個帶電的電容器，當外接負載時，只有外電路負載無窮大，內部也無漏電時，受力所產生的電壓才能長期保存下來，若負載不是無窮大，則電路以時間常數RLCa按指數規律放電，無法測量。所以不能測量頻率低或靜止的參數。6.3常見的壓電元件的組合形式有哪些？這些組合形式各適用于哪些場合？答：常見的壓電元件的組合形式有串聯和并聯兩種方式。其中并聯接法輸出電荷大

38、，本身電容也大，時間常數大，適用于測量慢變信號，當采用電荷放大器轉換壓電元件上的輸出電荷q時，并聯方式可以提高傳感器的靈敏度，所以并聯方式適用于以電荷作為輸出量的地方。串聯接法的輸出電壓大，本身電容小，當采用電壓放大器轉換壓電元件上的輸出電壓時，串聯方法可以提高傳感器的靈敏度，所以串聯方式適用于以電壓作為輸出信號，并且測量電路輸入阻抗很高的地方。6.4壓電傳感器為什么要接前置放大器？常用的前置放大電路有幾種？各有什么特點？答：由于壓電傳感器的輸出信號非常微弱，一般將電信號進行放大才能測量出來。但因壓電傳感器的內阻抗相當高，不是普通放大器能放大的，而且，除阻抗匹配的問題外，連接電纜的長度、噪聲都

39、是突出的問題。為解決這些問題，通常，傳感器的輸出信號先由低噪聲電纜輸入高輸入阻抗的前置放大器。前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。電壓放大器的輸出電壓與輸入電壓（即傳感器的輸出電壓）成比例，這種電壓前置放大器一般稱為阻抗變換器；電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷成比例。這兩種放大器的主要區別是：使用電壓放大器時，整個測量系統對電纜電容的變化非常敏感，尤其是連續電纜長度變化更為明顯；而使用電荷放大器時，電纜長度變化的影響差不多可以忽略不計。8.1.電容式傳感器有哪三大類？分別適用于測量哪些物理量？答：電容式傳感器分為變面積式電容傳感器、變間隙式電容傳感器、變介電常數式傳感器。變面積式電容

40、傳感器可用于檢測位移、尺寸等參量；變間隙式電容傳感器可以用來測量微小的線位移；變介電常數式傳感器可以用來測定各種介質的物理特性（如濕度、密度等）。8.2.推導差動式變間隙電容傳感器的靈敏度，并與單一型傳感器進行比較。答： 可見，靈敏度比非差動類型提高一倍。8.3.電容式傳感器的寄生電容是怎樣產生的？對傳感器的輸出特性有什么影響？答：寄生電容CP主要指電纜寄生電容，它與傳感器電容C相并聯。電容式傳感器由于受結構與尺寸的限制，一般電容量都很小，幾個皮法到幾十皮法，屬于小功率、高阻抗器件，極易受外界干擾，尤其是電纜寄生電容。寄生電容比電容傳感器的電容大幾倍至幾十倍，且具有隨機性，又與傳感器電容相并聯

41、，嚴重影響傳感器的輸出特性，甚至會淹沒傳感器的有用信號，使傳感器無法使用。因此消滅寄生電容的影響，是電容式傳感器實用化的關鍵。8.4.電容式傳感器能否用來測量濕度？試說明其工作原理。答：采用變介電常數型的電容傳感器即可測量濕度。被測物質作為介質處于電容的兩個因定極板之間，濕度改變時，介電常數發生變化，電容相應發生變化，通過檢測電路檢測電容的變化，即可反映濕度的變化。9.1磁電式傳感器的基本原理是什么？答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉速等)轉換成電信號的一種傳感器。磁電感應傳感器的工作原理可認為是發電機原理。磁電傳感器以導體和磁場發生相對運動而產生電動勢為基礎。根據電磁感

42、應定律。具有 匝的線圈，其內的感應電動勢e的大小取決于貫穿該線圈的磁通 的變化速率即9.2磁電式傳感器產生非線性誤差的原因是什么？答：磁電式傳感器非線性誤差產生的原因是由于傳感器線圈內有電流i經過時，將產生一定的變化磁通 ，這種交變磁通使得永久磁鐵所產生的工作磁通減弱。當傳感器線圈相對于永久磁鐵的運動速度增大時，將產生較大的感應電勢u 和較大的電流i，因此減弱磁場的作用也將加強，從而使得傳感器的靈敏度隨被測速度數值的增加而降低。當動圈的運動速度與原方向相反時，感應電勢u、線圈電流i及磁通 都反向，因此傳感器的靈敏度將隨被測速度v數值的增大而增大。其結果是使傳感器靈敏度在動圈速度的不同方向上具有

43、不同的數值，因而傳感器輸出的基波能量降低而諧波的能量增加，既這種非線性特性同時伴隨著傳感器輸出的諧波失真。9.3試舉一磁電式傳感器的應用的例子，并畫簡圖說明其工作原理。答：任何非電量只要能轉換成位移量的變化，均可利用霍爾式位移傳感器的原理變換成霍爾電勢。霍爾式壓力傳感器就是其中的一種。它首先由彈性元件將被測壓力變換成位移，由于霍爾元件固定在彈性元件的自由端上，因此彈性元件產生位移時將帶動霍爾元件，使它在線性變化的磁場中移動，從而輸出霍爾電勢。霍爾式壓力傳感器結構原理如圖(a)所示。彈性元件可以是波登管或膜盒或彈簧管。圖中彈性元件為波登管，其一端固定，另一自由端安裝霍爾元件之中。當輸入壓力增加時

44、，波登管伸長，使霍爾元件在恒定梯度磁場中產生相應的位移，輸出與壓力成正比的霍爾電勢。9.4什么是霍爾效應？為什么半導體材料適合于做霍爾元件？答：霍爾效應為若在某導體薄片的兩端通過控制電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，則，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，稱為霍爾電勢或霍爾電壓，這種現象稱為霍爾效應。霍爾系數:K=1/(n*q)式中,n為載流子密度,一般金屬中載流子密度很大,所以金屬材料的霍爾系數系數很小,霍爾效應不明顯，而半導體中的載流子的密度比金屬要小得多,所以半導體的霍爾系數系數比金屬大得多,能產生較大的霍爾效,故霍爾元件不用金屬材料而是用半導體!9.5霍爾元件產

45、生不等位電勢的主要原因有哪些？怎樣補償？答：不等位電勢是一個主要的零位誤差。造成不等位電勢的主要原因是：在制作霍爾元件時，不可能保證將霍爾電極焊在同一等位面上，如圖9-13所示。此外，霍爾元件材料的電阻率不均勻，霍爾片的厚度、寬度不一致，電極與片子的接觸不良等也會產生不等位電勢。 在分析不等位電勢時，可以把霍爾元件等效為一個電橋，如圖9-14所示。電橋的四個橋臂為r1、r2、r3、r4。若兩個霍爾電極在同一等位面上時，r1=r2=r3=r4，則電橋平衡，輸出電壓U0為零。當霍爾電極不在同一等位面上時，四個橋臂電阻不相等，電橋處于不平衡狀態，輸出電壓U0不為零。可見，補償的方法就是讓電橋平衡起來

46、，一般情況下，采用補償網絡進行補償，效果良好。上圖給出了幾種常見的補償網絡。（a）（b）（c）（d）均為控制電流為直流的情況下的補償。可見，雖然在電路上有所不同，但基本的補償思想都是一致的，都是通過并聯的可調電阻通過阻值的調整而使得電橋電阻達到平衡。9.6溫度變化對霍爾元件輸出電勢有什么影響？如何補償？答：霍爾元件與一般半導體器件一樣，對溫度的變化是很敏感的，這是因為半導體材料的電阻率、載流子濃度等都隨溫度而變化。因此，霍爾元件的輸入電阻、輸出電阻、靈敏度等也將受到溫度變化的影響，從而給測量帶來較大的誤差。為了減小測量中的溫度誤差、除了選用溫度系數小的霍爾元件，或采取一些恒溫措施外，也可使用以

47、下的一些溫度補償方法；1）采用恒流源提供控制電流和輸入回路并聯電阻2）合理選擇負載電阻3）采用熱敏電阻進行溫度補償4）具有溫度補償及不等位電勢補償的典型電路9.7若一個霍爾器件的KH=40mV/(mAT)，控制電流I=3mA，將它置于10-40.5T變化的磁場中，它輸出的霍爾電勢范圍多大？解：由已知條件可知：因此它輸出的霍爾電勢范圍為 9.8簡述霍爾式壓力傳感器的工作原理。答：首先由彈性元件將被測壓力變換成位移，由于霍爾元件固定在彈性元件的自由端上，因此彈性元件產生位移時將帶動霍爾元件，使它在線性變化的磁場中移動，從而輸出霍爾電勢。霍爾式壓力傳感器結構原理如圖(a)所示。彈性元件可以是波登管或

48、膜盒或彈簧管。圖中彈性元件為波登管，其一端固定，另一自由端安裝霍爾元件之中。當輸入壓力增加時，波登管伸長，使霍爾元件在恒定梯度磁場中產生相應的位移，輸出與壓力成正比的霍爾電勢。9.9有一霍爾元件，其靈敏度KH=1.2mV/mAkGs，把它放在一個梯度為5kGs/mm的磁場中，如果額定控制電流是20mA，設霍爾元件在平衡點附近做0.1mm的擺動，問輸出電壓范圍是多少？答：由已知條件可知：因此它輸出的霍爾電勢范圍為 0.12V。10.1光敏電阻、光電二級管和光電三極管是根據什么原理工作的？光電特性有何不同？光敏電阻是一種基于半導體光電導效應、由光電導材料制成的沒有極性的光電元件，也稱為光導管。光電

49、二級管根據反偏電壓pn結光伏效應工作的探測器；光電三極管是根據無偏壓pn結光伏效應工作的探測器；光敏電阻用于測光的光源光譜特性必須與光敏電阻的光敏特性匹配，要防止光敏電阻受雜散光的影響；光電三極管有電流放大作用，它的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級。10.2 試擬定用光敏三極管控制的、用交流電壓供電的明通與暗通直流電磁繼電器原理圖。10.3 概括光纖弱導條件的意義。從理論上講，光纖的弱導特性是光纖與微波圓波導之間的重要差別之一。實際使用的光纖，特別是單模光纖，其摻雜濃度都很小，使纖芯和包層只有很小的折射率差。所以弱導的基本含義是指很小的折射率差就能構成良好的光纖波導結

50、構，而且為制造提供了很大的方便。10.4 利用斯乃爾定律推導出的臨界角 表達式，計算水與空氣分界面( )的臨界角 。斯乃爾定理指出：當光由光密物質(折射率大)出射至光疏物質(折射率小)時，發生折射。其折射角大于入射角，即： 時， 。, , , 間的數學關系為： 可以看出：入射角 增大時，折射角 也隨之增大，且始終 時， 仍小于90 ，當 =90 ，此時出射光線沿界面傳播，此時稱為臨界狀態，這時有sin =sin90 =1。同時還有：sin = ； =arcsin ； 式中 為臨界角。當 時，即 90 時便發生全反射現象，10.5 以表面溝道CCD為例，簡述CCD電荷存儲、轉移、輸出的基本原理。

51、構成CCD的基本單元是MOS(金屬-氧化物-半導體)電容器。正如其它電容器一樣，MOS電容器能夠存儲電荷。如果MOS結構中的半導體是P型硅，當在金屬電極（稱為柵）上加一個正的階梯電壓時（襯底接地），Si-SiO2界面處的電勢（稱為表面勢或界面勢）發生相應變化，附近的P型硅中多數載流子空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓VG超過MOS晶體管的開啟電壓，則在Si-SiO2界面處形成深度耗盡狀態，由于電子在那里的勢能較低，我們可以形象化地說：半導體表面形成了電子的勢阱，可以用來存儲電子。當表面存在勢阱時，如果有信號電子（電荷）來到勢阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來到勢阱中，表面勢將降低

52、，耗盡層將減薄，我們把這個過程描述為電子逐漸填充勢阱。勢阱中能夠容納多少個電子，取決于勢阱的“深淺”，即表面勢的大小，而表面勢又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢阱越深。如果沒有外來的信號電荷。耗盡層及其鄰近區域在一定溫度下產生的電子將逐漸填滿勢阱，這種熱產生的少數載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態和深度耗盡狀態，才能存儲電荷。以典型的三相CCD為例說明CCD電荷轉移的基本原理。三相CCD是由每三個柵為一組的間隔緊密的MOS結構組成的陣列。每相隔兩個柵的柵電極連接到同一驅動信號上，亦稱時鐘脈沖。三相時鐘脈沖的波形如下圖所示。在t1時刻，1高電位，2、3

53、低電位。此時1電極下的表面勢最大，勢阱最深。假設此時已有信號電荷（電子）注入，則電荷就被存儲在1電極下的勢阱中。t2時刻，1、2為高電位，3為低電位，則1、2下的兩個勢阱的空阱深度相同，但因1下面存儲有電荷，則1勢阱的實際深度比2電極下面的勢阱淺，1下面的電荷將向2下轉移，直到兩個勢阱中具有同樣多的電荷。t3時刻，2仍為高電位，3仍為低電位，而1由高到低轉變。此時1下的勢阱逐漸變淺，使1下的剩余電荷繼續向2下的勢阱中轉移。t4時刻，2為高電位，1、3為低電位，2下面的勢阱最深，信號電荷都被轉移到2下面的勢阱中，這與t1時刻的情況相似，但電荷包向右移動了一個電極的位置。當經過一個時鐘周期T后，電

54、荷包將向右轉移三個電極位置，即一個柵周期（也稱一位）。因此，時鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉移到輸出端，其工作過程從效果上看類似于數字電路中的移位寄存器。10.6 簡述光柵式傳感器的基本工作原理。分析為什么光柵式傳感器有較高的測量精度。在長度計量中應用的光柵通常稱為計量光柵，它主要由標尺光柵 (也稱主光柵)和指示光柵組成。二者刻線面相對，中間留有很小的間隙相疊合，便組成了光柵副。當標尺光柵相對于指示光柵移動時，形成的莫爾條紋產生亮暗交替變化。利用光電接收元件接受莫爾條紋亮暗變化的光信號，并轉換成電脈沖信號，經電路處理后用計數器計數可得到標尺光柵移過的距離。光柵傳感器在測量時，

55、可以根據莫爾條紋的移動量和移動方向判定主光柵(或指示光柵)的位移量和位移的方向。由于莫爾條紋有放大作用，就可以把一個微小移動量的測量轉變成一個較大移動量的測量，既方便又提高了測量精度。另外莫爾條紋的光強度變化近似正弦變化，因此便于將電信號做進一步細分，即采用“倍頻技術”，將計數單位變成比一個周期 更小的單位,例如變成 記一個數，這樣可以提高測量精度或可以采用較粗的光柵。此外莫爾條紋是由光柵的大量柵線(常為數百條)共同形成的，而光電元件接收的并不只是固定一點的條紋，而是在一定長度范圍內所有刻線產生的條紋。因此對光柵的刻劃誤差有平均作用，從而可以在很大程度上消除刻線的局部誤差和短周期誤差的影響。1

56、0.7比較主要光子探測器作用、機理、性能及應用特點等方面的差異。光子效應是指單個光子的性質對產生的光電子起直接作用的一類光電效應。探測器吸收光子后，直接引起原子或分子的內部電子狀態的改變。光子能量的大小，直接影響內部電子狀態改變的大小。因為，光子能量是h ，h是普朗克常數, 是光波頻率，所以，光子效應就對光波頻率表現出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應速度一般比較快。10.8 試設計一個利用光電開關測速的測量系統。光電數字轉速傳感器工作原理圖利用光電器件可以構成光電式轉速傳感器，可以將轉速的變化轉換成光通量的變化，再經由光電元件轉換成電量的變化。光電式轉速傳感器工作原理如圖10-40所示，在被測轉速的電機上固定一個調制盤，調制盤的一邊設置光源3，另一邊設置光電元件4，調制盤隨電機轉動，當光線通過小孔照射到光電器件上一次時，光電元件就產生一個電脈沖。電機連續轉動，光電元件就輸出一系列與轉速及圓盤上的孔數成正比的電脈沖數。電脈沖輸入測量電路后被放大和整形，再送入頻率計顯示；也可專門設計一個計數器進行計數和顯示。假設調制盤上有很多個小孔(