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工控 专业课

传感器与检测技术-复习

陈己墨 陈己墨 发表于2022-11-20 15:26:33 浏览592 评论0

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第一章、概述

1.1 什么是传感器?

答:传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件转换元件组成。

1.2 传感器的共性是什么?

答:传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性,将非电量(如位 移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、电容、电阻等)输出

1.3 传感器一般由哪几部分组成?

答:传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件。此外,一般还包括信号调理电路、辅助电源等。

1.4 传感器是如何进行分类的?

答:①按输入量分,包括位移传感器速度传感器、温度传感器、压力传感器等;②按输出量分,有模拟式传感器和数字式传感器;③按工作原理分,有应变式电容式电感式压电式热电式传感器等;④按基本效应分,可分为物理型、化学型和生物型三种传感器; ⑤按构成分,分为物性型和结构型;⑥按能量变换关系分,可分为能量变换型和能量控制型传感器。⑦按技术特征分,分为普通传感器和新型传感器

1.5 传感器技术的发展趋势有哪些?

答:总体上说,传感器技术的发展趋势表现为六个方面:一是提高与改善传感器的技术性能;二是开展基础研究,寻找新原理、新材料、新工艺或新功能等;三是传感器的集成化; 四是传感器的智能化;五是传感器的网络化;六是传感器的微型化

1.6 改善传感器性能的技术途径有哪些?

答:①差动技术;②平均技术;③补偿与修正技术;④屏蔽、隔离干扰抑制;⑤稳定性处理。  

第二章、传感器的基本特征

2.1传感器静态特性

线性度:是指传感器输出与输入间成线性关系的程度。

灵敏度:是传感器 在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。通常用Sn或K表示,Sn=dy/dx

分辨力:是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量,反映传感器能够分辨为测量微小变化的能力。

阈值:是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨率。

迟滞:也称回程误差,是在相同测量条件下,对应与同一大小的输入信号传感器,正反行程的输出信号大小不相等的现象。

重复性:表示传感器在输入量按同一方向做全量程,多次测量时所得输入-输出特性曲线一致的程度

漂移:是指传感器在输入量不变的情况下,输出量随时间或温度等变化的现象。漂移与被测输入量物管,将影响传感器的稳定性或可靠性。

精度:也称静态误差是传感器在满量程内任一点的测量,输出值相对被测量理论值的偏离程度

2.2数学模型

叠加性、频率保持特性

传递函数、幅频特性与相频特性

2.3传感器的标定与标准

标定:是利用某种标准仪器对新研制或生产的传感器进行技术鉴定和标度。

标准:是指对使用或储存一段时间后的传感器性能进行再次测试和校正。

静态标定的目的是传感器静态特性指标。(线性度,灵敏度,分辨率,迟滞,重复性。)

动态标定的目的是确定传感器动态特性参数,(频率响应,时间常数,固有频率和阻尼比。)

2.6

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2.7

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2.8

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2.9

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第三章、电阻式传感器

3.1工作原理

应变、

3.2测量电路

直流电桥、全桥差动

3.1 应变电阻式传感器的工作原理是什么?

答:应变式传感器的基本工作原理:当被测物理量作用在弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变,变换成相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,将引起应变敏感元件的电阻值发生变化,通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映 了被测物理量的大小。  

3.5

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3.7

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第四章、电感式传感器

工作原理:

灵敏度:

4.1 根据工作原理的不同,电感式传感器可分为哪些种类?

答:根据工作原理的不同,电感式传感器可分为变磁阻式(自感式)变压器式涡流式(互感式)等种类。  

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第五章、电容式传感器(大题重点)

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课后习题

5.1 根据电容式传感器工作时变换参数的不同,可以将电容式传感器分为哪几种类型?各 有何特点?

答:根据电容式传感器的工作原理,可将其分为 3 种:变极板间距的变极距型、变极板 覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。 变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比,适合测量位移量。 变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比,适合测量线位移和角位移。 变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同,通过介质的改变来实现对被测量的检测,并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。  

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5.6、右侧为两个串一起再与左侧并联

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5.7、可直接带入5.6的方程中然后直接计算

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5.8、直接由线性的关系结论直接计算

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第六章、压电式传感器(没讲)

第七章、磁敏式传感器(仅霍尔传感器)

霍尔效应:当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时,在其两端将产生电位差,这一

现象被称为霍尔效应。

霍尔传感器的线性特性开关特性

7.1 简述变磁通式和恒磁通式磁电感应式传感器的工作原理。

答:恒磁通式传感器是指在测量过程中使导体(线圈)位置相对于恒定磁通变化而实现 测量的一类磁电感应式传感器。 变磁通式传感器主要是靠改变磁路的磁通大小来进行测量,即通过改变测量磁路中气隙 的大小,从而改变磁路的磁阻来实现测量的。  

7.5 什么是霍尔效应?霍尔电势与哪些因素有关?

答:当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时,在其两端将产生电位差,这一 现象被称为霍尔效应

霍尔电势image.png霍尔电势与霍尔电场 EH、载流导体或半导体的宽度 b、载流导体或半导体的厚度 d、电子平均运动速度 v、磁场感应强度 B、电流 I 有关。  

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第八章、热电式传感器

热电效应:

8.1 什么是热电效应、接触电动势、温差电动势?

答:两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起,组成一个回路。当两点温度不同时, 回路中就会产生大小和方向与导体材料及两接点的温度有关的电动势,从而形成电流,这种 现象称为热电效应。  

由于两种导体自由电子密度不同,而在接触处形成的电动势称为接触电动势

将导体分别置于不同的温度场,导体两端就会产生一个热端指向冷端静电场,该电场阻止电子从热端继续想冷端转移,并使电子反方向移动,最终达到动态平衡状态。这样在导体两端产生的电位差称为温差电动势。  

8.2 热电偶的工作原理是什么?

答:热电偶测温原理:热电偶的测温原理基于热电效应。所谓热电效应,就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时,若两个结点的温度不同,那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大,产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小,就可测得温度的大小。

第九章、光电式传感器(没学)

第十章、辐射与波式传感器(没学)

第十一章、化学传感器(没学)

第十二章、生物传感器(没学)

第十三章、新型传感器(不考)

智能传感器的特点

智能传感器的作用:提高测量精度、增加功能、提高自动化程度

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第十四章、参数检测(没画)

测量:测量就是以确定被检测值为目的的一系列操作,即利用物质的物理的、化学的或生

物的特性,对被测对象的信息进行提取、转换以及处理,获得定性或定量结果的过程。

测量方法的分类:直接测量、间接测量、组合测量等

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第十五章、弱信号检测(没学)

第十六章、软测量(没学)

第十七章、多传感器数据融合(没学)

第十八章、误差理论与数据处理基础

量值

量是物体可以从数量上进行确定的一种属性。

由一个数和合适的计量单位表示的量称为量值。

真值是指在一定的时间和空间条件下,能够准确反映被测量真实状态的数值。真值分为理论真值和约定真值两种情形。

误差来源

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