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1、 总复习 一 填空题 测量系统的静态特性数学模型常用代数方程来表示 动态特性通常用微分方程来表示 测试系统的基本要求是实现不失真测试 衡量传感器静态特性的重要指标是线性度 灵敏度 迟滞和精确性等 在时域中衡量传感器动态特性的重要指标是上升时间 响应时间 过调量等 传感器由敏感元件 转换元件 测量电路三部分组成 光电效应分为三类 即 外光电效应 相应的器件有光电管 光电倍增管 光电导效应 相应的器件有光敏电阻 光生伏特效应 相应的器件有光电池 一阶传感器的传递函数为H S k 1 s 幅频特性为A 相频特性为 许多传感做成差动式 这是因为它们可以提高灵敏度 减小非线性 并能有效的改善由于温度等环
2、境影响造成的误差 常用的热电阻有铜热电阻和铂热电阻 热电偶测温原理是基于热电效应 该效应产生的热电势是由佩尔贴效应 接触电势 和汤姆逊效应 温差电势 引起的 常用的热电阻有铜热电阻和铂热电阻 湿度的表示方法有相对湿度 绝对湿度 露点 干湿球湿度计 其干球测量的是环境温度 湿球测量的是露点温度 差动放大电路是把两个输入信号分别输入到运算放大器的同相端与反相端 然后在输出端取出两个信号的差模成分 而尽量抑制两个信号的共模成分的电路 将传感器送来的测量信号转变为可传递的标准信号的仪表 称为变送器 阻尼比是传感器设计和选用时要考虑的一个重要参数 一般系统应工作于 欠阻尼 状态 传感器动态特性的数学模型
3、有四种表示方法 即微分方程 传递函数 频率响应函数 单位脉冲响应 传感器按工作原理分类 可分为应变式 电容式 电感式 光电式 压电式 热电式等 弹性式压力计是根据弹性元件的变形和所受压力成比例的原理来工作的 压力表的使用范围通常为全量程的1 3和2 3之间 热电偶产生热电势的条件是 两热电极材料相异 两接点温度相异 用热偶测量温度时 必须考虑热偶 冷端补偿 电容式传感器有变隙式 变面积式和变电介质式三种基本结构形式 压电式传感器的等效电路有电荷型等效电路 电压型等效电路 允许用长电缆连接的放大器为电荷放大器 差压式流量计包括 节流装置 导压管 变送器 三部分 涡街流量变送器输出信号的 频率 与
4、流量成正比 静压式液位计是根据流体 静压 平衡原理工作的 浮筒式液位计测量液位是基于 阿基米德 原理 超声波物位计是利用 回声测距法 的原理制成的一种物位仪表 声波从 发射 至 接收 的时间间隔和 物位高度 成正比 具有压电效应的材料称为压电材料 常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷 一个典型的测试系统一般由传感器 信号调理电路及记录 显示仪器等组成 1 Theimportantparametersusedtodescribethestaticbehaviorofsensorsarelinearity sensitivity hysteresisandprecision 2 Forsecond
5、ordersensors therearetwodynamicparameters naturalfrequencyanddampingratio 3 Differentialstructureofsensorscanreducelinearity increasesensitivityandcompensatetemperatureerrorbyusingbridgecircuit4 TherearetwooperationmethodsofWheatstonebridge balancemeasurementanddeflectionmeasurement5 Apiezoelectrics
6、ensorcanbeequivalentastheconnectionofachargegeneratorandacapacitorinparallelortheconnectionofavoltagesourceandacapacitorseries 6 Capacitivesensorscanbeclassifiedasvariabledistancecapacitivesensors variableareacapacitivesensorsandvariabledielectriccapacitivesensors 二 不定项选择题 一阶系统的动态表征参数是 D A 线性度B 固有频率
7、C 阻尼比D 时间常数2 将电阻应变片贴在 C 上 就可以分别做成测力 位移 加速度等参数的传感器 A 质量块B 导体C 弹性元件D 机器组件3 用相邻双臂桥检测的应变式传感器 为使其灵敏度高 非线性误差小 C A 两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B 两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C 两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D 两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 4 下列对反相放大电路特点的描述不正确的是 A 抗干扰能力强B 输入阻抗低C 共模误差小D 常用作前置放大电路5 压电式传感器可等效为 AC A 电荷源B 电流源C 电压源D 电阻6 半导体应变片具有 A 等优点
8、A 灵敏度高B 温度稳定性好C 可靠性高D 接口电路复杂7 滤波器是具有频率 作用的电路或运算系统 A 缩小B 放大C 选择D 转换7 PWM控制电路是指 控制电路 A 调幅B 调频C 调相D 脉冲调宽 三 名词解释 1 传感器sensor 传感器是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的装置 2 线性度linearity 在规定条件下 传感器校准曲线与理论拟和直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度 3 压电效应piezoelectriceffect 指某些物质当受到外力作用 几何尺寸发生变化时 内部极化 表面上出现电荷集聚 形成电场 当外力去掉时 又重新回到原来状
9、态 这种现象称为压电效应 4 霍尔效应Halleffect 在与磁场垂直的半导体薄片上通以电流 由于受到洛仑兹力的作用 电子将向一侧偏转 并使该侧形成电子的积累 而另一侧形成正电荷积累 于是元件的横向形成了电场 这种现象就称为霍尔效应 5 热电偶thermocouple 利用热电效应制成的一种进行温度测量的传感器 四 回答问题 1 对于一个指针式仪表 一般情况下总是要求其工作在阻尼比 0 6 0 7的条件下 为什么 答 对于二阶装置来说 其动态特性有如下特点 1 当 0 7时 几乎无共振现象 其幅频特性曲线水平段最长 这意味着测量装置对这段频率范围内任意频率的信号 具有相同的缩放能力 信号不易
10、产生幅频失真 2 相频特性曲线几乎是一条斜直线 这意味着各输出信号的滞后相角与其相应的频率成正比 信号不易产生相频失真 3 0 7左右时系统属于欠阻尼系统 响应快 无共振 0 7左右 测量装置的误差最小 精度最高 所以 二阶装置一般总要求其阻尼比在0 6 0 7左右 热电偶的三大定律是什么 给出具体说明 并指出其应用意义 中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体C 只要第三种导体的两接点温度相同 则回路中总的热电动势不变 为用仪表直接测量热电偶电动势提供了依据 中间温度定律 热电偶在两接点温度分别为T T0时的热电动势等于该热电偶在接点温度分别为T Tn和接点温度分别为Tn T0时的相应热电
11、动势的代数和 为制定热电偶分度表奠定了基础 标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知 则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势可由其表示 大大简化了热电偶的选配工作 超声波流量计的工作原理 答 超声波在流体中传播时 其传播速度和相位受流体流速的影响 将穿过流体的超声波信号进行适当处理 就可测量出流体的速度 从而得知流体的流量 热电偶测温时为什么需要进行冷端补偿 答 热电偶热电势的大小与其两端的温度有关 其温度热电势关系曲线是在冷端温度为0 时分度的 在实际应用中 由于热电偶冷端暴露在空间受到周围环境温度的影响 所以测量中的冷端温度不可能保持在0 不变 也不可
12、能固定在一个固定的温度不变而热电势既决定于热端温度 也决定于冷端温度 所以如果冷端温度自由变化 必然会引起测量误差 为了消除这种误差 必需进行冷端温度补偿 4 压电式传感器测量电路分几类 各有什么特点 答 分为两类 电压放大器和电荷放大器电压放大器 输出电压与输入电荷成正比 且其输出受导线的影响较大 故要求导线长度小于1 5米 电荷放大器 输出电压与输入电荷成正比 其输出受导线的影响可忽略 故导线可长达数百米 但价格比较昂贵 5 与其他的测温传感器相比 热敏电阻有什么样的优缺点 优点 1 灵敏度高 2 体积小 热惯性小 响应快 3 使用方便 缺点 元件的稳定性和互换性较差 非线性误差较大 五
13、计算题 1 如下图所示 一个电容式位移传感器用于监测工件的位置变化 两个金属圆柱体被一层塑胶物隔开 塑胶物的厚度d 1mm 相对介电常数为2 5 如果半径r 2 5cm 当外圆柱体在内圆柱体间上下滑动的时候 求灵敏度 pF m 当h从1 0cm变化到2 0cm时 求电容的变化范围 已知真空中的介电常数 0 8 85 10 12F m 解 因为 A 2 rh 可得 带入各参数 由于电容与h成线性关系 可得电容的变化范围 Cmin 3475pF m 10 2m 34 75pFCmax 3475pF m 2 10 2m 69 50pF 2 有一金属电阻应变片 其灵敏度k 2 5 R 120 设工作时
14、其应变为800 R为多少 画出测量应变的线性电桥电路 并求电桥直流供电电压为10V 电桥的输出电压 解 1 电阻变化量 R 由可得 R k R 2 5 800 10 6 120 0 24 2 电路图如下图所示 将题设代入 可得Uo U R 2R 10mV 4 图a为一实用放大电路 差动输入信号经屏蔽传输导线送入芯片AD623的3脚和2脚进行信号放大 其中芯片AD623的引脚含义及内部原理如图b所示 根据图a写出此放大电路的差模增益表达式 若要使差模增益为101倍 则AD623的1和8引脚间所接的Rp电阻为多大 图a中1脚和8脚引出后经电压跟随器接于传输导线的屏蔽层上 请说明这种接法有何作用 a b 六 电路分析题 六 综合分析题 判断是非并说明原因 对于欠阻尼传感器系统 1 幅频响应A 的峰值在固有频率 n处 Theend 感谢亲观看此幻灯片 此课件部分内容来源于网络 如有侵权请及时联系我们删除 谢谢配合
