传感器复习思考题

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1、1、 什么是测试？什么是测量？说明二者的区别。测试是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法，首先是检测出被测对象的有关信息，然后加以处理，最后将其结果提供给观察者或输入其他信息处理装置、控制系统。测量是以确定被测物属性量值为目的的全部操作。区别：测试技术是属于科学范畴，是具有实验性质的测量，也可以理解为测量和实验的综合。2、 说明测试过程和测试系统的一般组成。测试过程：以适当的方式激励被测对象、信号的检测和转换、信号的调理，分析与处理，显示与记录，以及必要时以电量形式输出测量结果。测试系统：被测对象，传感器，信号调理，传输信号处理，显示记录，反馈、控制，激励装置。3、 什么是信号的频率成

2、分？信号的基本属性是什么？这里所说的信号是指动态信号，称简谐波为动态信号的频率成分，可分为两类：一类是频率相离散的简谐波，称为离散频率成分；另一类是频率相连续的简谐波，称为连续频率成分。基本属性：信号可以分解为许多乃至无穷多个不同频率的简谐波，或者说信号由许多乃至无穷多个简谐波叠加而成。4、 信号有哪些分类方式？如何分类？（1） 按频率成分是否具有确定性，将信号分为两类：即确定性信号与非确定性信号。而确定性信号根据频率成分离散与否分为两大类：第一类是周期信号和准周期信号；第二类是非周期信号。（2） 可分为连续信号和离散信号。（3） 能量信号和功率信号。5、 什么是能量信号，什么是功率信号？（7

3、 页）有一电压信号 x(t)，加到电阻 R 上，其瞬时功率为 P(t)=x(t)/R,当 R=1 时，P(t)=x(t)。瞬时功率对时间积分就是信号在该积分时间内的能量。人们不考虑信号实际的量纲，而把信号 x(t)的平方 x(t)及其积分分别称为信号的功率和能量。能量信号：当 x(t)满足 时，则认为信号的能量是有限的，并称为能量有限信号，简称能量信号。功率信号：若信号在区间(-,+ )的能量是无限的， ，但它在有限区间（t ,t ）的平均功率是有限的， ，这种信号称为功率有限信号，或功率信号。6、 什么是连续信号什么是离散信号？它们与模拟信号和数字信号是否是一回事？连续信号：若信号数学表达式

4、中的独立变量取值是连续的的，则称为。离散信号：若独立变量取离散值，则称为。它们不是一回事：独立变量和信号取值均取连续值的信号称为模拟信号；若离散信号的取值也是离散的，则称为数字信号。7、 准周期信号的频谱有什么特点？周期信号的频谱特点：（1） 周期信号的频谱是离散的（2） 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上，基波频率是诸分量频率的公约数（3） 各频率分量的谱线高度表示该简谐波的幅值或初始相位角。8、 什么是瞬变非周期信号？频谱有什么特点？指在时域内有收敛性的非周期信号（不包括无收敛性的非周期信号和准周期信号） ，其特点是当|t|+ 时，信号 x(t)或趋于零，或趋于它的均值。9、 信号的强度描

5、述方式有哪几种？分别说明。 （9）周期信号的强度以峰值、绝对均值、有效值、和平均功率来表述。峰值 是信号可能出现的最大瞬时值；周期信号全波整流后的均值就是信号的绝对均值 ；有效值是信号的均方根值 ；有效值的平方 均方值就是信号的平均功率 ，即它反映信号的功率大小。10、 信号的强度描述有什么用途？11、 对测试系统的基本要求是什么？具有单值的、确定的输入输出关系，即每一个输入量都应只有一个单一的输出量与之对应，知道其中一个量就可以确定另一个量。12、 测试装置的基本特性是什么？它取决于什么？所谓测试装置的基本特性就是当信号性态（静态或动态）确定后，描述输入和输出之间关系的输出函数的特性。它完全

6、取决于测试装置本身及使用条件，与信号的具体形式无关。13、 工程中遇到的测试问题分哪几类？分别说明。第一类问题：系统特性已知，输出可以观测，依据特性和测取的输出来推断输入。第二类问题：系统特性已知，输入时人为规定的已知量，观测输出是否是有特性所规定的理论结果。第三类问题：输入已知，输出可观测，通过输入和输出来研究系统的特性，或对系统运行状态，特性的变化等做出判断，是更为复杂的测试工作。14、 常用做测试装置的系统有几种？分别是什么系统？常用的测试装置可根据系统输出和输入的关系，大体上分为两类，分别是线性系统和代数系统。15、 线性系统的主要性质有哪些？（1） 复合叠加原理（2） 比例特性（3）

7、 微分特性（4） 积分特性（5） 频率保持性16、 什么是代数系统？有什么特点？当测试系统的输出 y(t)和输入 x(t)之间的函数可以用一般的代数形式来描述时，称该系统为代数系统。代数系统具有线性系统的所有性质，且在频率保持性上更优越，即对简谐信号的响应没有滞后问题，且幅值响应为常数。17、 什么是计量？它与测量有什么不同？计量是指实现单位统一和量值准确可靠的测量；而测试是具有实验性的测量。18、 什么是测量装置的误差？什么是测量装置的精度？测量装置精度有哪些？各对应什么误差？什么是测量装置的相对误差？测量装置的示值和被测量的真值之间的差值称为装置的示值误差，可简称为测量装置的误差。测量装置

8、的准确度是表示测量装置给出接近于被测量真值的示值的能力，它反映测量装置的总误差。该总误差包括系统误差和随机误差。19、 什么是测量装置的量程？它与测量范围有什么关系？什么是测量装置的灵敏度？它与测量范围有什么关系？ 测量装置的示值范围的上、下限之差的模称为量程。其测量范围是指使该装置的误差处于允许极限内它所能测量的被测量值的范围。常用的静态测试装置其输出 y 应尽量与输入 x 保持线性关系，及 y=Sx，式中 S 就是测试装置的静态灵敏度，又称标度因子，理想的灵敏度应当是时不变的常数。20、 什么是测量装置的线性度？线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。21、 什么是测量装置

9、的回程误差？回程误差也称为滞后或变差。它是描述测试装置的输出同输入变化方向有关的特性。它可以是一般滞后现象的后果，也可能反映着装置死区的存在。22、 什么是测量装置的稳定度和漂移？稳定度是指测量装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力。测量装置的测量特性随时间的慢变化称为漂移。23、 什么是传感器？工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换为同种或别种量值的输出的器件称为。24、 传感器的常用分类方式有哪些？如何分？（1） 按被测量分：可分为位移传感器、力传感器和温度传感器等；（2） 按工作原理分：机械式、电子式、光学式、流体式等；（3） 按信号变换特征：物性型和结构型（4） 按能

10、量关系：能量转换型和能量控制型（5） 按输出信号分：模拟式和数字式 25、 什么是能量转换型传感器？请举例说明。也称为无源传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的。例如：热电偶温度计、弹性压力计等。26、 什么是能量控制性传感器？请举例说明也称为有源传感器，是从外部供给辅助能量使传感器工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。例如：电阻应变计中电阻接与电桥上，电桥工作能源有外部供给，而由被测量变化所引起的电阻变化去控制电桥输出。27、 什么是物性型传感器？有什么特点？是依靠敏感原件材料本身物理化学性质的变化来实现信号的变换的。28、 请列举出 5 种生活中常用的机械式传感器？弹簧弹簧秤、

11、波登管压力表、波纹膜片压力表、双金属片温度计、测力环-三等标准测力仪29、 简述电阻应变式传感器的变换原理，说明金属应变片式和半导体应变片式的区别，各有什么特点，应用场合有什么不同？电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化。金属应变片的工作原理是基于应变片发生变形时，其电阻值发生变化，半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应，它们最主要的区别在于：前者利用导体形变引起电阻的变化，后者利用半导体电阻率变化引起电阻变化。简述金属应变片的静态特性。 （85页）（1） 灵敏系数（2） 横向效应（3） 机械滞后、零点漂移和蠕变30、 金属应变片的动态特性有哪些？用金属应变片测量动态量应注意哪些因素？

12、（88）（1） 应变极限和疲劳寿命（2） 动态响应特性31、 应变片常采用的电桥电路的平衡条件是什么？有几种电桥？各电桥适合于什么场合？（90）平衡条件：相对桥臂电阻乘积相等，或者相邻桥臂电阻之比相等。共有两种：直流电桥和交流电桥。32、 什么是电桥的电压灵敏度？差动电桥有什么优点？（90）设 R1 为工作应变片，应变使电阻变化R1，U0 为输出端电压，则定义 ，为单臂工作应变片的电桥电压灵敏度，其物理意义是，单位电阻相对变化量引起电桥（输出）电压的大小。优点：提高灵敏度，减少非线性误差。33、 应变片的温度误差是怎么产生的？（93）环境温度变化时，敏感栅本身的电阻随温度变化，同时由于敏感栅本

13、身材料与弹性体材料的线性膨胀系数不同，应变片产生附加应变，也引起电阻变化。34、 温度误差补偿方法有哪些？（93）温度误差补偿方法有线路补偿法和自身补偿法。35、 画图举例说明常用的应变式力传感器的形式。 （95）36、 说明半导体应变片的优缺点，应用时应注意什么？半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，另外还有机械滞后小、横向效应小以及它本身体积小等特点，其最大缺点是温度稳定性能差、灵敏度分散度大以及在较大应变作用下非线性误差大等。37、 电感式传感器的变换原理什么？有几种电感式传感器？分别可以测量什么量？举例说明。电感式传感器是把被测量，如位移等转化为电感量变化的一种装置。第一种，自感型，分为

14、可变磁阻式和涡电流式，涡电流式传感器可用于动态非接触测量，例如：径向振摆测量、轴心轨迹测量、转速测量、穿透式测量、零件计数器和表面裂纹测量。第二种，互感型差动变压器式电感传感器。它被广泛应用于直线位移的测量。38、 电容式传感器的变换原理是什么？有几种电容式传感器？各自的特点是什么？（104）电容式传感器是将被测物理量转换为电容量变化的装置，它实质上是一个具有可变参数的电容器。根据电容器变化参数，可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三类。（1） 极距变化型传感器的优点是可进行动态非接触式测量，对被测系统的影响小，灵敏度高，使用与较小的位移的测量，但这种传感器有线性误。（2） 面积变化型传感

15、器的优点是输出与输入成线性关系，但与极距变化型传感器相比灵敏度较低，适用于较大直线位移及角位移的测量。（3） 介质变化型传感器可用来测量电解质的液位或某些材料的厚度、温度与湿度等，也可用来测量空气的湿度。39、 应用电容式传感器要特殊注意什么？40、 说明压电式传感器的变换原理，其特点是什么？（109）压电式传感器的工作原理是利用压电晶的压电效应，它是一种可逆型换能器，即可以将机械能转换为电能，也可以将电能转换为机械能。这种传感器具有灵敏度高，固有频率高、结构简单、体积小、工作可靠等优点；其主要缺点是无静态输出，要求很高的输出阻抗，需要低电容低噪声电缆等。41、 磁电式传感器的工作原理是什么？

16、可以测量那些物理量？（114）磁电式传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。可以测频数、测转速、偏心测量、振动测量。42、 常用的半导体式传感器有几种？每种的变换原理是什么？（116）磁敏式传感器、光敏式传感器、热敏式传感器、气敏式传感器、湿敏式传感器、固态图像传感器、集成传感器43、 传感器的选用原则是什么？（124）（1）灵敏度、 （2）响应特性、 （3）线性范围、 （4）可靠性、 （5）精确度、 （6）测量方式、 （7）还应兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。44、 教科书 P127 3-1、3-4、3-5、3-8、3-9、3-16、3-1845、 气动测量方法有哪几种？气动测量点的主要特点有哪些？（214）气动测量按其工作原理可分为：压力式、流量式、流速式。主要特点：（1）可以进行非接触测量，测量力可以很小，适宜于对容易发生变形的薄壁件尺寸的测