河南理工大學檢測課後答案（部分）
1.1檢測的概念是什麼？
檢測是人們借助於專門裝置，通過一定的技術手段和方法，對被測物件收集資訊、取得數量概念的過程。它是乙個比較過程，即將被檢測物件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資料的方式，檢測可分為偏差式、零位式和微差式。
3．按接觸關係分類根據檢測敏感元件與被測介質的接觸關係，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。
５．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物件施加能量，檢測系統可分為主動式和被動式兩類。
1.3什麼是誤差？誤差產生的原因是是什麼？
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，各部分的作用是什麼？
檢測系統主要由敏感元件、訊號的轉換與處理電路、顯示電路和訊號傳輸電路組成。
敏感元件：將非電量轉換為電訊號；
訊號處理電路：將代表被測量特徵的訊號變換成能進行顯示或輸出的訊號；
顯示電路：將被測物件以人能感知的形式表現出來；
訊號傳輸電路：將訊號（資料）從一點（或乙個地方）送另一點（或地方）。
4.1 簡述感測器的組成及其各部分的功能？
通常，感測器由敏感元件和轉換元件組成。其中，敏感元件是指感測器中能直接感受或響應被測量的部分；轉換元件是指感測器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適於傳輸或測量的電訊號部分。由於感測器輸出訊號一般都很微弱，需要有訊號調理與轉換電路，進行放大、運算調製等，此外訊號調理轉換電路以及感測器的工作必須有輔助的電源， 因此訊號調理轉換電路以及所需的電源都應作為感測器組成的一部分。
隨著半導體器件與整合技術在感測器中的應用，感測器的訊號調理轉換電路與敏感元件一起整合在同一晶元上，安裝在感測器的殼體裡。
4.2 感測器靜態特性效能指標及其各自的意義是什麼？
感測器的靜態特性指標主要有線性度、遲滯、重複性、靈敏度、分辨力、閾值、穩定性、漂移等，其中，線性度、靈敏度、遲滯和重複性是四個較為重要的指標。
線性度感測器的線性度是指感測器的輸出與輸入之間數量關係的線性程度。
靈敏度靈敏度是感測器靜態特性的乙個重要指標。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。
遲滯感測器在輸入量由小到大（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
重複性重複性是指感測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
5.1 什麼是自感感測器？為什麼螺管式自感式感測器比變氣隙式的測量範圍大？
答：自感式感測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。由於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，變氣隙式自感感測器(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。
而差動螺管式自感感測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，線性範圍和量程較大。
5.2 在使用自感式感測器時，為什麼電纜長度和電源頻率不能隨便改變？
答：等效電感變化量為
上式表明自感式感測器的等效電感變化量與感測器的電感、寄生電容及電源角頻率有關。因此在使用自感式感測器時，電纜長度和電源頻率不能隨便改變，否則會帶來測量誤差。若要改變電纜長度或電源頻率時，必須對感測器重新標定。
5.3 什麼是互感感測器？為什麼要採用差動變壓器式結構？
互感式感測器也稱為變壓器式感測器，把被測位移轉換為感測器線圈的互感變化。這種感測器是根據變壓器的基本原理製成的，並且次級線圈繞組採用差動式結構，故稱之為差動變壓器式感測器，簡稱差動變壓器。
當銜鐵處於中間位置時，由於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。
5.5 零點殘餘電壓產生的原因是什麼？如何消除？
答：零點殘餘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）基波分量主要是感測器兩次級線圈的電氣引數和幾何尺寸不對稱，以及構成電橋另外兩臂的電器引數不一致，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，由於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）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。採用磁路可調式結構，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遮蔽，也能有效地減小高次諧波。
2）選用合適的訊號調理電路。消除零點殘餘電壓的最有效的方法是在放大電路前加相敏檢波電路。
3）**路補償方面主要有：加串聯電阻消除零點殘餘電壓的基波分量；加併聯電阻、電容消除零點殘餘電壓的高次諧波；加反饋支路消除基波正交分量或高次諧波分量。
5.6 為什麼說渦流式感測器也屬於電感感測器？
答：渦流式感測器是基於電渦流效應原理製成的，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。被測物件以某種方式調製磁場，從而改變激勵線圈的電感。
因此，電渦流式感測器也是一種特別的電感感測器。
6.1 什麼是壓電效應？壓電效應的特點是什麼？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；當外力去掉後，又重新恢復到不帶電狀態；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。
6.2壓電感測器為什麼只適用於動態測量？
答：壓電感測器可以看作是乙個帶電的電容器，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
才能長期儲存下來，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引數。
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於哪些場合？
答：常見的壓電元件的組合形式有串聯和併聯兩種方式。其中並聯接法輸出電荷大，本身電容也大，時間常數大，適用於測量慢變訊號，當採用電荷放大器轉換壓電元件上的輸出電荷q時，併聯方式可以提高感測器的靈敏度，所以併聯方式適用於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，當採用電壓放大器轉換壓電元件上的輸出電壓時，串聯方法可以提高感測器的靈敏度，所以串聯方式適用於以電壓作為輸出訊號，並且測量電路輸入阻抗很高的地方。
6.4壓電感測器為什麼要接前置放大器？常用的前置放大電路有幾種？各有什麼特點？
答：由於壓電感測器的輸出訊號非常微弱，一般將電訊號進行放大才能測量出來。但因壓電感測器的內阻抗相當高，不是普通放大器能放大的，而且，除阻抗匹配的問題外，連線電纜的長度、雜訊都是突出的問題。
為解決這些問題，通常，感測器的輸出訊號先由低雜訊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（即感測器的輸出電壓）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.電容式感測器有哪三大類？分別適用於測量哪些物理量？
答：電容式感測器分為變面積式電容感測器、變間隙式電容感測器、變介電常數式感測器。變面積式電容感測器可用於檢測位移、尺寸等參量；變間隙式電容感測器可以用來測量微小的線位移；變介電常數式感測器可以用來測定各種介質的物理特性（如濕度、密度等）。
8.4.電容式感測器能否用來測量濕度？試說明其工作原理。
答：採用變介電常數型的電容感測器即可測量濕度。被測物質作為介質處於電容的兩個固定極板之間，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磁電式感測器的基本原理是什麼？
答：磁電式感測器是通過磁電作用將被測量(如振動、位移、轉速等)轉換成電訊號的一種感測器。磁電感應感測器的工作原理可認為是發電機原理。
磁電感測器以導體和磁場發生相對運動而產生電動勢為基礎。根據電磁感應定律。具有匝的線圈，其內的感應電動勢e的大小取決於貫穿該線圈的磁通的變化速率．即
9.3試舉一磁電式感測器的應用的例子，並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感測器的原理變換成霍爾電勢。霍爾式壓力感測器就是其中的一種。
它首先由彈性元件將被測壓力變換成位移，由於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**性變化的磁場中移動，從而輸出霍爾電勢。霍爾式壓力感測器結構原理如圖(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，波登管伸長，使霍爾元件在恆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。
9.4什麼是霍爾效應？為什麼半導體材料適合於做霍爾元件？
答：霍爾效應為若在某導體薄片的兩端通過控制電流i，並在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為b的磁場，則，在垂直於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。
霍爾係數: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係數係數很小,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,所以半導體的霍爾係數係數比金屬大得多,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!
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