河南理工大學(xué)檢測(cè)考試重點(diǎn).doc

河南理工大學(xué)檢測(cè)課后答案（部分）1.1檢測(cè)的概念是什么？檢測(cè)是人們借助于專(zhuān)門(mén)設(shè)備，通過(guò)一定的技術(shù)手段和方法，對(duì)被測(cè)對(duì)象收集信息、取得數(shù)量概念的過(guò)程。它是一個(gè)比較過(guò)程，即將被檢測(cè)對(duì)象與它同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，獲得被檢測(cè)量為標(biāo)準(zhǔn)量的若干倍的數(shù)量概念。1.2檢測(cè)有哪些分類(lèi)方法？1按檢測(cè)過(guò)程分類(lèi) 檢測(cè)方法可分為直接法、間接法和組合法。2按檢測(cè)方式分類(lèi) 根據(jù)獲取數(shù)據(jù)的方式，檢測(cè)可分為偏差式、零位式和微差式。3按接觸關(guān)系分類(lèi) 根據(jù)檢測(cè)敏感元件與被測(cè)介質(zhì)的接觸關(guān)系，檢測(cè)方法可分為接觸式和非接觸式兩種。4按被測(cè)量的變化快慢分類(lèi)根據(jù)被測(cè)量的變化的快慢，可分為靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)兩類(lèi)。按檢測(cè)系統(tǒng)是否施加能量分類(lèi)根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)是否需要向被測(cè)對(duì)象施加能量，檢測(cè)系統(tǒng)可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類(lèi)。1.3什么是誤差？誤差產(chǎn)生的原因是是什么？誤差：檢測(cè)結(jié)果偏離真值的大小稱(chēng)為誤差。檢測(cè)誤差的大小反映了檢測(cè)結(jié)果的好壞，即檢測(cè)精度的高低。產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因主要有以下四個(gè)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(cè)系統(tǒng)由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？檢測(cè)系統(tǒng)主要由敏感元件、信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理電路、顯示電路和信號(hào)傳輸電路組成。敏感元件：將非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；信號(hào)處理電路：將代表被測(cè)量特征的信號(hào)變換成能進(jìn)行顯示或輸出的信號(hào)；顯示電路：將被測(cè)對(duì)象以人能感知的形式表現(xiàn)出來(lái)；信號(hào)傳輸電路：將信號(hào)（數(shù)據(jù)）從一點(diǎn)（或一個(gè)地方）送另一點(diǎn)（或地方）。4.1 簡(jiǎn)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(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等，此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源， 因此信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及所需的電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)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(tài)特性性能指標(biāo)及其各自的意義是什么？傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移等，其中，線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性是四個(gè)較為重要的指標(biāo)。線性度傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。靈敏度靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義是輸出量增量與引起輸出量增量的相應(yīng)輸入量增量之比。遲滯傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象稱(chēng)為遲滯重復(fù)性重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度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測(cè)量范圍大？答：自感式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈的自感變化，通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出的裝置。由于轉(zhuǎn)換原理的非線性和銜鐵正、反方向移動(dòng)時(shí)自感變化的不對(duì)稱(chēng)性，變氣隙式自感傳感器(包括差動(dòng)式結(jié)構(gòu))，只有工作在很小的區(qū)域，才能得到一定的線性度。而差動(dòng)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(shí)，為什么電纜長(zhǎng)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(guān)。因此在使用自感式傳感器時(shí)，電纜長(zhǎng)度和電源頻率不能隨便改變，否則會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。若要改變電纜長(zhǎng)度或電源頻率時(shí)，必須對(duì)傳感器重新標(biāo)定。5.3 什么是互感傳感器？為什么要采用差動(dòng)變壓器式結(jié)構(gòu)？互感式傳感器也稱(chēng)為變壓器式傳感器，把被測(cè)位移轉(zhuǎn)換為傳感器線圈的互感變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)線圈繞組采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，故稱(chēng)之為差動(dòng)變壓器式傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)差動(dòng)變壓器。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，由于兩個(gè)次級(jí)線圈完全對(duì)稱(chēng)，通過(guò)兩個(gè)次級(jí)線圈的磁力線相等，互感，感應(yīng)電勢(shì)，總輸出電壓為0。當(dāng)銜鐵向左移動(dòng)時(shí)，總輸出電壓。當(dāng)鐵芯向右移動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)方向，其特性曲線為形特性曲線。5.5 零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？如何消除？答：零點(diǎn)殘余電壓由基波分量和高次諧波構(gòu)成，其產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面。1）基波分量主要是傳感器兩次級(jí)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)，以及構(gòu)成電橋另外兩臂的電器參數(shù)不一致，從而使兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)的幅值和相位不相等，即使調(diào)整銜鐵位置，也不能同時(shí)使幅值和相位都相等。2）高次諧波主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性引起。當(dāng)磁路工作在磁化曲線的非線性段時(shí)，激勵(lì)電流與磁通的波形不一致，導(dǎo)致了波形失真；同時(shí)，由于磁滯損耗和兩個(gè)線圈磁路的不對(duì)稱(chēng)，產(chǎn)生零位電壓的高次諧波。3）激勵(lì)電壓中包含的高次諧波及外界電磁干擾，也會(huì)產(chǎn)生高次諧波?？梢詮囊韵聨追矫嫦?）從設(shè)計(jì)工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性。首先，要保證線圈和磁路的對(duì)稱(chēng)性，要求提高銜鐵、骨架等零件的加工精度，線圈繞制要嚴(yán)格一致。采用磁路可調(diào)式結(jié)構(gòu)，保證磁路的對(duì)稱(chēng)性。其次，鐵芯和銜鐵材料要均勻，應(yīng)選高導(dǎo)磁率、低矯頑磁力、低剩磁的導(dǎo)磁材料。另外，減小激勵(lì)電壓的諧波成分或利用外殼進(jìn)行電磁屏蔽，也能有效地減小高次諧波。2）選用合適的信號(hào)調(diào)理電路。消除零點(diǎn)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(bǔ)償方面主要有：加串聯(lián)電阻消除零點(diǎn)殘余電壓的基波分量；加并聯(lián)電阻、電容消除零點(diǎn)殘余電壓的高次諧波；加反饋支路消除基波正交分量或高次諧波分量。5.6 為什么說(shuō)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(yīng)原理制成的，即利用金屬導(dǎo)體中的渦流與激勵(lì)磁場(chǎng)之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的原理工作的。被測(cè)對(duì)象以某種方式調(diào)制磁場(chǎng)，從而改變激勵(lì)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。6.1 什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)的特點(diǎn)是什么？以石英晶體為例，說(shuō)明壓電元件是怎樣產(chǎn)生壓電效應(yīng)的？答：當(dāng)沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)施加壓力或拉力而使其變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變；產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的特點(diǎn)是具有可逆性。當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨著消失。6.2壓電傳感器為什么只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量？答：壓電傳感器可以看作是一個(gè)帶電的電容器，當(dāng)外接負(fù)載時(shí)，只有外電路負(fù)載無(wú)窮大，內(nèi)部也無(wú)漏電時(shí)，受力所產(chǎn)生的電壓才能長(zhǎng)期保存下來(lái)，若負(fù)載不是無(wú)窮大，則電路以時(shí)間常數(shù)RLCa按指數(shù)規(guī)律放電，無(wú)法測(cè)量。所以不能測(cè)量頻率低或靜止的參數(shù)。6.3常見(jiàn)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(chǎng)合？答：常見(jiàn)的壓電元件的組合形式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。其中并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容也大，時(shí)間常數(shù)大，適用于測(cè)量慢變信號(hào)，當(dāng)采用電荷放大器轉(zhuǎn)換壓電元件上的輸出電荷q時(shí)，并聯(lián)方式可以提高傳感器的靈敏度，所以并聯(lián)方式適用于以電荷作為輸出量的地方。串聯(lián)接法的輸出電壓大，本身電容小，當(dāng)采用電壓放大器轉(zhuǎn)換壓電元件上的輸出電壓時(shí)，串聯(lián)方法可以提高傳感器的靈敏度，所以串聯(lián)方式適用于以電壓作為輸出信號(hào)，并且測(cè)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(diǎn)？答：由于壓電傳感器的輸出信號(hào)非常微弱，一般將電信號(hào)進(jìn)行放大才能測(cè)量出來(lái)。但因壓電傳感器的內(nèi)阻抗相當(dāng)高，不是普通放大器能放大的，而且，除阻抗匹配的問(wèn)題外，連接電纜的長(zhǎng)度、噪聲都是突出的問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，通常，傳感器的輸出信號(hào)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(chēng)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(qū)別是：使用電壓放大器時(shí)，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)電纜電容的變化非常敏感，尤其是連續(xù)電纜長(zhǎng)度變化更為明顯；而使用電荷放大器時(shí)，電纜長(zhǎng)度變化的影響差不多可以忽略不計(jì)。8.1.電容式傳感器有哪三大類(lèi)？分別適用于測(cè)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(shù)式傳感器。變面積式電容傳感器可用于檢測(cè)位移、尺寸等參量；變間隙式電容傳感器可以用來(lái)測(cè)量微小的線位移；變介電常數(shù)式傳感器可以用來(lái)測(cè)定各種介質(zhì)的物理特性（如濕度、密度等）。8.4.電容式傳感器能否用來(lái)測(cè)量濕度？試說(shuō)明其工作原理。答：采用變介電常數(shù)型的電容傳感器即可測(cè)量濕度。被測(cè)物質(zhì)作為介質(zhì)處于電容的兩個(gè)固定極板之間，濕度改變時(shí)，介電常數(shù)發(fā)生變化，電容相應(yīng)發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)電路檢測(cè)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(guò)磁電作用將被測(cè)量(如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁電感應(yīng)傳感器的工作原理可認(rèn)為是發(fā)電機(jī)原理。磁電傳感器以導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)為基礎(chǔ)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律。具有匝的線圈，其內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小取決于貫穿該線圈的磁通的變化速率即9.3試舉一磁電式傳感器的應(yīng)用的例子，并畫(huà)簡(jiǎn)圖說(shuō)明其工作原理。答：任何非電量只要能轉(zhuǎn)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(shì)?；魻柺綁毫鞲衅骶褪瞧渲械囊环N。它首先由彈性元件將被測(cè)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(chǎn)生位移時(shí)將帶動(dòng)霍爾元件，使它在線性變化的磁場(chǎng)中移動(dòng)，從而輸出霍爾電勢(shì)?；魻柺綁毫鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)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(dāng)輸入壓力增加時(shí)，波登管伸長(zhǎng)，使霍爾元件在恒定梯度磁場(chǎng)中產(chǎn)生相應(yīng)的位移，輸出與壓力成正比的霍爾電勢(shì)。9.4什么是霍爾效應(yīng)？為什么半導(dǎo)體材料適合于做霍爾元件？答：霍爾效應(yīng)為若在某導(dǎo)體薄片的兩端通過(guò)控制電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，則，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)為霍爾電勢(shì)或霍爾電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)?；魻栂禂?shù):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(shù)系數(shù)很小,霍爾效應(yīng)不明顯，而半導(dǎo)體中的載流子的密度比金屬要小得多,所以半導(dǎo)體的霍爾系數(shù)系數(shù)比金屬大得多,能產(chǎn)生較大的霍爾效,故霍爾元件不用金屬材料而是用半導(dǎo)體!9.5霍爾元件產(chǎn)生不等位電勢(shì)的主要原因有哪些？怎樣補(bǔ)償？答：不等位電勢(shì)是一個(gè)主要的零位誤差。造成不等位電勢(shì)的主要原因是：在制作霍爾元件時(shí)，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(huì)產(chǎn)生不等位電勢(shì)。在分析不等位電勢(shì)時(shí)，可以把霍爾元件等效為一個(gè)電橋，如圖9-14所示。電橋的四個(gè)橋臂為r1、r2、r3、r4。若兩個(gè)霍爾電極在同一等位面上時(shí)，r1=r2=r3=r4，則電橋平衡，輸出電壓U0為零。當(dāng)霍爾電極不在同一等位面上時(shí)，四個(gè)橋臂電阻不相等，電橋處于不平衡狀態(tài)，輸出電壓U0不為零?？梢?jiàn)，補(bǔ)償?shù)姆椒ň褪亲岆姌蚱胶馄饋?lái)，一般情況下，采用補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償，效果良好。上圖給出了幾種常見(jiàn)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。（a）（b）（c）（d）均為控制電流為直流的情況下的補(bǔ)償。可見(jiàn)，雖然在電路上有所不同，但基本的補(bǔ)償思想都是一致的，都是通過(guò)并聯(lián)的可調(diào)電阻通過(guò)阻值的調(diào)整而使得電橋電阻達(dá)到平衡。9.8簡(jiǎn)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(cè)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(chǎn)生位移時(shí)將帶動(dòng)霍爾元件，使它在線性變化的磁場(chǎng)中移動(dòng)，從而輸出霍爾電勢(shì)?；魻柺綁毫鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)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(dāng)輸入壓力增加時(shí)，波登管伸長(zhǎng)，使霍爾元件在恒定梯度磁場(chǎng)中產(chǎn)生相應(yīng)的位移，輸出與壓力成正比的霍爾電勢(shì)。10.1光敏電阻、光電二級(jí)管和光電三極管是根據(jù)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(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)、由光電導(dǎo)材料制成的沒(méi)有極性的光電元件，也稱(chēng)為光導(dǎo)管。光電二級(jí)管根據(jù)反偏電壓pn結(jié)光伏效應(yīng)工作的探測(cè)器；光電三極管是根據(jù)無(wú)偏壓pn結(jié)光伏效應(yīng)工作的探測(cè)器；光敏電阻用于測(cè)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(jí)。10.5 以表面溝道CCD為例，簡(jiǎn)述CCD電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)電容器。正如其它電容器一樣，MOS電容器能夠存儲(chǔ)電荷。如果MOS結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極（稱(chēng)為柵）上加一個(gè)正的階梯電壓時(shí)（襯底接地），Si-SiO2界面處的電勢(shì)（稱(chēng)為表面勢(shì)或界面勢(shì)）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的P型硅中多數(shù)載流子空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓VG超過(guò)MOS晶體管的開(kāi)啟電壓，則在Si-SiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢(shì)能較低，我們可以形象化地說(shuō)：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢(shì)阱，可以用來(lái)存儲(chǔ)電子。當(dāng)表面存在勢(shì)阱時(shí)，如果有信號(hào)電子（電荷）來(lái)到勢(shì)阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來(lái)到勢(shì)阱中，表面勢(shì)將降低，耗盡層將減薄，我們把這個(gè)過(guò)程描述為電子逐漸填充勢(shì)阱。勢(shì)阱中能夠容納多少個(gè)電子，取決于勢(shì)阱的“深淺”，即表面勢(shì)的大小，而表面勢(shì)又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢(shì)阱越深。如果沒(méi)有外來(lái)的信號(hào)電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢(shì)阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲(chǔ)電荷。以典型的三相CCD為例說(shuō)明CCD電荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個(gè)柵為一組的間隔緊密的MOS結(jié)構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個(gè)柵的柵電極連接到同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)上，亦稱(chēng)時(shí)鐘脈沖。三相時(shí)鐘脈沖的波形如下圖所示。在t1時(shí)刻，1高電位，2、3低電位。此時(shí)1電極下的表面勢(shì)最大，勢(shì)阱最深。假設(shè)此時(shí)已有信號(hào)電荷（電子）注入，則電荷就被存儲(chǔ)在1電極下的勢(shì)阱中。t2時(shí)刻，1、2為高電位，3為低電位，則1、2下的兩個(gè)勢(shì)阱的空阱深度相同，但因1下面存儲(chǔ)有電荷，則1勢(shì)阱的實(shí)際深度比2電極下面的勢(shì)阱淺，1下面的電荷將向2下轉(zhuǎn)移，直到兩個(gè)勢(shì)阱中具有同樣多的電荷。t3時(shí)刻，2仍為高電位，3仍為低電位，而1由高到低轉(zhuǎn)變。此時(shí)1下的勢(shì)阱逐漸變淺，使1下的剩余電荷繼續(xù)向2下的勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移。t4時(shí)刻，2為高電位，1、3為低電位，2下面的勢(shì)阱最深，信號(hào)電荷都被轉(zhuǎn)移到2下面的勢(shì)阱中，這與t1時(shí)刻的情況相似，但電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)電極的位置。當(dāng)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個(gè)電極位置，即一個(gè)柵周期（也稱(chēng)一位）。因此，時(shí)鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端，其工作過(guò)程從效果上看類(lèi)似于數(shù)字電路中的移位寄存器。10.6 簡(jiǎn)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(cè)量精度。 在長(zhǎng)度計(jì)量中應(yīng)用的光柵通常稱(chēng)為計(jì)量光柵，它主要由標(biāo)尺光柵 (也稱(chēng)主光柵)和指示光柵組成。二者刻線面相對(duì)，中間留有很小的間隙相疊合，便組成了光柵副。當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)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(hào)，并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，經(jīng)電路處理后用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)可得到標(biāo)尺光柵移過(guò)的距離。光柵傳感器在測(cè)量時(shí)，可以根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)量和移動(dòng)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(gè)微小移動(dòng)量的測(cè)量轉(zhuǎn)變成一個(gè)較大移動(dòng)量的測(cè)量，既方便又提高了測(cè)量精度。另外莫爾條紋的光強(qiáng)度變化近似正弦變化，因此便于將電信號(hào)做進(jìn)一步細(xì)分，即采用“倍頻技術(shù)”，將計(jì)數(shù)單位變成比一個(gè)周期更小的單位,例如變成記一個(gè)數(shù)，這樣可以提高測(cè)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(shù)百條)共同形成的，而光電元件接收的并不只是固定一點(diǎn)的條紋，而是在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)所有刻線產(chǎn)生的條紋。因此對(duì)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。10.8 試設(shè)計(jì)一個(gè)利用光電開(kāi)關(guān)測(cè)速的測(cè)量系統(tǒng)。 光電數(shù)字轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖利用光電器件可以構(gòu)成光電式轉(zhuǎn)速傳感器，可以將轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)換成光通量的變化，再經(jīng)由光電元件轉(zhuǎn)換成電量的變化。光電式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理如圖10-40所示，在被測(cè)轉(zhuǎn)速的電機(jī)上固定一個(gè)調(diào)制盤(pán)，調(diào)制盤(pán)的一邊設(shè)置光源3，另一邊設(shè)置光電元件4，調(diào)制盤(pán)隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)光線通過(guò)小孔照射到光電器件上一次時(shí)，光電元件就產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，光電元件就輸出一系列與轉(zhuǎn)速及圓盤(pán)上的孔數(shù)成正比的電脈沖數(shù)。電脈沖輸入測(cè)量電路后被放大和整形，再送入頻率計(jì)顯示；也可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示。假設(shè)調(diào)制盤(pán)上有很多個(gè)小孔(如20，30，60)，調(diào)制盤(pán)每轉(zhuǎn)一周，光電元件接受光的次數(shù)等于盤(pán)上的開(kāi)孔數(shù)。如開(kāi)孔數(shù)為60，記錄過(guò)程的時(shí)間為t秒，總脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速11.1工業(yè)上鉑熱電阻為什么要采用三線制接線? 答：工業(yè)上鉑熱電阻電阻本體引線和連接導(dǎo)線電阻會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差，常采用三線制接線來(lái)消除這種誤差。熱電阻用三根導(dǎo)線、和引出,與指示儀表串聯(lián)，分別串入測(cè)量電橋的相鄰兩臂。在測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，導(dǎo)線電阻發(fā)生變化。然而的電阻變化不影響電橋的平衡，和的電阻變化可以相互平衡而自動(dòng)抵消。電橋調(diào)零時(shí)，應(yīng)使，其中為熱電阻在參考溫度(如0)時(shí)的電阻值。11.2 熱電阻傳感器有哪兒種?各有何特點(diǎn)及用途?答：熱電阻傳感器按電阻溫度特性的不同通常分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類(lèi)，一般把前者簡(jiǎn)稱(chēng)為熱電阻，后者簡(jiǎn)稱(chēng)為熱敏電阻。金屬熱電阻傳感器主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行測(cè)量。熱電阻傳感器廣泛用來(lái)測(cè)量-120500的溫度。隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其使用范圍也在不斷擴(kuò)展。例如，在特定情況下,可用于檢測(cè)15K(0=273K)的超低溫和10001300的高溫，并表現(xiàn)出足夠好的特性。其特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高。在檢測(cè)中、低溫時(shí)輸出信號(hào)比熱電偶大的多，靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和多點(diǎn)檢測(cè)。半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度而變化的性質(zhì)制成的溫度敏感元件。半導(dǎo)體和金屬具有完全不同的導(dǎo)電機(jī)理。金屬的電阻值隨溫度的升高而增大，而大多數(shù)半導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而急劇地下降。在溫度變化1時(shí)，金屬電阻的阻值變化0.46，而半導(dǎo)體熱敏電阻的阻他變化36。半導(dǎo)體熱敏電阻隨溫度變化的靈敏度高，因此可用它來(lái)測(cè)量0.01或更小的溫度差異。11.3 常用熱電阻有幾種?它們各是什么?它們的結(jié)構(gòu)類(lèi)型有幾種?各是什么?答：常見(jiàn)的熱電阻傳感器有：鉑熱電阻、銅熱電阻和銦電阻，錳電阻，碳電阻。工業(yè)用金屬熱電阻的結(jié)構(gòu)通常有三種類(lèi)型，即普通型熱電阻、鎧裝熱電阻和薄膜熱電阻。11.4 熱敏電阻有幾種類(lèi)型?它們的性能有何區(qū)別?答：三種類(lèi)型，分別為：負(fù)溫度系數(shù)(NTC)型熱敏電阻、正溫度系數(shù)(PTC)型熱敏電阻、臨界溫度系數(shù)(CTR)型熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)型熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而下降。PTC熱敏電阻主要采用BaTiO3系材料制成。當(dāng)溫度超過(guò)某一數(shù)值(居里溫度點(diǎn))時(shí)，其電阻值隨溫度的升高而急劇增大，當(dāng)溫度低于居里溫度點(diǎn)時(shí)，具有半導(dǎo)體特性。CIR熱敏電阻采用VO3系列材料制成。從溫度特性曲線可見(jiàn)，其電阻值隨溫度變化的特性屬劇變型，具有開(kāi)關(guān)特性，其主要用于溫度開(kāi)關(guān)使用。11.5在圖11-28所示電路中，試分析可變電阻RP、電阻R3、Rt1，Rt3之間的關(guān)系。答：由圖可知此圖是電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)電路。把三只特性相同的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，,(經(jīng)測(cè)試阻值在20時(shí)為10；100時(shí)為1；110時(shí)為0.6)串聯(lián)在一起，貼在三相電機(jī)繞組的附近(緊靠繞組的頂端)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，繞組溫度較低，熱敏電阻值較高，三極管不通，繼電器J不動(dòng)作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載或斷相或一相與地短路時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組溫度劇增，與繞組相挨的熱敏電阻的阻值將會(huì)急劇減小，小到一定值，三極管完全導(dǎo)通，繼電器J通電吸合，電動(dòng)機(jī)被切斷，起到保護(hù)作用。其中可變電阻RP、電阻R3、Rt1，Rt3之間存在一個(gè)相互變化的關(guān)系，以確保能達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)作用。11.9 什么是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)？熱電勢(shì)與導(dǎo)體的接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)之間有什么關(guān)系？答：兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成的閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種物理現(xiàn)象稱(chēng)