傳感器與檢測(cè)技術(shù)課后習(xí)題答案

1、第一章 1什么是傳感器它由哪幾個(gè)部分組成分別起到什么作用 解：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、 便于應(yīng)用的某種 物理量的測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。敏感 元件是直接感受被測(cè)量， 并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的物理量； 轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出 作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 2傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面 解：（1）開(kāi)發(fā)新的敏感、傳感材料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會(huì)使半導(dǎo)體硅 材料的性能改變，從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后，尋找發(fā)現(xiàn)具有新 原

2、理、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件。 （2）開(kāi)發(fā)研制新型傳感器及組成新型測(cè)試系統(tǒng) MEMS 技術(shù)要求研制微型傳感器。如用于微型偵察機(jī)的 CCD 傳感器、用于管道爬壁 機(jī)器人的力敏、視覺(jué)傳感器。 研制仿生傳感器 研制海洋探測(cè)用傳感器 研制成分分析用傳感器 研制微弱信號(hào)檢測(cè)傳感器 （3）研究新一代的智能化傳感器及測(cè)試系統(tǒng)：如電子血壓計(jì)，智能水、電、煤氣、熱量 表。它們的特點(diǎn)是傳感器與微型計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合， 構(gòu)成智能傳感器。 系統(tǒng)功能最大程度地用 軟件實(shí)現(xiàn)。 （ 4）傳感器發(fā)展集成化： 固體功能材料的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展， 為傳感器 集成化開(kāi)辟了廣闊的前景。 （ 5）多功能與多參數(shù)傳感器的研究：

3、 如同時(shí)檢測(cè)壓力、 溫度和液位的傳感器已逐步走向 市場(chǎng)。 3傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系靜態(tài)參數(shù)有哪些各種參數(shù)代表什么意義動(dòng)態(tài) 參數(shù)有那些應(yīng)如何選擇 解：在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中， 要對(duì)各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制， 就要求傳感器能感受 被測(cè)非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量， 這取決于傳感器的基本特性， 即輸出 輸入特性。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、 靈敏度，遲滯和重復(fù)性等。 1）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； 2 ）傳感器的靈敏度 S是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽吭隽?廚與引起輸出量增量 窗的輸入量增量 Ax 的比值； 3）傳感器的遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡?/p>

4、輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐唐陂g其輸出-輸入特 性曲線不重合的現(xiàn)象； 4）傳感器的重復(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）傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。漂移 包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、 固有頻率和阻尼比等。 1）瞬態(tài)響應(yīng)特性：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間響應(yīng)。在研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，有時(shí)需要 從時(shí)域中對(duì)傳感器的響應(yīng)和過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行分析。這種分析方法是時(shí)域分析法，傳感器對(duì)所加 激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)

5、、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。 2）頻率響應(yīng)特性：傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)法是 從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。為了減小動(dòng)態(tài)誤差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍， 一般是提高傳感器固有頻率3n。 4.某位移傳感器，在輸入量變化5 mm時(shí)，輸出電壓變化為 300 mV,求其靈敏度。 3 解：其靈敏度k 丄 300 10360 X 5 10 第二章 1 .什么是應(yīng)變效應(yīng)什么是壓阻效應(yīng)什么是橫向效應(yīng) 解：應(yīng)變效應(yīng)，是指 在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。 壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率p發(fā)生變化的現(xiàn)象。 橫向效應(yīng)，是指將直的電阻絲繞成敏

6、感柵后，雖然長(zhǎng)度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于應(yīng) 變片敏感柵的電阻變化較小，因而其靈敏系數(shù)k較電阻絲的靈敏系數(shù) k0小的現(xiàn)象。 2、試說(shuō)明金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不同之處。 解：金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲 式、箔式和薄膜式三種。箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵， 其優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好，允許通過(guò)的電流較大，便于批量生產(chǎn)，可制成各種所需的形狀； 缺點(diǎn) 是電阻分散性大。薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成 艸以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大，允 許電流密度大，

7、工作范圍廣。 半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。半導(dǎo) 體應(yīng)變片的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，比金屬絲式應(yīng)變片高5080倍，尺寸小，橫向效應(yīng)小, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。 3、應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么 解：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因：當(dāng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵溫度系數(shù)及 柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測(cè)量帶來(lái)了附加誤差。 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法：通常有線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。 1) 電橋補(bǔ)償是最常用的且效果較好的線路補(bǔ)償法。電橋補(bǔ)償法簡(jiǎn)單易行，而且能在較大 的溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償，但上

8、面的四個(gè)條件不一滿足，尤其是兩個(gè)應(yīng)變片很難處于同一溫度場(chǎng)。 2) 應(yīng)變片的自補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片。 4、鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。試求 求鋼材的應(yīng)變。 鋼材的應(yīng)變?yōu)?00X 10時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少 A R/R=所以 A l/l應(yīng)變)=5 10 l F 是 R/R=2 A l/)。因?yàn)殡娮枳兓适?l l6 因 300 10 ,所以 R. R 2 300 10 6 10 5、如系題圖1-1所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度 系數(shù)k 2.05，未受應(yīng)變時(shí)R1 120 ，當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變

9、8 10 4，求 3V，求電橋 (1)應(yīng)變片電阻變化量R1和電阻相對(duì)變化量 R/R。 (2)將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流 輸出電壓是多少。 R1 (a) (b) 習(xí)題圖1-1等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng) Ri 解：(1) Ri 2.05 8 10 41.64 10 3, R k R 1.64 10 3 120 0.1968 Uo e(RR & RiR2 R3 R3& ER & 7R尺&)(&rj R4R1 ER3 r (1 衛(wèi)邑)(1R4) R RR3 設(shè)橋臂比n ，分母中R1/R1可忽略，并考慮到平衡條件 13，則上式可寫為: R2 R4 廠 n R (1 n)2 R1 3 一 n

10、2 3 1.64 10 (1 n) 3 n 4.92 10 2 1 n 6、單臂電橋存在非線性誤差，試說(shuō)明解決方法。 解：為了減小和克服非線性誤差， 常采用差動(dòng)電橋在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉 應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂， 稱為半橋差動(dòng)電路， 由教材中的式（2-42）可知, Uo與A R1/R1呈線性關(guān)系，差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KV=E/2，比單臂工 作時(shí)提高一倍，同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用。 第三章 1 .為什么電感式傳感器一般都采用差動(dòng)形式 解：差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性，提高靈敏度外，對(duì)電源電壓、頻率的波動(dòng)及溫度變 化等外界影響也有補(bǔ)償作用；作用在銜鐵

11、上的電磁力， 是兩個(gè)線圈磁力之差， 所以對(duì)電磁力 有一定的補(bǔ)償作用，從而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。 2.交流電橋的平衡條件是什么 解：由交流電路分析可得 U (乙乙 乙乙)要滿足電橋平衡條件，即 Uo 0，則有： (乙 Z2XZ3 Z4) Z1Z4 Z2Z3 3 渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關(guān)被測(cè)體對(duì)渦流傳感器的靈敏度有何影 響 解：電渦流的徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑的倍范圍內(nèi)， 且分布不均勻。 渦流貫穿深度h k./(f)，定義在渦流密度最大值的jm/e處。被測(cè)體的平面 不應(yīng)小于傳感器線圈外D的2倍，厚度大于2倍貫穿度h時(shí)，傳感器靈敏度幾 乎不受影響。 4 渦流式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什

12、么 解：電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等 進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量， 另外還具有體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。 5 電渦流傳感器除了能測(cè)量位移外，還能測(cè)量哪些非電量 解：還可以對(duì)厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量。 第四章 1 某電容傳感器(平行極板電容器)的圓形極板半徑r 4(mm)，工作初始極板間距離 00.3(mm)，介質(zhì)為空氣。問(wèn)： (1 )如果極板間距離變化量1( m)，電容的變化量 C是多少 (2 )如果測(cè)量電路的靈敏度 k1 100( mV pF)，讀數(shù)儀表的靈敏度 k2 5 (格/ mV)在 1(

13、 m)時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少 解：(1 )根據(jù)公式 C SSSd2 ，其中S= r2 dd dd dd (2 )根據(jù)公式0 k2 1k1100 1 10 3 1，可得到11-0.02 k25 2 寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號(hào)影響傳感器的 精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。 解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈 敏度，而且這些電容(如電纜電容)常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測(cè)量 精度。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激 勵(lì)的條件下工作而不可忽

14、視其附加損耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如圖4-8所示。圖中L 包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；Co為傳感器本身的電容； Cp為引線電纜、 所接測(cè)量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實(shí)用性能 的關(guān)鍵之一；Rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；甩為高濕、高溫、高 頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。 此時(shí)電容傳感器的等效靈敏度為 (4-28) CeC。心2LC。)2kg dd(12LCo)2 當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時(shí)，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的 固有電感（包括電纜電感）有關(guān)，且隨3變化

15、而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或 者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。 3 簡(jiǎn)述電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。 解：優(yōu)點(diǎn)：（1）溫度穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)響應(yīng)好（4）可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有 平均效應(yīng) 缺點(diǎn)：（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差（2 ）寄生電容影響大 4 電容式傳感器測(cè)量電路的作用是什么 解：電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小，這樣微小的電容量還不能直接被目 前的顯示儀表顯示， 也很難被記錄儀接受， 不便于傳輸。這就必須借助于測(cè)量電路檢出這一 微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。電容轉(zhuǎn)換電路有 調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型交流

16、電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等 5下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測(cè)量電路，其中 CX為傳感器電容，C 為固定電容，假設(shè)運(yùn)放增益 A=x，輸入阻抗Zn；試推導(dǎo)輸出電壓Uo與極板間 距的關(guān)系，并分析其工作特點(diǎn)。 題圖4-1 Il I2 dUi c - dt cx學(xué) dt 兩邊積分得到: cUi Uo CXU O cUi cdUi CXS 式中負(fù)號(hào)表示輸出電壓 U 0的相位與電源電壓反相。上式說(shuō)明運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板 間距離d線性關(guān)系。運(yùn)算放大器電路解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問(wèn)題。 但要求Zi及放大倍數(shù)K足夠大。為保證儀器精度，還要求電源電壓Ui的幅值和固定電容 C 值穩(wěn)定。 第

17、五章 1.簡(jiǎn)述正、逆壓電效應(yīng)。 解：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè) 表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)， 電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電 效應(yīng)。反之，如對(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨 之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。 2 .壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些 解：壓電材料的主要特性參數(shù)有：（1）壓電常數(shù)：壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)， 它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。（2）彈性常數(shù)：壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電 器件的固有

18、頻率和動(dòng)態(tài)特性。（3）介電常數(shù)：對(duì)于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容 與介電常數(shù)有關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（4）機(jī)械耦合系數(shù)：在壓 電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根；它 是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。（5）電阻壓電材料的絕緣電阻： 將減少 電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。（6）居里點(diǎn)：壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫 度稱為居里點(diǎn)。 3 簡(jiǎn)述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)。 解：電壓放大器的應(yīng)用具有一定的應(yīng)用限制，壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時(shí)，連 接電纜不能太長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：微型電壓放大電路可以和傳感器做

19、成一體，這樣這一問(wèn)題就可以得 到克服，使它具有廣泛的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：電纜長(zhǎng)，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然 使傳感器的電壓靈敏度降低。不過(guò)由于固態(tài)電子器件和集成電路的迅速發(fā)展， 電荷放大器的優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓 Uo與電纜電容Cc無(wú)關(guān)，且與Q成正比，這是電荷放大器 的最大特點(diǎn)。但電荷放大器的缺點(diǎn)：價(jià)格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。 否則在傳 要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過(guò)載放大保護(hù)電路, 感器過(guò)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的輸出電壓。 4 能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力為什么 解：不可以，壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的測(cè)量 誤差較小，它的

20、測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來(lái)測(cè)量靜 態(tài)壓力。 5.題圖5-1所示電荷放大器中Ca=100 PF,Ra=,Rf=m,Ri=m,CF=10PF。若考慮引線 電容Cc影響，當(dāng)Ao=104時(shí),要求輸出信號(hào)衰減小于1%,求使用90 PF/m的電纜，其最大 允許長(zhǎng)度為多少 題圖5-1 解: U0Ca Cc Ci (1 K)Cf 因此若滿足 1 K Cf ? Ca Cc Ci 時(shí)，式6-4) 可表示為 Q Cf 第六章 1.說(shuō)明霍爾效應(yīng)的原理 解：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于 電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍

21、爾效應(yīng)。 3 2.某霍爾元件| b d為1.0 0.35 0.1cm沿I方向通以電流I 1.0mA，在垂直lb面方向加有均勻磁場(chǎng) B 0.3T ,傳感器的靈敏度系數(shù)為 22V/A.?T，試求其輸出霍爾電勢(shì)及載 流子濃度。 (q 1.602 10 19C) 解：UH Rh IB KH IB，式中KH=R/d稱為霍爾片的靈敏度 所以輸出的霍爾電勢(shì)為片 22 1 10 3 0.3 6.6 10 3，因?yàn)閁H，式中令 ned Rh=-1/ （ ne），稱之為霍爾常數(shù)，其大小取決于導(dǎo)體載流子密度，所以濃度 3 IB 1 100.3 UHdq = 6.6 10 3 0.1 1.602 10 19 3 .磁

22、電式傳感器與電感式傳感器有何不同 解：磁敏式傳感器是通過(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)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用 導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成 易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、重量、振動(dòng)等轉(zhuǎn) 換成線圈自感量 L或互感量M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝 置。 4 .霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān) 解：根據(jù)下面這個(gè)公式可以得到 Uh KHlBf （丄），霍爾

23、電勢(shì)還與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B, Kh為霍爾片的靈敏度,霍爾元件的長(zhǎng)度 b L和寬度b有關(guān)。 第七章 1.什么是熱電勢(shì)、接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì) 解：兩種不同的金屬 A和B構(gòu)成的閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行加熱， 使其溫度為T,而另一點(diǎn)置于室溫 T0中，則在回路中會(huì)產(chǎn)生的電勢(shì)就叫做熱電勢(shì)。由于兩種 不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)叫做接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)（又稱湯姆森電勢(shì))是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。 2 說(shuō)明熱電偶測(cè)溫的原理及熱電偶的基本定律。 解：熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變 化的特征來(lái)達(dá)到測(cè)量的目的。通常將被

24、測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化， 通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，就可由電壓電流這些電參數(shù)的變化來(lái)表達(dá)所測(cè)溫度的變化。 熱電偶的基本定律包括以下三種定律： 1) 中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后， 對(duì)熱電偶的回路的總電勢(shì)無(wú)影響。 2) 參考電極定律：如果導(dǎo)體 C熱電極作為參考電極，并已知標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的 熱電勢(shì)，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度(T,T0下，任意兩導(dǎo)體 A、B組成的熱電偶，其電勢(shì)可由下 式求得 Eab仃,) Eac (T,To) Ecb(T,T。) 3) 中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T, To時(shí)的熱電勢(shì)，等于該熱電偶在接

25、 點(diǎn) T、Ta和 Ta、To時(shí)的熱電勢(shì)之和，即 Eab(T,To) EAB(T,Ta) EAB(Ta T) 3 已知在其特定條件下材料 A與鉑配對(duì)的熱電勢(shì) EAPt(T, To) 13.967mV，材料B與鉑配對(duì) 的熱電勢(shì)EB pt(T, To) 8.345mV，試求出此條件下材料 A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。 解：根據(jù)熱電偶基本定律中的參考電極定律可知，當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T, T0時(shí)，用導(dǎo)體A, B組 成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即： EAB (T ,T0) Eac(T,T0)EcB (T ,T0) Eac T,T。Ebc(T,T。)13.976 8.345 5

26、.631mV 4 Pt100和Cu50分別代表什么傳感器分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的主 要作用。 解: Pt100代表鉑熱電阻傳感器， Cu50代表銅熱電阻傳感器。 三線制可以減小熱電阻與測(cè)量 儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完全消除引線電阻 對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫常采用三線制和四線制連接法。 5.將一只靈敏度為C的熱電偶與毫伏表相連，已知接線端溫度為 50C，毫伏表的輸出為 60 mv,求熱電偶熱端的溫度為多少 解: T -60750oC 0.08 6 試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。 解：熱電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小

27、的熱電式傳感器 ，熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨 溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。 熱電阻傳感器的測(cè)量精度高；有較大的測(cè)量范圍，它可 測(cè)量一200500C的溫度；易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。 熱電阻由電阻體、 保護(hù)套 和接線盒等部件組成。其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)實(shí)際使用制作成各種形狀。 熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鈷、錳、鎳等的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高 溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。熱敏電 阻具有以下優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；電阻率高，熱慣性?。坏?它阻值與溫度變化呈非線性，且穩(wěn)定性和互換性較差。 第八章 1 什么是光電效應(yīng)

28、，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解釋。 解：光電效應(yīng)首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信 號(hào),光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類： a）在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)； 1 b）受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。 2 分別列舉屬于內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的光電器件。 解：外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。 內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 3 .簡(jiǎn)述CCD的工作原理。 解：CCD的工作原理如下：首先構(gòu)成CCD的基本單元是 MOS電容器，如果 MOS電容器中 的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施

29、加一個(gè)正電壓時(shí)，在其電極下形成所謂耗盡層，由于 電子在那里勢(shì)能較低，形成了電子的勢(shì)阱，成為蓄積電荷的場(chǎng)所。CCD的最基本結(jié)構(gòu)是一系 列彼此非?？拷?MOS電容器，這些電容器用同一半導(dǎo)體襯底制成，襯底上面覆蓋一層氧 化層，并在其上制作許多金屬電極，各電極按三相（也有二相和四相）配線方式連接。CCD 的基本功能是存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移信息電荷，為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)換：必須使MOS電容陣列的排 列足夠緊密，以致相鄰MOS電容的勢(shì)阱相互溝通，即相互耦合；控制相鄰MOC電容柵極電 壓高低來(lái)調(diào)節(jié)勢(shì)阱深淺，使信號(hào)電荷由勢(shì)阱淺的地方流向勢(shì)阱深處；在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移 必須按照確定的方向。 4 說(shuō)明光纖傳輸?shù)脑怼?解：

30、光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中， 并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的 距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。當(dāng)光纖的直徑比光的波長(zhǎng)大很多時(shí)，可以用幾何光 學(xué)的方法來(lái)說(shuō)明光在光纖內(nèi)的傳播。設(shè)有一段圓柱形光纖，它的兩個(gè)端面均為光滑的平面。 當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成Qi角時(shí)，根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光 纖內(nèi)折射成 Q，然后以 Q角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射，則纖芯 與界面的光線入射角 Qk應(yīng)大于臨界角 加（處于臨界狀態(tài)時(shí)，Q=90o）,即： k c arcs in - 且在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)逐次反射，直至傳播到另一端面。 5 光纖傳感器常用

31、的調(diào)制原理有哪些 解：1)強(qiáng)度調(diào)制原理2)相位調(diào)制原理3)頻率調(diào)制原理4)偏振調(diào)制原理 6 紅外線的最大特點(diǎn)是什么什么是紅外傳感器 解：紅外線的最大特點(diǎn)是具有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。能 將紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置稱為紅外探測(cè)器或紅外傳感器。紅外傳感器一般 由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。 7 光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管在性能上有什么差異，它們分別在什么情 況下選用最合適 解：光敏電阻 (1) 伏安特性：在一定照度下，流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光 敏電阻的伏安特性。光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲

32、線為直線，說(shuō)明其阻值與入射 光量有關(guān)，而與電壓、電流無(wú)關(guān)。在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在 一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒(méi)有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由 耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。 (2 )光譜特性：光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性，亦稱為光譜 響應(yīng)。光敏電阻的靈敏度是不同的。從圖中可見(jiàn)硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見(jiàn)光 區(qū)域，常被用作光度量測(cè)量(照度計(jì))的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)， 常用做火焰探測(cè)器的探頭。 (3) 光照特性：由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測(cè)量元件，一般在自動(dòng) 控制系統(tǒng)中常用作開(kāi)關(guān)式光電信號(hào)傳感元