2021年《傳感器與檢測技術(shù)》習(xí)題答案--周杏鵬

1、精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -傳感器與檢測技術(shù)習(xí)題答案第一章1.1答：隨著我國工業(yè)化、信息化步伐加快，現(xiàn)代化建設(shè)中的各行各業(yè)高效生產(chǎn)對(duì)傳感器也檢測技術(shù)的依靠逐步加深；比如：先進(jìn)的傳感器技術(shù)助力現(xiàn)代化石油鉆井平臺(tái)建設(shè)；為了能夠牢靠地采集鉆井平臺(tái)鈷機(jī)塔架上運(yùn)動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，使用了感應(yīng)式傳感器；在整個(gè)新型鉆井中共使用了 60 個(gè)這樣的感應(yīng)式傳感器，方形的接近開關(guān)對(duì)鋼質(zhì)目標(biāo)的感應(yīng)距離增大到20mm, 滿意了近海海上勘探工作環(huán)境極為惡劣的全部要求；1.2答：自動(dòng)檢測系統(tǒng)組成框圖如下：第 10 頁，共 23 頁- - - - - - - - - -被測對(duì)象傳感器

2、信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理輸入設(shè)備信號(hào)儲(chǔ)備信號(hào)輸出信號(hào)顯示對(duì)于傳感器，一般要求是：穩(wěn)壓電源精確性：輸出信號(hào)必需反映其輸入量，即被測量的變化；因此，傳感器的輸出與輸入關(guān)系必需是嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系；穩(wěn)固性：傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時(shí)間和溫度二變化，受外界其他因素的干擾影響亦很小，重復(fù)性要好；靈敏度：即被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號(hào)；其他：如耐腐蝕性、功耗、輸出信號(hào)形式、體積、售價(jià)等；1.3答：功能：信號(hào)調(diào)理：在檢測系統(tǒng)中的作用是對(duì)傳感器輸出的柔弱信號(hào)進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以便利檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示；信號(hào)處理：信號(hào)處理時(shí)自動(dòng)檢測外表，檢測系統(tǒng)

3、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種掌握的中樞環(huán)節(jié)，其作用和人類的大腦相類似；區(qū)分：信號(hào)調(diào)理作用是把信號(hào)規(guī)格化，濾除干擾，信號(hào)處理就是提取信號(hào)中的信息，并對(duì)這些信息依據(jù)功能要求進(jìn)行處理；可以說，信號(hào)調(diào)理是進(jìn)行信號(hào)處理的基礎(chǔ)；組成：信號(hào)調(diào)理：信號(hào)放大、信號(hào)濾波、a/d 轉(zhuǎn)換信號(hào)處理：主要是各種信號(hào)的嵌入式微掌握器、專用高速數(shù)據(jù)處理器（dsp）等1.4答：分類見表1-1p81.5答：依據(jù)被測參量分類，可以分成測量：電工量、熱工量、機(jī)械量、物性和成重量、光學(xué)量、狀態(tài)量等；1.6答： 1.不斷拓展測量范疇，提高管檢測精度和牢靠性2 重視非接觸式檢測技術(shù)討論3 檢測系統(tǒng)智能化其次章2.1答：隨機(jī)誤差：檢測儀器或者測量過程

4、中某些未知或無法掌握的隨機(jī)因素（如儀器某些原件器件性能不穩(wěn)固、外界溫度、濕度變化，空中電磁波擾動(dòng)等）綜合作用的結(jié)果；隨機(jī)誤差的變化通常難以猜測，因此也無法通 過試驗(yàn)的方法確定、修正和排除；但是通過足夠多的測量比較可以發(fā)覺隨機(jī)誤差聽從某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律；從而進(jìn) 行排除；系統(tǒng)誤差：產(chǎn)生緣由大體有：測量所用的工具本身性能不完善或者安裝、布置、調(diào)整不當(dāng)；在測量過程中的溫度濕度、氣壓、電磁干擾等環(huán)境條件發(fā)生變化；測量方法不完善、或者測量所依據(jù)的理論本身不完善；操作人員視讀方式不當(dāng)?shù)?；系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的緣由和變化規(guī)律一般可以通過試驗(yàn)和分析查出，因此系統(tǒng)誤差可以設(shè)法確定并排除；粗大誤差：一般由外界重大干擾或者儀器故障

5、或不正確的操作引起；存在粗大誤差的測量值一般簡潔發(fā)覺， 發(fā)覺后應(yīng)當(dāng)立刻剔除；2.2答：工業(yè)檢測儀器（系統(tǒng)）常以最大引用誤差作為判定其精確度等級(jí)的尺度，外表精確度習(xí)慣上稱精度，精確度等級(jí)習(xí)慣稱為精度等級(jí)；人為規(guī)定，取最大引用誤差百分?jǐn)?shù)的分子作為檢測儀器（系統(tǒng)）精度等級(jí)的標(biāo)志，即用最大引用誤差去掉正負(fù)號(hào)和百分比號(hào)后的數(shù)字來表示精度等級(jí)；2.3答： 20*0.005=0.1 （v）150*0.001=0.15 （v）由運(yùn)算結(jié)果知，表一不僅有更小的肯定誤差，并且其量程對(duì)于測量5v 的電壓更合理；所以挑選表一；2.4答：馬利科夫準(zhǔn)就x =28.030028.010027.980027.940027.96

6、0028.020028.000027.930027.950027.9000x27.972i =0.05800.03800.0080-0.0320-0.01200.04800.0280-0.0420-0.0220-0.0720d=0.12i所系系統(tǒng)存在線性系統(tǒng)誤差阿貝赫梅特準(zhǔn)就a=0.00472=0.001662a=0.0047n1 =0.0054系統(tǒng)中不存在周期性系統(tǒng)誤差2.5要求| rir0 |2.8 的概率，已知標(biāo)準(zhǔn)差=1.5經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布變換， 經(jīng)過查表可知| rir0 |2.8 ,|2.8|,0 |2.8=1.8667 1.87xx12tdt2e2 xx00.010.020.030.

7、040.050.060.070.080.09x00.50.5040.5080.5120.5160.51990.52390.52790.53190.53590.10.53980.54380.54780.55170.55570.55960.56360.56750.57140.57530.20.57930.58320.58710.5910.59480.59870.60260.60640.61030.61410.30.61790.62170.62550.62930.63310.63680.64060.64430.6480.65170.40.65540.65910.66280.66640.670.673

8、60.67720.68080.68440.68790.50.69150.6950.69850.70190.70540.70880.71230.71570.7190.72240.60.72570.72910.73240.73570.73890.74220.74540.74860.75170.75490.70.7580.76110.76420.76730.77030.77340.77640.77940.78230.78520.80.78810.7910.79390.79670.79950.80230.80510.80780.81060.81330.90.81590.81860.82120.8238

9、0.82640.82890.83150.8340.83650.838910.84130.84380.84610.84850.85080.85310.85540.85770.85990.86211.10.86430.86650.86860.87080.87290.87490.8770.8790.8810.8831.20.88490.88690.88880.89070.89250.89440.89620.8980.89970.90151.30.90320.90490.90660.90820.90990.91150.91310.91470.91620.91771.40.91920.92070.922

10、20.92360.92510.92650.92780.92920.93060.93191.50.93320.93450.93570.9370.93820.93940.94060.94180.9430.94411.60.94520.94630.94740.94840.94950.95050.95150.95250.95350.95451.70.95540.95640.95730.95820.95910.95990.96080.96160.96250.96331.80.96410.96480.96560.96640.96710.96780.96860.96930.970.97061.90.9713

11、0.97190.97260.97320.97380.97440.9750.97560.97620.9767在區(qū)間概率等p=0.9693*2-1=0.9386依據(jù) 95%的置信區(qū)間概率查找標(biāo)準(zhǔn)正太分布表，得到p=0.975x=1.96，由公式| r0ri |x1.96rr得到區(qū)間應(yīng)當(dāng)為 0 -1.96,0 +1.96=505.2960,514.70402.6未剔除前 x183，24.224當(dāng) a=0.05 ， kg n, a2.18|x k| =23 ,12 ,60 ,9 ,30 ,3 ,20 ,6 ,12 ,5k g n, a* x =52.81依據(jù) grubbs 準(zhǔn)就，將 243 剔除剔除以

12、后，x176.3，14.42.7x909.8，4.045查找標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表得到當(dāng)置信區(qū)間p=0.98，x=2.33經(jīng)過變換得到區(qū)間為 909.8-9.4, 909.8+9.42.8答：測量誤差總是客觀存在的，但是真值一般是無法精確得到的，因此也就不行能精確的知道測量誤差的精確值，由此引出測量不確定度的概念；2.9答： a 類不確定度的評(píng)定時(shí)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的方法，一般對(duì)同一被測參量進(jìn)行n 次等精度測量得到；b 類不確定度是在測量次數(shù)較少，不能用統(tǒng)計(jì)方法運(yùn)算測量結(jié)果的不確定度時(shí)；2.10x18.18 ，0.42u ax1 xn=1/3*0.42=0.14cmuu2u2cab=0.17cm選取置信率為p=

13、0.95， k=1.65就 u=k*uc =0.28cm該工件結(jié)果為x=18.20.3（ cm）（ p=0.95）第三章3.1答：測量范疇：是傳感器或檢測儀器按規(guī)定的精度對(duì)被測變量進(jìn)行測量的答應(yīng)范疇；上下限：測量范疇的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限；量程：用來表示測量范疇大小，用測量上限和下限值的代數(shù)差表示；關(guān)系：給出傳感器或者檢測儀器的測量范疇便值其測量上下限及量程，反之只給出傳感器或者檢測儀器的量程，卻無法確定其上下限及測量范疇；3.2答：靈敏度：是指測量系統(tǒng)在靜態(tài)測量時(shí)，輸出量的增量與輸入量的增量之比；辨論力：輸出量發(fā)生變化時(shí)，輸入量的最小變化量二者不存在必定聯(lián)系；3.3答：有

14、理論直線法、端基法和最小二乘法；精度最高的是最小二乘法，最差的是理論直線法；3.4答：對(duì)于一階系統(tǒng)，打算于時(shí)間常數(shù)，對(duì)于二階系統(tǒng)，取決于固有角頻率n ，阻尼比，放大倍數(shù)k.；對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，推遲時(shí)間映；3.5ts 、上升時(shí)間tr ，響應(yīng)時(shí)間ts ，峰值時(shí)間t p 等，是一個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好壞的反h s答：y sks2s1x s122nn幅度特性表達(dá)式為a| h j |1k 2 2 2n 2na1000ka500k 1341.11k，誤差為 11%a800k 481251.14k，誤差為 14%3.6j答：不失真測量，需要檢測系統(tǒng)的頻率響應(yīng)形為：h ae j yx a0e3.7答：條件：沒有加速

15、度、振動(dòng)、沖擊及室溫環(huán)境（205 c），相對(duì)濕度不大于85%，大氣壓力為（ 101 7） kpa；步驟：略（ p54）3.8略3.9答：主要因素：略（見p57）牢靠性指標(biāo)：牢靠度、失效率、平均壽命；第四章4.1答：金屬電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)是指金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比的這種效應(yīng)；金屬電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)是指公式drr 12c 12km中電阻應(yīng)變量與幾何應(yīng)變量之間的比例系數(shù)km 12c 12 ；同理，由教程公式（ 4-9）知半導(dǎo)體絲材的應(yīng)變靈敏度系數(shù)為：ks 12e4.2答：橫向效應(yīng)：將直的金屬絲繞成敏銳柵后，雖然長度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，應(yīng)變片敏銳柵的電阻變化要比直的金屬絲要?。粰M向

16、效應(yīng)使得測試的靈敏系數(shù)降低了；為了減小橫向效應(yīng)的影響可采納短接式或直角式橫柵，采納箔式應(yīng)變片也可有效地克服橫向效應(yīng)的影響；4.3答：電阻應(yīng)變片溫度誤差是指當(dāng)應(yīng)變片的工作溫度變化時(shí)應(yīng)變計(jì)的輸出會(huì)在正常輸出基礎(chǔ)上發(fā)生偏移的效應(yīng)；產(chǎn)生緣由主要有兩點(diǎn)：（1）溫度變化引起應(yīng)變片敏銳柵電阻變化而產(chǎn)生附加應(yīng)變；（2）試件材料與敏銳材料的線膨脹系數(shù)不同，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加應(yīng)變；補(bǔ)償方法可采納3 中方法：（ 1）應(yīng)變片自補(bǔ)償可采納單絲自補(bǔ)償或者雙絲自補(bǔ)償（2）橋路補(bǔ)償法（ 3） 熱敏電阻補(bǔ)償法；4.4答：直流電橋的基本形式如教程p75 圖 4-10 所示；按橋臂工作方式的不同可分為：單臂工作電橋、雙臂工作電橋和全

17、臂工作電橋，分別如圖本教材4-12、4-14、4-15 所示；電壓輸出運(yùn)算公式：u0單臂工作電橋：nr2u .n 1r3r11n2 .rr1k1 .r1k.r1 r1r1其中uu .r4 ；此公式是忽視次要因素的簡化公式；r102r雙臂工作電橋：1，此公式為精確公式；uu .r10r全臂工作電橋：1，此公式為精確公式；4.5fesdl解：楊氏模量lf s（ 1）kdrsr（ 2）drs1120. 510 4ks由公式（ 1）（ 2）得：. e .rf =100. 0. 210.0. 5210 54.6解：由圖（ a所示，當(dāng)重力f 作用梁端部后，梁上表面r1 和 r3 產(chǎn)生正應(yīng)變電阻變化而下表面

18、r2 和 r4就產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變電阻變化，其應(yīng)變肯定值相等；6fl1324r1r3r2bt 2er4rkr1r3r2r4rur uk uk6flu0r260. 511329. 82bt 2e1006 10417. 8mv4.7解：如圖所示等截面懸梁臂，在外力f 作用下，懸梁臂產(chǎn)生變形，梁的上表面受拉應(yīng)變，而梁的下表面受壓應(yīng)變；當(dāng)選用四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋電路，就應(yīng)變片如圖所示粘貼；（a）等截面懸臂梁應(yīng)變片應(yīng)變片(b) 應(yīng)變片粘貼方式(c) 測量電路電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的差動(dòng)全橋電路接線如圖3-4所示，r1、r4所受應(yīng)變方向相同，r2、r3 所受應(yīng)變方向相同，但與r1、 r4 所受應(yīng)變方向相

19、反；精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -該電路可采納橋路補(bǔ)償法克服溫度誤差；4.8答： 變極距型電容傳感器 , 一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20 100pf 之間，極板間距離在 25 200 m 的范疇內(nèi)；最大位移應(yīng)小于間距的1/10 ，故在微位移測量中應(yīng)用最廣；變面積型電容式傳感器，能夠進(jìn)行力、位移和轉(zhuǎn)角的測量；變介質(zhì)型電容式傳感器，變介質(zhì)型電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度， 也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度；4.9答：電容式傳感器的測量電路主要有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大式電路、二極管雙t 形電路

20、、差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路等；調(diào)頻電路特點(diǎn)：（1） 轉(zhuǎn)換電路生成頻率信號(hào)，可遠(yuǎn)距離傳輸不受干擾；（2） 具有較高的靈敏度，可以測量高至0.01m 級(jí)位移變化量；（3） 但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后，進(jìn)行補(bǔ)償；運(yùn)算放大式電路特點(diǎn)：（1） 解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問題（2） 要求 zi 及放大倍數(shù)足夠大（3） 為保證儀器精度，仍要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)固（4） 由于 cx 變化小，所以該電路實(shí)現(xiàn)起來困難（5） 輸入阻抗高（防止泄漏）、放大倍數(shù)大（接近抱負(fù)放大器） 二極管雙 t 形電路特點(diǎn)和使用要求參見本教材p92p93；差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路特點(diǎn)參見本教材p94

21、；4.10答：轉(zhuǎn)變傳感器總的電容量，甚至有時(shí)遠(yuǎn)大于應(yīng)當(dāng)傳遞的信號(hào)引起的電容的變化；使傳感器電容變的不穩(wěn)固， 易隨外界因素的變化而變化；可以實(shí)行靜電屏蔽措施和電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)；4.11邊緣效應(yīng)使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性，絕緣結(jié)構(gòu)可排除邊緣效應(yīng)的影響；屏蔽和電纜，排除寄生電容的影響，抗干擾；解決方法： 1、驅(qū)動(dòng)電纜法； 2、整體屏蔽法； 3、采納組合式與集成技術(shù)；4.12答：采納可以差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，可以使非線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，且非線性誤差大為減??；由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它仍能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差；4.13答: 參見本教材 p93p94；4.14答：低頻時(shí)容抗xc 較大，傳輸線的等

22、效電感l(wèi) 和電阻 r 可忽視；而高頻時(shí)容抗xc 減小，等效電感和電阻不可忽視，這時(shí)接在傳感器輸出端相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振，有一個(gè)諧振頻率f 0 存在，當(dāng)工作頻率 ff 0諧振頻率時(shí)，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對(duì)傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作；通常工作第 8 頁，共 23 頁- - - - - - - - - -精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -頻率 10mhz 以上就要考慮電纜線等效電感l(wèi)0 的影響；第 12 頁，共 23 頁- - - - - - - - - -4.15解：變極距平板型電容傳感器輸出的線性表達(dá)式cdcd 0忽視高階項(xiàng)非線性表

23、達(dá)式為cd 1d cd0d0線性度dccelcccd0c由題意得測量答應(yīng)變化量deld 00. 001mm4.16解：kc 0r s24* 4* 100.707pf / cm aa *3.6* d4* 1011*3.6*3.14*0.5*102cr s2* 4* 100.142pf 3.6* d4* 1011*3.6*3.14*0.5*104.17答：電容測厚傳感器是用來對(duì)金屬帶材在軋制過程中厚度的檢測，其工作原理是在被測帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器c1、 c2；把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來成為一個(gè)極，而帶材就是電容的另一個(gè)極，其總電容為

24、c1+c2，假如帶材的厚度發(fā)生變化，將引起電容量的變化，用溝通電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y出來，經(jīng)過放大即可由電表指示測量結(jié)果；4.18答：電感式傳感器種類：自感式、渦流式、差動(dòng)式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器；工作原理：自感、互感、渦流、壓磁；具體參看教材相關(guān)章節(jié)；4.19答：略4.20答：略4.21解：=16mh4.22答：電渦流效應(yīng)：有一通以交變電流i 1 的傳感器線圈，其四周產(chǎn)生一個(gè)交變磁場h1；使該磁場范疇內(nèi)的被測導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電渦流i 2 ， i2 將產(chǎn)生一個(gè)新磁場h2，h2 與 h1 方向相反，力圖減弱原磁場h1,從而導(dǎo)致線圈的電感 l 、阻抗 z 和品質(zhì)因數(shù) q 發(fā)生變化；測量原理：通過等效電

25、路分析，能夠引起這三者變化的因素有， 傳感器線圈與導(dǎo)體之間的距離 x，導(dǎo)體的幾何外形，導(dǎo)體的材質(zhì)，掌握其中某一個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變，余者皆不變， 就能構(gòu)成測量該參數(shù)的傳感器，例如位移測量、探傷、材質(zhì)檢測、測厚等；測量電路：被測量引起變化的電參量有：線圈電感l(wèi)、阻抗 z、或品質(zhì)因數(shù)q 值，針對(duì)不同參量測量電路有三種：諧振電路、電橋電路、q值測試電路4.23答：特點(diǎn)見本教材p107 頁其次段；原理圖見本教材p112 圖 4-63；第五章5.1答：當(dāng)固體在某一方向上承擔(dān)應(yīng)力時(shí)，電阻率發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)；單位應(yīng)力作用下電阻率的相對(duì)變化稱為壓阻系數(shù)；晶向的表示方法有兩種，一種是截距法，一種是法線法

26、；5.2答：一些離子型晶體電介質(zhì)，當(dāng)沿著肯定方向受到機(jī)械力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個(gè)相對(duì)表面上顯現(xiàn)符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，復(fù)原到不帶電狀態(tài)；這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)；當(dāng)作用力方向轉(zhuǎn)變時(shí)，電荷的極性也隨之轉(zhuǎn)變，這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”；當(dāng)在電介質(zhì)方向施加電廠時(shí)，這些電解質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生幾何形變，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”；通常把沿壓電晶體電軸方向的力作用下產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸方向的力作用下產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”5.3答：石英晶體俗稱水晶，有自然和人工之分，自然結(jié)構(gòu)的石英晶體是一個(gè)正六邊

27、形的晶柱；其 z 軸稱為光軸，也成為中性軸，當(dāng)光線沿此軸通過石英晶體時(shí)，無折射；經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸的x 軸稱為電軸，在垂直于此軸的面上壓電效應(yīng)最強(qiáng)； 與 x 軸、 z軸垂直的 y 軸稱為機(jī)械軸，在電廠的作用下，沿該軸方向的機(jī)械形變最明顯；5.4答：圖見圖 5-15 p128；當(dāng)壓電晶體受機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)，在它的兩個(gè)極化面上顯現(xiàn)極性相反電量相等的電荷；故壓電器件實(shí)際上是一個(gè)電荷發(fā)生器；同時(shí)它也是一個(gè)電容器，晶片上集合正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板，極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì)；基于以上分析，壓電傳感器可以等效為一個(gè)與電容相并聯(lián)的電荷源，也可以等效為一個(gè)與電容相串聯(lián)的電壓源；5.5答：參見

28、 5.2.2 等效電路及測量電路中的其次節(jié)測量電路；5.6答：壓電式加速度傳感器主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成；整個(gè)部件裝在外殼內(nèi)， 并由螺栓加以固定；當(dāng)加速度傳感器和被測量物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，依據(jù)牛頓其次定律，此慣性力是加速度的函數(shù)，此時(shí)力作用在壓電原件上，因而產(chǎn)生電荷，當(dāng)傳感器一旦確定，就電荷與加速度成正比；因此通過測量電路測得電荷的大小，即可知道加速度的大??；5.7答：光照耀在物體上就可以看做是一連串的具有能量的粒子轟擊在物體上，這時(shí)物體吸取了光子能量后將引起電效應(yīng)；這種由于吸取了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)就稱為光

29、電效應(yīng)；光電效應(yīng)可分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和阻擋層光電效應(yīng)三種類型；基于外光電效應(yīng)原理工作的光電器件有光電管和光電倍增管；基于內(nèi)光電效應(yīng)原理工作的光電器件有光敏電阻和反向偏置工作的光敏二極管和光敏三極管；基于阻擋層效應(yīng)原理工作的光電器件有光電池；5.8答：電容式傳感器可分為以下幾種：變極矩型電容傳感器：量程遠(yuǎn)小于極板間初始距離是，可認(rèn)為電容的變化量與距離呈線性關(guān)系；變面積型電容式傳感器：電容的變化量與面積的變化量呈線性關(guān)系；變介質(zhì)型電容傳感器：電容量的變化與被測介質(zhì)的移動(dòng)量呈線性關(guān)系；5.9答：調(diào)頻電路：調(diào)頻測量電路是吧電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振

30、蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化；運(yùn)算放大器式電路：運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離呈線性關(guān)系，從而克服了變間隙式電容傳感器的非線性問題；留意的是運(yùn)算放大器要求具有足夠大的放大倍數(shù)，而且輸入阻抗很高；雙 t 二極管型電路：電源，傳感器電容、負(fù)載均可同時(shí)在一點(diǎn)接地；非線性失真小；電源頻率需要穩(wěn)固；輸出電壓較高等；5.10答：光敏電阻：純粹電阻元件，阻值隨光照增加而削減，無光照時(shí)，光敏電阻阻值很大，電路中的電流很??； 當(dāng)受到肯定波長范疇內(nèi)的光照時(shí)，它的阻值急劇減小，電路中的電流快速增大；光敏二極管：在電路中光敏二極管一般處于反向工作狀態(tài)，處于反向偏置的 pn 結(jié)，在無光照時(shí)具有高阻特性，反向暗電流很小；當(dāng)

31、有光照時(shí)，在結(jié)電場作用下，電子向 n 區(qū)運(yùn)動(dòng)，空穴向 p 區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成光電流，方向與反向電流一樣；光的照度愈大，光電流愈大；由于無光照時(shí)的反偏電流很小，因此光照時(shí)的反方向電流基本與光強(qiáng)成正比；光敏晶體管具有兩個(gè)pn 結(jié)，可以看成是一個(gè)bc 結(jié)為光敏二極管的三極管；在光照作用下，二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)被三極管放大；光電池：基于光生伏打特效制成，是自發(fā)式有源器件；它有較大面積的pn 結(jié)，當(dāng)光照耀在pn 結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端顯現(xiàn)電動(dòng)勢；5.11答：光照強(qiáng)度指單位面積上所接受可見光的能量；光電器件的靈敏度可用光照特性來表征，它是指半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的光電流光電壓 與光照之間的關(guān)系；光電器件

32、的光譜特性是指相對(duì)靈敏度與入射光波長之間的關(guān)系，又稱為光譜響應(yīng)；5.12答：略；第六章6.1答：磁敏傳感器是把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，大多是基于載流子在磁場中受洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的機(jī)理實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)物理量的信號(hào)檢測；精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -6.2答：當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)顯現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)；霍爾電勢的大小正比于掌握電流i 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 b；6.3答：鼓勵(lì)電極間的電阻值稱為輸入電阻，霍爾電極輸出電勢對(duì)外部電路來說相當(dāng)于一個(gè)電壓源，其電源內(nèi)阻即為輸出電阻；以上電阻值是在磁感應(yīng)強(qiáng)

33、度為零、環(huán)境溫度為205 攝氏度時(shí)所確定的，實(shí)際阻值會(huì)隨著溫度的不同而變化；6.4答：當(dāng)霍爾元件通以額定鼓勵(lì)電流時(shí)，假如所處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，那么它的霍爾電勢應(yīng)當(dāng)為零，但實(shí)際不為零；這是測得的空載電勢稱為不等位電勢；不等位電勢可以用不等位電阻表示；不等位電勢就是鼓勵(lì)電流流經(jīng)不等位電阻所產(chǎn)生的電壓；6.5答：產(chǎn)生不等位電勢的緣由主要有：霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在通以等電位面上；此外，材質(zhì)不勻稱、幾何尺寸不勻稱等緣由對(duì)不等位電勢也有肯定的影響；補(bǔ)償：可以把霍爾元件等效為電橋電路，依據(jù)測量判定應(yīng)在某一橋臂上并連上肯定的電阻；6.6答：霍爾元件與一般半導(dǎo)體期間一樣，對(duì)溫度變化非常敏銳；這是由于半導(dǎo)體材

34、料的電阻率，遷移率，遷移率和載流子濃度等隨溫度變化的緣故；霍爾元件的靈敏度稀疏是溫度的函數(shù)，它隨溫度變化將引起霍爾電勢的變化；6.7答：影響溫度特性的因素有半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等；選用溫度系數(shù)小的元件或采納恒溫措施，仍可以采納恒流源供電，削減由于輸入電阻隨溫度變化引起的鼓勵(lì)電流變化所帶來的印象，此外補(bǔ)償電路也可以起到作用；6.8答：略；6.9答：略；6.10答：濕度是表示大氣中水汽含量的物理量；它有兩種表示方法；肯定濕度：指單位體積大氣中水汽的質(zhì)量；相對(duì)濕度：指某一被測氣體的肯定濕度與同一溫度下水蒸氣已達(dá)到飽和的氣體的肯定濕度之比；第 13 頁，共 23 頁- - - - -

35、 - - - - -精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -6.11答：濕度傳感器是指能將濕度轉(zhuǎn)換為與其成肯定比例關(guān)系的電信號(hào)輸出的器件或裝置，通常是由濕敏元件及轉(zhuǎn)換電路組成；種類：按輸出的電學(xué)量可分為電阻型、電容型和頻率型等；依據(jù)探測功能科分為肯定濕度型、相對(duì)濕度型； 按材料可以分為陶瓷式、半導(dǎo)體式和電介質(zhì)、有機(jī)高分子式等；假如按水分子是否滲入固體內(nèi)可以分為“水分子親和力型”和“非分子親和力型”兩大類；6.12答：半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和仍原反應(yīng)導(dǎo)致敏銳元件阻值變化而制成的；當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)固狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸取式，被

36、吸附的分子第一在表面物性自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附出；當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的親和力時(shí)，吸附分子將從器件奪得電子而變成負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體表面出現(xiàn)電荷層；假如半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附；當(dāng)氧化型氣體吸附到n 型半導(dǎo)體上，仍原型氣體吸附 p 型半導(dǎo)體上時(shí)，半導(dǎo)體的載流子削減，電阻值增大；當(dāng)仍原型氣體吸附到n 型半導(dǎo)體上時(shí)，氧化型氣體吸附到 p 型半導(dǎo)體上時(shí)，半導(dǎo)體的載流子增多，電阻值下降；如氣體濃度發(fā)生變化，其組織也將變化；6.13答：用以將附著在敏銳元件表面的塵埃、油霧等燒掉，加速

37、氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度；6.14答：光在半導(dǎo)體中傳播時(shí)的衰減，是由于半導(dǎo)體帶加點(diǎn)字吸取管子而從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的結(jié)果，這種吸取光子的過程稱為本征吸取；試驗(yàn)說明，波長短的光子衰減較快，穿透深度較淺，而波長長的光子就能進(jìn)入硅的較深區(qū)域；通過進(jìn)一步的分析可以發(fā)覺，淺的p-n 結(jié)有較好的的藍(lán)紫光靈敏度，深的p-n 結(jié)就有利于紅外靈敏度的提高；半導(dǎo)體色敏器件正是利用了這一特性；半導(dǎo)體色敏傳感器相當(dāng)于兩只結(jié)構(gòu)不同的光電二極管的組合；紫外光部分吸取系數(shù)大，經(jīng)過很短距離已基本吸取完畢；因此淺結(jié)的那只光電二極管對(duì)紫外光的靈敏度高；而紅外部分吸取系數(shù)小，這類波長的光子就主要在深結(jié)區(qū)被吸??；因此深

38、結(jié)的那只光電二極管對(duì)紅外光的靈敏度高；這就是說，在半導(dǎo)體中的不同區(qū)域?qū)Σ煌ㄩL分別具有不同的靈敏度；正是由于這一種特性使得這種器件可以用于不同顏色的識(shí)別，也就是可以用來測量入射波長的波長；半導(dǎo)體色敏傳感器具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)先對(duì)色敏器件進(jìn)行標(biāo)定，也就是說測定不同波長的光照耀下器件中兩只光電二極管短路電流的比值；第七章7.1答：紅外探測器種類有很多，按探測機(jī)理的不同，可分為“熱探測器”和“光子探測器”兩大類；7.2答：紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成；紅外測溫儀的測溫原理是將物體發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對(duì)應(yīng)，

39、依據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的大小，可以確定物體的溫度；7.3答：按波在介質(zhì)中的傳播方向，超聲波可以分為縱波、橫波和表面波；超聲波的傳播速度主要與介質(zhì)密度和第 15 頁，共 23 頁- - - - - - - - - -彈性特性有關(guān)；在固體介質(zhì)中，縱波、橫波及表面波三者的聲速間有肯定的關(guān)系：通常可認(rèn)為橫波聲速為縱波的一半，表面波聲速為橫波聲速的90%；在氣體介質(zhì)中縱波聲速為344m/s ，液體介質(zhì)中縱波聲速為9001900m/s ；7.4答：略7.5答：光在纖芯和包層的界面上反復(fù)多次全反射，呈鋸齒波外形在纖芯內(nèi)向前傳播，最終從光纖的另一端射出， 從而實(shí)現(xiàn)了光在光纖內(nèi)的傳輸；入射角需要小于臨界角；7.6答：

40、入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范疇內(nèi)的入射光才可以；這個(gè)角度的就稱為光纖的數(shù)值孔徑（na = sin）；7.7答：略7.8答：光纖溫度傳感器主要由包括端部摻雜的光纖傳感頭、y 型石英光纖傳導(dǎo)束、超高亮發(fā)光二極管（ led） 及驅(qū)動(dòng)電路、 、熒光信號(hào)處理系統(tǒng)和輻射信號(hào)處理系統(tǒng)組成；測量原理主要是利用部分物質(zhì)吸取的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸?shù)墓庾V明白實(shí)時(shí)溫度；7.9答：略7.10答：依據(jù)記錄方式，核輻射探測器大體上分為計(jì)數(shù)器和徑跡室兩大類；它們利用了核輻射射線與物質(zhì)間相互作用，包括電離作用、散射與吸取等特性；7.11答：核輻射厚度傳感器又稱同位素厚度傳感器，

41、它利用核輻射線進(jìn)行測量；可分為穿透式和反射式兩類；穿 透式傳感器由同位素核輻射源和核輻射傳感器組成；被測的塑料料板、紙板、橡皮板等材料在輻射源和傳感 器之間經(jīng)過；當(dāng)射線穿過板材時(shí)，一些射線被板材吸取，使傳感器接收到的射線減弱；對(duì)于密度不變的材料， 輻射吸取量隨厚度變化，因此可測出厚度；反射式核輻射厚度傳感器利用射線的彈性散射特性測量厚度；射 線的反射強(qiáng)度是被測材料厚度的函數(shù)，因此測量反射強(qiáng)度就可確定厚度；7.12答：生物傳感器由生物敏銳膜和變換器構(gòu)成，被測物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物敏銳膜層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)（物理、化學(xué)變化），產(chǎn)生物理、化學(xué)現(xiàn)象貨產(chǎn)生新的化學(xué)物質(zhì)，利用相應(yīng)的變換器將其轉(zhuǎn)

42、換成量化的、可傳輸和處理的電信號(hào)；精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -7.13答：將生物體內(nèi)具有奇妙與敏銳功能的生物物質(zhì)固定在基質(zhì)或載體上，就構(gòu)成了生物敏銳膜；7.14答：生物敏銳膜的固化是指將生物活性材料固定在載體（或稱基質(zhì)）上這一過程；常用的生物敏銳膜固化技術(shù)主要有夾心法、吸附法、包埋法、供價(jià)連接法、交聯(lián)法；第八章8.1答：垂直而勻稱地作用在單位面積上的力稱為壓力；壓力可表示為p=f/s，在國際單位中壓力的單位為牛頓/第 16 頁，共 23 頁- - - - - - - - - -平方米，用符號(hào)n / m2 ；壓力單位又稱為帕斯卡或簡稱帕，符號(hào)為pa，

43、1pa1n / m2 ；因帕單位太小，工程上常用千帕或者兆帕表示；8.2解：容器頂部處的肯定壓力為pi168kpa101.3kpa169.3kpa容器底部處的肯定壓力為pi 2450kpa101.3kpa551.3kpa頂部和底部間的差壓為ppi1pi 2169.3kpa551.3kpa382kpa8.3答：彈簧管壓力計(jì)主要是利用彈簧管的形變通過變換放大機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指示機(jī)構(gòu)給出壓力示值；彈簧管壓力計(jì)主要由彈簧管、扇形齒輪、拉桿、底座、中心齒輪、游絲、表盤、指針、調(diào)劑開口槽等組成；8.4答：為提高彈簧管壓力計(jì)靈敏度，可以采納多圈彈簧管；8.5答：雙波紋管式壓差計(jì)的波紋管內(nèi)布滿液體是為了用來傳遞壓力；

44、8.6答：諧振式壓力傳感器是靠被測壓力所形成的應(yīng)力轉(zhuǎn)變彈性元件的諧振頻率，通過測量頻率信號(hào)的變化來檢測壓力；這種信號(hào)特殊適合與運(yùn)算機(jī)協(xié)作使用，組成高精度的測量、掌握系統(tǒng)；8.7答：挑選壓力檢測外表應(yīng)依據(jù)具體的情形，在滿意生產(chǎn)工藝對(duì)壓力檢測要求的情形下，本著節(jié)省的原就，合理地挑選壓力外表的類型、量程、精度等級(jí)等；精品word可編輯資料- - - - - - - - - - - - -8.8解：設(shè)壓力表量程為a，就依據(jù)最大工作壓力有a1.42 / 32.1mpa依據(jù)最小工作壓力用a0.51/ 31.5mpa故依據(jù)外表的量程系列，可選用量程范疇為02.5mpa 的壓力表；由題意可知，被測壓力所答應(yīng)的

45、最大肯定誤差為max1.45%0.07mpa外表精度等級(jí)的選取應(yīng)使得其最大引用誤差不超過答應(yīng)測量誤差；對(duì)于測量范疇02.5mpa 的壓力表， 其最大引用誤差為0.07mpa100% /1.4 mpa5%應(yīng)選取 2.5 級(jí)的壓力表；8.9解：設(shè)壓力表量程為a，由題意可知；被測壓力平穩(wěn)變化a62 / 39mpa應(yīng)選取測量范疇為09mpa 的壓力表；要求測量誤差不超過0.06mpa ，故最大引用誤差為第 20 頁，共 23 頁- - - - - - - - - -0.06mpa/ 9mpa100%0.6%應(yīng)選取精度等級(jí)為1.0 級(jí)的外表；8.10答：略；8.11答：要實(shí)現(xiàn)精確的壓力測量需要精確的壓力

46、外表，并且依據(jù)具體被測介質(zhì)、管路和環(huán)境條件，選取適當(dāng)?shù)娜狐c(diǎn)、正確安裝引壓管路和測量外表；8.12答：壓力變送器的作用是將壓力傳感器的輸出通過肯定的變送電路轉(zhuǎn)換成形式和數(shù)值范疇都符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)；設(shè)所測差壓是xmpa，就xmpa1.6mpa解得0mpa0mpa15ma20ma4ma 4 max1.1所以所測差壓為 1.1mpa；8.13答：感壓元件前的引壓管道和空腔的存在會(huì)引起壓力信號(hào)的衰減和相位滯后，這會(huì)使整個(gè)測量系統(tǒng)的響應(yīng)速度大大低于傳感器的響應(yīng)速度，造成動(dòng)態(tài)壓力測量的嚴(yán)峻失真，因此必需予以考慮；第九章9.1體會(huì)溫標(biāo)主要有（1）華氏溫標(biāo)（ 2）攝氏溫標(biāo)；華氏溫標(biāo)定義：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計(jì)

47、，選取氯化銨和的溫度為零度，選取人體溫度為100 度；水銀被分為100 份，對(duì)應(yīng)每份的溫度為1，單位為 “f”；攝氏溫標(biāo)定義：在下，冰水混合物的溫度為0 度，水的沸點(diǎn)為 100 度，中間劃分為 100 等份，每等份為 1；9.2經(jīng)國際協(xié)議產(chǎn)生的國際有用溫標(biāo)，其指導(dǎo)思想是要它盡可能地接近熱力學(xué)溫標(biāo)，復(fù)現(xiàn)精度高，且使用于復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，制作較簡潔，性能穩(wěn)固，使用便利，從而使各國均能以很高的精確度復(fù)現(xiàn)該溫標(biāo)，保證國際上溫度量值的統(tǒng)一；9.3把整個(gè)溫標(biāo)分成4 個(gè)溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下：0.655.0k，用 3he 和 4he 蒸汽溫度計(jì)； 3.0 24.5561k，用 3he 和 4he 定

48、容氣體溫度計(jì)； 13.803k961.78，用鉑電阻溫度計(jì)；961.78以上，用光學(xué)或光電高溫計(jì)；9.4通常分為接觸式與非接觸式兩大類；特點(diǎn)見p209，表 9-2；9.5（ 1）優(yōu)良的熱電特性（2）良好的物理特性（ 3 ）優(yōu)良的化學(xué)性能（ 4 ）優(yōu)良的機(jī)械性能（ 5 ）足夠的機(jī)械強(qiáng)度和長的使用壽命（ 6）制造成本低，價(jià)格比較廉價(jià)9.6雙金屬溫度計(jì)的工作原理是利用二種不同溫度膨脹系數(shù)的金屬，為提高測溫靈敏度，通常將金屬片制成螺旋卷外形，當(dāng)多層金屬片的溫度轉(zhuǎn)變時(shí)，各層金屬膨脹或收縮量不等，使得螺旋卷卷起或松開；由于螺旋卷的一端固定而另一端和可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的指針相連，因此，當(dāng)雙金屬片感受到溫度變化時(shí)，

49、指針即可在一圓形分度標(biāo)尺上指示出溫度來；參見 p212；通常用在測溫順控溫精度不高的場合；9.7熱敏電阻和熱電阻相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，其靈敏度比熱電阻要大1 2 個(gè)數(shù)量級(jí)；標(biāo)稱電阻有幾歐到十幾兆歐之間的不同型號(hào)、規(guī)格，可很好地與各種電路匹配，而且遠(yuǎn)距離測量時(shí)幾乎無需考慮連線電阻的影響；體積小 最小珠狀熱敏電阻直徑僅0.1 0.2 mm ，可用來測量 “點(diǎn)溫 ”；熱慣性小，響應(yīng)速度快，適用于快速變化的測量場合；結(jié)構(gòu)簡潔、牢固，能承擔(dān)較大的沖擊、振動(dòng)；采納玻璃等材料密封包裝后， 可應(yīng)用于有腐蝕性氣氛等的惡劣環(huán)境；資源豐富，制作簡潔、可便利地制成各種外形，易于大批量生產(chǎn)， 成本和價(jià)格非常低廉；9.8熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種；比較見p215；9.91070.479 9.10它的主要優(yōu)點(diǎn)是: 測量范疇寬，鎧裝熱電偶規(guī)格多，品種齊全，適合于各種測量場合，在200160溫度范疇內(nèi)均能使用 ; 響應(yīng)速度快，與裝配式熱電偶相比，由于外徑細(xì)，熱容量小，故微小的溫度變化也能快速反應(yīng)，特殊是微細(xì)鎧裝熱電偶更為明顯，露端鎧裝熱電偶的時(shí)間常數(shù)只有0.01s;撓性好，安裝使用力 便，鎧裝熱電偶材料