傳感器作業(yè)習(xí)題

1、習(xí)題11-1衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標有哪些？說說它們的含義。答：1、 線性度： 表征傳感器輸出-輸入校準曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標。 2、 靈敏度：傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。3、 分辨力：傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。4、回差：反應(yīng)傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐踢^程中。輸出-輸入曲線的不重合程度指標。5、重復(fù)性：衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線間一致程度的指標。6、閾值：是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。7、穩(wěn)定性：傳感器在相當

2、長時間內(nèi)仍保持其性能的能力。8、漂移：指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸人量無關(guān)的、不需要的變化。9、靜態(tài)誤差(精度）：指傳感器在滿量程內(nèi)任一點輸出值相對其理 論值的可能偏離(逼近)程度。它表示采用該傳感器進行靜態(tài)測量時所得數(shù)值的不確定度。Ö1-2 計算傳感器線性度的方法有哪幾種？差別何在？ 1、 理論直線法：以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實際測試值無關(guān)。優(yōu)點是簡單、方便，但輸出平均值與擬合直線間的最大偏差很大。2、 端點直線法：以傳感器校準曲線兩端點間的連線作為擬合直線。 y=b+kx b截距k為斜率 與理論直線發(fā)一樣 簡便 偏差很大3、 “最佳直線”法：以“最佳

3、直線”作為擬合直線，該直線能保證傳感器正反行程校 準曲線對它的正負偏差相等并且最小。這種方法的擬合精度最高，但是只能用圖解法和計算機結(jié)算來獲得。（斷電平行法）4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準數(shù)據(jù)的殘差 平方和最小。最小二乘法的擬合程度很高，但是校準曲線相對擬合直線的最大偏差絕對值并不一定最小，最大正、負偏值差的絕對值也不一定相同。1-4怎樣評價傳感器的綜合靜態(tài)特性和動態(tài)特性？答：（1）靜態(tài)特性：表示傳感器在被測輸入量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出-輸入關(guān)系。動態(tài)特性：反映傳感器對于隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。（2）由于傳感器可能用來檢測靜態(tài)量（即輸入量是不隨時

4、間變化的常量）、準靜態(tài)量或動態(tài)量（即輸入量是隨時間變化的變量），于是對應(yīng)于輸入信號的性質(zhì)，所以傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。1-5為什么要對傳感器進行標定和校準？舉例說明傳感器靜態(tài)標定和動態(tài)標定的方法。答：因為新研制或生產(chǎn)的傳感器需對其技術(shù)性能進行全面的檢定;經(jīng)過一段時間儲存或使用的傳感器也需對其性能進行復(fù)測。通常，在明確輸入-輸出變換對應(yīng)關(guān)系的前提下，利用某種標準量或標準器具對傳感器的量值進行標度稱之為標定。靜態(tài)標定：靜態(tài)標定主要用于檢測、測試傳感器(或傳感器系統(tǒng))的靜態(tài)特性指標，如靜態(tài)靈敏度、 非線性、回差、重復(fù)性等。進行靜態(tài)標定首先要建立靜態(tài)標定系統(tǒng)。如應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標定系統(tǒng)

5、。測力機產(chǎn)生標準力，高精度穩(wěn)壓電源經(jīng)精密電阻箱衰減后向傳感器提供穩(wěn)定的供 橋電壓，其值由數(shù)字電壓表讀取，傳感器的輸出電壓由另一數(shù)字電壓表指示。動態(tài)標定：主要用于檢驗、測試傳感器(或傳感器系統(tǒng)）的動態(tài)特性，如動態(tài)靈敏度、頻率 響應(yīng)和固有頻率等。對傳感器進行動態(tài)標定，需要對它輸入一標準激勵信號。例如測振傳感器的動態(tài)標定常采用振動臺（通常為電磁振動臺）產(chǎn)生簡諧振動作傳感器的輸人量。振動的振幅由讀數(shù)顯微鏡讀得，振動頻率由頻率計指示。若測得傳感器的輸出電量，即可通過計算得到位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的動態(tài)靈敏度。若改變振動頻率，設(shè)法保持振幅、速度或加速度幅值不變，可相應(yīng)獲得上述各種傳感器的頻率

6、響應(yīng)。標定的基本方法：P29 最下面習(xí)題22-1金屬應(yīng)變計與半導(dǎo)體應(yīng)變計在工作原理上有何異同？試比較應(yīng)變計各種靈敏系數(shù)（指材料的和應(yīng)變片的）概念的不同物理意義。答：相同點，兩者都由外力作用產(chǎn)生形變而使得電阻變化。不同點，金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機械形變?yōu)橹?；而半?dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)以機械形變導(dǎo)致的電阻率的相對變化為主。Ö對于金屬材料，靈敏系數(shù)Ko=Km=(1+2)+C(1-2)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變化，一般0.3，因此（1+2）=1.6；后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。對于半導(dǎo)體材料，靈敏系數(shù)Ko=Ks=(1+2)+ E。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致，而E

7、 (1+2)，因此Ko=Ks=E。2-3 簡述電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因及其補償辦法。答：電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時，會產(chǎn)生溫度誤差。補償辦法：1、溫度自補償法 (1)單絲自補償應(yīng)變計 P43 原理 優(yōu)點(2) 雙絲自補償應(yīng)變計 P43 原理 優(yōu)點 2、橋路補償法 （1）雙絲半橋式P43 原理 優(yōu)點（2）補償塊法 P44 原理 優(yōu)點2-4 試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。答：因為電橋的輸出無論是輸出電壓還是電流，實際上都與Ri/Ri呈非線性關(guān)系。 措施：(1) 差

8、動電橋補償法利用差動電橋呈現(xiàn)相對臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過應(yīng)變計合理布片達到補償目的。常用的有半橋差動電路和全橋差動電路。(2) 恒流源補償法誤差主要由于應(yīng)變電阻Ri的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可減小誤差。2-5 如何用電阻應(yīng)變計構(gòu)成應(yīng)變式傳感器？對其各組成部分有何要求？答：一是作為敏感元件，直接用于被測試件的應(yīng)變測量；另一是作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性敏感元件構(gòu)成傳感器，用以對任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其他物理量作間接測量。同時應(yīng)變式傳感器應(yīng)有一下特點：應(yīng)用和測量范圍廣 分辨力和靈敏度高 結(jié)構(gòu)輕小 對試件影響小 商品化選用和使用方便。要求：非線性誤差要?。?lt;0.05%

9、0.1%F.S），力學(xué)性能參數(shù)受環(huán)境溫度影響小，并與彈性元件匹配。2-9試推導(dǎo)圖2-16所示四等臂平衡差動電橋的輸出特性：Uo=f(R/R)。從導(dǎo)出的結(jié)果說明用電阻應(yīng)變計進行非電量測量時為什么要采用差動電橋？答：全橋差動電路，R1,R3受拉，R2,R4受壓，代入，得由全等橋臂，得可見輸出電壓Uo與Ri/Ri成嚴格的線性關(guān)系，沒有非線性誤差。即Uo=f(R/R)。 因為四臂差動工作，不僅消除了飛線性誤差，而且輸出比單臂工作提高了4倍，故常采用此方法。應(yīng)加上電路圖和貼片圖來回答！2-12 何謂壓阻效應(yīng)？擴散硅壓阻式傳感器與貼片型應(yīng)變式傳感器相比有何優(yōu)缺點？如何克服？答：壓阻效應(yīng)，半導(dǎo)體單晶硅、鍺等

10、材料在外力的作用下電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。優(yōu)點是尺寸、橫向效應(yīng)、機械滯后都很小，靈敏系數(shù)極大，因而輸出也大，可以不需放大器直接與記錄儀連接，使得測量系統(tǒng)簡化。缺點是電阻值和靈敏系數(shù)隨溫度穩(wěn)定性差，測量較大應(yīng)變時非線性嚴重；靈敏系數(shù)隨受拉或壓而變，且分散度大，一般在（3-5）%，所以測量結(jié)果有±（3-5）%的誤差。壓阻式傳感器廣泛采用全等臂差動橋路來提高輸出靈敏度，又可以部分消除阻值隨溫度變化的影響。習(xí)題33-1 比較差動式自感傳感器和差動變壓器在結(jié)構(gòu)上及工作原理上的異同。答：自感式傳感器實質(zhì)上是一個帶氣隙的鐵芯線圈，由兩單一式對稱組成。鐵芯氣隙，磁路磁阻隨銜鐵變化而變化，引起線圈電感量

11、的變化?；ジ惺絺鞲衅魇且环N線圈互感隨銜鐵位移變化的變磁阻式傳感器。類似于變壓器。互感式傳感器為閉合磁場，初次級間的互感為常數(shù)；互感式傳感器為開磁路，初、次級間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個次級繞組按差動方式工作。結(jié)構(gòu)上1）、前者有三組線圈，而后者只有兩組；2）、前者是利用變壓器原理工作的互感傳感器，而后者僅是共用一個鐵心的兩個電感。 工作原理：（1）電感電路，交流電橋電路，電感線圈為相鄰兩橋臂，（2）類似變壓器，兩次級線圈反相串接，電壓輸出。 3-3用變磁阻式傳感器進行測量時，在什么情況下應(yīng)采用與校正時相同的電纜？為什么?答：當傳感器工作在較高的激勵頻率下時應(yīng)采用校正時相同的

12、電纜。因為傳感器存在并聯(lián)電容C,它會使得靈敏度提高，如果更換電纜，在較高的激勵頻率下總電容C會發(fā)生變化，從而對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。3-4 變間隙式、變截面式和螺管式三種電感式傳感器各適用什么場合？優(yōu)缺點？答：變氣隙式靈敏度較高，但測量范圍小，一般用于測量幾微米到幾百微米的位移。變面積式靈敏度較低，但線性范圍較大，除E型與四極型外，還常做成八極、十六極型，一般可分辨零點幾角秒以下的微小角位移，線性范圍達±10°.螺管式可測量幾納米到一米的位移，但靈敏度較前兩種低。3-6 差動式電感傳感器為什么常采用相敏檢波電路？分析原理。答：相敏檢波電路，它能有效地消除基波正交分量與偶次諧波分

13、量，減小奇次諧波分量，使傳感器零位電壓減至極小。如果傳感器的信號太小，可以先經(jīng)過交流放大。原理：使高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號。3-7 電感傳感器產(chǎn)生零位電壓的原因和減小零位電壓的措施。答：差動自感式傳感器當銜鐵位于中間位置時，電橋輸出理論上應(yīng)為零，但實際上總存在零位不平衡電壓輸出(零位電壓)，造成零位誤差。 原因：零位電壓包含基波和高次諧波。產(chǎn)生基波分量的原因：傳感器兩線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸的不對稱，以及構(gòu)成電橋另外兩臂的電氣參數(shù)不一致；產(chǎn)生高次諧波分量的原因：磁性材料磁化曲線的非線性。措施：1、合理選擇磁性材料與激勵電流；2、一般常用方法是采用補償電路，其原理

14、為： (1)串聯(lián)電阻消除基波零位電壓；(2)并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；(3)加并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波分量。3、另一種有效的方法是采用外接測量電路來減小零位電壓。如前述的相敏檢波電路，它能有效地消除基波正交分量與偶次諧波分量，減小奇次諧波分量，使傳感器零位電壓減至極小。4、此外還可采用磁路調(diào)節(jié)機構(gòu)(如可調(diào)端蓋)保證磁路的對稱性，來減小零位電壓。3-9 造成自感式傳感器和差動變壓器溫度誤差的原因及其減小措施。答：原因：(1)材料的線膨脹系數(shù)引起零件尺寸的變化 (2)材料的電阻率溫度系數(shù)引起線圈銅阻的變化 (3)磁性材料磁導(dǎo)率溫度系數(shù)、繞組絕緣材料的介質(zhì)溫度系數(shù)和線圈幾何尺寸變化引起

15、線圈電感量及寄生電容的改變等造成。措施：其材料除滿足磁性能要求外，還應(yīng)注意線膨脹系數(shù)的大小與匹配。傳感器采用陶瓷、聚砜、夾布膠木、弱磁不銹鋼等材料作線圈骨架，或采用脫胎線圈。還可采取穩(wěn)定激勵電流的方法。 3-10差動變壓器式傳感器采用恒流激磁有什么好處？答：差動變壓器初級線圈在低頻激勵時品質(zhì)因數(shù)低，溫度誤差大，采用恒流激磁可以提高線圈的品質(zhì)因數(shù)，減小溫度誤差。 3-11電源頻率波動對電感式傳感器的靈敏度有何影響？如何確定傳感器的電源頻率？答：電源頻率的波動會使線圈感抗發(fā)生變化，從而使得靈敏度發(fā)生變化，造成誤差。應(yīng)該按照傳感器的精度要求去確定電源的頻率。3-12 試從電渦流式傳感器的原理簡要說明

16、它的各種應(yīng)用。答：1.測位移電渦流式傳感器的主要用途之一是可用來測量金屬件的靜態(tài)或動態(tài)位移，最大量程達數(shù)百毫米，分辨率為 0.1%。 2.測厚度 金屬板材厚度的變化相當于線圈與金屬表面間距離的改變，根據(jù)輸出電壓的變化即可知線圈與金屬表 面間距離的變化，即板厚的變化。 3.測溫度 若保持電渦流式傳感器的機、電、磁各參數(shù)不變，使傳感器的輸出只隨被測導(dǎo)體電阻率而變，就可測得溫度的變化。3-13用反射式電渦流傳感器測量位移或振幅時對被測體要考慮哪些因素？答：1、被測體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率對傳感器的靈敏度的影響。當被測體為磁性時，靈敏度較非磁性低。2、被測物體表面有鍍層，鍍層的性質(zhì)和厚度不均勻也會影響精度，

17、當測量轉(zhuǎn)動或移動的被測體時，這種不均勻?qū)⑿纬筛蓴_信號。3、大小和形狀，為了能夠充分利用電渦流效應(yīng)。4、當被測體為圓柱體時，只有其直徑為線圈的3.5倍以上才不影響測量結(jié)果。5、厚度。習(xí)題44-1 電容式傳感器可分為哪幾類？各自的主要用途是什么？答：1、變極距型電容傳感器：差動式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01m的線位移，故在微位移檢測中應(yīng)用最廣。 2、變面積型電容傳感器：變面積型電容傳感器與變極距型相比，其靈敏度較低。這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測

18、量較大的直線位移和角位移。在實際應(yīng)用中，也采用差動式結(jié)構(gòu)，以提高靈敏度。 3、變介質(zhì)型電容傳感器：可用于非導(dǎo)電散材物料的物位測量。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)電固體物質(zhì)的濕度。4-2 變極距型電容傳感器產(chǎn)生非線性誤差的原因及如何減?。看穑涸颍红`敏度與初始極距的平方成反比，用減少初始極距的辦法來提高靈敏度，但初始極距的減小會導(dǎo)致非線性誤差增大。 采用差動式，可比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。4-3 為什么電容式傳感器的絕緣、屏蔽和電纜問題特別重要？如何解決？答：電容式傳感器由

19、于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很小，屬于小功率、高阻抗器，因此極易受外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴重影響傳感器的輸出特性，甚至?xí)蜎]沒有用信號而不能使用。解決：驅(qū)動電纜法、整體屏蔽法、采用組合式與集成技術(shù)。 4-5為什么高頻工作的電容式傳感器連接電纜的長度不能隨意變動？答：電纜在低頻狀態(tài)下的電阻極小，而在高頻狀態(tài)下，它自身的寄生參數(shù)比如寄生電容，寄生電感就不得不考慮，長度變化后，這些參數(shù)也會跟著變化，進而影響高頻信號的質(zhì)量。習(xí)題五5-12何謂霍爾效應(yīng)？利用霍爾效應(yīng)可以進行哪些參數(shù)的測量？答：（1）霍爾效應(yīng)指由導(dǎo)電材料（金屬導(dǎo)

20、體或半導(dǎo)體）中電流與外磁場相互作用而產(chǎn)生電勢的物理現(xiàn)象。（2）利用霍爾效應(yīng)可以測量大電流、微氣隙磁場、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、震動、壓力、流量、和液位等參數(shù)。5-13霍爾元件的不等位電勢和溫度影響是如何產(chǎn)生的？可采取哪些方式來減小之？答：（1）不等位電勢產(chǎn)生原因：由于制作工藝的限制，兩個霍爾電極的位置不能精確同在一個等位面上造成輸出誤差減小措施：采用外接電路來補償控制電流為直流時，將霍爾元件看成電阻電橋，利用調(diào)節(jié)電橋平衡的外接電路來補償不等位電勢?？刂齐娏鳛榻涣鲿r，要同時進行幅值和相位的補償。（2）溫度誤差原因：霍爾元件的霍爾系數(shù)、電阻率、和載流子遷移率、UH、輸入電阻、輸出電阻都是溫度的函數(shù)，

21、所以溫度變化會引起誤差。減小措施：使用溫度系數(shù)小的元件，并根據(jù)精度要求進行補償。補償時采用橋路補償器法。 5-14磁敏傳感器有哪幾種？它們各有什么特點？可用來測哪些參數(shù)？答：（1）霍爾傳感器特點：利用霍爾效應(yīng)，以霍爾元件為核心，只要將非電量轉(zhuǎn)換成位移量即可用霍爾傳感器測量?；魻栐Y(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、體積小、工作可靠、壽命長、線性好、頻帶寬?？捎脕頊y量大電流、微氣隙磁場、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、震動、壓力、流量、和液位等參數(shù)。（2）磁敏電阻器特點：利用磁電阻效應(yīng)，將半導(dǎo)體制成磁電阻元件。磁敏電阻器主要用來檢測磁場強度及其分布，測位移。（3）磁敏二極管特點：用高純度的本征半導(dǎo)體及合金法制成磁敏二極

22、管，通過外界磁場對載流子的移動影響二極管的輸出電壓原理達到檢測的目的。磁敏二極管主要用于測量磁場的變化，比較適合應(yīng)用在精度要求不高，能獲得較大電壓輸出的場合；可用于電鍵、轉(zhuǎn)速計、無刷電機、無觸點開關(guān)和簡易高斯計、磁探傷等。習(xí)題66-1 何謂壓電效應(yīng)？何謂縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？答：一些離子型晶體的電介質(zhì)不僅在電場力作用下，而且在機械力作用下，都會產(chǎn)生極化現(xiàn)象。且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度)與外應(yīng)力張量T成正比：D = dT 式中 d壓電常數(shù)矩陣。 當外力消失，電介質(zhì)又恢復(fù)不帶電原狀；當外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。 若對上述電介質(zhì)施加電場作

23、用時，同樣會引起電介質(zhì)內(nèi)部正負電荷中心的相對位移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生變形，且其應(yīng)變S與外電場強度E成正比： S=dtE式中 dt逆壓電常數(shù)矩陣。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱電致伸縮。6-2壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些？比較三類壓電材料的應(yīng)用特點。答：主要特性：壓電常數(shù)、彈性常數(shù)、介電常數(shù)、機電耦合系數(shù)、電阻、居里點 。 壓電單晶：時間穩(wěn)定性好，居里點高，在高溫、強幅射條件下，仍具有良好的壓電性，且機械性能，如機電耦合系數(shù)、介電常數(shù)、頻率常數(shù)等均保持不變。此外，還在光電、微聲和激光等器件方面都有重要應(yīng)用。不足之處是質(zhì)地脆、抗機械和熱沖擊性差。 壓電陶瓷：壓電常數(shù)大，靈敏度高，制造工藝成熟，成形工藝性

24、好，成本低廉，利于廣泛應(yīng)用，還具有熱釋電性。 新型壓電材料：既具有壓電特性又具有半導(dǎo)體特性。因此既可用其壓電性研制傳感器，又可用其半導(dǎo)體特性制作電子器件；也可以兩者合一，集元件與線路于一體，研制成新型集成壓電傳感器測試系統(tǒng)。 6-4為了提高壓電式傳感器的靈敏度，設(shè)計中常采用雙晶片和多晶片組合，試說明其組合的方式和適用的場合。答：（1）并聯(lián)：特點是輸出電容大，輸出電荷大，所以時間常數(shù)，適合于測量緩變信號，且以電荷作為輸出的場合。 （2）串聯(lián): 特點是輸出電壓大，本身電容小，適合于以電壓作為輸出信號，且測量電路輸出阻抗很高的場合。6-6原理上，壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量，但實用中，壓電式傳感器可

25、能用來測量準靜態(tài)量，為什么？答：壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力和力矩測量場合，通常較多采用雙片或多片石英晶片作壓電元件。由于它剛度大，動態(tài)特性好；測量范圍廣，可測范圍大；線性及穩(wěn)定性高；可測單、多向力。X 當采用大時間常數(shù)的電荷放大器時，就可測準靜態(tài)力。6-7簡述壓電式傳感器前置放大器的作用，兩種形式各自的優(yōu)缺點及其如何合理選擇回路參數(shù)。答：電壓放大器。作用：把壓電期間的高輸出阻抗變換為傳感器的低輸出阻抗，并保持輸出電壓與輸入電壓成正比；優(yōu)點：電路簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠；電荷放大器。作用：把壓電器件高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，以實現(xiàn)阻抗

26、匹配，并使其輸出電壓與輸入電荷成正比；優(yōu)點：電路線性較好，無接長和變動電纜的后顧之憂；缺點：有零漂現(xiàn)象。習(xí)題77-1熱電式傳感器有哪幾類？它們各有什么特點？答：熱電式傳感器可分為兩大類：熱電阻傳感器和熱電偶傳感器。 熱電阻傳感器的特點：（1)高溫度系數(shù)、高電阻率。(2)化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。(3)良好的輸出特性。(4)良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。 熱電偶傳感器的特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單（2）制造方便（3）測溫范圍寬（4）熱慣性?。?）準確度高（6）輸出信號便于遠傳。7-2常用的熱電阻有哪幾種，適用范圍如何？答：常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑熱電阻適用范圍：0660°C和-

27、1900°C。銅熱電阻適用范圍：-50+150°C。7-3熱敏電阻與熱電阻相比較有什么優(yōu)缺點？用熱敏電阻進行線性溫度測量時必須注意什么問題？答：優(yōu)點：（1）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為熱電阻的10倍；（2）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可以測量點溫度；（3）電阻率高，熱慣性小，適宜動態(tài)測量；（4）易于維護和進行遠距離控制（5）制造簡單，使用壽命長。缺點：互換性差，非線性嚴重。進行線性溫度測量時應(yīng)注意：流過熱敏電阻的溫度不能太大，應(yīng)在其額定范圍內(nèi)?；蛘咭冗M行非線性校正。 7-4利用熱電偶測溫度必須具備哪兩個條件？答：（1）用兩種不同材料作熱電極（2）熱電偶兩端的溫度不能相同 7-5什

28、么是中間導(dǎo)體定律和連接導(dǎo)體定律？它們在利用熱電偶測溫度時有什么實際意義？答：中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，當引入第三導(dǎo)體時，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則第三導(dǎo)體對回路總熱電勢無影響。 意義：利用這個定律可以將第三導(dǎo)體換成毫伏表，只要保證兩個接點溫度一致，就可以完成熱電勢的測量而不影響熱電偶的輸出。 連接導(dǎo)體定律：回路的總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,To)與連接導(dǎo)線電勢EAB(Tn,To)的代數(shù)和。意義：連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運用補償導(dǎo)線進行溫度測量的理論基礎(chǔ)。7-6什么是中間溫度定律和參考電極定律？它們各有什么實際意義？答：中間溫度定律：回路的總熱電勢等于EAB(T,Tn)與EAB

29、(Tn,To)的代數(shù)和。意義：為定制分度表奠定了理論基礎(chǔ)。參考電極定律: EAC(T,T0)-EBC(T,T0)=EAB(T,T0) 意義：利用參考電極定律可以大大簡化熱電偶選配工作。7-7用鎳鉻-鎳硅熱電偶測得介質(zhì)溫度為800°C，若參考端溫度為25°C，問介質(zhì)的實際溫度為多少？答：t=介質(zhì)溫度+k*參考溫度，800+1*25=825°C 7-8熱電式傳感器除了用來測量溫度外是否還能用來測量其他量？舉例。答：測量管道流量，測氣體成分，鑒別金屬材質(zhì)。7-9實驗室備有鉑銠鉑熱電偶、鉑電阻器和半導(dǎo)體熱敏電阻器，今欲測量某設(shè)備外殼的溫度。已知其溫度約為300400

30、76;C，要求精度達到±2°C，問應(yīng)選哪種？為什么？答：鉑電阻 ，溫度范圍 0 660°C， 測量精度高。鉑銠鉑熱電偶，溫度范圍 0 1600°C，主要測非固體。半導(dǎo)體熱敏電阻，溫度范圍 -100 +300°C，高溫非線性嚴重。綜合上述條件可知應(yīng)選鉑電阻。第八章8-1簡述光電式傳感器的特點和應(yīng)用場合，用框圖表示光電式傳感器的組成。答：特點：非接觸、響應(yīng)快、性能可靠。應(yīng)用場合：非接觸測量。組成框圖：（課本截圖）8-2何謂外光電效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)？答：外光電效應(yīng)：在光照條件下電子從物體表面逸出而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象。光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受

31、到光照時產(chǎn)生光生電子空穴對，進而使電阻率變化，使導(dǎo)電性能增強的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)：光照引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。8-3試比較光電池、光敏晶體管、光敏電阻及光電倍增管在使用性能上的差別。答：光電池：與外電路連接有短路電流輸出和開路電壓輸出兩種形式。硅光電池轉(zhuǎn)換效率較低，適宜工作在可見光波段。靈敏度高，適合作開關(guān)元件。光敏晶體管：靈敏度和線性度均好，可用作線性轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)。光敏電阻：光照特性呈非線性，不適合做線性檢測元件，但可作開關(guān)元件。光電倍增管：光電流大，靈敏度高，可用來檢測和放大微弱光信號。8-4通常用哪些主要特性來表征光電器件的性能？它們對正確選用器件有什么作用？答：光照特性：表征

32、光電器件的靈敏度。作用：可根據(jù)不同的精度要求來選擇相應(yīng)光照特性的光電器件。光譜特性：指相對靈敏度與入射光波長的關(guān)系。作用：包含光源與光電器件的傳感器應(yīng)根據(jù)光電器件的光譜特性來選擇匹配的光源和光電器件；對于被檢測體可作光源的傳感器則根據(jù)被檢測體輻射的光波長選擇光電器件。響應(yīng)時間/頻率特性：反應(yīng)映光電器件的動態(tài)特性。作用：為實際應(yīng)用時對光電器件的動態(tài)性能要求提供參考依據(jù)。峰值探測率：對噪聲的衡量。作用：峰值探測率大則噪聲等功率小，衡量光電器件的性能。溫度特性，作用：根據(jù)光電器件的溫度特性可以知道在實際應(yīng)用時應(yīng)該根據(jù)環(huán)境溫度選用合適的光電器件，或者可以知道是否該進行溫度補償。伏安特性，作用：選用時要

33、根據(jù)實際選擇合適電壓和電流參數(shù)的光電器件。8-5怎樣根據(jù)光照特性和光譜特性來選擇光敏元件？試舉例說明。答：光照特性，例如光敏晶體管的光照特性是靈敏度和線性度都很好，在需要線性度好的應(yīng)用中就可以選擇光敏晶體管。 光譜特性，例如由光譜特性可知波長鍺>硅，實際應(yīng)用時要根據(jù)被測光的波長來選擇光敏元件的材料，從而在相同的輻射功率下達到較高的靈敏度要求。8-9試指出光電轉(zhuǎn)換電路中減小溫度、光源亮度及背景光等因素變動引起輸出信號漂移采用的措施。(這部分書上好像不夠詳細)答：溫度影響：進行溫度補償。光源亮度影響：根據(jù)不同的亮度范圍采用不同的負載電阻。背景光影響：橋路補償法，調(diào)制法8-10簡述光電傳感器的

34、主要形式及應(yīng)用。答：按輸出量的性質(zhì)，可分為模擬式和開關(guān)式。模擬式中還可分透射式、反射式、遮光式、輻射式。應(yīng)用：光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表，光電式物位傳感器，視覺傳感器，細絲類物件的在線檢測。8-11舉出你熟悉的光電傳感器應(yīng)用實例，畫出原理結(jié)構(gòu)圖并簡單說明原理。答：實例，手機上的光照度傳感器，用來輔助調(diào)節(jié)屏幕的亮度以及接聽電話時測距以便防止臉部誤觸，放口袋中時防止誤觸等。投光器受光器光電器件測量電路光照 電信號出光電感應(yīng)器是由兩個組件即投光器及受光器所組成，利用投光器將光線由透鏡將之聚焦，經(jīng)傳輸而至受光器之透鏡，再至接收感應(yīng)器，感應(yīng)器將收到之光線訊號轉(zhuǎn)變成電器信號，此電信訊號更可進一步作各種不同的開關(guān)及控制動作，其基本原理即對投光器受光器間之光線做遮蔽之動作所獲得的信號（描述不準確?。┘右赃\用以完成各種自動化控制。8-12試說明圖8-33（b）所示光電式數(shù)字測速儀的工作原理。（1）若采用紅外發(fā)光器件為光源，雖看不見燈亮但電路卻能正常工作，為什么？（2）