傳感器復(fù)習(xí)大綱傳感器復(fù)習(xí)題及答案.

1、傳感器復(fù)習(xí)大綱 傳感器習(xí)題及答案第一章傳感器的定義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。傳感器的分類：1. 按檢測的量分類：物理量傳感器、化學(xué)量傳感器、生物量傳感器。2. 按輸出信號的性質(zhì)分類：模擬傳感器、數(shù)字傳感器。3. 按傳感器的能源分類：有源傳感器、無源傳感器。 第二章描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)：線性度、遲滯、重復(fù)性、閾值、靈敏度、穩(wěn)定性、 噪聲、漂移等，它們是衡量傳感器靜態(tài)特性優(yōu)劣的重要指標(biāo)參數(shù)。靈敏度：是指傳感器在穩(wěn)定工作條件下，輸出微小變化增量與引起此變化的輸入微小 變量的比值。第三章 電阻應(yīng)變式傳感器主要利用金屬電阻應(yīng)變效應(yīng)或半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成敏感元 件，是測量微小變

2、化的理想傳感器。金屬電阻應(yīng)變片的基本原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，了、即導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時它的電阻值 發(fā)生變化。對于半導(dǎo)體而言，應(yīng)變傳感器主要是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。作業(yè)。第四章 變極距型、變面積型、變介質(zhì)型三種形式電容式傳感器。 （大概看一下工作原理。 ） 第五章變磁阻式傳感器（自感式傳感器）的工作原理。 差動變壓器式傳感器（互感式傳感器）零點(diǎn)殘余電壓差動變壓器測量電路： 差動變壓器輸出交流信號，為正確反映銜鐵位移大小和方向，常常采用差動整流電路 和相敏檢波電路。 P72 圖由法拉第電磁感應(yīng)原理可知：一個塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中切割磁 力線運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生閉合的電流，這種電流像

3、水中旋渦，故稱為電渦流，這種現(xiàn) 象叫做電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制作的傳感器稱渦流傳感器。電渦流傳感器的最大特點(diǎn)是能夠?qū)Ρ粶y 量進(jìn)行非接觸測量。用自己的話描述其工作原理。（根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理 , 塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力 線運(yùn)動時 , 導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流 , 此電流叫電渦流 , 以上現(xiàn)象稱為電渦流效 應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。 按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況 此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類 , 但從基本工作原理上來說仍是相似的。電 渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對位移、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)

4、測量 , 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。） 第六章磁電感應(yīng)式傳感器（電動式）分類：1恒磁通式：動圈式、動鋼式2變磁通式：開磁路、閉磁路 磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路：接入積分電路可測位移，接入微分電路可測加速度。 霍爾效應(yīng)的原理任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件的。只有半導(dǎo) 體材料（尤其是 N 型半導(dǎo)體）的電子遷移率 和載流子濃度 適中，適于制作霍爾元件?；魻栐y位移是由一對極性相反的磁極共同作用，形成梯度磁場。由電磁學(xué)理論可知，在磁鐵中心位置磁場強(qiáng)度為零時霍爾電勢為零，可作為坐標(biāo)原點(diǎn)?；魻栐豿 軸方向移動時，霍爾元件的

5、感應(yīng)電勢是位移的函數(shù)?；魻栯妱莸拇笮　⒎柗謩e表示位移變化 的大小和方向，其輸出特性如圖 6-15b 所示。這種測量方式的特點(diǎn)是，磁場的梯度越均勻， 輸出線性越好。第七章壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)（晶體） ，當(dāng)沿著一定方向施加力時， 。內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象、 同時在它的兩個表面會產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)為不帶電狀態(tài)， 這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。壓電元件作為傳感器使用時，有兩種等效電路形式，如圖7-8所示。圖7-8a為電壓源等效電路，圖 7-8b 是電荷源等效電路。從等效電路可知，只有在外電路負(fù)載 無窮大，且 內(nèi)部無漏電時，受力產(chǎn)生的電荷才能長期保存下來，如果負(fù)載不是無窮大，電路將以 時間

6、按指數(shù)規(guī)律放電，若輸出電路的響應(yīng)時間過長，必然帶來測量誤差。實(shí)際上傳感器內(nèi) 部不可能沒有泄漏，負(fù)載也不可能無窮大，只有在工作頻率較高時，傳感器電荷才能得以 補(bǔ)充。從這個意義上說，壓電式傳感器不適宜做靜態(tài)信號測量。 P109第八章光電效應(yīng)分類：1外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。 2內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)光線照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的 現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)又分為：A 光電導(dǎo)效應(yīng)：入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象。B 光生伏特效應(yīng)：光照時物體中能產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。莫爾條紋通常是由兩塊光柵疊合而成的，為了避免摩擦，光柵之間留有間隙，對于柵 距較大的振

7、幅光柵，可以忽略光的衍射。圖 8-48b 為兩光柵以很近的距離重疊的情況，兩 光柵的柵線透光部分與透光部分疊加，光線通過透光部分形成亮帶；兩光柵透光部分分別 與另一光柵不透光部分疊加，互相遮擋，光線透不過，形成暗帶，這種由光柵重疊形成的 光學(xué)圖案稱為莫爾條紋。 P132、133第九章光纖傳感器的類型較多，大致可分為功能型和非功能型兩大類。 （用自己的話說說兩 者的區(qū)別） P160、1611功能型：功能型又稱傳感型。 （圖 9-40）這類傳感器利用光纖本身對外界測對象具 有敏感能力和檢測功能，光纖不僅起到傳光作用，而且在被測對象作用下合光強(qiáng)、相位、 偏振態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了被

8、測信息。如果外界作用時光纖傳播的 光信號發(fā)生變化，使光的路程和相位改變，將這種信號接收處理后，可以得到與被測信號 相關(guān)的變化電信號。2非功能型：又稱傳光型。 （圖 9-41）這時光纖只作傳播光媒介，待測對象的調(diào)制功 能是由其他轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的光纖只起傳光作用。絕對濕度：單位體積空氣內(nèi)所含水汽的質(zhì)量。 P174相對濕度：在被測氣體中，實(shí)際所含水汽蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓 的百分比，一般用符號RH表示，無量綱。P1751 什么是傳感器？它由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？2傳感器技術(shù)的發(fā)展動向表現(xiàn)在哪幾個方面？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)

9、有哪些？各種參數(shù)代表什么意 義？動態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？4、 某位移傳感器，在輸入量變化5 mm時，輸出電壓變化為 300 mV，求其靈敏度。5、某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為：S1=0.2mV/C、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系統(tǒng)的總的靈敏度。6、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)？7、試說明金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不同之處。8、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？9、 鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。試求10、 如圖所示為等強(qiáng)度梁測力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變

10、片靈敏度系數(shù)k =2.05，未受應(yīng)變時R1 =120"，當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變；=8 10*，求(1) 應(yīng)變片電阻變化量R,和電阻相對變化量 只/R,。(2) 將電阻應(yīng)變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓是多少。R1圖等強(qiáng)度梁測力系統(tǒng)11、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。12、 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時，在t=0時，輸出為10mV;tth時，輸出 為100mV;在t=5s時，輸出為50mV,試求該傳感器的時間常數(shù)。13. 交流電橋的平衡條件是什么？14渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關(guān)？被測體對渦流傳感器的靈敏度有何影響？

11、15渦流式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？16電渦流傳感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？17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-p =0.3(mm)，介質(zhì)為空氣。問：(1 )如果極板間距離變化量= 1( Jm)，電容的變化量l C是多少？(2)如果測量電路的靈敏度 k1 =100(mV pF)，讀數(shù)儀表的靈敏度 k2 =5 (格/ mV)在 匯=：；1(m)時，讀數(shù)儀表的變化量為多少？18 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。19簡述電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。2

12、0. 電容式傳感器測量電路的作用是什么？21. 簡述正、逆壓電效應(yīng)。22 壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些？23 簡述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)。24能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？為什么？25.說明霍爾效應(yīng)的原理？26 磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同？27霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？28說明熱電偶測溫的原理及熱電偶的基本定律。29將一只靈敏度為 0.08mv/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30試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。31什么是光電效應(yīng)，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解釋。32簡述 CCD

13、的工作原理。33說明光纖傳輸?shù)脑怼?4光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？35紅外線的最大特點(diǎn)是什么？什么是紅外傳感器？36超聲波在介質(zhì)中有哪些傳播特性？37什么是超聲波的干涉現(xiàn)象？38為什么電感式傳感器一般都采用差動形式?參考答案1什么是傳感器？它由哪幾個部分組成？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量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、 便于應(yīng)用的某種 物理量的測量裝置，能完成檢測任務(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量， 并輸出與被測量成確定關(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

14、可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 2傳感器技術(shù)的發(fā)展動向表現(xiàn)在哪幾個方面？ 解：（1）開發(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 原理、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件。（2）開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測試系統(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、視覺傳感器。 研制仿生傳感器 研制海洋探測用傳感器 研制成分分析用傳感器 研制微弱信號檢測傳感器（3）研究新一代的智能化傳感器及測試系統(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

15、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)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器集成化開辟了廣闊的前景。（ 5）多功能與多參數(shù)傳感器的研究： 如同時檢測壓力、 溫度和液位的傳感器已逐步走向 市場。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？動態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？解：在生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中， 要對各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測和控制， 就要求傳感器能感受 被測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、

16、靈敏度，遲滯和重復(fù)性等。1）傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度；2）傳感器的靈敏度 S是指傳感器的輸出量增量 Ay與引起輸出量增量 Ay的輸入量增量 X 的比值；-輸入特3）傳感器的遲滯是指傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐唐陂g其輸出 性曲線不重合的現(xiàn)象；4）傳感器的重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，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。傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。1）

17、瞬態(tài)響應(yīng)特性：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時間響應(yīng)。在研究傳感器的動態(tài)特性時，有時需要從時域中對傳感器的響應(yīng)和過渡過程進(jìn)行分析。這種分析方法是時域分析法，傳感器對所加激勵信號的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵信號有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。2）頻率響應(yīng)特性：傳感器對正弦輸入信號的響應(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)研究傳感器的動態(tài)特性。為了減小動態(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 必。4. 某位移傳感器，在輸入量變化 5 mm時，輸出電壓變化為 300 mV，求其靈敏度。解：其靈敏度一巴-竺卑"0冰 5"05. 某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和

18、記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為:S1=0.2mV/C、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系統(tǒng)的總的靈敏度。解：': 口 ： I J 一一 - I''6. 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，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，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感柵后，雖然長度不變，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) ko小的現(xiàn)象。7、試說明金屬應(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

19、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0.1 g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，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，動態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大

20、，應(yīng)變時非線性比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。8、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)測量現(xiàn)場環(huán)境溫度變化時，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測量帶來了附加誤差。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)償法簡單易行，而且能在較大 的溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償，但上面的四個條件不一滿足，尤其是兩個應(yīng)變片很難處于同一溫度場。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。9、 鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。試求 求鋼材的應(yīng)

21、變。 鋼材的應(yīng)變?yōu)?00X 10-6時，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少？ARAI解：F 是 R/R=2 ( I/I )。因?yàn)殡娮枳兓适?R/R=0.001，所以 I/IR I(應(yīng)變)=0.0005=5 10* 因 f =300 10：所以：R R=2 300 106 10*10、 如圖所示為等強(qiáng)度梁測力系統(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R1 =120"，當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變；=8 10 ，求(1)應(yīng)變片電阻變化量 R和電阻相對變化量 只/R,。(2)將電阻應(yīng)變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓是多少。(b)(b)

22、圖等強(qiáng)度梁測力系統(tǒng)也R解：(1) = k g =2.05x8 匯 10* =1.64 漢 10，心R =k名只=1.64x10'x120=0.1968QR1uo =e( R R _ R3)Ri lR R2 R3 R4RR二 E(R R R2XR3 R4) R4年_ eR3 R(1 *訓(xùn)暑)R1 R1代設(shè)橋臂比，分母中初R可忽略并考慮到平衡條件&二昱，則上式可寫為:(b)(b)(b)(b)E亠衛(wèi)(1 n)R1=3n(1 n)21.64 10”(b)(b)= 4.92 10n2(1 十 n)11、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。解：為了減小和克服非線性誤差， 常采用差動電橋

23、在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)變，一個受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂， 稱為半橋差動電路， 由教材中的式（2-42）可知, Uo與厶R1/R1呈線性關(guān)系，差動電橋無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度Kv=E/2，比單臂工作時提高一倍，同時還具有溫度補(bǔ)償作用。12、 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時，在t=0時，輸出為10mV;tth時，輸出 為100mV在 t=5s時，輸出為50mV試求該傳感器的時間常數(shù)。解:此題與爐溫實(shí)驗(yàn)的測試曲線類似：由尹二口 =2二枝刃L* 9X0 =10 + 90(1-)13. 交流電橋的平衡條件是什么？解：由交流電路分析可得UoU (乙乙一乙乙)要滿足電橋平衡

24、條件，即 Uo = 0，則有：(乙 Z2XZ3 乙)Z1Z = Z2Z314渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關(guān)？被測體對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 1.82.5倍范圍內(nèi)，且分布 不均勻。渦流貫穿深度h二k.，定義在渦流密度最大值的jm/e處。被測 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，傳感器 靈敏度幾乎不受影響。15渦流式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？解：電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對位移、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。16電渦流傳

25、感器除了能測量位移外，還能測量哪些非電量？解：還可以對厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測量。17.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、：0 =0.3(mm)，介質(zhì)為空氣。問：(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)在二1Clm)時，讀數(shù)儀表的變化量為多少？名 S®S 名 S Ad°解: (1 )根據(jù)公式 C SS二亠d，其中S-： r2dd d d Z（2）根據(jù)公式巴二二二k2

26、垃，可得到,&也6 100如如0二宀 =k25= 0.02它的變化為虛假信號影響傳感器的18.寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度， 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，影響測量 精度。因此對電纜的選擇、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 勵的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時，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；C0為傳感器本身的電容； Cp

27、為引線電纜、所接測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；Rs為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時電容傳感器的等效靈敏度為ke-：Ced C。心-，LC。）_ kgAd一（1-co2LC0）2（4-28）當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時，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變化而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。19簡述電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。解：優(yōu)點(diǎn)：

28、（1）溫度穩(wěn)定性好（2）結(jié)構(gòu)簡單（3）動態(tài)響應(yīng)好（4）可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，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20. 電容式傳感器測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型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等21. 簡述正、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，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時

29、在兩個 表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，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， 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，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨 之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。22. 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頻率和動態(tài)特性。（3）介電常數(shù)：對于一定形狀、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

30、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)：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點(diǎn)。23. 簡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，連接電纜不能太長。優(yōu)點(diǎn)：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問題就可以得到克服，使它具有廣泛的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：電纜長，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電

31、壓靈敏度降低。不過由于固態(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)：價格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。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)加過載放大保護(hù)電路，否則在傳感器過載時，會產(chǎn)生過高的輸出電壓。24能否用壓電傳感器測量靜態(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量誤差較小，它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來測量靜態(tài)壓力。25. 說明霍爾效應(yīng)的原理？解：置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體

32、，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。26. 磁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磁電作用將被測量（如振動、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動產(chǎn)生電動式的，它不需要輔助電源就能把被測對象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是有源傳感器。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝 置。27. 霍爾

33、元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？解：根據(jù)下面這個公式可以得到UH=KHlBf（L），霍爾電勢還與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B, Kh為霍爾片的靈敏度，霍爾元件的長度bL和寬度b有關(guān)。28. 說明熱電偶測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達(dá)到測量的目的。 通常將被測溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢等的變化，通過適當(dāng)?shù)臏y量電路，就可由電壓電流這些電參數(shù)的變化來表達(dá)所測溫度的變化。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， 對熱電偶的

34、回路的總電勢無影響。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)體配對時的熱電勢，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度（T,TO ）下，任意兩導(dǎo)體 A、B組成的熱電偶，其電勢可由下式求得 Eab（T,T。）=Eac（T,T°） Ecb（T,To）3） 中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T，To時的熱電勢，等于該熱電偶在接點(diǎn) T、Ta 和 Ta、T0 時的熱電勢之和，即 Eab（T,T。）= EAB（T,Ta） Eab T。）29. 將一只靈敏度為 0.08mv/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 ？

35、解: T 60750 C0.0830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)行測溫的。熱電阻傳感器的測量精度高；有較大的測量范圍，它可測量一200500C的溫度；易于使用在自動測量和遠(yuǎn)距離測量中。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)簡單；電阻率高，熱慣性??；但 它阻值與溫度變化呈非線性，且穩(wěn)定性和互換性較差。31 什么是光電效應(yīng)，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解釋。解：光電效應(yīng)首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號,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)；1b）受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。32.簡述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)在金屬電極上施加一個正電壓時，在其電極下形成所謂耗