完整版?zhèn)鞲衅髟砑皯?yīng)用習(xí)題及答案

1、習(xí)題集及答案第1章概述1.1 什么是傳感器根據(jù)國標(biāo)定義,傳感器應(yīng)該如何說明含義1.2 傳感器由哪幾局部組成試述它們的作用及相互關(guān)系.1.3 傳感器如何分類按傳感器檢測的范疇可分為哪幾種答案1.1 答：從廣義的角度來說,感知信號檢出器件和信號處理局部總稱為傳感器.我們對傳感器定義是：一種能把特定的信息(物理、化學(xué)、生物)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器 件和裝置.從狹義角度對傳感器定義是：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件.我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665-87)對傳感器(Sensor/transducer)的定義是：能夠感受規(guī)定的被測量并根據(jù)一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置.定義說明傳

2、感器有這樣三層含義：它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的一種檢測裝置；能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出；傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系.按使用的場合不同傳感器又稱為變換器、換能器、探測器. 1.2 答：組成一一由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、根本電路組成；關(guān)系,作用一一傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置,即檢測與限制之首. 傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口,一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號,其作用與地位特別重要.1.3答：(略)答：根據(jù)我國制定的傳感器分類體系表,傳感器分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器以及生物量傳感器三大類,含 12個(gè)

3、小類.按傳感器的檢測對象可分為：力學(xué)量、熱學(xué)量、流體量、 光學(xué)量、電量、磁學(xué)量、聲學(xué)量、化學(xué)量、生物量、機(jī)器人等等.第3章電阻應(yīng)變式傳感器3.1 何為電阻應(yīng)變效應(yīng)怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片圖 3-313.2 圖3-31為一直流電橋,負(fù)載電阻Rl趨于無窮.圖中E=4V, Ri=R2=R3=R4=120 Q,試求： Ri為金屬應(yīng)變片,其余為外接電阻,當(dāng)Ri的增量為 嶇尸1.2 時(shí),電橋輸出電壓Uo=? Ri、R2為金屬應(yīng)變片,感應(yīng)應(yīng)變大小變化相同,其余為外接電阻,電橋輸出電壓 Uo=?R、R2為金屬應(yīng)變片,如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反,且ARi=AR2 =1.2 Q電橋輸出電壓Uo=?答案3.1 答：導(dǎo)體

4、在受到拉力或壓力的外界力作用時(shí),會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形,同時(shí)機(jī)械變形會(huì)引起導(dǎo)體阻值的變化,這種導(dǎo)體材料因變形而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng).當(dāng)外力作用時(shí),導(dǎo)體的電阻率 P、長度l、截面積S都會(huì)發(fā)生變化,從而引起電阻值 R的變 化,通過測量電阻值的變化,檢測出外界作用力的大小.3.2 解:E R由于只有R為應(yīng)變片,電橋輸出按單臂電橋計(jì)算,Uo=?,f= 0.010V由于兩應(yīng)變片變化大小相同,相互抵消無輸出,U o = 0VE R由于Ri,®應(yīng)變時(shí)大小變化相反,電橋輸出按半橋計(jì)算,Uo=0.02V2 R第4章電容式傳感器4.1 如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性4.2 差動(dòng)式變

5、極距型電容傳感器,假設(shè)初始容量C1 =C2 =80pF ,初始距離60 =4mm ,當(dāng)動(dòng)極板相對于定極板位移了= 0.75mm時(shí),試計(jì)算其非線性誤差.假設(shè)改為單極平板電容,初始值不變,其非線性誤差有多大4.3 ：圓盤形電容極板直徑D = 50mm,間距60 = 0.2mm ,在電極間置一塊厚 0.1mm的云母片(斗=7),空氣(加=1).求：無云母片及有云母片兩種情況下電容值C1及C2是多少當(dāng)間距變化A6=0.025mm時(shí),電容相對變化量/C1及AC2/C?是多少答案4.1 答：非線性隨相對位移 46/樂的增加而增加,為保證線性度應(yīng)限制相對位移的大?。黄鹗?極距自與靈敏度、線性度相矛盾,所以變

6、極距式電容傳感器只適合小位移測量；為提升傳 感器的靈敏度和改善非線性關(guān)系,變極距式電容傳感器一般采用差動(dòng)結(jié)構(gòu).4.2 解：假設(shè)初始容量C1 =C2=80pF ,初始距離6°=4mm,當(dāng)動(dòng)極板相對于定極板位移了6 = 0.75mm時(shí),非線性誤差為： 匚20.75 2L =()2 100% =()2 100% =3.5% '04改為單極平板電容,初始值不變,其非線性誤差為：Ad100% =,00.75 100% =18.75%44.3 解：1) C1 =、.012 一, 一工8.85父10父3.12b10 =347m100F2 10-；S8.85 10,2 3.14 2.5 10

7、,4/ 1 10一1 10一 _10 一= 6.08 10 F2)令 6'=$0d +%.,那么."-：CiCi二 0_1 _、 Q00:0.143C2C20.025 =0.280 0.1143-0.025第5章電感式傳感器5.15.2何謂電感式傳感器電感式傳感器分為哪幾類各有何特點(diǎn)說明單線圈和差動(dòng)變間隙式電感傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和根本特性.5.3概述差動(dòng)變壓器式傳感器的應(yīng)用范圍, 理.并說明用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測振動(dòng)的根本原5.45.5電渦流式傳感器的基什么叫電渦流效應(yīng)說明電渦流式傳感器的根本結(jié)構(gòu)與工作原理. 本特性有哪些它是基于何種模型得到的 電渦流式傳感器可以進(jìn)行哪

8、些物理量的檢測能否可以測量非金屬物體,為什么?答案5.1 答：電感式傳感器是一種機(jī)-電轉(zhuǎn)換裝置,電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測的一種裝置,傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化.它可以用來測量位移、振動(dòng)、壓力、應(yīng)變、流量、密度等參數(shù).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.5.2 略5.3 略5.4 答：1塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn) 生一圈圈閉和的電流,這種電流叫電渦流,這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng).2形成渦流必須具備兩個(gè)條件：第一存在交變磁場；第二

9、導(dǎo)電體處于交變磁場中.電渦流式傳感器通電后線圈周圍產(chǎn)生交變磁場,金屬導(dǎo)體置于線圈附近.當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近交變磁場中時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生渦流, 這個(gè)渦流同樣產(chǎn)生交變磁場.由于磁場的反作用使線圈的等效電感和等效阻抗發(fā)生變化,使流過線圈的電流大小、相位都發(fā)生變化.通過檢測與阻 抗有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行非電量檢測.3由于金屬存在趨膚效應(yīng),電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的外表薄層內(nèi),實(shí)際上渦流的分 布是不均勻的.渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同,存在徑向分布和軸向分布. 所以電渦流傳感器的檢測范圍與傳感器的尺寸線圈直徑有關(guān).4回路方程的建立是把金屬上渦流所在范圍近似看成一個(gè)單匝短路線圈作為等效模型.5.5 答：1但凡能引起 R2

10、、L2、M變化的物理量,均可以引起傳感器線圈Ri、Li的變化,可以進(jìn)行非電量檢測；如被測體金屬的電阻率P,導(dǎo)磁率N ,厚度d ,線圈與被測體之間的距離x,鼓勵(lì)線圈的角頻率 8等都可通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗Z發(fā)生關(guān)系,使R、Li變化；假設(shè)限制某些參數(shù)不變,只改變其中一個(gè)參數(shù),便可使阻抗Z成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù).2電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體,這是由于傳感器本身特性決定的.第6章磁電式傳感器6.1 試述磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)形式.6.2 什么是霍爾效應(yīng)6.3 霍爾元件常用材料有哪些為什么不用金屬做霍爾元件材料6.4 某一霍爾元件尺寸為 L =10mm, b =3.5mm,

11、d =1.0mm,沿L方向通以電流I = 1.0mA,在垂直于L和b的方向加有均勻磁場 B = 0.3T,靈敏度為22V/AT, 試求輸出霍爾電勢及載流子濃度.4.6.5霍爾元件靈敏度 Kh =40V/A T,限制電流I =3.0mA,將它置于1父10 5M10 T 線性變化的磁場中,它輸出的霍爾電勢范圍有多大答案6.1 略6.2 答：通電的導(dǎo)體半導(dǎo)體放在磁場中,電流與磁場垂直,在導(dǎo)體另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng).6.3 答：1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.只有半導(dǎo) 體材料適于制作霍爾元件.又因一般電子遷移率大于空穴的遷移率,所以霍爾元件多采用

12、 N型半導(dǎo)體制造.2金屬材料電子濃度雖然很高,但電阻率很小很小,使霍爾電勢Uh很小,因此不適于做霍爾元件材料.6.4 解:,Kh =22V/(AT),I =1.0mA,B =0.3T;輸出霍爾電勢：UH =KhIB =6.6mV ,一,=, -19,L =10mm,b = 3.5mm, de = 1.0mm, e = 1.6 10 一7載流子濃度為：IBn 二UHed0.001 0.319 =28.41 10190.0066 1.6 10- 0.0016.5 解：.Kh =40V/AT, I =3.0mA, B=1 10- -5 10工T輸出霍爾電勢范圍是：低端：UH =Kh IB =12V高

13、端：UH =Kh IB =60W第8章光電效應(yīng)及器件8.1 什么是內(nèi)光電效應(yīng)什么是外光電效應(yīng)說明其工作原理并指出相應(yīng)的典型光電器件.8.2 普通光電器件有哪幾種類型各有何特點(diǎn)利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電器件有哪些用光生伏特效應(yīng)制成的光電器件有哪些8.3 普通光電器件都有哪些主要特性和參數(shù)8.4 什么是光敏電阻的亮電阻和暗電阻暗電阻電阻值通常在什么范圍8.5 試述光敏電阻、光敏二極管和光電池的工作原理.如何正確選用這些器件舉例說明.8.6 光敏二極管由哪幾局部組成,它與普通二極管在使用時(shí)有什么不同請說明原理.8.7 光電池的結(jié)構(gòu)特征是什么它如何工作的8.8 采用波長為0.80.9 Nm的紅外光源時(shí),

14、宜采用哪種材料的光電器件做檢測元件為什么答案：8.1 答：當(dāng)用光照射物體時(shí),物體受到一連串具有能量的光子的轟擊,于是物體材料中的電 子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動(dòng)勢等.這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).1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(dòng)勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電 效應(yīng),內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng).入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng),典型的光電器件有光敏電阻；光照時(shí)物體中能產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng),光電池、光敏晶體管.2在光線作用下,物體內(nèi)的電子逸出物體外表向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng),典型 的光電器件有光電管、光電倍增

15、管.8.2 答：略8.3 答：光照特性；光譜特性；伏安特性；溫度特性；頻率特性等8.4 答：暗電阻,無光照時(shí)的電阻為暗電阻,暗電阻電阻值范圍一般為0.5200M;亮電阻、受光照時(shí)的電阻稱亮電阻,亮電阻的阻值一般為0.520KQ.8.5 答：略8.6 答：略8.7 答：略8.8 答：1采用波長為 0.80.9 Nm的紅外光源時(shí),宜采硅光電池或硅光敏管,其光譜響應(yīng)峰值在0.8 Rm附近,波長范圍在 0.41.2 Nm.2其中硅光電池適于接受紅外光,可以在較寬的波長范圍內(nèi)應(yīng)用.第11章波與射線式傳感器11.1 什么是超聲波其頻率范圍是多少11.2 超聲波在通過兩種介質(zhì)界面時(shí),將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象11.3

16、 超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用什么效應(yīng),檢測原理是什么常用的超聲波傳感 器探頭有哪幾種形式簡述超聲波測距原理.11.4 利用超聲波測厚的根本方法是什么超聲波在工件中的聲速為5640m/s,測得的時(shí)間間隔t為22S ,試求工件厚度11.5 紅外輻射探測器分為哪兩種類型企兩種探測器有哪些不同試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn).11.6 表達(dá)熱釋電效應(yīng),熱釋電元件如何將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵鰺後岆娞綔y器為什么只能探測調(diào)制輻射11.7 什么是放射性同位素輻射強(qiáng)度與什么有關(guān)系11.8 試用核輻射測量方法設(shè)計(jì)一個(gè)測厚儀器系統(tǒng),請畫出測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖,試說明射線測量物厚的原理.11.9 放射性探測器有哪幾種結(jié)構(gòu)如

17、何,各有什么特征答案11.10 答：1超聲波是人耳無法聽到的聲波.人耳聽見的聲波稱機(jī)械波,頻率在 16Hz20kHz , 一般說話的頻率范圍在 100Hz8kHz之間,低于20Hz頻率的波稱為次聲波,高于 20kHz 頻率的波稱超聲波,頻率在 300MHz300GHz之間的波稱為微波.2超聲波頻率范圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲,11.11 答：當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí),在界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換.11.12 答：1超聲波傳感器主要利用壓電材料晶體、陶瓷的壓電效應(yīng),其中超聲波發(fā)射器利 用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件,將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成

18、接收元件,將超聲波機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號.2按工作形式簡單超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式,兼用型傳感器是將發(fā)射 TX和接收RX元件制作在一起,器件可同時(shí)完成超聲波的發(fā)射與接收；專用型傳感器 的發(fā)送TR和接收RX器件各自獨(dú)立.按結(jié)構(gòu)形式有密封性和開放型,超聲波傳感器上 一般標(biāo)有中央頻率23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz,表示傳感器工作頻率.3略11.41通過測得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔t和超聲波在介質(zhì)中傳播速度,便可以求得待測的厚度或物位.2解：=5640m/s,ti -t2 =22s由& =2加/u,得到工彳+厚度 Ah =Atu/2 = 62.

19、04m11.5 答：1紅外探測器主要有兩大類型：熱探測器熱電型,包括熱釋電、熱敏電阻、熱電偶；光子探測器量子型,利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下產(chǎn)生光電子效應(yīng),使材料 的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,其中有光敏電阻、光敏晶體管、光電池等.2紅外探測器是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的熱電或光電器件,當(dāng)器件吸收輻射能時(shí) 溫度上升,溫升引起材料各種有賴于溫度的參數(shù)變化,檢測其中一種性能的變化,既可探知輻射的存在和強(qiáng)弱.光量子型紅外探測器是能將紅外輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為電能的光敏器 件.3光子探測器與熱釋電傳感器區(qū)別是,光量子型光電探測器探測的波長較窄,而熱探 測器幾乎可以探測整個(gè)紅外波長范圍.11.6 答：1熱釋

20、電效應(yīng)首先利用器件溫度敏感特性將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號,這一過程包括了 光一熱一電的兩次信息變換過程,而對波長頻率沒有選擇.光一熱一電轉(zhuǎn)換過程中,光一熱階段,物質(zhì)吸收光能,溫度升高；熱一電階段,利用某種效應(yīng)將熱轉(zhuǎn)換為電信號.當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片外表時(shí),薄片溫度升高使極化強(qiáng)度降低,外表電荷減少,釋放局部電荷,所以稱熱釋電.2溫度一定時(shí)因極化產(chǎn)生的電荷被附集在外外表的自由電荷慢慢中和掉不顯電性,要讓熱釋電材料顯現(xiàn)出電特性,必需用光調(diào)制器使溫度變化,并且調(diào)制器的入射光頻率f必須大于電荷中和時(shí)間的頻率.11.7 答：1具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核稱做核素,但凡原子序數(shù)相同,原子質(zhì)量不同

21、的 元素,在元素周期表中占同一位置,稱同位素.2放射性的強(qiáng)弱稱為放射性強(qiáng)度,一般用單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的次數(shù)來表示,也稱核 輻射強(qiáng)度.11.8 略11.9 略第12章熱電式傳感器12.1 什么是熱電效應(yīng)熱電偶測溫回路的熱電動(dòng)勢由哪兩局部組成由同一種導(dǎo)體組成的 閉合回路能產(chǎn)生熱電勢嗎12.2 為什么熱電偶的參比端在實(shí)際應(yīng)用中很重要對參比端溫度處理有哪些方法12.3 解釋以下有關(guān)熱電偶的名詞：熱電效應(yīng)、熱電勢、接觸電勢、溫差電勢、熱電極、測量端、參比端、分度表.12.4 某熱電偶靈敏度為 0.04mV/C,把它放在溫度為 1200c處的溫度場,假設(shè)指示表冷端 處溫度為50C,試求熱電勢的大小12.5 某熱電偶的熱電勢在 E(600,