傳感器與檢測技術(shù)胡向東第版習(xí)題解答

1、傳感器與檢測技術(shù) （胡 向東第2版）習(xí)題解答王濤第1章概述 什么是傳感器答：傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置， 常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器的共性是什么答：傳感器的共性就是利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非電量（如位移、 速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等）輸出。 傳感器一般由哪幾部分組成答：傳感器的基本組成分為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分， 分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。 另外還需要信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，輔助電源。傳感器是如何分類的、一I r答：傳感器可按輸入量、元出量、工作原理元基本效信號調(diào)量變 征

2、等分類，其中按輸入量和工作原理的分類方式應(yīng)用較為普遍。1按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進行分類 按輸入量分類的傳感器以被測物理量命名， 傳感器、壓力傳感器等。2按傳感器的工作原理進行分類根據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應(yīng)、半導(dǎo)體理論、化學(xué)原理等） 式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、 光電式傳感器等。3按傳感器的基本效應(yīng)進行分類 根據(jù)傳感器敏感元件所蘊含的基本效應(yīng)，可以將傳感器分為物理傳感器、傳感器。改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些答： 差動技術(shù)； 平均技術(shù)； 補償與修正技術(shù)； 屏蔽、隔離與干擾抑制； 穩(wěn) 定性處理。第2章傳感器的基本特性什么是傳感器的靜態(tài)特性

3、描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入、輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器 的輸入-輸出關(guān)系中不含時間變量。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。利用壓力傳感器所得測試數(shù)據(jù)如下表所示，計算非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。設(shè)壓力 為OMPa時輸出為OmV壓力為時輸出最大且為。壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程1反行程正行程反行程正行程1反行程1及所蘊含的技術(shù)特如輔移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度， 可以分為電阻 熱電式傳感器、化學(xué)傳感器和生物解：求非線性誤差，首先要求實際特性曲線與擬合直線之間的最

4、大誤差，擬合直線在輸入 量變化不大的條件下，可以用切線或割線擬合、過零旋轉(zhuǎn)擬合、端點平移擬合等來近似地代 表實際曲線的一段（多數(shù)情況下是用最小二乘法來求出擬合直線） 。（1）端點線性度：設(shè)擬合直線為：y=kx+b,根據(jù)兩個端點（0,0）和（，），則擬合直線斜率： *+b=b=0端點擬合直線為y=壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程在處非線性誤差最大（2）最小二乘線性度:設(shè)擬合直線方程為y令X1ao，X2印由最小二乘法：AAX AL,有擬合直線為y=+壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行 程反行 程正行 程反行 程正行 程反行 程均

5、值理論 值誤差誤差方程yiyiyi（a。a1Xi） v由已知輸入輸出數(shù)據(jù),有:直接測量值矩陣L根據(jù)最小二乘法，0.644.047.47，系數(shù)矩陣A10.9314.45111110.020.040.06，被測量估計值矩陣X0.080.10a0ai用一階傳感器測量100Hz的正弦信號，如果要求幅值誤差限制在5%以內(nèi)，時間常數(shù)應(yīng)取 多少如果用該傳感器測量50Hz的正弦信號，其幅值誤差和相位誤差各為多少幅頻特性：A()所以有。匾A(3)0相位誤差：( 3 )=-arcta n(COT)=所以有( 3 )0某溫度傳感器為時間常數(shù)T =3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指 示出溫差的三分

6、之一和二分之一所需的時間。解：一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為 - ln1 y(t) t *ln 1y(t)由題意有A( ) 15%，即)25%200nX 50=100 n幅值誤差：A()J1 ( )21100%1.32%答：非線性誤差公式：LmaxLYFS100%061遲滯誤差公式：HYJ1。，又最大行程最大偏差Hmax=，.HmaxHYFS重復(fù)性誤差公式：RmaxLYFS100%，又重復(fù)性最大偏差為Rmax=，RmaxL100%0.64%100% 0.6%16.50罟0100%O.48%解：一階傳感器頻率響應(yīng)特性：H (j(j ) 1100%100%1幅頻特性：A(j ) 1( /n)224

7、2( /n)2- t1*ln11 *ln -3*( 0.405465)1.2164s，333玻璃水銀溫度計通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程來表示?，F(xiàn)已知某玻璃 水銀溫度計特性的微分方程是y代表水銀柱高(mm , x代表輸入溫度C)。求該溫度計的時間常數(shù)及靈敏度。 解：一階傳感器的微分方程為式中T傳感器的時間常數(shù)；Sn傳感器的靈敏度。對照玻璃水銀溫度計特性的微分方程和一階傳感器特性的通用微分方程，有該溫度計的時間常數(shù)為2s，靈敏度為1。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在t=5s時輸出為50mv在t時，輸出為100mv。試求該傳感器的時間常數(shù)。解：y(

8、t) y(t0)y(t) 丫仇)(1T =5/=某一質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)在受到階躍輸入激勵下，出現(xiàn)的超調(diào)量大約是最終穩(wěn)態(tài)值的40%如果從階躍輸入開始至超調(diào)量出現(xiàn)所需的時間為，試估算阻尼比和固有角頻率的大小。設(shè)一力傳感器可簡化為典型的質(zhì)量-彈簧-阻尼二階系統(tǒng),f0=1OOOHz若其阻尼比為，試問用它測量頻率為600Hz、輸入幅值比A( CD )和相位差( CD )各為多少解:1h)2 13.57145680.28，216Hz處，并得到最大的幅值比解：當(dāng)n時共振，則A( )max20.361所以:n2 f 2216 1357rad/s-ln1y(t) y(t0)y(t ) y(t0) ln150

9、10150ri0o.587787，已知該傳感器的固有頻率400Hz的正弦交變力時，其輸出與1幅頻特性：A(j ) 1( /n)2242( /n)2解：二階傳感器的頻率響應(yīng)特性：H(j )1 ( / nr； 2 ( /n)0 口 *當(dāng)f=600Hz時,相頻特性：()arcta n21(/n)(n/ nl22 2A(j ) 1(600 /1000)0.721(600/1000)2 0.947，()arctan27 (600/1000)1 (600/1000)2arctan0 52.696;0.64當(dāng)f=400Hz時,()arctan27 (400/1000)1 (400/1000)arctan陛0

10、.8433.69。第3章電阻式傳感器電阻應(yīng)變片的種類有哪些各有什么特點答：常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片的工 作原理是主要基于應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)致其材料幾何尺寸的變化；半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。試分析差動測量電路在應(yīng)變電阻式傳感器測量中的好處。答： 單臂電橋測量電路存在非線性誤差，而半橋差動和全橋差動電路均無非線性誤差。 半橋差動電路的電壓輸出靈敏度比單臂電橋提高了一倍。全橋差動電路的電壓輸出靈敏 度是單臂電橋的4倍。將100Q電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，如果試件截面積S 0.5 104m2，彈性模量E 2 1011N/m2，若由

11、5 104N的拉力引起應(yīng)變計電阻變化為1 Q,求電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。解:R/ R已知11009丄叫5 1032 1011R/R 1/100 C-325 10一個量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm內(nèi) 徑18mm在其表面粘貼八各應(yīng)變片， 四個沿周向粘貼， 應(yīng)變片的電阻值均為120Q,靈敏度為, 波松比為， 材料彈性模量E=X10Pa。要求：(1)解：所以繪出彈性元件計算傳感器在當(dāng)橋路的供電(1)圓桶截面積：貼片位置及全橋電路； 滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化； 電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。應(yīng)變片1、2、3、應(yīng)變片5、& 7、感受縱向應(yīng)變;

12、感受周向應(yīng)變;R, R2都是電阻應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電半橋UoE(R1在圖3-11中，設(shè)電阻應(yīng)變片R1的靈敏度系數(shù)K=未受應(yīng)變時，R1=120Q。當(dāng)試件受力F(1)電阻應(yīng)變片的電阻變化量R和電阻相對變化量R1/R1;(2)將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V,求電橋輸出電壓及其非線性誤差；(3)如果要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施分析其電橋輸出電壓及非線性誤差的大小。滿量程時:由電阻應(yīng)變片靈敏度公式由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系應(yīng)力與受力面積的關(guān)系E，及FA，得FAEU軟(1)三2AE10尹0 (1S10 10359.7 1062.1 10110.

13、01037V圖3-5中，設(shè)負載電阻為無窮大(開路)，圖中E 4V，RR2R3R4100試求:(1)R1為金屬電阻應(yīng)變片，其余為外接電阻,當(dāng)R1的增量為R11.0時，電橋的輸出電壓Uo阻,電橋的輸出電壓UoR1,R2都是電阻應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為R1R21.0，但極性相反, 其余為外接電阻，電橋的輸出電壓Uo解:(1)單臂UoR3(R1R )R2R3R44(代1)0.00995V極性相同U。R3101R1) (R2R2)R3&-)0V101 101 2R1R14僥) 0.02V時，電阻應(yīng)變片承受平均應(yīng)變值800 m/m。試求:解：圖3-11是一種等強度梁式力傳感器,(1)由

14、K= (R/R)/得R/R=K,R1/R1K 2.05 800 1061.64做成差動結(jié)構(gòu)形式，靈敏度將提高一倍。有一只差動電感位移傳感器，已知電源電壓U分別為R=40Q ,L=30mH用兩只匹配電阻設(shè)計成四臂等阻抗電橋，如圖所示，試求:(1)匹配電阻R3和R4的值為多少時才能使電壓靈敏度達到最大。103UoE尺R1R3(RiRi) R23 (120.1968丄)0.00123V120.1968 1202電阻應(yīng)變片阻值為120Q，彈性模量E 2 1011N/m2，靈敏系數(shù)泊松比卩K=2,沿縱向粘貼于直徑為 的圓形鋼柱表面，鋼材的=。求:(1)鋼柱受9.8 104N拉力作用時應(yīng)變片電阻的變化量R

15、和相對變化量 ；R(2)若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時應(yīng)變片電阻的相對變化量。解：(1)由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系E，及應(yīng)力與受力面積的關(guān)系F，得 ,AEFAE9.8 104210110.25 1030.512030.5 100.25 1031030.06丄，得xRy15103。已知變氣隙厚度電感式傳感器的鐵芯截面積S1.5cm2，磁路長度L=20cm,相對磁導(dǎo)率r5000，氣隙初始厚度00.5cm,=，真空磁導(dǎo)率04107H /m，線圈匝數(shù)N=3000，求單線圈式傳感器的靈敏度 如何變化L/。若將其做成差動結(jié)構(gòu)，靈敏度將解：LL。，K0L0所以，K541030.5 10210.834。

16、4V,f 400Hz，傳感器線圈電阻與電感（2）當(dāng)Z=10Q時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值。 解：（1） R3=R4=R=40Q差動電橋幾何gUo乙HZ；RR乙乙2（乙乙）單臂電橋gUoZ2乙Z2Ug2H2)gU一2(乙Z2Z34 -100.25V2 (40 40)ggUoU20gU2（乙Z2）殘余電壓的原因是什么如何消除零點殘余電壓答：零點殘余電壓的產(chǎn)生原因：（線圈）傳感器的兩個二次繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不 對稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感生電動勢幅值不等、 相位不同，構(gòu)成了零點殘余電壓的基波；（鐵 心）由于磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯），產(chǎn)生了零點殘余電壓的高次諧波（主 要是三

17、次諧波）：（電源）勵磁電壓本身含高次諧波。零點殘余電壓的消除方法：盡可能保證傳感器的幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱；采用適當(dāng)?shù)臏y量電路，如差動整流電路。在使用螺線管電感式傳感器時，如何根據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的位置答：常見的差動整流電路如圖4-15所示。以圖4-15b為例分析差動整流的工作原理。由圖可乙Z2孟Z2)42 (40 40)0.5V引起零點知：無論兩個二次繞組的輸出瞬時電壓極性如何，流經(jīng)電容G的電流方向總是從2端到4端,流經(jīng)電容C2的電流方向總是從6端到8端，所以整流電路的輸出電壓為當(dāng)銜鐵位于中間位置時，U24U68，故輸出電壓Uo=0;當(dāng)銜鐵位于零位以上時，U24U68，則Uo0

18、；當(dāng)銜鐵位于零位以下時，則有U24U68，Uo0。只能根據(jù)Uo的符號判斷銜鐵的位置在零位處、零位以上或以下，但不能判斷運動的方向。如何通過相敏檢波電路實現(xiàn)對位移大小和方向的判定 答：相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向， 敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號。經(jīng)過相敏檢波電路，正即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相位移輸出正電壓，負位移輸出負電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負表明位移 的方向。第5章電容式傳感器有一個以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器如下圖所示，其中板間距為do1mm。測量時，一塊極板在原始位置上向左平移了a=10mm b=16mm兩極2mm

19、求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移靈敏度K（已知空氣相對介電常數(shù)1208.854 10 F / m）。1，真空的介電常數(shù)解：電容變化量為即電容減小了2.83 1O-13F?；螂娙菔絺鞲衅鞯奈灰旗`敏度(單位距離改變引起的電容量變化。為C CK 1.41 10-10(F/m)x a有一個直徑為2m高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水量達到桶容量的80%寸就應(yīng)當(dāng)停 止，試分析用應(yīng)變電阻式傳感器或電容式傳感器來解決該問題的途徑和方法。解： 電阻應(yīng)變片式傳感器解決此問題的方法參見P48圖3-18所示的電阻式液體重量傳感器，UoSh g，當(dāng)注水達到桶容量的80%寸，也就是位于感壓膜上的液體高度達

20、到桶高4m的對應(yīng)位置時，輸出一個對應(yīng)的電壓，通過一個電壓比較器就可以在液位達到4m時輸出一個觸發(fā)信號，關(guān)閉閥門，停止注水。2電容式傳感器解決此問題的方法參見P80圖5-6所示的圓筒結(jié)構(gòu)變介質(zhì)型電容式傳感器， 總的電容值為試推導(dǎo)圖5-20所示變介質(zhì)型電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電常數(shù)為0，圖中21，極板寬度為W其它參數(shù)如圖所示。解：以x為界，可以看作兩個電容器并聯(lián)，右邊的電容器又可以看作兩個電容器串聯(lián)。參見P79圖5-5。故總的電容量為1 2l(l X)1d2(d)繪出此位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說明。r. xbd_0.r.a.b d電容式傳感器的位移靈敏度(單位距離

21、改變引起的電容量相對變化)為C/Cx/a 1K - -XXa0 電容相對變化量-0.2, a11E100(m ),20(H h) 20 1hIn (D/d) In (D/d)變介質(zhì)式電容傳感器中的液位達到桶高量電路，就可以在液位達到4m時輸出一個觸發(fā)信號，關(guān)閉閥門，停止注水。C C1C220H 2 h0(11)ln (D/d)ln (D/d)4m的對應(yīng)位置時，電容值達到一個特定值，接入測C0益刖在圓筒結(jié)構(gòu)0 1lx c，C210 11(1 X)C，C220 2l(l X)Cd，2C21C21C22C221 21(1 X)id2(d)在題中，設(shè)S =d=1mm極板為正方形(邊長50mm。1=1,

22、2=4。試針對x=050mn范圍內(nèi),2解:C C C0 x0 Z1U X)0 2l0(1 2)儀特性曲線是一條斜率為-1的直線。C0C某一電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r=4mm,工作初始間隙d=，問：（1）工作時，如果傳感器與工件的間隙變化量d=2卩m時，電容變化量為多少？如果測量電路的靈敏度S=1OOmV/pF讀數(shù)儀表的靈敏度S=5格肝乂在d=2卩m時, 讀數(shù)儀表的示值變化多少格？8.854 10-123.1415926 (4 103)20.3 103-12-3 28.854 103.1415926 (4 10 )(1.4735-1.4835) 10-12-0.01 10-12F，12

23、32A8.854 10-3.1415926 (4 10-)d- d(0.3-0.002)10-3(1.4933-1.4735) 10-120.00979 10-12F，S 1mV,格數(shù)變化U S25格第6章壓電式傳感器什么是壓電效應(yīng)什么是逆壓電效應(yīng)答： 正壓電效應(yīng)就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化 現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。 當(dāng)在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，即壓電 片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。試分析石英晶體的壓電效應(yīng)原理。答：石英晶體的化學(xué)成分是SiO2，是單晶結(jié)構(gòu)，理想

24、形狀六角錐體，如圖6-1a所示。石英晶體是各向異性材料，不同晶向具有各異的物理特性，用X、y、z軸來描述。z軸：是通過錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。X軸：經(jīng)過六面體的棱線并垂直于z軸的軸為X軸，稱為電軸（壓電效應(yīng)只在該軸的兩個表 面產(chǎn)生電荷集聚），沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。y軸：與X、z軸同時垂直的軸為y軸，稱為機械軸（該方向只產(chǎn)生機械變形，不會出現(xiàn)電 荷集聚）。沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。石英晶體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)

25、；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，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨之 消失，稱為逆壓電效應(yīng)。將一壓電式力傳感器與一只靈敏度SV可調(diào)的電荷放大器連接，然后接到靈敏度為Sx=20mm/V勺光線示波器上記錄，已知壓電式壓力傳感器的靈敏度為Sp=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)的總靈敏度為s=Pa試問:解：（1）Co間隙增大CiG Ci-Co間隙縮小C2C2C2-C01.4835 1012F，1.4735 1012F，-121.4933 10 F，3(0.3 0.002) 10-（1）

26、電荷放大器的靈敏度Sv應(yīng)調(diào)為何值（V/pc）霍爾電勢與霍爾電場EH、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度b、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的厚度d、電子平 均運動速度V、磁場感應(yīng)強度為了提高霍爾傳感器的靈敏度， 度成反比， 所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。某霍爾元件尺寸（l、b、d ）%xx,沿l方向通以電流I=，在垂直lb面加有均勻磁場B=,傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/，求其輸出的霍爾電動勢和載流子濃度。解：UHKHIB 22 1.0 1030.3 0.0066V由KH丄，得ned第8章熱電式傳感器熱電偶的工作原理是什么？答：熱電偶測溫基本原理：熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩 種不

27、同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度不同的熱源 中，則在該回路中會產(chǎn)生熱電動勢，在一定條件下，產(chǎn)生的熱電動勢與被測溫度成單值函數(shù) 關(guān)系。因此，我們只需測得熱電動勢值，就可間接獲得被測溫度。什么是中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律答：中間導(dǎo)體定律熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，貝U對熱電偶回路 總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線及顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。中間溫度定律 任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為t，冷端為t0時的熱電勢等于該熱電偶熱端為t冷端為tc時的熱電勢與同一熱電偶熱端為tc，冷端為t

28、o時熱電勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為0C時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a償線路。3標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參考電極）組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱 電動勢已知，則由這兩個導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電 極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐解:用該測試系統(tǒng)測40Pa的壓力變化時，光線示波器上光點的移動距離是多少S SpSvSx第7章什么是霍爾效應(yīng)霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)答：一塊長為I、寬

29、為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場（磁場方向垂直于薄 片）中，當(dāng)有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Uh。這種現(xiàn)象稱 為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N型半導(dǎo)體材料，且比較薄。IB C IB7RHned dS 40Pa 0.5mm/Pa 40Pa 20mm磁敏式傳感器霍爾電勢UHEHb vBbKHIBB電流I有關(guān)。RH1- - 0d ned霍爾元件常制成薄片形狀。又霍爾元件的靈敏度與載流子濃霍爾傳感器的靈敏度KH個進行測定。4均質(zhì)導(dǎo)體定律如果組成熱電偶的兩個熱電極的材料相同， 無論兩接點的溫度是否相同，熱電偶回路中的總 熱電動勢均為0。均質(zhì)導(dǎo)體定律有助于檢驗兩個熱電極材料成分是

30、否相同及熱電極材料的均勻性。用兩只K型熱電偶測量兩點溫度，其連接線路如下圖所示，已知1=4200,=300，測得兩點的溫差電動勢為，問兩點的溫度差是多少如果測量t1溫度的那只熱電偶錯用的是電偶，其他都正確，試求兩點實際溫度差是多少（可 能 用 到 的 熱 電 偶 分 度 表 數(shù) 據(jù) 見 表 一 和 表 二 ， 最 后 結(jié) 果 可 只 保 留 到 整 數(shù) 位 ）表一K型熱電偶分度表（部分）工作端0101 2030405060708090溫度/ 0熱電動勢/mV00100200300400解：所以e(t2,0) e(420,0)e(t1,t2) 17.24 15.24 2.0mv，查表得t2點的溫

31、度為0,兩點間的溫度差為t1t2=0 如果測量t2錯用了E型熱電偶，則所以eK(t2,0) 30.546 1.801 1.203 15.24 14.708mv查表得t2點的溫度為3600，兩點間的溫度差實際為t1t2將一支鎳鉻-鎳硅熱電偶與電壓表相連，電壓表接線端是500 ,若電位計上讀數(shù)是，偶熱端溫度是多少 解： 查表，知K型熱電偶500對應(yīng)的電動勢為，2依據(jù)中間溫度定律 得3按內(nèi)插值計算得熱端溫度為t=1908.022 7.737（200 190）=08.1377.737鉑電阻溫度計在1000時的電阻值為139Q，當(dāng)它與熱的氣體接觸時，電阻值增至 試確定該氣體的溫度（設(shè)00時電阻值為100

32、Q）。解：由00時電阻值為100 Q,可知該鉑電阻溫度計為分度號為Pt100的鉑熱電阻，根據(jù)1000時的電阻值為139Q，進一步確定為分度號為Pt100的鉑熱電阻。對應(yīng)于281Q的阻值，查Pt100分度表，對應(yīng)的溫度約為500C。鎳鉻-鎳硅熱電偶的靈敏度為C,把它放在溫度為12000處， 若以指示表作為冷端， 此處 溫度為50r，E型熱420-360=600。問熱電281 Q,試求熱電動勢的大小。解：e(t1200,t50)K (1200 50) 0.04 1031150 0.046V將一靈敏度為r的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是50r，若電位計上讀數(shù)是60mV求熱電偶的熱端溫度。解：t

33、e（t，t50）50-6乞50=800rK0.08使用K型熱電偶，參考端溫度為or,測量熱端溫度為30r和900r時，溫差電動勢分別 為和。當(dāng)參考端溫度為30r、測量點溫度為900r時的溫差電動勢為多少解：根據(jù)中間溫度定律EAB(t,t0)EAB(t,tc)E(tc,t0),EAB(t900,t30) EAB(t900, to) EAB(to,t30)EAB(t900,t0)EAB(t30,t0)=熱電阻有什么特點答：熱電阻測溫基本原理：熱電阻測溫是基于熱效應(yīng)的基本原理。所謂熱效應(yīng)，就是金屬導(dǎo) 體的阻值會隨溫度的升高而增加或減小的現(xiàn)象。因此，我們只需測得金屬導(dǎo)體電阻的變化就 可間接獲得被測溫度

34、。試分析三線制和四線制接法在熱電阻測量中的原理及其不同特點。答：熱電阻常用引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩線制的特點是結(jié)構(gòu)簡單、費用低，但是引線電阻及其變化會帶來附加誤差。主要適用于引 線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制的特點是可較好地減小引線電阻的影響。主要適用于大多數(shù)工業(yè)測量場合。四線制的特點是精度高，能完全消除引線電阻對測量的影響。 主要適用于實驗室等高精度測 量場合。某熱敏電阻，其B值為2900K若冰點電阻為500kQ，求該熱敏電阻在100C時的阻抗。 解：具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻，其阻值與溫度的關(guān)系可表示為B BFRTR0exP(),tt0=500 103exp（ 2.

35、8452） 500 1030.05812=29kQ第9章光電式傳感器什么是光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些答：光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢等，這些因光 照引起物體電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會克服正離子對它的吸引力， 脫離材料表面進入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。根據(jù)外光電效應(yīng)制作的光電器件有光電管和光電 倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)是指物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物體內(nèi)部運動，而不會逸出物體的現(xiàn) 象

36、。內(nèi)光電效應(yīng)多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)，可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和因 光照產(chǎn)生電動勢的光生伏特效應(yīng)兩種。光電導(dǎo)效應(yīng)是指物體在入射光能量的激發(fā)下，其內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子（電子-空穴對），使物體中載流子數(shù)量顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是指光照在半導(dǎo)體中激發(fā)出的光電子和空穴在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，是將光能變?yōu)殡娔艿囊环N效應(yīng)?；诠馍匦?yīng)的光電器件典型的有光電池；此外，光敏 二極管、光敏晶體管也是基于光生伏特效應(yīng)的光電器件。一個8位光電碼盤的最小分辨率是多少如果要求每個最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度至少 為，則碼盤半徑應(yīng)有多大 解：一個n位二進制碼盤的最小分辨率是360 /2nO 8位光電碼盤的最小分辨率是360 /28碼盤周長為0.01mm 28=*256=，碼盤半徑為2n設(shè)某循環(huán)碼盤的初始位置為“0000”，利用該循環(huán)碼盤測得結(jié)果為“0110”，其實際轉(zhuǎn)過的 角度是多少解：基于二進制碼得到循環(huán)碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系為CnCiBnBiBi i(i 1,L ,n 1)相應(yīng)地,循環(huán)碼轉(zhuǎn)換為二進制碼的方法為BnCnBiCiBi 1(i 1,L ,n 1) 循環(huán)碼:二進制碼：循環(huán)碼“0110”對應(yīng)的二進制碼為“0100”，對應(yīng)的十進制數(shù)為4,又初始