傳感器復習習題

1、第一章傳感器習題1 1 .什么是傳感器？（傳感器定義）傳感器是接收信號或刺激并反應的器件，以測量為目的，以一定精度把被測量轉換為與之有確定關系的、易于處理的電量信號輸出的裝置。2 2 .傳感器由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成：1 1）敏感元件：直接感受被測量,并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。2 2）轉換元件：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉換成電路參數。3 3）轉換電路：上述電路參數接入轉換電路，便可轉換成電量輸出。3 3 .傳感器發(fā)展方向？第 2 2 章熱電式傳感器1 1 .熱電偶冷端溫度對熱電偶的熱電勢有什么影響？為消除冷端

2、溫度影響可采用哪些措施？半導體熱敏電阻的主要優(yōu)缺點是什么？在電路中是怎樣克服的？答：由熱電偶的測溫原理可以知道，熱電偶產生的熱電動勢大小與兩端溫度有關，熱電偶的輸出電動勢只有在冷端溫度不變的條件下，才與工作溫度成單信函數關系。實際應用時，由于熱電偶冷端離工作端很近，且又處于大氣中，其溫度受到測量對象和周圍環(huán)境溫度波動的影響，因而冷端溫度難以保持恒定，這樣會帶來測量誤差。為消除冷端溫度影響，常用的措施有：補償導線法：將熱電偶配接與其具有相同熱電特性的補償導線，使自由端遠離工作端，放置到恒溫或溫度波動較小的地方。端恒溫法：把熱電偶的冷端置于某些溫度不變的裝置中，以保證冷端溫度不受熱端測量溫度的影響

3、。冷端溫度校正法。自動補償法。答：熱敏電阻是一種電阻值隨溫度變化的半導體傳感器。它的溫度系數很大，比溫差電偶和線繞電阻測溫元件的靈敏度高幾十倍，適用于測量微小的溫度變化。熱敏電阻體積小、熱容量小、響應速度快，能在空隙和狹縫中測量。它的阻值高，測量結果受引線的影響小，可用于遠距離測量。它的過載能力強，成本低廉。但熱敏電阻的阻值與溫度為非線性關系，所以它只能在較窄的范圍內用于精確測量。熱敏電阻在一些精度要求不高的測量和控制裝置中得到廣泛應用。為了克服熱敏電阻的非線性，通常我們在電路里用溫度系數很小的精密電阻與熱敏電阻串聯(lián)或并聯(lián)構成電阻網絡。2 2 .PN.PN 結為什么可以用來作為溫敏元件？他的特

4、性？3 3 .AD590.AD590 集成溫度傳感器的測溫原理，有何特點？畫出測試電路圖。答：集成溫度傳感器的測溫原理是基于晶體管的 PNPN 結隨溫度變化而產生漂移現象研制的。眾所周知，晶體管 PNPN 結的這種溫漂，會給電路的調整帶來極大的麻煩。但是，利用 PNPN 結的溫漂特性來測量溫度，可研制成半導體溫度傳感元件。如前所述，晶體管的基極一發(fā)射極電壓在恒定集電極電流條件下，可以認為與溫度呈線性關系。但是，嚴格地說，這種線性關系是不完全的，即關系式中存在非線性項。另一方面，這種關系也不直接與任何溫標（絕對、攝氏、華氏或其它溫標）相對應。實際上，隨著溫度升高，基極-發(fā)射極電壓反而下降。止匕外

5、，即使是同一型號同一批次的晶體管，其基極一發(fā)射極電壓值也可能有土 100mV100mV 的分散性。鑒于上述原因，集成化的溫度傳感器幾乎無一例外地采用對管差分電路，這種電路給出直接正比于絕對溫度的線性輸出。4 4 . .如果需要測量 1000c1000c 和 20c20c 溫度時，分別宜采用哪種類型的溫度傳感器？答：測量 10001000C C 宜用熱電偶溫度傳感器，測量 2020C C 宜用熱敏電阻溫度傳感器。5 5 . .采用一只溫度傳感器能否實現絕對溫度、攝氏溫度、華氏溫度的測量？怎樣做？6 6 . .熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應用在什么不同場合？P-NP-N 結中，少數載流子（專

6、有名詞，不是少數的載流子）會發(fā)生漂移運動，而少數載流子濃度與溫度密切相關，通過觀測少數載流子電氣特性變化，可以推導出溫度值?；咎匦裕篣f-TUf-T 關系、靈敏度特性、自然特性分為以下幾種類型：答：熱電阻根據感溫元件的材料不同分成兩種類型，一種是鋁電阻，一種銅電阻。珀易于提純、復制性好，在氧化性介質中、甚至在高溫下，其物理化學性質極其穩(wěn)定。由于鋁是貴重金屬，因此在測量精度要求不高、測溫范圍較小的情況下，普遍采用銅電阻。銅電阻具有較大的電阻溫度系數，材料容易提純，銅電阻的阻值與溫度之間接近線性關系，銅的價格比較便宜，所以銅電阻在工業(yè)上得到廣泛應用。銅電阻的缺點是電阻率較小，機械強度差，穩(wěn)定性也

7、較差，容易氧化。釬 I I 電阻傳球器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠.主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中,此外，還被廣泛地附用于溫度的基準、標準的傳遞，是目前測溫發(fā)現性最好的一種銅電阻傳感器：價錢較柏金鵬便宜工在測溫范圍比較小的情況下,有很好的穩(wěn)定性溫度系數比較大，電阻值與溫度之間接近線性關系.材料容易提純，價格便宜.不足之處是測量精度較用電阻梢低，電阻率小口鐵電阻和曝電阻,鐵和銀兩種金屬的電阻溫度系數較高、電阻率較大，故可作成體積小，靈敏度高的電阻溫度計，其缺點是容易氧化.化學穩(wěn)定性差，不易提純，復制性差,而且電陽俏與溫度的線性關系差。目前應用不多。7 7 .什么叫熱電動勢

8、、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。答：當導體 A A 和 B B 的兩個接觸點 1 1 和 2 2 之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，這便是熱電動勢。兩種不同材料的金屬 A A、B B 具有不同的自由電子密度，設在溫度 T T 時的自由電子密度分別為 ANAN 和 BN,BN,且 ABNNABNN。當兩種金屬相接時，接觸面會發(fā)生電子擴散現象。當擴散達到動態(tài)平衡時，在 A A、B B 之間形成穩(wěn)定的電位差，形成接觸電勢 ABeABe。對于單一導體，如果兩端溫度分別為 T T、0T,0T,且 0TTo0TTo 導體中

9、的自由電子，在高溫端具有較大的動能，因而向低溫端擴散，在導體兩端產生了電勢，這個電勢稱為單一導體的溫差電勢。將兩種不同材料的導體或半導體 A A 和 B B 焊接起來，構成一個閉合回路，當導體 A A 和 B B 的兩個接觸點 1 1 和 2 2 之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），溫度為參考溫度的另一端叫做冷端（也稱為參考端）；回路中所產生的電動勢稱為熱電勢，冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。熱電偶產生的熱電勢由兩

10、部分組成：一個是兩種導體的接觸電勢，另一個是單一導體的溫差電勢。熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償備熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A AB B 串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，那么回春中就會存在熱電勢.有電流產生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢.接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢.

11、它的大小取決于兩導體的性質及接觸點的溫度，而與號體的形狀和尺寸無關口溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產生的一種電勢，電偏隔原理：熱電偶的測溫原 aiHiaiHi 理的熱電效應.所謂熱電融，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路心若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產生電動勢的現象.兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大.羽入適當的測量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小口熱電偶三定律：a a 中 I I 同導體定律：熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產生影響.在用熱電偶測溫時,連接導線及顯示一起等均可看成中同導體,b

12、b 中間溫度定律：任何兩種均勻材料組成的熱心偶.熱端為 T,T,冷端為 T T 時的熱電勢等于該熱電偶然端為 T T 冷端為 T.T.時的熱電勢與同熱電偶然端為 T T , ,冷端為 T T。片熱電勢的代數和。應用：對熱以偶冷端不為。度時，可用中向溫度定律加以修正。熱中偶的氏度不匏時，可根據中間溫度定律選用適當的補償線路。c c 參考電極定律：如果 A A、B B 兩種導體（熱電極）分別與第三種導體 C C（參考電極）組成的熱電偶在結點溫度為（TTTO）時分別為 EMCT,TOCT,TO）和 EBC（T,T,TO）,那么受相同溫度下，又 A A、B B 兩熱電極配對后的熱電勢為EABToTo-

13、 -1=1=EAC（T,ToT,To）*EBC: :T,T,Tn.Tn.實用價值;可大大簡化熱電偶的選配 L L 作 h 在實際工作中.只要獲得有關熱電極與標準伯電極配對的熱電勢，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，而不需逐個進行測定。誤差因素：參考揣溫度受周圍環(huán)境的影響減小誤差的措施有:a a怛溫法C 儀表機械零點調整法d 熱電偶補償法e 電橋補償法f冷端延長線法8 8 .試述熱電偶測溫的基本原理和兩個基本定理。答：熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的熱電效應。所謂熱電效應就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產生電動勢的現象

14、，兩點間的溫差越大產生的電動勢就越大，引入適當的測量電路測量電動勢的大小就可測得溫度的大小9 9 .試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點。答：電阻溫度計利用電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。熱電偶溫度計是根據熱電效應原理設計而成的。前者將溫度轉換為電阻值的大小，后者將溫度轉換為電勢大小。相同點：都是測溫傳感器，精度及性能都與傳感器材料特性有關。1010 .試解釋負電阻溫度系數熱敏電阻的伏安特性并舉例（畫出簡單的電路）說明其用途。答： 伏安特性表征熱敏電阻在恒溫介質下流過的電流 I I 與其上電壓降 U U 之間的關系。 當電流很小時不足以引起自身發(fā)熱，阻值保持恒定，電壓降與電流間符合歐姆定律。

15、當電流 IIsIIs 時,隨著電流增加，功耗增大，產生自熱，阻值隨電流增加而減小，電壓降增加速度逐漸減慢,因而出現非線性的正阻區(qū) aboabo 電流增大到 IsIs 時，電壓降達到最大值 UmUm0 0此后，電流繼續(xù)增大時，自熱更為強烈，由于熱敏電阻的電阻溫度系數大，阻值隨電流增加而減小的速度大于電壓降增加的速度，于是就出現負阻區(qū) bcbc 段。研究伏安特性，有助于正確選擇熱敏電阻的工作狀態(tài)。對于測溫、控溫和溫度補償，應工作于伏安特性的線性區(qū)，這樣就可以忽略自熱的影響，使電阻值僅取決于被測溫度。對于利用熱敏電阻的耗散原理工作的場合，例如測量風速、流量、真空等，則應工作于伏安特性的負阻區(qū)。三、重

16、點1 1 .試述光敏電阻、光敏晶體管、光電池的特點和如何使用？1 1）光敏電阻是內光電效應器件，它是利用光電導效應。即當光敏電阻受到光照時，光生電子一空穴對增加，阻值減小，電流增大。2 2）光敏晶體管具有兩個 PNPN 結，發(fā)射極一邊做得很大，以擴大光的照射面積。當集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時，集電結就是反向偏壓，當光照射在集電結時，在結附近產生電子一空穴對，會有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的 B B 倍，所以光敏晶體管有放大作用。2 2 .氣敏傳感器有哪幾種類型？其工作原理有什么不同？氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導體氣敏傳感器

17、、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導體氣敏傳感器。工作原理： 聲表面波器件之波速和頻率會隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。 氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質量和導電率發(fā)生變化時，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質量和導電率變化程度亦不同， 即引起聲表面波頻率的變化也不同。 通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準確的反應氣體濃度的變化值。電阻型半導體氣敏元件是利用半導體接觸氣體時， 其阻值的改變來檢測氣體的成分或濃度； 而非電阻型半導體氣敏傳感元件根據其對氣體的吸附和反應，使其某些有關特性變化對氣體進行直接或間接檢測。3 3 . .為什么多數氣敏傳感器要加加熱器工作？加熱器有哪些作用。加熱電極，可加速還原反應提高氣敏傳感器靈敏度；燒掉金屬網罩上的灰塵和油滋，提高響應速度。4 4 .分析 P194P194 圖 9.109.10 和圖 9.219.21