《傳感器原理與應用》綜合練習答案(期末考試)

1、傳感器原理與應用綜合練習一、填空題1熱電偶中熱電勢的大小僅與金屬 的性質(zhì)、 接觸點溫度 有關，而與熱電極尺寸、形狀及溫度分布無關。2按熱電偶本身結構劃分， 有 普通 熱電偶、 鎧裝熱電偶、 微型 熱電偶。 3熱電偶冷端電橋補償電路中， 當冷端溫度變化時， 由 不平衡 電橋提供一個 電 位差 隨冷端溫度 變化 的附加電勢，使熱電偶回路的輸出 不隨 冷端溫度的變化而改變，達到自動補償?shù)哪康摹?硒光電池的光譜峰值 與人類相近，它的 入射光 波長與人類正常視覺的也相近，因而應用較廣。5硅光電池的光電特性中，光照度與其 短路電流 呈線性關系。6壓電式傳感器的工作原理是基于某些 介質(zhì) 材料的壓電效應。 7

2、壓電陶瓷是人工制造的多晶體， 是由無數(shù)細微的電疇組成。 電疇具有自己極化 方向。經(jīng)過 極化 過的壓電陶瓷才具有壓電效應。8壓電陶瓷的壓電常數(shù) 比石英晶體大得多。但石英晶體具有很多優(yōu)點，尤其是其它壓電材料無法比的。9壓電式傳感器具有體積小、結構簡單等優(yōu)點，但不能測量頻率小 的被測量。 特別不能測量 靜態(tài)量 。10霍爾效應是導體中的載流子在磁場中受洛倫茨力 作用發(fā)生 位移 的結果。11霍爾元件是 N 型半導體制成扁平長方體，扁平邊緣的兩對側面各引出一對電極。一對叫 激勵 電極用于引入 激勵電流 ；另一對叫 霍爾 電極， 用于引出 霍爾電勢 。12減小霍爾元件溫度誤差的措施有： （ 1） 利用輸入回

3、路的串聯(lián)電阻 減小由輸入 電阻隨溫度變化；引起的誤差。 （ 2）激勵電極 采用恒流源 ，減小由于靈敏度隨溫 度變化引起的誤差。13霍爾式傳感器基本上包括兩部分：一部分是彈性元件，將感受的非電量轉(zhuǎn)換成磁物理量的變化 ；另一部分是霍爾元件和 測量電路 。14磁電式傳感器是利用霍爾效應 原理將 磁參量 轉(zhuǎn)換成感應電動勢信號輸出。15變磁通磁電式傳感器，通常將齒輪的齒（槽）作為磁路的一部分。當齒輪轉(zhuǎn)動時，引起磁路中 ，線圈感應電動勢輸出。16熱敏電阻正是利用半導體的數(shù)目隨著溫度變化而變化的特性制成的熱 敏感元件。17熱敏電阻與金屬熱電阻的差別在于，它是利用半導體的電阻隨溫度變化阻值變化的特點制成的一種

4、熱敏元件。18熱敏電阻的阻值與溫度之間的關系稱為熱敏電阻的。它是熱敏電阻測溫的基礎。19熱敏電阻的基本類型有： 負溫度系數(shù) 緩變型、 正溫度系數(shù) 劇 變型、 臨界溫度 型。20正溫度系數(shù)劇變型和臨界溫度型熱敏電阻不能用于溫度范圍的溫度控制，而在某一 溫度范圍內(nèi)的溫度控制中卻是十分優(yōu)良的。21正溫度系數(shù)劇變型和臨界溫度型熱敏電阻屬于型，適用于溫度監(jiān)測和溫度控制。22金屬電阻受應力后，電阻的變化主要是由 形狀 的變化引起的；而半導體電阻 受應力后，電阻的變化主要是由 發(fā)生變化引起的。23對于簡單的拉伸和壓縮來說， 當半導體電阻上的作用應力與電流方向一致時， 其電阻率 的 與 成正比。24當半導體材

5、料在某一方向承受應力時，它的電阻率 發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為半導體壓阻效應。用這個原理制成的電阻稱固態(tài) 半導體應變片 。 25固體受到壓力后，其電阻率發(fā)生一定變化，所有固體材料都有這個特點，其中以金屬材料最為顯著。26為了增大靈敏度，壓敏電阻常常擴散（安裝）在薄的基片 上。壓力的作用先引起 電阻相對變化 ，隨之使壓敏電阻承受應力。27擴散壓阻器件是在硅膜片適當位置上擴散出相等的壓敏電阻，然后將它們接成 而成。28擴散硅壓阻器件中， 有一種圓形 與其支撐的 合為一體， 稱為圓形 硅杯膜片結構。29濕敏電阻主要由基體 、電極和絕緣基片組成。30碳濕敏電阻是在絕緣基片上制備兩個電極，然后在電極之間噴涂

6、一層含有 的有機膠狀纖維素而成。31濕敏電阻的工作原理是利用濕敏材料 在吸收了環(huán)境中的水分后，引起兩電極間 的變化而工作的。32磁敏二極管工作時加 正向偏置電壓。 由于它的磁靈敏度很高， 特別適用于測量 裂紋 。33由磁敏二極管的工作原理知道， 用 外加正偏壓 控制其集電極電流的變化方向 （增加或減?。?；用磁場變化 控制其集電極電流的變化量。34磁敏二極管和三極管具有比霍爾元件高數(shù)百甚至數(shù)千的磁場靈敏度 ，因而適用于 弱磁場 的測量。35氣敏元件接觸氣體時， 由于其表面 的氧化和還原反應 ，致使其電阻率發(fā)生 明顯變化。36氣敏電阻的材料不是通常的硅或鍺材料，而是氧化錫 。37氣敏元件工作時，

7、需要工作溫度 比環(huán)境溫度高得多，為此氣敏元件結構上有 加熱器 。38電阻應變片的工作原理就是依據(jù)應變效應，建立導體 電阻值 與變形之間的量值關系而工作的。39當應變片主軸線與試件軸線方向一致且受一維應力時，應變片靈敏系數(shù)K 是應變片的電阻相對變化 與試件主應力的 半導體應變片應變值 之比 40螺線管式差動變壓器傳感器中，電壓 是評定差動變壓器性能的主要指標之一，它的存在會造成傳感器在零位附近 降低和測量誤差增大。 41差動螺線管式電感傳感器主要由兩個差動連接 的螺線管和初始狀態(tài)處于對稱位置的螺絲管 組成。因而兩個螺線管的初始電感相等。42電渦流傳感器的配用電路有 調(diào)頻式 電路、 調(diào)幅式 電路（

8、任寫兩個） 。 43電渦流式傳感器工作時，要求線圈距被測物無關的金屬物體至少有一個線圈的距離，否則會使 降低和非線性誤差加大。 44采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度 的測量轉(zhuǎn)換為 電阻 的測量。45電位器的種類繁多，按工作特性可分為性和 性兩種。46差動變壓器傳感器不僅可以直接用于測量，還可以用于測量與 有關的任何機械量。47測量儀表的精確度是精密度 和 準確度 兩者的總和。 精確度簡稱 精度 。48螺線管式差動變壓器傳感器主要由線圈組合、鐵芯 和 銜鐵 組成。49傳感器變換的被測量的數(shù)值處在下，傳感器 的關系稱為傳感器的靜特性，其主要技術指標有：線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。50當應變

9、片主軸線與試件軸線方向一致且受一維應力時，應變片靈敏系數(shù)K 是應變片的與試件主應力的之比51閉磁路變隙式單線圈電感傳感器的與靈敏度及線性度是相矛盾的。52電渦流式傳感器工作時，要求線圈距被測物無關的金屬物體至少有一個線圈的距離，否則會使 降低和非線性誤差加大。53電容式傳感器中，變介電常數(shù)式多用于液面高度 的測量。54電位器的種類繁多，按工作特性可分為性和 性兩種。55差動螺線管式電感傳感器主要由兩個的螺線管和初始狀態(tài)處于對稱位置的組成。因而兩個螺線管的初始電感相等。56電渦流傳感器的主體是。因而它的性能對整個測量系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響。57電容式傳感器中，變面積式常用于較大的位移 的測量。5

10、8光敏三極管可以看成普通三極管的集電結用光敏二極管 替代的結果。 通?；鶚O不引出，只有兩個電極。59光電管由一個光電陰極和一個陽極封裝在真空的玻璃殼內(nèi)組成，其技術性能主要取決于60振弦式傳感器是經(jīng)被拉緊的鋼弦作為傳感元件，其周期 與弦的張緊力的平方根成正比。61振筒式傳感器用薄壁圓筒將被測氣體或密度的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化。62所謂光柵，從它的功能上看，就是刻線間距很小的。63振弦式傳感器的原理結構中，振弦的一端用夾緊塊固定在上，另一端用夾緊塊固定在 彈性感壓膜片上。64對某種物體產(chǎn)生有一個的限制，稱為紅限。65光敏二極管的結構與普通二極管相似， 其管芯是一個具有 光敏特征 的 PN 結。它是在

11、 反向電壓下工作的。66振筒式傳感器中， 激勵器與拾振器通過 ，加上放大器和反饋網(wǎng)絡組成 一個振蕩系統(tǒng)，所以振筒是由 材料制成的。67電阻應變片的配用測量電 路采用 差動電 橋時， 不僅可以消除 非線性 誤 差 ，同時還能起到 提高電壓靈敏度 的作用。68螺線管式差動變壓器傳感器中，按線圈繞組排列方式的不同，分為一節(jié) 式、 。通常采用 。69電渦流傳感器的整個測量系統(tǒng)由線圈和導體 兩部分組成。利用兩者的耦合來完成測量任務。通過 實驗 和 計算 ，取得被測對象的某70測量是借助專用的技術和設備， 個量的大小和符號。71常用的非線性電位器結構以式和 式居多。第 10 頁72傳感器一般由 敏感元件

12、和 轉(zhuǎn)換元件 兩個基本部分組成。73工業(yè)上和計量部門常用的熱電阻， 我國統(tǒng)一設計的定型產(chǎn)品是 鉑電阻 和 銅 電阻 。74分辨率是顯示儀表能夠檢測到被測量的本領。一般模擬式儀表的分辨率規(guī)定為 分格數(shù)值的一半；數(shù)字式儀表的分辨率規(guī)定為 的數(shù)字。 75螺線管式差動變壓器傳感器的導磁外殼的功用主要是提供。76電阻應變片的初始電阻 R0 是指應變片未粘貼時，在室溫下測得的 電阻。 77電渦流傳感器工作時，被測物體電阻率和相對導磁率 r 越 ，則傳感器的靈敏度越 。78銅熱電阻在一些測量精度要求不太高 ，且溫度較低的場合，用來測量-50 150 范圍的溫度。二、選擇題1一個熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為 E0，當

13、打開其冷端串接與兩熱電極材料不同的第三根金屬導 體時，若保證已打開的冷端兩點的溫度與未打開時相同，則回路中熱電勢（ C ）。 A 增加B減小C增加或減小不能確定D不變2實用熱電偶的熱電極材料中，用的較多的是（A）。A純金屬B 非金屬C半導體D合金3工程（工業(yè)）中，熱電偶冷端處理方法有（AD）。A熱電勢修正法B 溫度修正法C 0 C 恒溫法D冷端延長法4熱電偶可以測量（C ）。A壓力B 電壓C溫度D熱電勢5壓電式傳感器目前多用于測量（BD ）。A靜態(tài)的力或壓力B 動態(tài)的力或壓力C速度D 加速度6壓電陶瓷傳感器與壓電石英晶體傳感器的比較是（AD ）。A 前者比后者靈敏度高得多B 后 者比前者靈敏度

14、高得多）。B激磁電流成反比 D磁感應強度成反比 B ）C 前 者比后者性能穩(wěn)定性高得多 D 后者比前者性能穩(wěn)定性高得多 7霍爾效應中，霍爾電勢與（ACA激磁電流成正比C磁感應強度成正比 8熱敏電阻測溫的基礎是根據(jù)它們的（A 伏安特性B熱電特性C標稱電阻值D測量功率9負溫度系數(shù)緩變型熱敏電阻有較好的感溫特性，適用于一定范圍的檢測；正溫度劇變型和臨界溫度型熱敏電阻屬于 型，適于溫度監(jiān)測和溫度控制。10對于固態(tài)壓敏電阻的簡單拉伸和壓縮來說，當作用應力 與電流方向一致時， 它的電阻率相對變化率與（ ）。A 半導體材料的彈性模量成正比B半導體材料的彈性模量成反比C 作用應力 成正比D 11 A12131

15、4151617 A C18 A B C19 A D20 A C2122作用應力 成反比利用擴散硅壓阻器件可以制成小型的（ B ）傳感器。 溫度B壓力C加速度D流量通常用應變片式傳感器測量（C）。A 溫度B密度C加速度D電阻差動變壓器式傳感器的結構形式很多，其中應用最多的是（ B ）。A 變間隙式B變面積式C螺線管式通常用振弦式傳感器測量（ ）。A 溫度B扭矩C電流頻率D 大位移A 差動相敏檢波電路B差動整流電路C直流電橋D差動電橋若使電渦流傳感器的靈敏度高，被測物體的電阻率 和相對磁導率 r應該是 （A 大B 小Cr 大D r 小差動變壓器傳感器配用的測量電路主要電路有（）。）。當一定波長入射

16、光照射物體時，反映該物體光電靈敏度的物理量是（ ）。紅限 逸出功B 量子效率D 普朗克常數(shù)光敏三極管工作時（ A ）。 基極開路、集電結反偏、發(fā)射結正偏 基極開路、集電結正偏、發(fā)射結反偏基極接電信號、集電結正偏、發(fā)射結反偏 在光線作用下，半導體電導率增加的現(xiàn)象屬于（ ）。 外光電效應 B 內(nèi)光電效應光電發(fā)射振弦式傳感器中，把被測量轉(zhuǎn)換成頻率的關鍵部件是（ ）。 激勵器B 拾振器永久磁鐵D 振弦用熱電阻測溫時，熱電阻在電橋中采用三線制接法的目的是（ ）。 A 接線方便B減小引線電阻變化產(chǎn)生的測量誤差C 減小橋路中其它電阻對熱電阻的影響D 減小橋路中電源對熱電阻的影響 單線圈螺線管式電感傳感器廣泛

17、用于測量（ ）。 A 大量程角位移B 小 量程角位移C大量程直線位移D 小量程直線位移23變間隙式電容傳感器的非線性誤差與極板間初始距離d0 之間是（ B ）。A 正比關系B反比關系C無關系24利用電渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性度和靈敏度，其激磁線圈（半徑 為 ra ）與被測物體間的距離 x 應該滿足（ ）。A ra xB ra>>xD ra>x A ）。B加速度D 交流電壓）B額定電壓D額定功率C ra<x 25通常用電容式傳感器測量（A 電容量C電場強度 26應變片的主要參數(shù)有（A 初始電阻值C允許工作電壓27為了使螺線管差動變壓器傳感器具有較好的線性

18、度，通常是（A ）A 取測量范圍為線圈骨架的 1/101/4B 取測量范圍為線圈骨架的 1/22/3C 激磁電流頻率采用中頻 D 激磁電流頻率采用高頻三、問答題1. 傳感器特性在檢測系統(tǒng)中起到什么作用？ 答：傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置， 即檢測與控制之首。 傳感器是感知、 獲取 與檢測信息的窗口， 一切科學研究與自動化生產(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。2解釋下列名詞術語：1）敏感元件 ;2）傳感器 ; 3）信號調(diào)理器 ;4）變送器。 答：敏感元件：指傳感器中直接感受被測量的部分。傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)

19、律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。信號調(diào)理器：對于輸入和輸出信號進行轉(zhuǎn)換的裝置。 變送器：能輸出標準信號的傳感器3傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意 義？答：靜特性是當輸入量為常數(shù)或變化極慢時， 傳感器的輸入輸出特性， 其主要指標有線性度、 遲滯、重復性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。傳感器的靜特性由靜特 性曲線反映出來， 靜特性曲線由實際測繪中獲得。 人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇合適的傳 感器。4電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理是什么？ 答：種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、感應同步器。

20、原理：自感、互感、渦流、壓磁。 5試分析差動變壓器相敏檢測電路的工作原理。 答：相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向， 即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相 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 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。6分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？ 答：原因是改變了空氣隙長度改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小， 同時靈敏度的非線性也將增加， 最好使用差動式傳 感器，其靈敏度增加非線性減少。7簡述電渦流效應及構成電渦流傳感器的可能的應用場合。 答：應用場合有

21、低頻透射渦流測厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運動軌跡軌跡儀。8根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？ 答：原理：由物理學知，兩個平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣效應，其電 容為 C=S/D 式中 為兩個極板間介質(zhì)的介電常數(shù)， S為兩個極板對有效面積， D 為兩個極 板間的距離。由此式知，改變電容C 的方法有三：其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)； 其二為改變形成電容的有效面積； 其三為改變各極板間的距離； 而得到的電參數(shù)的輸出為電容值的增量這就組成了電容式傳感器。類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。 電容傳感器的應用：可用來測量直線位移、

22、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振 幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食 中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。 9有一個直徑為 2m、高 5m 的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當注水數(shù)量達到桶容量的80%時就應當停止，試分析用應變片式或電容式傳感器系統(tǒng)來解決該問題的途徑和方法。答：可選用差分式電容壓力傳感器， 通過測量筒內(nèi)水的重力， 來控制注水數(shù)量?；蛘哌x用應 變片式液徑傳感器。10總結電容式傳感器的優(yōu)缺點，主要應用場合以及使用中應注意的問題。 答：優(yōu)點： a溫度穩(wěn)定性好； b 結構簡單、適應性強； c動響應好。

23、缺點： a 可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應； b 輸出阻抗高、負載能力差； c 寄生電容 影響大。 輸出特性非線性：電容傳感器作為頻響寬、應用廣、非接觸測量的一種傳感器，在位移、 壓力、厚度、物位、濕度、振動、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應用。 使用時要注意保護絕緣材料的的絕緣性能； 消除和減小邊緣效應； 消除和減小寄生電容的影 響；防止和減小外界的干擾。11.什么是正壓電效應？什么是逆壓電效應？壓電效應有哪些種類？壓電傳感器的結構和應 用特點是什么？能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？ 答：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)象同時在兩個表 面上產(chǎn)生符

24、號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時， 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。反之，如對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。 壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機高分子聚合材料 結構和應用特點： 在壓電式傳感器中， 為了提高靈敏度， 往往采用多片壓電芯片構成一個壓 電組件。 其中最常用的是兩片結構； 根據(jù)兩片壓電芯片的連接關系， 可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接， 常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預緊力，

25、 以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用， 同時可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差， 保證輸出信號與輸入作用力間的 線性關系 ,因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的，所以壓電傳 感器不宜作靜態(tài)測量， 只能在其上加交變力， 電荷才能不斷得到補充， 并給測量電路一定的 電流。故壓電傳感器只能作動態(tài)測量。12.石英晶體 X、Y、Z 軸的名稱是什么？有哪些特征？ 答：石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時， 沒有體積變形壓電效應， 但它具有 良好的厚度變形和長度變形壓電效應。 壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。 原始的壓電陶瓷材料并 不具有壓電性， 必須在一定溫度下做極

26、化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。所謂極化，就是以 強電場使 “電疇 ”規(guī)則排列，而電疇在極化電場除去后基本保持不變， 留下了很強的剩余極化。 當極化后的鐵電體受到外力作用時， 其剩余極化強度將隨之發(fā)生變化， 從而使一定表面分別 產(chǎn)生正負電荷。在極化方向上壓電效應最明顯。鐵電體的參數(shù)也會隨時間發(fā)生變化 老化，鐵電體老化將使壓電效應減弱。13磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測量哪些物理參數(shù)？ 答： a.磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。電感式傳感器是 利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。b.磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。 而電感式

27、傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。 c. 磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振 動、轉(zhuǎn)速。14. 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)?方法有哪幾種？答： a.霍爾元件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。b.霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下， 在無外加磁場時， 兩輸出電極之間的空載電勢， 可用輸 出的電壓表示。 c.溫度補償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補 償法15. 簡述霍爾效應及構成以及霍爾傳感器可能的應用場合。答：一塊長為 l 、

28、寬為 d 的半導體薄片置于磁感應強度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中， 當有電流 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。霍爾組件多用 N 型半導體材料，且比較薄?；魻柺絺鞲衅鬓D(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響 大，但其結構簡單、體積小、堅固、頻率響應寬、動態(tài)范圍（輸出電勢變化）大、無觸點， 使用壽命長、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術、自動控制、電磁測量、 計算裝置以及現(xiàn)代軍事技術等領域中得到廣泛應用。16. 發(fā)電機是利用導線在永久磁鐵的磁場中作旋轉(zhuǎn)運動而發(fā)電的。無論負載怎樣消耗這個電 能，永久磁鐵不會變?nèi)酰@是什么道理？答：發(fā)電機供應給負載的電能是，

29、為轉(zhuǎn)動這個發(fā)電機所供應得機械能（火力或水力）變換而 來的能量。磁鐵持有的能量未被消耗，所以磁鐵不會變?nèi)酢?7. 敘述電荷耦合器件（ CCD ）的結構和存儲電荷與轉(zhuǎn)移電荷的工作過程。 答：CCD 是一種半導體器件，在 N 型或 P型硅襯底上生長一層很薄的 SiO2，再在 SiO2 薄 層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的 MOS 電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管 就構成了 CCD 芯片 ,CCD 可以把光信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。每一個脈沖只反映一個光敏元 的受光情況， 脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱， 輸出脈沖的順序可以反映光敏元的 位置，這就起到圖像傳感器的作用。18. 光纖損耗是如

30、何產(chǎn)生的？它對光纖傳感器有哪些影響？答：吸收性損耗： 吸收損耗與組成光纖的材料的中子受激和分子共振有關， 當光的頻率與 分子的振動頻率接近或相等時， 會發(fā)生共振， 并大量吸收光能量， 引起能量損耗。 散射性損耗： 是由于材料密度的微觀變化、 成分起伏， 以及在制造過程中產(chǎn)生的結構上的不均勻性 或缺陷引起。一部分光就會散射到各個方向去，不能傳輸?shù)浇K點， 從而造成散射性損耗。 輻射性損耗：當光纖受到具有一定曲率半徑的彎曲時，就會產(chǎn)生輻射磁粒。 a 彎曲半徑比光 纖直徑大很多的彎曲 b 微彎曲： 當把光纖組合成光纜時， 可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機性的微 曲。19. 光導纖維為什么能夠?qū)Ч?？光導纖維有哪

31、些優(yōu)點？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點有 哪些？ 答：光導纖維工作的基礎是光的全內(nèi)反射， 當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角 時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射， 并在光纖內(nèi)部以后的角度反復逐次反射， 直至傳遞 到另一端面。優(yōu)點： a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導損耗??； b 頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線 性度好； c 能在惡劣的環(huán)境下工作，能進行遠距離信號的傳送 功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導， 而且具有測量的功能。 它可以利用外界物 理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。20. 在用光開關檢測物體的系統(tǒng)中，由受光器的受光次數(shù)，

32、可計算通過輸送帶上物體的個數(shù)， 那么，用輸送帶搬運兩種高度的物體時， 畫出能分別計算兩種高度的物體個數(shù)的系統(tǒng)組成圖。答：在運輸帶兩邊分別設置發(fā)光器 A 和 B，受光器 A'和 B'。高度低的物體通過時，（ 下圖（a）， 受光器 A' 受光但 B' 不受光（表 1 中分別用符號 和表示）。若是高低物體，則 A' 和 B'都圖的體統(tǒng)組成圖。受光時（符號 ）輸出 H 水平）。因此，表 1 變成表 2 。結果， H， H 時（高的物體）即可。這是用邏輯不受光（表 1 中分別用和表示） 。因此可得 b 是 0V （L 水平），不受光（符號）時輸出是 6V

33、分別數(shù)一數(shù)輸出 a,b 為 L， H 時（低的物體）或者 電路和計數(shù)電路完成的。21. 為什么多數(shù)氣敏傳感器要加加熱器工作？加熱器有哪些作用。答：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(wǎng)罩上的灰塵和油滋，提 高響應速度。22. 分析下圖 酒精測試儀電路工作原理。解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。23. 超聲波在介質(zhì)中傳播有那些特性？ 答：超聲波在液體、固體中衰減很小，穿透能力強，特別是不透光的固體能穿透幾十米； 當超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換； 由于超聲波的這些特性， 使它

34、在檢測技術中獲得廣泛應用。 如：超聲波測距、 測厚、 測流量、 無損探傷、超聲成像等等。超聲波為直線傳播方式，頻率越高繞射越弱，但反射越強， 但反射能力越強，利用這種性 質(zhì)可以制成超聲波測距傳感器。超聲波在空氣中傳播速度較慢，為340m/s，這一特點使得超聲波應用變得非常簡單，可以通過測量波的傳播時間，測量距離、厚度等。聲波在介質(zhì)中傳播時隨距離的增加能量逐漸衰減。24. 簡述超聲波測量流量的工作原理。答：與電磁流速計一樣， 超聲波流速計是一種沒有阻礙流動的障礙物的流體測量法。 若流動 方向與聲波一致，傳給流體的聲波速度增加；相反，聲波速度減小，這稱為多普勒效應。25. 什么是核輻射傳感器？ 答

35、：核輻射傳感器是基于射線通過物質(zhì)時產(chǎn)生的電離作用，或利用射線能使某些物質(zhì)產(chǎn) 生熒光，再配以光電組件，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅鳌?6簡述核輻射傳感器的功能及優(yōu)缺點。 答：核輻射傳感器可以實現(xiàn)氣體成分、材料厚度、物質(zhì)密度、物位、材料內(nèi)傷等的測量。 但是要注意放射性輻射的防護。27核輻射傳感器能用于哪些非電量的測量？試舉例說明之。 答：可用來檢測厚度、液位、物位、轉(zhuǎn)速、材料密度、重量、氣體壓力、流速、溫度及 濕度等參數(shù)。28如何防護放射性輻射？答：盡量減小輻射強度， 也要考慮輻射類型和性質(zhì)。 在實際工作中要采取多種方式來減少射 線的照射強度和照射時間， 如采用屏蔽層， 利用輔助工具， 或是增加與

36、輻射源的距離等各種 措施。29高溫加熱的鋼板為紅色，當溫度繼續(xù)升高時變?yōu)榘咨囌f明原因。 答：與溫度相對應，物體放射出具有一定波長分布的光，高溫時，所有波長的能量增大，波 長分布的峰值向短波長方向移動。對應于黑體的波長分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000。C 的鋼板， 波長分布的峰值在近紅外區(qū)域， 發(fā)出的光波長在 0.6 m以上， 屬于可視光的紅光 區(qū)域， 因此看到的光呈現(xiàn)紅色。 溫度升高使得波長分布的峰值向短波方向移動。 可視光的短 波成分增加，可視光所有波長成分混合使鋼板顏色接近白色。30（ 1）采用超聲波或光脈沖信號， 由從對象反射回來的脈沖的時間進行距離檢測，空氣中 的音速為 340

37、m/s，軟鋼中縱波的因素為 5900 m/s，光的速度為 3*108 m/s ，求這三種情況下 1 ms 的往復時間對應得距離。根據(jù)計算結果，比較采用光脈沖所需要系統(tǒng)得信號處理速度 要比采用超聲波脈沖時的系統(tǒng)速度快幾倍？（2）根據(jù)（ 1）的結果，討論利用脈沖往復時間測距，采用超聲波和光波各有什么特點。答：（ 1） 1ms 的時間內(nèi)超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m 和 3.0m，而光的傳播距離為 1.5*105 m ，故要求有 105 倍高的處理速度。（2）采用光時， 1m的處理速度只能測量 100m 以上的距離，不能進行近距離測量。如果 要求分辨力為 1m，則要求 10ns 的處

38、理速度。 所以光脈沖法用于遠距離分辨率要求不高的場 合，而超聲波用于近距離測量。31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？ 答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型： 鉑電阻傳感器：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，還被廣泛地應用于溫度的基準、 標準的傳遞， 是目前測溫復現(xiàn) 性最好的一種。 銅電阻傳感器：價錢較鉑金屬便宜。在測溫范圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。 溫度 系數(shù)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 精度較鉑電阻稍低、電阻率小。鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高

39、、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 阻值與溫度的線性關系差。目前應用不多32什么叫熱電動勢、 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：熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A、B 串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下， 那么回路中就會存在熱電勢。 有電流產(chǎn)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。它的大小取決于兩導體的性質(zhì)及接觸

40、點的溫度，而與導體的形狀和尺寸無關。溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。 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(chǎn)生電動勢的 現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小， 就可測得溫度的大小。只要中間導體兩端的溫度相同，連接導線及顯示一起等均可看 熱電偶三定律：a 中間導體定律： 熱電偶測溫時， 若在回路中插入中間導體， 則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， 成中間導體。b 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 T 時的熱電勢等于 該熱電偶熱端為 T 冷端為 Tn 時的熱電勢與同一熱電偶熱端為 Tn ，冷端為 T0 時熱電勢的代 數(shù)和。應用： 對熱電偶冷端不為 0 度時，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?shù)难a償線路。c 參考電極定律：如果 A 、 B 兩種導體（熱電極）分別與第三種導體C（參考電極）組成的熱電偶在結點溫度為（ T，T0）時分別為 EAC （T，T0）和 EBC（T，T0），那么受相同溫 度下