檢測及轉(zhuǎn)換技術(shù)期末試題庫

..傳感器習(xí)題集及答案第01章檢測與傳感器根底1.1什么是傳感器？按照國標(biāo)定義，"傳感器〞應(yīng)該如何說明含義？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)定的被測量并按照一定規(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傳感器由哪幾局部組成？試述它們的作用及相互關(guān)系。1.2答：組成——由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、根本電路組成；關(guān)系，作用——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(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簡述傳感器主要開展趨勢1.3答：數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等。1.4傳感器的靜態(tài)特性是什么？由哪些性能指標(biāo)描述？它們一般可用哪些公式表示？1.4答：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時(shí)，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)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(shí)際測繪中獲得。人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇適宜的傳感器。1.5傳感器的線性度是如何確定的？確定擬合直線有哪些方法？傳感器的線性度表征了什么含義？為什么不能籠統(tǒng)的說傳感器的線性度是多少。1.5答：1〕實(shí)際傳感器有非線性存在，線性度是將近似后的擬合直線與實(shí)際曲線進(jìn)展比擬，其中存在偏差，這個(gè)最大偏差稱為傳感器的非線性誤差，即線性度，2〕選取擬合的方法很多，主要有：理論線性度(理論擬合)；端基線性度(端點(diǎn)連線擬合)；獨(dú)立線性度(端點(diǎn)平移擬合)；最小二乘法線性度。3〕線性度是表征實(shí)際特性與擬合直線不吻合的參數(shù)。4〕傳感器的非線性誤差是以一條理想直線作基準(zhǔn)，即使是同一傳感器基準(zhǔn)不同時(shí)得出的線性度也不同，所以不能籠統(tǒng)地提出線性度,當(dāng)提出線性度的非線性誤差時(shí)，必須說明所依據(jù)的基準(zhǔn)直線。1.6傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？它們的意義是什么？1〕傳感器動(dòng)態(tài)特性主要有：時(shí)間常數(shù)τ；固有頻率；阻尼系數(shù)。2〕含義：τ越小系統(tǒng)需要到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間越少；固有頻率越高響應(yīng)曲線上升越快；當(dāng)為常數(shù)時(shí)響應(yīng)特性取決于阻尼比，阻尼系數(shù)越大，過沖現(xiàn)象減弱，時(shí)無過沖，不存在振蕩，阻尼比直接影響過沖量和振蕩次數(shù)。1.7有一溫度傳感器，微分方程為，其中為輸出電壓〔mV),為輸入溫度〔℃〕。試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。1.7解：對微分方程兩邊進(jìn)展拉氏變換，Y(s)(30s+3)=0.15X(s)那么該傳感器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：該傳感器的時(shí)間常數(shù)τ=10，靈敏度k=0.05第02章電阻式傳感器2.1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？導(dǎo)體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、長度、截面積都會(huì)發(fā)生變化，從而引起電阻值的變化，通過測量電阻值的變化，檢測出外界作用力的大小。2.2什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與金屬電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？金屬絲靈敏系數(shù)主要由材料的幾何尺寸決定的。受力后材料的幾何尺寸變化為，電阻率的變化為。而實(shí)際應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)包括基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應(yīng)。雖然長度一樣，但應(yīng)變狀態(tài)不同，金屬絲做成成品的應(yīng)變片〔粘貼到試件上〕以后，靈敏系數(shù)降低了。2.3為什么增加應(yīng)變片兩端電阻條的橫截面積便能減小橫向效應(yīng)？敏感柵越窄，基長越長的應(yīng)變片，橫向效應(yīng)越小，因?yàn)闃?gòu)造上兩端電阻條的橫截面積大的應(yīng)變片橫向效應(yīng)較小。2.4金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)圍是多少，金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)圍是多少？為什么有這種差異，說明其優(yōu)缺點(diǎn)。舉例說明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的一樣點(diǎn)和不同點(diǎn)。金屬導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化是利用機(jī)械形變產(chǎn)生的應(yīng)變效應(yīng)，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)。金屬電阻絲的靈敏系數(shù)可近似寫為，即；半導(dǎo)體靈敏系數(shù)近似為≈50～100。2.5一應(yīng)變片的電阻R=120Ω，靈敏系數(shù)k=2.05，用作應(yīng)變?yōu)榈膫鞲性?。求：①和；②假設(shè)電源電壓U=3V，初始平衡時(shí)電橋的輸出電壓U0。2.5解：2.6在以鋼為材料的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應(yīng)變片R1和R2〔如圖2-6a所示〕，把這兩應(yīng)變片接入電橋〔見圖2-6b〕。假設(shè)鋼的泊松系數(shù)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k=2，電橋電源電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測得應(yīng)變片R1的電阻變化值。試求：①軸向應(yīng)變；②電橋的輸出電壓。解1：1〕那么軸向應(yīng)變?yōu)椋?〕電橋的輸出電壓為：解2：圖2-6圖2-72.7一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖2-7a所示。R1、R2、R3、R4按要求貼在等截面軸上。:等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E=2×1011N/m2，泊松比，且R1=R2=R3=R4=120Ω,所組成的全橋型電路如題圖2-7圖2-6圖2-72.8：有四個(gè)性能完全一樣的金屬絲應(yīng)變片〔應(yīng)變靈敏系數(shù)〕,將其粘貼在梁式測力彈性元件上，如圖2-8所示。在距梁端處應(yīng)變計(jì)算公式為設(shè)力，，，，。求：①說明是一種什么形式的梁。在梁式測力彈性元件距梁端處畫出四個(gè)應(yīng)變片粘貼位置，并畫出相應(yīng)的測量橋路原理圖；②求出各應(yīng)變片電阻相對變化量；③當(dāng)橋路電源電壓為6V時(shí)，負(fù)載電阻為無窮大，求橋路輸出電壓U0是多少？圖2-82圖2-8①梁為一種等截面懸臂梁；應(yīng)變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個(gè)；②③2.9圖2-9為一直流電橋，負(fù)載電阻RL趨于無窮。圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，試求：①R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為ΔR1=1.2Ω時(shí)，電橋輸出電壓U0="②R1、R2為金屬應(yīng)變片，感應(yīng)應(yīng)變大小變化一樣，其余為外接電阻，電橋輸出電壓U0="③R1、R2為金屬應(yīng)變片，如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反，且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，電橋輸出電壓U0="2.9解:①②③第03章半導(dǎo)體傳感器3.1簡述氣敏電阻的檢測原理，其阻值如何變化？3.1答：利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電阻率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)展檢測。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)氧化性氣體吸附到N型半導(dǎo)體，復(fù)原性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻值增大。當(dāng)復(fù)原性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，那么載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。3.2如何定義和計(jì)算半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度？：3.3圖3-3為某種氣敏傳感器的檢測曲線，從圖中可以看出該傳感器最適合用于哪種氣體的濃度檢測。圖3-33.3答：乙醇3.4半導(dǎo)體氣體傳感器為什么要在高溫狀態(tài)下工作？加熱方式有哪幾種？加熱絲可以起到什么作用？1〕因?yàn)樵诔叵?，電?dǎo)率變化不大，達(dá)不到檢測目的，因此以上構(gòu)造的氣敏元件都有電阻絲加熱器，加熱時(shí)間2～3分鐘，最正確工作溫度為200℃～400℃。2〕加熱方式分為直熱式和旁熱式。電阻型氣敏傳感器加熱的目的有兩個(gè)方面的因素，一是為了加速氣體吸附和上述的氧化復(fù)原反響，提高靈敏度和響應(yīng)速度，另外使附著在傳感器元件殼面上的油霧、塵埃燒掉。3.5什么叫氣敏傳感器的初期穩(wěn)定時(shí)間？恢復(fù)時(shí)間？第04章壓電式傳感器4.1什么是壓電效應(yīng)？什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？4.1答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)外表上產(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(shí)，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)。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)4.2什么是居里點(diǎn)溫度？4.2答：是指壓電材料開場喪失壓電特性的溫度。4.3壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？并對原因加以說明。4.3答：由壓電傳感器的等效電路可見，要保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系，只有在負(fù)載電阻較大，工作頻率較高時(shí)，傳感器電荷才能得以保存補(bǔ)充，需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測量，不宜作靜態(tài)信號測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測量電路一定的電流。4.4壓電元件在使用時(shí)常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的構(gòu)造形式。試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合？畫出兩種接法的示意圖和引線接法。4.4答：1〕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(gòu)成一個(gè)壓電組件。其中最常用的是兩片構(gòu)造；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)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。2〕如果按一樣極性粘貼，相當(dāng)兩個(gè)壓電片〔電容〕串聯(lián)。輸出總電容為單片電容的一半，輸出電荷與單片電荷相等，輸出電壓是單片的兩倍；假設(shè)按不同極性粘貼，相當(dāng)兩個(gè)壓電片〔電容〕并聯(lián)，輸出電容為單電容的兩倍，極板上電荷量是單片的兩倍，但輸出電壓與單片相等。4.6己知電壓前置放大器輸人電阻及總電容分別為，，求與壓電加速度計(jì)相配，測振動(dòng)時(shí)幅值誤差是多少？4.6解：幅值誤差為：相對誤差為：4.7一壓電加速度計(jì)，供它專用電纜的長度為，電纜電容為，壓電片本身電容為。出廠標(biāo)定電壓靈敏度為，假設(shè)使用中改用另一根長電纜，其電容量為，問其電壓靈敏度如何改變？4.7解：可見電纜加長后電壓靈敏度下降。4.8用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量加速度，：加速度計(jì)靈敏度為5PC/g，電荷放大器靈敏度為50mV/PC，當(dāng)機(jī)器加速度到達(dá)最大值時(shí)，相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求該機(jī)器的振動(dòng)加速度。4.8解：當(dāng)輸出幅值為2V時(shí)，機(jī)器振動(dòng)加速度為：第05章電感式傳感器5.1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)？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：變磁阻式、變壓器式、渦流式等。5.2提高電感式傳感器線性度有哪些有效的方法。5.2答：電感傳感器采用差動(dòng)形式可有效改善線性度。5.4零點(diǎn)剩余電壓的產(chǎn)生原因。5.4答：差動(dòng)變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時(shí)，在零點(diǎn)附近總有一個(gè)最小的輸出電壓，將鐵芯處于中間位置時(shí)，最小不為零的電壓稱為零點(diǎn)剩余電壓。產(chǎn)生零點(diǎn)剩余電壓的主要原因是由于兩個(gè)次級線圈繞組電氣系數(shù)〔互感M、電感L、阻R〕不完全一樣，幾何尺寸也不完全一樣，工藝上很難保證完全一致5.5為什么螺線管式電傳感器比變間隙式電傳感器有更大的測位移圍？。5.5答：螺線管式差動(dòng)變壓器傳感器利用互感原理，構(gòu)造是：塑料骨架中間繞一個(gè)初級線圈，兩次級線圈分別在初級線圈兩邊，鐵心在骨架中間可上下移動(dòng)，根據(jù)傳感器尺寸大小它可測量1~100mm圍的機(jī)械位移。變間隙式電感傳感器是利用自感原理，銜鐵的與鐵芯之間位移〔氣隙〕與磁阻的關(guān)系為非線性關(guān)系，可動(dòng)線性圍很小，因此測量圍受到限制。5.10什么叫電渦流效應(yīng)？說明電渦流式傳感器的根本構(gòu)造與工作原理。電渦流式傳感器的根本特性有哪些？它是基于何種模型得到的？5.10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)展非電量檢測。3〕因?yàn)榻饘俅嬖谮吥w效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的外表薄層，實(shí)際上渦流的分布是不均勻的。渦流區(qū)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圍近似看成一個(gè)單匝短路線圈作為等效模型。5.11電渦流式傳感器可以進(jìn)展哪些物理量的檢測？能否可以測量非金屬物體，為什么？5.11答：1〕但凡能引起變化的物理量，均可以引起傳感器線圈的變化，可以進(jìn)展非電量檢測；如被測體〔金屬〕的電阻率，導(dǎo)磁率，厚度，線圈與被測體之間的距離，鼓勵(lì)線圈的角頻率等都可通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗發(fā)生關(guān)系，使變化；假設(shè)控制某些參數(shù)不變，只改變其中一個(gè)參數(shù)，便可使阻抗成為這個(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06章電容式傳感器6.1如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？非線性隨相對位移的增加而增加，為保證線性度應(yīng)限制相對位移的大??；起始極距與靈敏度、線性度相矛盾，所以變極距式電容傳感器只適合小位移測量；為提高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)構(gòu)造6.2為什么高頻工作時(shí)的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化？低頻時(shí)容抗較大，傳輸線的等效電感和電阻可忽略。而高頻時(shí)容抗減小，等效電感和電阻不可忽略，這時(shí)接在傳感器輸出端相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振，有一個(gè)諧振頻率存在，當(dāng)工作頻率諧振頻率時(shí)，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。通常工作頻率10MHz以上就要考慮電纜線等效電感的影響。6.3差動(dòng)式變極距型電容傳感器，假設(shè)初始容量，初始距離，當(dāng)動(dòng)極板相對于定極板位移了時(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？6.3解：假設(shè)初始容量，初始距離，當(dāng)動(dòng)極板相對于定極板位移了時(shí)，非線性誤差為：改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差為：6.5平板式電容位移傳感器，：極板尺寸，極板間隙，極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度；假設(shè)極板沿方向移動(dòng)，求此時(shí)電容量。6.5解：對于平板式變面積型電容傳感器，它的靜態(tài)靈敏度為：極板沿x方向相對移動(dòng)2mm后的電容量為：6.6：圓盤形電容極板直徑，間距，在電極間置一塊厚的云母片〔〕，空氣〔〕。求：①無云母片及有云母片兩種情況下電容值及是多少？②當(dāng)間距變化時(shí)，電容相對變化量及是多少？6.6解：1〕2〕令，那么6.7在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變間隙電容傳感器和電橋測量電路，如圖6-7所示。：δ0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1kΩ；Usr=60V(交流)，頻率f=400Hz。試求：(1)該電容傳感器的電壓靈敏度Ku(V/μm)；(2)當(dāng)電容傳感器的動(dòng)極板位移△δ=10μm時(shí)，輸出電壓Usc值。圖6-76.707章磁電式傳感器7.2說明磁電感應(yīng)式傳感器產(chǎn)生誤差的原因及補(bǔ)償方法。磁電感應(yīng)式傳感器兩個(gè)根本元件，即永久磁鐵和線圈，永久磁鐵在使用前需要有穩(wěn)定性處理，主要是線圈中電流產(chǎn)生的磁場對恒定磁場的作用〔稱為線圈磁場效應(yīng)〕是不能忽略的，需要采用補(bǔ)償線圈與工作線圈相串聯(lián)加以補(bǔ)償。當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)傳感器溫度誤差較大，必須加以補(bǔ)償。7.3為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率較高時(shí)，將隨頻率增加而下降？7.3答：因?yàn)榇烹姼袘?yīng)式傳感器的靈敏度為，振動(dòng)頻率過高時(shí)，線圈阻抗增大，使傳感器靈敏度隨振動(dòng)頻率增加而下降7.4什么是霍爾效應(yīng)？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)。7.5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？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，使霍爾電勢很小，因此不適于做霍爾元件材料。7.6霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些？7.6答：霍爾電勢不為零的原因是，霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等電位面上；鼓勵(lì)電極接觸不良，半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因7.7某一霍爾元件尺寸為，,，沿方向通以電流，在垂直于和的方向加有均勻磁場，靈敏度為，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。7.7解：7.9霍爾元件靈敏度，控制電流，將它置于～線性變化的磁場中，它輸出的霍爾電勢圍有多大？7.9解：7.10有一霍爾元件，其靈敏度KH=1.2mV/mA·kGs，把它放在一個(gè)梯度為5kGs/mm的磁場中，如果額定控制電流是20mA，設(shè)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作±0.1mm的擺動(dòng)，問輸出電壓圍為多少"7.10解：對于梯度為5kGs/mm的磁場，當(dāng)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作±0.1mm的擺動(dòng)時(shí)，其磁場的變化ΔB=±5kGs/mm×0.1mm=±0.5kGs那么霍爾元件輸出電壓的變化圍為ΔUH=KHI?ΔB=1.2mV/mA?kGs×20mA×(±0.5kGs)=±12mV第08章熱電式傳感器8.1什么是熱電效應(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？8.1答：1〕兩種不同類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)有溫差時(shí)，導(dǎo)體回路里有電流流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。2〕熱電偶測溫回路中熱電勢主要是由接觸電勢和溫差電勢兩局部組成。3〕熱電偶兩個(gè)電極材料一樣時(shí)，無論兩端點(diǎn)溫度如何變化無熱電勢產(chǎn)生8.2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？：1〕實(shí)際測量時(shí)利用這一性質(zhì)，可對參考端溫度不為零度時(shí)的熱電勢進(jìn)展修正。2〕因?yàn)闊犭娕嫉姆侄缺砭且詤⒖级薚=0℃為標(biāo)準(zhǔn)的，而實(shí)際應(yīng)用的熱電偶參考端往往T≠0℃，一般高于零度的某個(gè)數(shù)值，此時(shí)可利用中間溫度定律對檢測的熱電勢值進(jìn)展修正，以獲得被測的真實(shí)溫度。8.4試比擬熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器的特點(diǎn)。8.4答：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器特點(diǎn)如下：熱電偶可以測量上千度高溫，并且精度高、性能好，這是其它溫度傳感器無法替代。熱電阻構(gòu)造很簡單，金屬熱電阻材料多為純鉑金屬絲，也有銅、鎳金屬。金屬熱電阻廣泛用于測量-200～+850℃溫度圍，少數(shù)可以測量1000℃。熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，外形大小與電阻的功率有關(guān)，差異較大。熱敏電阻用途很廣，幾乎所有家用電器產(chǎn)品都裝有微處理器，這些溫度傳感器多使用熱敏電阻。8.5某熱電偶靈敏度為0.04mV/℃，把它放在溫度為1200℃處的溫度場，假設(shè)指示表〔冷端〕處溫度為50℃，試求熱電勢的大??？8.5解：：熱電偶靈敏度為0.04mV/℃，把它放在溫度為1200℃處的溫度場，假設(shè)指示表〔冷端〕處溫度為50℃，那么中間溫度為：1200℃-50℃=1150℃；熱電勢為：0.04mV/℃×1150℃=46mV或：EAB〔T,0〕=EAB〔T,1200〕+EAB〔50,0〕=1200℃×0.04mV/℃-50℃×0.04mV/℃=46mV8.6某熱電偶的熱電勢在E(600,0)時(shí)，輸出E=5.257mV，假設(shè)冷端溫度為0℃時(shí)，測某爐溫輸出熱電勢E=5.267mV。試求該加熱爐實(shí)際溫度是多少？8.6解：：熱電偶的熱電勢E〔600.0，0〕=5.257mV，冷端溫度為0℃時(shí)，輸出熱電勢E=5.267mV，熱電偶靈敏度為：K=5.257mV/600=0.008762mV/℃該加熱爐實(shí)際溫度是：T=E/K=5.267mV/0.008762mV/0℃=601.14℃8.7鉑熱電阻溫度計(jì)0℃時(shí)電阻為,100℃時(shí)電阻為139Ω，當(dāng)它與某熱介質(zhì)接觸時(shí)，電阻值增至281Ω，試確定該介質(zhì)溫度。〔查分度表〕8.7解：：鉑熱電阻溫度計(jì)0℃時(shí)電阻為，100℃時(shí)電阻為139Ω；可通過查表得：當(dāng)電阻值增至281Ω時(shí)，介質(zhì)溫度為500℃。第09章超聲波傳感器9.1什么是超聲波？其頻率圍是多少？9.1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16Hz～20kHz，一般說話的頻率圍在100Hz～8kHz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300MHz～300GHz之間的波稱為微波。2〕超聲波頻率圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲，9.2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？9.2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。9.3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。9.3答：1〕超聲波傳感器主要利用壓電材料〔晶體、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〔TX〕和接收〔RX〕器件各自獨(dú)立。按構(gòu)造形式有密封性和開放型，超聲波傳感器上一般標(biāo)有中心頻率〔23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz〕，表示傳感器工作頻率。9.4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22，試求工件厚度9.41〕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：第10章光電式傳感器10.1什么是光電效應(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。10.1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)象叫做光電效應(yīng)，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、光電倍增管。10.2普通光電器件都有哪些主要特性和參數(shù)？10.2答：光照特性；光譜特性；伏安特性；溫度特性；頻率特性等10.3什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圍？10.3答