傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 季順寧第2版 習(xí)題答案

習(xí)題及答案第一章1.一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，一般由、、和四部分組成。傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置或調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置、電源2．傳感器功用：一感二傳,即感受,并出去。被測(cè)信息、傳送3．傳感器由、、三部分組成。敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路4．傳感器組成框圖，填寫每個(gè)框圖的作用敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件接口電路輔助電源5.傳感器的基本特性一般用和來描述。靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性6．傳感器的靜態(tài)特性可以用一組性能指標(biāo)來描述，主要有、、、、和等。靈敏度、遲滯、線性度、重復(fù)性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和漂移7．傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型y=a0+a1x+a2x2+…+anxn，其中a1為傳感器線性項(xiàng)系數(shù)也稱。線性靈敏度8．靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義是與引起能的相應(yīng)之比。輸出量增量Δy、輸入量增量Δx9．某線性位移測(cè)量?jī)x，當(dāng)被測(cè)位移由4.5mm變到5.0mm時(shí)，位移測(cè)量?jī)x的輸出電壓由3.5V減至2.5V，則儀器的靈敏度為。-2V/mm10.有一臺(tái)測(cè)量壓力的儀表，測(cè)量范圍為，壓力p與儀表輸出電壓之間的關(guān)系為式中，，求：1）該儀表的輸出特性方程。2）畫出輸出特性曲線示意圖（x軸、y軸均要標(biāo)出單位）。3）該儀表的靈敏度表達(dá)式。4）畫出靈敏度曲線圖。5）該儀表的線性度。第二章1．根據(jù)電位器的輸出特性，電位器可分為和。線性電位器非線性電位器2．絲式應(yīng)變片是將粘結(jié)在各種絕緣基底上而制成的，是一種常用的應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片的電阻值有、、等各種規(guī)格，以最為常用。電阻絲繞制成敏感柵、60、120、200、1203．箔式應(yīng)變片利用的方法，將電阻箔材在絕緣基底下制成各種而成的應(yīng)變片。照相制版或光刻腐蝕、圖形4．薄膜應(yīng)變片采用或等方法，將電阻材料在基底上制成一層各種形式的敏感柵而形成應(yīng)變片。真空蒸發(fā)、真空沉積5．電阻應(yīng)變片因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個(gè)主要因素是（1）；（2）。應(yīng)變片的電阻絲具有一定的溫度系數(shù)、電阻絲材料與測(cè)試材料的線膨脹系數(shù)不同6、為了使應(yīng)變片的輸出不受溫度變化影響，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ?、、、。單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片、雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片、熱敏電阻補(bǔ)償7．電阻應(yīng)變片的靈敏度K=2，沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的E=2×1011N/m2，μ＝0.3。求鋼柱受10t拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量。又若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受同樣拉力作用時(shí)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量為多少？

答：8.如圖所示為一直流供電的電阻電橋，它的四個(gè)橋臂由電阻R1、R2、R3、R4組成。E為直流電源。求輸出電壓為Uo。當(dāng)電橋輸出端開路時(shí)，根據(jù)分壓原理，電阻R1兩端的電壓U1=E；電阻R3兩端的電壓U3=E；則輸出端電壓Uo為9．單臂工作電橋只有一只應(yīng)變片R1接入，如圖所示，測(cè)量時(shí)應(yīng)變片的電阻變化為ΔR。求（1）電路輸出端電壓UO。（2）設(shè)⊿R<<R，，電路輸出端電壓UO。（1）（2）因?yàn)椋酣SR<<R，10．有一測(cè)量吊車起吊物質(zhì)量的拉力傳感器如圖(a)所示。電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E為2.0×1011N/m2,泊松比為0.3，R1、R2、R3、R4標(biāo)稱值為120Ω，靈敏度為2.0，它們組成全橋如圖（b）所示，橋路電壓2V，測(cè)得輸出電壓2.6mV,求：①等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變；②11．什么叫應(yīng)變效應(yīng)？試?yán)脩?yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。金屬導(dǎo)體的電阻值隨著它受力所產(chǎn)生機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱之為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬絲的電阻隨著它所受的機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應(yīng)變化。12．為什么應(yīng)變片傳感器大多采用不平衡電橋作為測(cè)量電路？該電橋?yàn)槭裁从侄疾捎冒霕蚝腿珮蚍绞?？由于彈性元件產(chǎn)生的機(jī)械變形微小，引起的應(yīng)變量也很微小，從而引起的電阻應(yīng)變片的電阻變化率dR/R也很小，為了把微小的電阻變化率反映出來，必須采用測(cè)量電橋，把應(yīng)變電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，從而達(dá)到精確測(cè)量的目的。用直流電橋做應(yīng)變的測(cè)量電路時(shí)，電橋輸出電壓與被測(cè)應(yīng)變量成線性關(guān)系，而在相同條件下，半橋差動(dòng)輸出是單臂輸出的2倍，全橋差動(dòng)輸出是單臂輸出的4倍。即全橋工作時(shí)，輸出電壓最大，檢測(cè)的靈敏度最高。13．簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變式傳感器的溫度補(bǔ)償方法。為了使應(yīng)變片的輸出不受溫度變化影響，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。Ⅰ.單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片。選擇合適的敏感柵材料，即可達(dá)到溫度自補(bǔ)償。Ⅱ.雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片。由兩種電阻絲材料的電阻溫度系數(shù)符號(hào)不同（一個(gè)為正，一個(gè)為負(fù)）的材料組成。將兩者串聯(lián)繞制成敏感柵，若兩段敏感柵電阻R1和R2由于溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化分別為R1t和R2t，且大小相等而符號(hào)相反，就可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。Ⅲ.Ⅳ.熱敏電阻補(bǔ)償。14．何謂半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)？擴(kuò)散硅傳感器結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？15．如圖所示為等截面梁和電阻應(yīng)變片構(gòu)成的測(cè)力傳感器，若選用特性相同的4片電阻應(yīng)變片R1～R4，它們不受力時(shí)阻值均為120Ω，靈敏度K=2，在Q點(diǎn)作用力F。（1）在測(cè)量電路圖（b）中，標(biāo)出應(yīng)變片受力情況及其符號(hào)（應(yīng)變片受拉用↑，受壓用↓）。（2）當(dāng)作用力F=20N時(shí)，應(yīng)變片ε=4.8×10-5，若作用力F=80N時(shí)，ε為多少？電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4為何值？（3）若每個(gè)電阻應(yīng)變片阻值變化為0.3Ω，則輸出電壓為多少？（RL=∞）圖測(cè)力傳感器及測(cè)量電路16．試比較熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的異同。17．電阻式溫度傳感器有哪幾種？各有何特點(diǎn)及用途？18．銅熱電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系可用式Rt≈R0(1+αt)表示。已知0℃時(shí)銅熱電阻的R0為50Ω，溫度系數(shù)為4.28×10-3/℃，求溫度為10071.4Ω19．用熱電阻測(cè)溫為什么常采用三線制連接？應(yīng)怎樣連接才能確保實(shí)現(xiàn)了三線制連接？若在導(dǎo)線敷設(shè)至控制室后再分三線接入儀表，是否實(shí)現(xiàn)了三線制連接？第三章1．電容式傳感器可以分成：、和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式3種類型。改變極板面積的變面積式、改變極板距離的變間隙式2．變面積式電容傳感器的兩個(gè)極板中，一個(gè)是固定不動(dòng)的，稱為，另一個(gè)是可移動(dòng)的，稱為。定極板、動(dòng)極板3．根據(jù)動(dòng)極板相對(duì)定極板的移動(dòng)情況，變面積式電容傳感器又分為和兩種。直線位移式、角位移式4．為什么電容傳感器通常采用差動(dòng)形式？在實(shí)際應(yīng)用中，為了改善非線性，提高靈敏度及減少電源電壓、環(huán)境溫度等外界因素的影響，電容傳感器也常做成差動(dòng)形式。5．電容測(cè)微儀的電容器極板面積A=28cm2，間隙d=1.1mm，相對(duì)介電常數(shù)εr=1，εr=8.84×10-12F/m。求：（1）電容器電容量。（2）若間隙減少0.12解：（1）=（2）==25.26×10-12F6．電容傳感器初始極板間隙d0=1.2mm，電容量為117.1PF,外力作用使極板間隙減少0.03mm。求：（1）這測(cè)微儀測(cè)得電容量為多少？（2）若原初始電容傳感器在外力作用后，引起間隙變化，測(cè)得電容量為96PF，則極板間隙變化了多少？變化方向又是如何？解：（1）Cx=（2）從117.1→96∴間隙增加了即間隙增加了0.216mm。7．說明變介電常數(shù)式電容傳感器的工作原理。當(dāng)電容式傳感器中的電介質(zhì)改變時(shí)，其介電常數(shù)變化，從而引起電容量發(fā)生變化。8．一個(gè)用于位移測(cè)量的電容式傳感器，兩個(gè)極板是邊長(zhǎng)為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個(gè)邊長(zhǎng)5cm、厚度1mm、相對(duì)介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動(dòng)。試計(jì)算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm,2.5cm,5.0cm時(shí)，該傳感器的輸出電容值各為多少？解：eq\o\ac(○,1)輸入位移為0eq\o\ac(○,2)輸入位移為5cm時(shí)eq\o\ac(○,3)輸入位移為2.5cm時(shí)9．電容傳感器初始極板間隙d0=1.5mm，外力作用使極板間隙減少0.03mm，并測(cè)得電容量為180PF。求：（1）初始電容量為多少？（2）若原初始電容傳感器在外力作用后，引起間隙變化，測(cè)得電容量為170PF，則極板間隙變化了多少？變化方向又是如何？（1）Cx=（2）176.47→170∴間隙增加了∴間隙增加了0.055mm10.電容測(cè)微儀的電容器極板面積A=32cm2，間隙d=1.2mm，相對(duì)介電常數(shù)，。求：（1）電容器電容量。（2）若間隙減少0.15mm，電容量又為多少？解：（1）電容器電容量（2）間隙減少后電容量為Cx或另解：11.電容傳感器的初始間隙，在被測(cè)量的作用下間隙減少了500μm，此時(shí)電容量為120P，則電容初始值為多少？解：因：12．電容式測(cè)厚儀的關(guān)鍵部件之一就是電容測(cè)厚傳感器。工作原理如圖所示。說明其工作原理。在被測(cè)帶材的上下兩邊各置一塊面積相等、與帶材距離相同的極板，這樣極板與帶材就形成上下兩個(gè)電容器C1、C2（帶材也作為一個(gè)極板）。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來，并用引出線引出，另外從帶材上也引出一根引線，即把電容連接成并聯(lián)形式，則電容測(cè)厚儀輸出的總電容C=C1+C2。金屬帶材在軋制過程中不斷向前送進(jìn)，如果帶材厚度發(fā)生變化，將引起帶材與上下兩個(gè)極板間間距的變化，即引起電容量的變化，如果把總電容量C作為交流電橋的一個(gè)臂，電容的變化C引起電橋輸出的變化，然后經(jīng)過放大、檢波、濾波電路，最后在儀表上顯示出帶材的厚度。13．電容式傳感器有哪幾種類型？差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容傳感器有什么優(yōu)點(diǎn)？電容式傳感器可以分成3種類型：改變極板面積的變面積式、改變極板距離的變間隙式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。改善非線性，提高靈敏度及減少電源電壓、環(huán)境溫度等外界因素的影響，電容傳感器也常做成差動(dòng)形式。14．電容式傳感器有哪幾種類型的測(cè)量電路？各有什么特點(diǎn)？根據(jù)電路輸出量的不同，電容式傳感器測(cè)量電路有調(diào)幅型電路、脈寬調(diào)制型電路和調(diào)頻型電路。調(diào)幅型電路輸出的是幅值正比于或近似正比于被測(cè)信號(hào)的電壓信號(hào)。差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制型電路，其輸出電壓與電容變化成線性關(guān)系。調(diào)頻型測(cè)量電路的主要優(yōu)點(diǎn)是抗外來干擾能力強(qiáng)，特性穩(wěn)定，且能取得較高的直流輸出信號(hào)。15．一個(gè)用于位移測(cè)量的電容式傳感器，兩個(gè)極板是邊長(zhǎng)為10cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個(gè)邊長(zhǎng)10cm、厚度1mm、相對(duì)介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動(dòng)。試計(jì)算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、圖題7圖16．如圖所示，圓筒內(nèi)裝有某種液體，相對(duì)介電系數(shù)為3，D=18cm，d=6cm，H=42cm，h=8cm，0=8.85×10-12。（1）求圓筒的電容值。（2）當(dāng)液位高度升高1cm時(shí)，電容值變化多少?第四章1．什么是壓電效應(yīng)？對(duì)某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)λ┘訅毫r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)為不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。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)象稱為壓電效應(yīng)。2．什么是逆壓電效應(yīng)？當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)時(shí)，這些電介質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生變形，當(dāng)外電場(chǎng)撤離時(shí)，變形也隨著消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。3．具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，主要有、和壓電半導(dǎo)體等。石英晶體、壓電陶瓷4．石英晶體是一個(gè)正六面體，在晶體學(xué)中可以用三根相互垂直的軸x、y、z來表示它們的坐標(biāo)，如圖所示。其中z軸為，晶體沿z軸方向受力時(shí)壓電效應(yīng)；經(jīng)過正六面體棱線并垂直于光軸的x軸為，晶體在沿x軸方向的力作用下壓電效應(yīng)；與z軸和x軸同時(shí)垂直的軸為y軸稱為，晶體沿y軸方向的力作用下壓電效應(yīng)。光軸（中性軸）、不產(chǎn)生、電軸、產(chǎn)生、機(jī)械軸、產(chǎn)生5．選用合適壓電材料是設(shè)計(jì)高性能傳感器的基礎(chǔ)，選用壓電材料的原則是什么？（1）轉(zhuǎn)換性能：具有較高的耦合系數(shù)或較大的壓電系數(shù)。壓電系數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。（2）機(jī)械性能：作為受力元件，壓電元件應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、較大的機(jī)械剛度。（3）電性能：具有較高的電阻率和大的介電常數(shù)。（4）溫度和濕度穩(wěn)定性：具有較高的居里點(diǎn)。（5）時(shí)間穩(wěn)定性：壓電特性不隨時(shí)間蛻變。6．在壓電式傳感器中，常將兩片或多片壓電器件組合在一起使用。由于壓電材料是有極性的，因此接法也有兩種，如圖所示。圖（a）為聯(lián)接，圖（b）為聯(lián)接。(a)(b)串聯(lián)、并聯(lián)7.壓電傳感器可以等效電路如圖（a）所示。圖（a）等效，圖（b）等效為。電荷源、電壓源（a）（b）8．壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：一是把；二是把。傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出、傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大9．BS-D2壓電式玻璃破碎傳感器的電路框圖如圖所示，說明其工作原理。使用時(shí)，傳感器用膠粘貼在玻璃上，然后通過電纜與報(bào)警電路相連。為了提高報(bào)警器的靈敏度，信號(hào)經(jīng)放大后，須經(jīng)帶通濾波器進(jìn)行濾波，要求它對(duì)選定的頻譜帶通的衰減要小，而帶外衰減要盡量大。由于玻璃振動(dòng)的波長(zhǎng)在音頻和超聲波的范圍內(nèi)，這就使濾波器成為電路中的關(guān)鍵。當(dāng)傳感器輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，才會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。10．試比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)。石英晶體的壓電系數(shù)不隨溫度而變；有很高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的機(jī)械性質(zhì)。壓電陶瓷在經(jīng)過極化處理之后則具有非常高的壓電系數(shù)，為石英晶體的幾百倍；但壓電陶瓷的參數(shù)會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，即老化，壓電陶瓷老化將使壓電效應(yīng)減弱。11．壓電晶片有哪幾種連接方式？各有什么特點(diǎn)？分別適用于什么場(chǎng)合？在壓電式傳感器中，常將兩片或多片壓電器件組合在一起使用。主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。串聯(lián)接法輸出電壓高，本身電容小，適用于以電壓為輸出量及測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，因此時(shí)間常數(shù)也大，適用于測(cè)量緩變信號(hào)，并以電荷量作為輸出的場(chǎng)合。12．壓電傳感器主要可用于測(cè)量哪些物理量？石英晶體元件主要用于測(cè)量大量值的力和加速度，或作為標(biāo)準(zhǔn)傳感器使用。13．能否用壓電傳感器測(cè)量變化比較緩慢的力信號(hào)？試說明其理由。不能壓電傳感器有很好的高頻響應(yīng)性能，但是當(dāng)作用于壓電元件的力為靜態(tài)力（=0）時(shí)，則前置放大器的輸入電壓為0，因?yàn)殡姾蓵?huì)通過放大器輸入電阻和傳感器本身漏電阻漏掉，所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力測(cè)量。14．為什么說壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量？15.壓電式傳感器測(cè)量電路的作用是什么？其核心是解決什么問題？壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，而輸出信號(hào)卻很微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。壓電傳感器要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端要有足夠高的阻抗，以防止電荷迅速泄漏而使測(cè)量誤差減小。壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。16.一壓電式傳感器的靈敏度，連接靈敏度的電荷放大器，所用的筆試記錄儀的靈敏度。當(dāng)壓力變化，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少？17．為什么說壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè)量？第五章1.什么是熱電效應(yīng)?將兩種不同成分的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路。當(dāng)閉合回路的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同溫度場(chǎng)中時(shí)，回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，這種現(xiàn)象被稱為“熱電效應(yīng)”。2.熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分電動(dòng)勢(shì)組成：一部分是，另一部分是。兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì)、單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)3．接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與和有關(guān)。接點(diǎn)處溫度高低、導(dǎo)體的電子密度4．溫差電動(dòng)勢(shì)的大小與及有關(guān)。導(dǎo)體的電子密度、兩端溫度5．熱電偶回路中熱電勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的和有關(guān)，而與熱電偶的無關(guān)。導(dǎo)體材料、兩接點(diǎn)的溫度、形狀尺寸下列與熱電偶回路中熱電勢(shì)的無關(guān)的是。A、導(dǎo)體材料B、兩接點(diǎn)的溫度C、形狀尺寸D、電子密度6．根據(jù)金屬的熱電效應(yīng)原理，組成熱電偶的熱電極的材料應(yīng)具備哪些條件？（1）測(cè)量范圍廣。在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有較高的測(cè)量精確度，有較大的熱電動(dòng)勢(shì)。溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系是單值函數(shù)。（2）性能穩(wěn)定。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)熱電性能穩(wěn)定，有較好的均勻性和復(fù)現(xiàn)性。（3）化學(xué)性能好。要求在規(guī)定的溫度測(cè)量范圍內(nèi)使用時(shí)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化或抗還原性能，不產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象。7．熱電偶通常由、、和接線盒等幾個(gè)主要部分組成。熱電極、絕緣管、保護(hù)套管8．熱電勢(shì)有兩個(gè)熱電極。測(cè)溫時(shí)，置于被測(cè)溫度場(chǎng)中的接點(diǎn)稱，置于恒定溫度場(chǎng)中的接點(diǎn)稱。熱端、冷端9．采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)量爐溫。熱端溫度為800℃，冷端溫度為50℃。為了進(jìn)行爐溫的調(diào)節(jié)及顯示，采用補(bǔ)償導(dǎo)線或銅導(dǎo)線兩種導(dǎo)線將熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)送到儀表室進(jìn)行顯示，問顯示值各為多少？（假設(shè)儀表室的環(huán)境溫度恒為E(800，0)=33.277mV；E(50，0)=2.022mV；E(20，0)=0.798mV。E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=33.277-2.022=31.255mV（相當(dāng)于751℃E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=33.277-0.798=32.479mV（相當(dāng)于781℃與爐內(nèi)的真實(shí)溫度相差分別為751℃-781℃-10．用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)爐溫，當(dāng)冷端溫度為30℃（且為恒定時(shí)），測(cè)出熱端溫度為tE(30，0)=1.20mV，E(t，0)=(39.17+1.20)mV=40.37mV再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為t=977℃11．已知鉑10-鉑（S）熱電偶的冷端溫度t0=25℃，現(xiàn)測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)E(t，t0)=11.712mV，求熱端溫度t12．已知鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶的熱端溫度t=800℃，冷端溫度t0=25℃，求E(t，t013．現(xiàn)用一支銅-康銅（T）熱電偶測(cè)溫。其冷端溫度為30℃，動(dòng)圈顯示儀表（機(jī)械零位在0℃）指示值為300℃14．在如圖所示的測(cè)溫回路中，熱電偶的分度號(hào)為K，表計(jì)的示值應(yīng)為多少度?圖題14圖15．用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測(cè)量某爐子溫度的測(cè)量系統(tǒng)如圖所示，已知：冷端溫度固定在0℃，t0＝30℃，儀表指示溫度為210℃，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)償導(dǎo)線A′和B′圖題15圖第六章1．通常用、和露點(diǎn)（或露點(diǎn)溫度）來表示濕度。絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度2．濕度傳感器分為和兩類。水分子親和力型濕度傳感器、非水分子親和力型濕度傳感器3．濕度變化所引起的傳感器的輸出量（電阻、電容、電壓、頻率等）稱為。感濕特征量4．為濕度傳感器的感濕特征量（如：電阻、電容值等）隨環(huán)境濕度變化的程度。感濕靈敏度5、薄膜型陶瓷濕敏傳感器主要為，基于感濕材料吸濕后變化。濕敏電容、介電常數(shù)第七章1．氣體傳感器的性能必須哪些條件？（1）能夠檢測(cè)并能及時(shí)給出報(bào)警、顯示與控制信號(hào)；（2）對(duì)被測(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感；（3）性能穩(wěn)定性、重復(fù)性好；（4）動(dòng)態(tài)特性好、響應(yīng)迅速；（5）使用、維護(hù)方便，價(jià)格便宜。2．半導(dǎo)體氣體傳感器大體可分為和兩大類。電阻式、非電阻式3．如圖所示是一種最簡(jiǎn)單的家用氣體報(bào)警器電路。說明其工作原理。圖簡(jiǎn)易家用氣體報(bào)警器電路采用直熱式氣敏器件TGS109作氣體傳感器。當(dāng)室內(nèi)可燃?xì)怏w增加時(shí)，由于氣敏器件接觸到可燃?xì)怏w而其阻值降低，使流經(jīng)測(cè)試回路的電流增加，可直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。4．如圖是空氣凈化換氣扇電路原理圖。說明其工作原理。圖7.16自動(dòng)換氣扇電路圖當(dāng)室內(nèi)空氣污濁，煙霧或其它污染氣體使SnO2氣敏器件阻值下降，晶體管V導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作接通風(fēng)扇電源，排放污濁氣體，換進(jìn)新鮮空氣。當(dāng)室內(nèi)污濁氣體濃度下降到希望的數(shù)值時(shí)，氣敏器件阻值上升，V截止，繼電器斷開，風(fēng)扇電源切斷，風(fēng)扇停止工作。第八章1.激光器種類繁多，按工作物質(zhì)分為、、和等。固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、液體激光器2．什么是光電效應(yīng)？光照射在物體表面上就可看成是物體受到一連串能量為E的光子轟擊，而光電效應(yīng)就是由于該物體吸收到光子能量為E的光后產(chǎn)生的電效應(yīng)。3．光電效應(yīng)分為、和三類。外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)4．什么是外光電效應(yīng)？主要對(duì)應(yīng)的光電元件有哪些？在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。5．什么是內(nèi)光電效應(yīng)？主要對(duì)應(yīng)的光電元件有哪些？在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為內(nèi)光電效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻等。6．什么是光生伏特效應(yīng)？主要對(duì)應(yīng)的光電元件有哪些？在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的稱為半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池、光敏晶體管等。7．基于外光電效應(yīng)的光電器件屬于，基于內(nèi)光電效應(yīng)和半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)的光電器件屬于。真空光電器件、半導(dǎo)體光電器件8、什么是光電管的光譜特性？光電管的光譜特性指陽(yáng)極與陰極之間所加電壓不變時(shí)，入射光的波長(zhǎng)（或頻率）與其相對(duì)靈敏度之間的關(guān)系。9．什么是光電流？光電流。光敏電阻在不受光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻（暗阻），此時(shí)流過光敏電阻的電流稱為暗電流；光敏電阻在受光照射時(shí)的阻值稱為亮電阻（亮阻），此時(shí)流過光敏電阻的電流稱為亮電流；亮電流與暗電流之差稱為光電流。10．什么是光敏電阻的光照特性？在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流與光通量的關(guān)系曲線，稱為光敏電阻的光照特性11．在不受光照射時(shí)，光敏二極管處于狀態(tài)；受光照射時(shí)，光敏二極管處于狀態(tài)。截止、導(dǎo)通12．光電池的種類很多，其中應(yīng)用最多的是、、和等。硅光電池、硒光電池、砷化鉀光電池、鍺光電池13．光電耦合器是由和同時(shí)封裝在一個(gè)外殼內(nèi)組合而成的轉(zhuǎn)換元件。發(fā)光元件、光電傳感器14．每種光導(dǎo)材料制成的光敏電阻，對(duì)入射光的具有選擇性。對(duì)不同的入射光具有的靈敏度。光譜或波長(zhǎng)、不同15．簡(jiǎn)述光電效應(yīng)的分類并所對(duì)應(yīng)的光電元件。在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為內(nèi)光電效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻等。在光線作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的稱為半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)。基于該效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏晶體管等。16．光敏電阻有哪些重要特性？在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的？光敏電阻具有很高的靈敏度，光譜響應(yīng)的范圍寬（從紫外區(qū)域到紅外區(qū)域），體積小，重量輕，性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊和振動(dòng)，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低。17．光敏二極管和普通二極管有什么區(qū)別？如何鑒別光敏二極管的好壞？18．如何檢測(cè)光敏電阻和光敏三極管的好壞？19．當(dāng)光源波長(zhǎng)為0.8～0.9m時(shí)，宜采用哪種光敏元件做測(cè)量元件？為什么？20．紅外探測(cè)器有哪些類型？21．仔細(xì)觀察你的身邊，說一說在生活中你見過的光電傳感器有哪些？第九章1.霍爾元件是霍爾傳感器的和，它是利用某些半導(dǎo)體材料的原理制成的。敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、霍爾效應(yīng)2．什么是霍爾效應(yīng)？霍爾效應(yīng)是指置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流時(shí)，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差。3．霍爾元件的主要特性參數(shù)有哪些？(1)輸入電阻Ri和輸出電阻Ro(2)額定激勵(lì)電流I和最大激勵(lì)電流IM(3)乘積靈敏度KH(4)不等位電勢(shì)UM(5)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)4．溫度誤差的補(bǔ)償？/輸出電阻，以及霍爾電勢(shì)都有明顯的影響。5．霍爾元件的溫度補(bǔ)償有哪些方法？(1)恒流源補(bǔ)償法(2)選擇合理的負(fù)載電阻進(jìn)行補(bǔ)償(3)利用霍爾元件輸入回路的串聯(lián)電阻或并聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?4)熱敏電阻補(bǔ)償法6．霍爾集成電路可分為和兩大類。線性、開關(guān)型7．線性霍爾集成電路將和、等集成在一個(gè)芯片上，輸出電壓，使用非常方便?；魻栐?、恒流源、線性放大器、較高8．開關(guān)型霍爾集成電路是將、、、和OC門等電路集成在同一個(gè)芯片上?；魻栐⒎€(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器9．在額定激勵(lì)電流下，當(dāng)外加磁場(chǎng)為零時(shí)，即當(dāng)而B=0時(shí)，UH=0；但由于4個(gè)電極的幾何尺寸不對(duì)稱，引起了且B=0時(shí)，。為此引入U(xiǎn)M來表征霍爾元件輸出端之間的開路電壓，即不等位電勢(shì)。一般要求霍爾元件的，優(yōu)質(zhì)的霍爾元件的UM可以小于0.1mV。在實(shí)際應(yīng)用中多采用電橋法來補(bǔ)償不等位電勢(shì)引起的誤差。10．霍爾傳感器驅(qū)動(dòng)的無觸點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)，它的基本原理如圖所示。說明其原理。由圖可知，轉(zhuǎn)子是長(zhǎng)度為L(zhǎng)的圓桶形永久磁鐵，并且以徑向極化，定子線圈分成4組呈環(huán)形放入鐵芯內(nèi)側(cè)槽內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于如圖9.20（a）中所示位置時(shí)，霍爾元件H1感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，便有霍爾電勢(shì)輸出，其經(jīng)T4管放大后便使Lx2通電，對(duì)應(yīng)定子鐵芯產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子呈90°的超前激勵(lì)磁場(chǎng)，它吸引轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90°以后，霍爾元件H2感應(yīng)到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，便有霍爾電勢(shì)輸出，其經(jīng)T2管放大后便使Ly2通電，于是產(chǎn)生一個(gè)超前90°的激勵(lì)磁場(chǎng)，它再吸引轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。這樣線圈依次通電，由于有一個(gè)超前90°的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸引著轉(zhuǎn)子，電機(jī)便連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)起來，其運(yùn)轉(zhuǎn)順序如下：N對(duì)H1→T4導(dǎo)通→Lx2通電，S對(duì)H2→T2導(dǎo)通→Ly2通電，S對(duì)H1→T3導(dǎo)通→Lx1通電，N對(duì)H2→T1導(dǎo)通→Ly1通電?；魻柺街绷鳠o刷電機(jī)在實(shí)際使用時(shí)，一般需要采用速度負(fù)反饋的形式來達(dá)到電機(jī)穩(wěn)定和電機(jī)調(diào)速的目的。12．為測(cè)量某霍爾元件的乘積靈敏度KH，構(gòu)成如圖所示的實(shí)驗(yàn)線路?，F(xiàn)施加B=0.1T的外磁場(chǎng)，方向如圖所示。調(diào)節(jié)R使IC=60mA，測(cè)量輸出電壓UH=30mV（設(shè)表頭內(nèi)阻為無窮大）。試求霍爾元件的乘積靈敏度，并判斷其所用材料的類型。圖測(cè)量霍爾元件乘積靈敏度的實(shí)驗(yàn)線路13．如圖所示為一個(gè)霍爾式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)原理圖。調(diào)制盤上固定有P=200對(duì)永久磁極，N、S極交替放置，調(diào)制盤與被測(cè)轉(zhuǎn)軸剛性連接。在非常接近調(diào)制盤面的某位置固定一個(gè)霍爾元件，調(diào)制盤上每有一對(duì)磁極從霍爾元件下面轉(zhuǎn)過，霍爾元件就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方脈沖，并將其發(fā)送到頻率計(jì)。假定在t=5分鐘的采樣時(shí)間內(nèi)，頻率計(jì)共接收到N=30萬(wàn)個(gè)脈沖，求被測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n為多少轉(zhuǎn)/分？圖霍爾式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)原理圖14．如圖所示為一個(gè)交直流鉗形數(shù)字電流表的結(jié)構(gòu)原理圖。環(huán)形磁集束器的作用是將載流導(dǎo)線中被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)集中到霍爾元件上，以提高靈敏度。設(shè)霍爾元件的乘積靈敏度為KH，通入的控制電流為IC，作用于霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與被測(cè)電流Ix成正比，比例系數(shù)為KB，現(xiàn)通過測(cè)量電路求得霍爾輸出電勢(shì)為UH，求被測(cè)電流Ix，以及霍爾電勢(shì)的電流靈敏度。圖交直流鉗形數(shù)字電流表結(jié)構(gòu)原理圖第十章1．光纖傳感器與常規(guī)的傳感器相比，有哪些優(yōu)點(diǎn)？①抗電磁干擾能力強(qiáng)。由于光纖傳感器利用光傳輸信息，而光纖是電絕緣、耐腐蝕的，因此它不易受周圍電磁場(chǎng)的干擾；而且電磁干擾噪聲的頻率與光波頻率相比較低，對(duì)光波無干擾；此外，光波易于屏蔽，所以外界的干擾也很難進(jìn)入光纖中。②靈敏度高。很多光纖傳感器都優(yōu)于同類常規(guī)傳感器，有的甚至高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。③電絕緣性能好。光導(dǎo)纖維一般是用石英玻璃制作的，具有80kV/20cm耐高壓特性。④重量輕，體積小，光纖直徑僅有幾十微米至幾百微米。即使加上各種防護(hù)材料制成的光纜，也比普通電纜細(xì)而輕。所以，光纖柔軟、可繞性好，可深入機(jī)器內(nèi)部或人體彎曲的內(nèi)臟進(jìn)行檢測(cè)，也能使光能沿需要的途徑傳輸。⑤適于遙控。可利用現(xiàn)有的光能技術(shù)組成遙測(cè)網(wǎng)。⑥耐腐蝕，耐高溫。2．光纖傳感器主要由、、、信號(hào)處理系統(tǒng)及等主要部分所組成。光發(fā)送器、敏感元件、光接收器、光導(dǎo)纖維3．光纖是一種傳輸光信息的導(dǎo)光纖維，主要由、和。高強(qiáng)度石英玻璃、常規(guī)玻璃、塑料制成4．分析光纖傳感系統(tǒng)的基本原理。光纖傳感系統(tǒng)的基本原理是：光纖中光波參數(shù)（如光強(qiáng)、頻率、波長(zhǎng)、相位以及偏振態(tài)等）隨外界被測(cè)參數(shù)的變化而變化，所以，可通過檢測(cè)光纖中光波參數(shù)的變化以達(dá)到檢測(cè)外界被測(cè)物理量的目的5．說明光纖的組成和光纖傳感器的分類。組成：光纖傳感器由光發(fā)送器、敏感元件、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)及光導(dǎo)纖維等主要部分所組成。分類：(1)按測(cè)量對(duì)象的不同，光纖傳感器可以分為光纖溫度傳感器、光纖濃度傳感器、光纖電流傳感器、光纖流速傳感器等。(2)按光纖中光波調(diào)制的原理分為強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器、相位調(diào)制型光纖傳感器、偏振調(diào)制型光纖傳感器、頻率調(diào)制型光纖傳感器、波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。(3)按光纖在傳感器中的作用分為功能型光纖傳感器即FF型（FunctionFiber）和非功能型光纖傳感器即NFF型（NonFunctionronFider）。6．光纖的數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？NA取值大小有什么作用？數(shù)值孔徑是衡量光纖集光性能的一個(gè)主要參數(shù)，它決定了能被傳播的光束的半孔徑角的最大值c，反映了光纖的集光能力。NA數(shù)值越大，光纖的集光能力越強(qiáng)。7．試計(jì)算n1=1.46，n2=1.45的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑值？如果外部媒質(zhì)為空氣（n0=1），求該種光纖的最大入射角。=0.548．說明光纖傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。光纖是一種傳輸光信息的導(dǎo)光纖維，主要由高強(qiáng)度石英玻璃、常規(guī)玻璃和塑料制成。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，由導(dǎo)光的芯體玻璃（簡(jiǎn)稱纖芯）和包層組成，纖芯位于光纖的中心部位，其直徑約為5～100m，包層可用玻璃或塑料制成，兩層之間形成良好的光學(xué)界面。包層外面常有塑料或橡膠外套，可保護(hù)纖芯和包層并使光纖具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。光主要在纖芯中傳輸，光纖的導(dǎo)光能力主要取決于纖芯和包層的性質(zhì)，即它們的折射率。纖芯的折射率n1稍大于包層的折射率n2，典型的數(shù)量值是n1=1.46～1.51，n2=1.44～1.50；而且纖芯和包層構(gòu)成一個(gè)同心圓雙層結(jié)構(gòu)。所以，可以保證入射到光纖內(nèi)的光波集中在光芯內(nèi)傳輸。9．試分析和比較FF型和NFF型光纖傳感器。功能型光纖傳感器主要使用單模光纖，此時(shí)光纖不僅起傳光作用，而且還是敏感元件。非功能型光纖傳感器中光纖不是敏感元件，它是利用在光纖的端面或在