建筑檢測與傳感技術(shù)學(xué)習(xí)通超星期末考試答案章節(jié)答案2024年

建筑檢測與傳感技術(shù)學(xué)習(xí)通超星期末考試章節(jié)答案2024年某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為：S1=0.2mV/℃，S2=2.0V/mV，S3=5.0mm/V，求系統(tǒng)的總靈敏度。

答案:見書本某位移傳感器，在輸入量變化5mm時，輸出電壓變化為200mv，求其靈敏度

答案:見書本傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？

答案:傳感器的特性是指傳感器的輸入量和輸出量之間的對應(yīng)關(guān)系。分為：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指輸入不隨時間而變化的特性，它表示傳感器在被測量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸入和輸出關(guān)系；動態(tài)特性是指輸入隨時間而變化的特性，它表示傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。靜態(tài)參數(shù)包括：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、精度、分辨率、穩(wěn)定性、漂移；線性度是指傳感器的輸出量y與輸入量x之間能否保持理想線性特性的一種度量；靈敏度是傳感器對被測量變化的反應(yīng)能力；在全量程范圍內(nèi)，傳感器正反行程最大輸出差值的絕對值稱為遲滯；重復(fù)性表示輸入量x按同一方向變化，傳感器在全量程范圍內(nèi)重復(fù)進行測量時所得到各特性曲線的重復(fù)程度；精度反應(yīng)傳感器測量結(jié)果與真值的接近程度；分辨率是傳感器能夠檢測到輸入量最小變化的能力；穩(wěn)定性表示在較長時間內(nèi)傳感器對于大小相同的輸入量，其輸出量發(fā)生變化的程度；漂移是指在外界干擾的情況下，在一定的時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的變化程度，包括零點漂移和溫度漂移。什么是傳感器？

答案:傳感器是一種能感受被測量，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。/star3/origin/7e6e56e72db871db8f818f06b78c4d4e.png

答案:參考書本壓電元件采用垂直x軸切片的兩相同石英晶體并聯(lián)，壓電常數(shù)d11=2.31×10-12C/N，相對介電常數(shù)εr=4.5,截面積A=3cm2厚度h=0.5cm,當(dāng)沿x軸方向受壓力Fx=9.8N時,求壓電元件兩極片間輸出電壓。

答案:空簡述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點？

答案: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(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一種多晶體。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(dāng)極化后的壓電陶瓷受到外力作用時，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(yīng)最明顯。壓電陶瓷的參數(shù)也會隨時間發(fā)生變化老化，壓電陶瓷老化將使壓電效應(yīng)減弱。試述石英晶體X，Y，Z軸的名稱是什么？有哪些特征？

答案:電軸：X軸穿過六棱柱的棱線，在垂直于此軸的面上壓電效應(yīng)最強；機械軸：Y軸垂直六棱柱面。在電場作用下，沿該軸方向的機械變形最明顯；光軸：Z軸晶體上、下晶錐項點連線重合，也叫中性軸，光線沿該軸通過時，無折射及壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體受到沿X方向的壓力作用時，晶體沿X方向?qū)a(chǎn)生收縮，正、負離子相對位置隨之發(fā)生變化。則在X軸的正向出現(xiàn)正電荷，在Y、Z軸方向則不出現(xiàn)電荷。當(dāng)晶體受到沿X方向的拉力作用時，則在X軸的正向出現(xiàn)負電荷，在Y、Z方向則不出現(xiàn)電荷。當(dāng)石英晶體受到沿Y軸方向的壓力作用時，在X軸正方向的晶體表面上出現(xiàn)負電荷。同樣，在垂直于Y軸和Z軸的晶體表面上不出現(xiàn)電荷。當(dāng)晶體受到沿Z軸方向的力（無論是壓力或拉力）作用時，因為晶體在X方向和Y方向的變形相同，正、負電荷中心始終保持重合，電偶極矩在X、Y方向的分量等于零。所以，沿光軸方向施加力，石英晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點是什么?能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？

答案: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，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)。壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)。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(jié)構(gòu)和應(yīng)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(gòu)成一個壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；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。使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，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(guān)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。為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動形式，差動結(jié)構(gòu)形式的特點是什么？

答案:因為差動形式的靈敏度比單圈式的靈敏度提高一倍，同時也可以減小非線性誤差。電容式傳感器有哪些類型？

答案:電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。簡述光纖的結(jié)構(gòu)和傳光原理。光纖傳光的必要條件是什么？

答案:光纖是利用光的全反射現(xiàn)象傳光的。簡述光電倍增管的結(jié)構(gòu)和工作原理

答案:由光電陰極、次陰極(倍增電極)以及陽極三部分組成，均封裝在一個玻璃管內(nèi)。工作原理：光電倍增管是利用外光電效應(yīng)做成的，當(dāng)入射光通過玻璃窗照射到光電陰極上，陰極受激發(fā)向外發(fā)射光電子，光電子在外電場的作用下，加速轟擊第一倍增極，倍增極受到一定能量的電子轟擊時，釋放出更多的電子，稱為第二電子發(fā)射極，如此經(jīng)過n個倍增極后，光電子就放大了n次，經(jīng)過放大的二次電子最后被陽極收集，形成陽極電流IA,在負載電阻RL上產(chǎn)生信號電壓U0.光敏電阻、光電二極管和光電三極管是根據(jù)什么原理工作的？他們的光電特性有何不同？

答案:光敏電阻、光電二極管和光電三極管都是根據(jù)內(nèi)光電效應(yīng)的原理工作的。不同光敏電阻是不相同的。絕大多數(shù)光敏電阻的光照特性曲線是非線性的，光敏電阻不宜作線性測量元件，一般用作開關(guān)式的光電轉(zhuǎn)換器。硅光電二極管的光電特性（光照特性）是線性較好，適合于做檢測元件。硅光電三極管的光電特性（光照特性）是在弱光時電流增長緩慢，采用較小的發(fā)射區(qū)面積，則能提高弱光時的發(fā)射結(jié)電流密度而使起始時增長變快，有利于弱光的檢測。試述光敏電阻、光敏晶體管、光電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理。

答案:解：光敏電阻的結(jié)構(gòu)：絕緣襯底上均勻地涂上一層具有光導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料，作為光電導(dǎo)層，在半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏三極管的結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，只是它的發(fā)射極一邊做得很大，以擴大光的照射面積。光敏三極管的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。

光電池是用單晶硅制成的，在一塊N型硅片上用擴散的方法摻入一些P型雜質(zhì)而形成一個大面積的PN結(jié)，P層很薄，從而使光能穿透到PN結(jié)上。由于光線的照射，使P區(qū)帶正電荷，N區(qū)帶負電荷，從而在兩區(qū)之間形成電位差，即構(gòu)成光電池，若接于外電路中就可產(chǎn)生電流。光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”什么是外光電效應(yīng)？內(nèi)光電效應(yīng)？光生伏特效應(yīng)？光電導(dǎo)效應(yīng)？與之對應(yīng)的光電元件各有哪些?

答案:解：在光照射下，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)，亦稱光電發(fā)射效應(yīng)。

通過入射光子引起物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，這些光生載流子引起物質(zhì)電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。

絕大多數(shù)的高電阻率半導(dǎo)體，受光照射吸收光子能量后，產(chǎn)生電阻率降低而易于導(dǎo)電的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。

光照射引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。

基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等；基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。磁敏元件有哪些？什么是磁阻效應(yīng)？簡述磁敏二極管、磁敏三極管工作原理。

答案:解：磁敏元件有磁電式傳感器，霍爾傳感器，磁電式磁敏電阻，磁敏二極管和磁敏三極管。將一載流導(dǎo)體置于外磁場中，除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外，其電阻也會隨磁場而變化。這種現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，簡稱磁阻效應(yīng)。磁敏二極管是利用磁阻效應(yīng)進行磁電轉(zhuǎn)換的。詳細見書中工作原理。當(dāng)無磁場作用時，由于磁敏三極管基區(qū)長度大于載流子有效擴散長度，因此發(fā)射區(qū)注入的載流子除少量輸運到集電區(qū)外，大部分通過E-I-B，形成基極電流，基極電流大于集電極電流，所以電流放大倍數(shù)β＝IC/IB<1。當(dāng)存在H+磁場時，由于洛倫茲力的作用，載流子向發(fā)射極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，從而使集電極電流IC明顯下降。當(dāng)存在H-磁場時，載流子受到洛倫茲力的作用，則向集電極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使集電極電流IC增大。什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢的因素有哪些？

答案:當(dāng)把一塊金屬或半導(dǎo)體薄片垂直放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，沿著垂直于磁場方向通過電流，就會在薄片的另一對側(cè)面間產(chǎn)生電動勢UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢稱為霍爾電動勢。霍爾電動勢的大小正比于激勵電流Ic與磁感應(yīng)強度B，且當(dāng)Ic或B的方向改變時，霍爾電動勢UH的方向也隨著改變，但當(dāng)Ic和的B方向同時改變時霍爾電動勢UH極性不變。影響因素：電流的大小，載流子濃度，電子速度，薄片面積。已知熱電偶的熱電極A為鉑銠30，熱電極B為鉑銠6，標(biāo)準(zhǔn)C為高純度鉑絲，若測得EAB（1084.5℃，0℃）=5.622mV，EAC（1084.5℃，0℃）=13.937mV，求EBC（1084.5℃，0℃）

答案:利用標(biāo)準(zhǔn)電極定律EBC（1084.5℃，0℃）=EAC（1084.5℃，0℃）-EAB（1084.5℃，0℃）=13.937-5.622mV=8.315mV用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參考端在室溫環(huán)境TH中，測得熱電動勢EAB(T，TH)=2.999mV，又用室溫計測出TH=29℃,求被測溫度為多少？

答案:查此種熱電偶的分度表可知，EAB(29,0)=1.155mV故得

EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，0)=2.999+1.155=4.154(mV)再次查分度表，與4.154mV對應(yīng)的熱端溫度T=98℃。為什么在實際應(yīng)用中要對熱電偶進行溫度補償？主要有哪些補償方法？

答案:熱電偶的熱電勢大小與兩結(jié)點溫度有關(guān)，只有當(dāng)冷端溫度恒定時，熱電勢才是熱端溫度（被測溫度）的單值函數(shù)。熱電偶的分度表以及分度表刻度的測溫儀表都是在冷端溫度為0℃時的條件下標(biāo)定的，而工業(yè)現(xiàn)場中熱電偶的冷端溫度通?？拷粶y對象，受周圍環(huán)境溫度變化的影響，因此要準(zhǔn)確測得熱端的真實溫度，就必須采取一些補償或修正措施。熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄖ饕校阂皇?℃恒溫法或冰浴法。這種方法將熱電偶的冷端放在

0℃恒溫場合；二是補償導(dǎo)線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導(dǎo)線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；三是計算修正法。修正公式為：EAB(t,t0)=EAB(t,t1)+EAB(t1,t0)；四是電橋補償法。利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動勢補償熱電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化；五、軟件處理法熱電偶有哪些基本定律？

答案:勻質(zhì)導(dǎo)體定律一是中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進行溫度測量。二是標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算出來。三是中間溫度定律：熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。什么叫熱電阻效應(yīng)？試述金屬熱電阻效應(yīng)的特點和形成原因。

答案:熱電阻效應(yīng)是物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的特性。金屬熱電阻傳感器進行溫度測量的特點是精度高、適于低溫測量。大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻都隨溫度變化而變化，在金屬中參加導(dǎo)