《傳感器技術(shù)》第3版課后部分習(xí)題解答(共18頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 潘光勇 物聯(lián)網(wǎng)1102班 《傳感器技術(shù)》作業(yè) 第一章 習(xí)題一 1-1 衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)。說明含義。 1、 線性度——表征傳感器輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標(biāo)。 2、 回差（滯后）—反應(yīng)傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程過程中輸出-輸入曲線的不重合程度。 3、 重復(fù)性——衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線間一致程度。各條特性曲線越靠近，重復(fù)性越好。 4、 靈敏度——傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。 5、 分辨力——傳感器在

2、規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。 6、 閥值——使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。 7、 穩(wěn)定性——即傳感器在相當(dāng)長時間內(nèi)仍保持其性能的能力。 8、 漂移——在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。 9、 靜態(tài)誤差（精度）——傳感器在滿量程內(nèi)任一點輸出值相對理論值的可能偏離（逼近）程度。 1-2 計算傳感器線性度的方法，差別。 1、 理論直線法：以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實際測試值無關(guān)。 2、 端點直線法：以傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點間的連線作為擬合直線。 3、 “最佳直線”法：以“最佳直線”

3、作為擬合直線，該直線能保證傳感器正反行程校準(zhǔn)曲線對它的正負(fù)偏差相等并且最小。這種方法的擬合精度最高。 4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的殘差平方和最小。 1—4 傳感器有哪些組成部分？在檢測過程中各起什么作用？ 答：傳感器通常由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 各部分在檢測過程中所起作用是：敏感元件是在傳感器中直接感受被測量，并輸出與被測量成一定聯(lián)系的另一物理量的元件，如電阻式傳感器中的彈性敏感元件可將力轉(zhuǎn)換為位移。傳感元件是能將敏感元件的輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電參量的元件，如應(yīng)變片可將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻量。測量轉(zhuǎn)換電路可將傳感元件

4、輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電量信號。 1-5傳感器有哪些分類方法？各有哪些傳感器？ 答：按工作原理分有參量傳感器、發(fā)電傳感器、數(shù)字傳感器和特殊傳感器；按被測量性質(zhì)分有機(jī)械量傳感器、熱工量傳感器、成分量傳感器、狀態(tài)量傳感器、探傷傳感器等；按輸出量形類分有模擬式、數(shù)字式和開關(guān)式；按傳感器的結(jié)構(gòu)分有直接式傳感器、差分式傳感器和補(bǔ)償式傳感器。 1-6 測量誤差是如何分類的？ 答：按表示方法分有絕對誤差和相對誤差；按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分有系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差按誤差來源分有工具誤差和方法誤差按被測量隨時間變化的速度分有靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差按使用條件分有基本誤差和附加誤差按誤差與被測量的關(guān)系分有

5、定值誤差和積累誤差。 第二章 習(xí)題二 2-1金屬應(yīng)變計與半導(dǎo)體應(yīng)變計在工作原理上有何異同？試比較應(yīng)變計各種靈敏系數(shù)（指材料的和應(yīng)變片的）概念的不同物理意義。 答：相同點，兩者都由外力作用產(chǎn)生形變而使得電阻變化。不同點，金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變?yōu)橹鳎欢雽?dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變導(dǎo)致的電阻率的相對變化為主。 對于金屬材料，靈敏系數(shù)Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。 對于半導(dǎo)體材料，靈敏系數(shù)Ko=Ks=(1+2μ)+ πE。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導(dǎo)體

6、材料的壓阻效應(yīng)所致，而πE 》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE。 2-3 簡述電阻應(yīng)變計產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因及其補(bǔ)償辦法。 答：電阻應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時，會產(chǎn)生溫度誤差。 補(bǔ)償辦法： 1、溫度自補(bǔ)償法 (1)單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計 (2) 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計 2、橋路補(bǔ)償法 （1）雙絲半橋式 （2）補(bǔ)償塊法 2-4 試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。 答：因為電橋的輸出無論是輸出電壓還是電流，實際上都與ΔRi/Ri呈非線性關(guān)系。 措施：(1)

7、差動電橋補(bǔ)償法 利用差動電橋呈現(xiàn)相對臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過應(yīng)變計合理布片達(dá)到補(bǔ)償目的。常用的有半橋差動電路和全橋差動電路。 (2) 恒流源補(bǔ)償法 誤差主要由于應(yīng)變電阻ΔRi的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可減小誤差。 2-5 如何用電阻應(yīng)變計構(gòu)成應(yīng)變式傳感器？對其各組成部分有何要求？ 答：1、結(jié)構(gòu)方面 a.設(shè)計敏感器件封裝結(jié)構(gòu)（同時要保持敏感性和可靠性）。 b.設(shè)計傳感器的安裝結(jié)構(gòu)。 2、電氣方面。 a.放大（需要時）應(yīng)變信號。 b.濾波、線性化信號。 c.溫度補(bǔ)償及其他誤差補(bǔ)償. d.按照傳輸規(guī)范設(shè)計輸出電路。 要求：非線性誤差要?。?0.05%~0.1

8、%F.S），力學(xué)性能參數(shù)受環(huán)境溫度影響小，并與彈性元件匹配。 2-9試推導(dǎo)圖2-16所示四等臂平衡差動電橋的輸出特性：Uo=f(△R/R)。從導(dǎo)出的結(jié)果說明用電阻應(yīng)變計進(jìn)行非電量測量時為什么要采用差動電橋？ 答：全橋差動電路，R1,R3受拉，R2,R4受壓，代入，得 由全等橋臂，得 可見輸出電壓Uo與ΔRi/Ri成嚴(yán)格的線性關(guān)系，沒有非線性誤差。即Uo=f(ΔR/R)。 因為四臂差動工作，不僅消除了飛線性誤差，而且輸出比單臂工作提高了4倍，故常采用此方法。 2-10 為什么常用等強(qiáng)度懸臂梁作為應(yīng)變式傳感器的力敏元件？現(xiàn)用一等強(qiáng)度梁：有效長l=150mm，固支處b=18m

9、m，厚h=5mm，彈性模量，貼上4片等阻值、K=2的電阻應(yīng)變計，并接入四等臂差動電橋構(gòu)成稱得傳感器。試問：（1）懸臂梁上如何布片？又如何接橋？為什么？（2）當(dāng)輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時的稱重量為多少？ 答：當(dāng)力F作用在彈性臂梁自由端時，懸臂梁產(chǎn)生變形，在梁的上、下表面對稱位置上應(yīng)變大小相當(dāng)，極性相反，若分別粘貼應(yīng)變片R1 、R4 和R2 、R3 ，并接成差動電橋，則電橋輸出電壓Uo與力F成正比。等強(qiáng)度懸臂梁的應(yīng)變不隨應(yīng)變片粘貼位置變化。 1）懸臂梁上布片如圖2-20a所示。接橋方式如圖2-20b所示。這樣當(dāng)梁上受力時，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受壓，阻值減小，使

10、差動輸出電壓成倍變化。可提高靈敏度。 2）當(dāng)輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時的稱重量為： 計算如下： 由公式：代入各參數(shù)算F=33.3N 1牛頓=0.102千克力；所以，F(xiàn)=3.4Kg。此處注意：F=m*g；即力=質(zhì)量*重力加速度；1N=1Kg*9.8m/s2.力的單位是牛頓（N）和質(zhì)量的單位是Kg；所以稱得的重量應(yīng)該是3.4Kg。 2-12 何謂壓阻效應(yīng)？擴(kuò)散硅壓阻式傳感器與貼片型應(yīng)變式傳感器相比有何優(yōu)缺點？如何克服？ 答：壓阻效應(yīng)，半導(dǎo)體單晶硅、鍺等材料在外力的作用下電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 優(yōu)點是尺寸、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后都很小，靈敏系數(shù)極大，因而輸出也大，可以不需

11、放大器直接與記錄儀連接，使得測量系統(tǒng)簡化。 缺點是電阻值和靈敏系數(shù)隨溫度穩(wěn)定性差，測量較大應(yīng)變時非線性嚴(yán)重；靈敏系數(shù)隨受拉或壓而變，且分散度大，一般在（3-5）%，所以測量結(jié)果有±（3-5）%的誤差。 壓阻式傳感器廣泛采用全等臂差動橋路來提高輸出靈敏度，又可以部分消除阻值隨溫度變化的影響。 第三章 習(xí)題3 3-1 比較差動式自感傳感器和差動變壓器在結(jié)構(gòu)上及工作原理上的異同。 答：絕大多數(shù)自感式傳感器都運用與電阻差動式類似的技術(shù)來改善性能，由兩單一式結(jié)構(gòu)對稱組合，構(gòu)成差動式自感傳感器。 采用差動式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性、提高靈敏度外，對電源電壓與頻率的波動及溫度變化等外界影響

12、也有補(bǔ)償作用，從而提高了傳感器的穩(wěn)定性。 互感式傳感器是一種線圈互感隨銜鐵位移變化的變磁阻式傳感器，初、次級間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個次級繞組按差動方式工作，因此又稱為差動變壓器。 3-3用變磁阻式傳感器進(jìn)行測量時，在什么情況下應(yīng)采用與校正時相同的電纜？為什么? 答：當(dāng)傳感器工作在較高的激勵頻率下時應(yīng)采用校正時相同的電纜。因為傳感器存在并聯(lián)電容C,它會使得靈敏度提高，如果更換電纜，在較高的激勵頻率下總電容C會發(fā)生變化，從而對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。 3-4 變間隙式、變截面式和螺管式三種電感式傳感器各適用什么場合？優(yōu)缺點？ 答：變氣隙式靈敏度較高，但測量范圍小，一般用于測量幾微米到幾

13、百微米的位移。 變面積式靈敏度較低，但線性范圍較大，除E型與四極型外，還常做成八極、十六極型，一般可分辨零點幾角秒以下的微小角位移，線性范圍達(dá)±10°. 螺管式可測量幾納米到一米的位移，但靈敏度較前兩種低。 3-6 差動式電感傳感器為什么常采用相敏檢波電路？分析原理。 答：相敏檢波電路，它能有效地消除基波正交分量與偶次諧波分量，減小奇次諧波分量，使傳感器零位電壓減至極小。 原理：使高頻調(diào)幅信號與高頻載波信號相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號。 3-7 電感傳感器產(chǎn)生零位電壓的原因和減小零位電壓的措施。 答：差動自感式傳感器當(dāng)銜鐵位于中間位置時，電橋輸出理論上應(yīng)為零，但實際上總存在零位

14、不平衡電壓輸出(零位電壓)，造成零位誤差。 原因：零位電壓包含基波和高次諧波。 產(chǎn)生基波分量的原因：傳感器兩線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸的不對稱，以及構(gòu)成電橋另外兩臂的電氣參數(shù)不一致； 產(chǎn)生高次諧波分量的原因：磁性材料磁化曲線的非線性。 措施：1、合理選擇磁性材料與激勵電流；2、一般常用方法是采用補(bǔ)償電路，其原理為： (1)串聯(lián)電阻消除基波零位電壓；(2)并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；(3)加并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波分量。3、另一種有效的方法是采用外接測量電路來減小零位電壓。如前述的相敏檢波電路，它能有效地消除基波正交分量與偶次諧波分量，減小奇次諧波分量，使傳感器零位電壓減至

15、極小。4、此外還可采用磁路調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(如可調(diào)端蓋)保證磁路的對稱性，來減小零位電壓。 3-9 造成自感式傳感器和差動變壓器溫度誤差的原因及其減小措施。 答：原因：(1)材料的線膨脹系數(shù)引起零件尺寸的變化 (2)材料的電阻率溫度系數(shù)引起線圈銅阻的變化 (3)磁性材料磁導(dǎo)率溫度系數(shù)、繞組絕緣材料的介質(zhì)溫度系數(shù)和線圈幾何尺寸變化引起線圈電感量及寄生電容的改變等造成。 措施：其材料除滿足磁性能要求外，還應(yīng)注意線膨脹系數(shù)的大小與匹配。傳感器采用陶瓷、聚砜、夾布膠木、弱磁不銹鋼等材料作線圈骨架，或采用脫胎線圈。還可采取穩(wěn)定激勵電流的方法。 3-10差動變壓器式傳感器采用恒流激磁有什么好處？ 答：差

16、動變壓器初級線圈在低頻激勵時品質(zhì)因數(shù)低，溫度誤差大，采用恒流激磁可以提高線圈的品質(zhì)因數(shù)，減小溫度誤差。 3-11電源頻率波動對電感式傳感器的靈敏度有何影響？如何確定傳感器的電源頻率？ 答：變氣隙式自感式傳感器由鐵心線圈、銜鐵、測桿及彈簧等組成。變氣隙式傳感器的線性度差、示值范圍窄、自由行程小，但在小位移下靈敏度很高，常用于小位移的測量。 3-12 試從電渦流式傳感器的原理簡要說明它的各種應(yīng)用。 答：1.測位移電渦流式傳感器的主要用途之一是可用來測量金屬件的靜態(tài)或動態(tài)位移，最大量程達(dá)數(shù)百毫米，分辨率為 0.1%。 2.測厚度 金屬板材厚度的變化相當(dāng)于線圈與金屬表面間距離的改變，根據(jù)

17、輸出電壓的變化即可知線圈與金屬表 面間距離的變化，即板厚的變化。 3.測溫度 若保持電渦流式傳感器的機(jī)、電、磁各參數(shù)不變，使傳感器的輸出只隨被測導(dǎo)體電阻率而變，就可測得溫度的變化。 3-13用反射式電渦流傳感器測量位移或振幅時對被測體要考慮哪些因素？為什么？ 答：1、被測體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率對傳感器的靈敏度的影響。當(dāng)被測體為磁性時，靈敏度較非磁性低。 2、被測物體表面有鍍層，鍍層的性質(zhì)和厚度不均勻也會影響精度，當(dāng)測量轉(zhuǎn)動或移動的被測體時，這種不均勻?qū)⑿纬筛蓴_信號。 3、大小和形狀，為了能夠充分利用電渦流效應(yīng)。 4、當(dāng)被測體為圓柱體時，只有其直徑為線圈的3.5倍以上才不影響測量結(jié)果。

18、 5、厚度。 第四章 習(xí)題4 4-1 電容式傳感器可分為哪幾類？各自的主要用途是什么？ 答：1、變極距型電容傳感器：差動式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測中應(yīng)用最廣。 2、變面積型電容傳感器：變面積型電容傳感器與變極距型相比，其靈敏度較低。這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測量較大的直線位移和角位移。在實際應(yīng)用中，也采用差動式結(jié)構(gòu)，以提高靈敏度。 3、變介質(zhì)型電容傳感器：可用于非導(dǎo)電散材物料的物

19、位測量。可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度。 4-2 變極距型電容傳感器產(chǎn)生非線性誤差的原因及如何減小？ 答：原因：靈敏度與初始極距的平方成反比，用減少初始極距的辦法來提高靈敏度，但初始極距的減小會導(dǎo)致非線性誤差增大。 采用差動式，可比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。 4-3 為什么電容式傳感器的絕緣、屏蔽和電纜問題特別重要？如何解決？ 答：電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很小，屬于小功率、高阻抗器，因此極易受外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍

20、的、且具有隨機(jī)性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴(yán)重影響傳感器的輸出特性，甚至?xí)蜎]沒有用信號而不能使用。 解決：驅(qū)動電纜法、整體屏蔽法、采用組合式與集成技術(shù)。 4-5為什么高頻工作的電容式傳感器連接電纜的長度不能隨意變動？ 答：電纜在低頻狀態(tài)下的電阻極小，而在高頻狀態(tài)下，它自身的寄生參數(shù)比如寄生電容，寄生電感就不得不考慮，長度變化后，這些參數(shù)也會跟著變化，進(jìn)而影響高頻信號的質(zhì)量。 第五章 習(xí)題5 5-12 霍爾效應(yīng)是什么？可進(jìn)行哪些參數(shù)的測量？ 答：當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效

21、應(yīng)。這個電勢差也被叫做霍爾電勢差。霍爾器件工作產(chǎn)生的霍爾電勢為，由表達(dá)式可知，霍爾電勢正比于激勵電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾系數(shù)成正比，而與霍爾片厚度成反比。 利用霍爾效應(yīng)可測量大電流、微氣隙磁場、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動、壓力、流量和液位等；用以制成磁讀頭、磁羅盤、無刷電機(jī)、接近開關(guān)和計算元件等等。 5-13 霍爾元件的不等位電勢和溫度影響是如何產(chǎn)生的？可采取哪些方法來減小之。 答：影響霍爾元件輸出零點的因素主要是霍爾元件的初始位置。 霍爾位移傳感器，是由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器，在霍爾元件處于初始位置時，霍爾電勢不等于零?；魻柺轿灰苽鞲衅鳛榱双@得較好的線性分布，在磁極端面

22、裝有極靴，霍爾元件調(diào)整好初始位置時，可以使霍爾電勢＝0。不等位電勢的重要起因是不能將霍爾電極焊接在同一等位面上，可以通過機(jī)械修磨或用化學(xué)腐蝕的方法或用網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法校正。 霍爾元件的靈敏系數(shù)是溫度的函數(shù)，關(guān)系式為：，大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值，因此，它們的霍爾電勢也將隨溫度升高而增加αΔT倍。 補(bǔ)償溫度變化對霍爾電勢的影響，通常采用一種恒流源補(bǔ)償電路。基本思想是：在溫度增加的同時，讓激勵電流相應(yīng)地減小，并能保持乘積不變，也就可以相對抵消溫度對靈敏系數(shù)增加的影響，從而抵消對霍爾電勢的影響。 5-14 磁敏傳感器有哪幾種？它們各有什么特點？可用來測量哪些參數(shù)？ 答：磁敏電阻：外加磁

23、場使導(dǎo)體(半導(dǎo)體)電阻隨磁場增加而增大的現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。載流導(dǎo)體置于磁場中除了產(chǎn)生霍爾效應(yīng)外,導(dǎo)體中載流子因受洛侖茲力作用要發(fā)生偏轉(zhuǎn),載流子運動方向偏轉(zhuǎn)使電流路徑變化,起到了加大電阻的作用,磁場越強(qiáng)增大電阻的作用越強(qiáng)。磁敏電阻主要運用于測位移。 磁敏二極管：輸出電壓隨著磁場大小的方向而變化，特別是在弱磁場作用下，可獲得較大輸出電壓變化，r區(qū)內(nèi)外復(fù)合率差別越大，靈敏度越高。當(dāng)磁敏二極管反向偏置時，只有很少電流通過，二極管兩端電壓也不會因受到磁場的作用而有任何改變。利用磁敏二極管可以檢測弱磁場變化這一特性可以制成漏磁探傷儀。 第六章 習(xí)題6 6-1 何謂壓電效應(yīng)？何謂縱向壓電效應(yīng)和橫向

24、壓電效應(yīng)？ 答：一些離子型晶體的電介質(zhì)不僅在電場力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會產(chǎn)生極化現(xiàn)象。且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度σ)與外應(yīng)力張量T成正比：D = dT 式中 d——壓電常數(shù)矩陣。 當(dāng)外力消失，電介質(zhì)又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。 若對上述電介質(zhì)施加電場作用時，同樣會引起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的相對位移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生變形，且其應(yīng)變S與外電場強(qiáng)度E成正比： S=dtE式中 dt——逆壓電常數(shù)矩陣。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱電致伸縮。 6-2壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些？比較三類壓電材料的應(yīng)用特

25、點。 答：主要特性：壓電常數(shù)、彈性常數(shù)、介電常數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)、電阻、居里點 。 壓電單晶：時間穩(wěn)定性好，居里點高，在高溫、強(qiáng)幅射條件下，仍具有良好的壓電性，且機(jī)械性能，如機(jī)電耦合系數(shù)、介電常數(shù)、頻率常數(shù)等均保持不變。此外，還在光電、微聲和激光等器件方面都有重要應(yīng)用。不足之處是質(zhì)地脆、抗機(jī)械和熱沖擊性差。 壓電陶瓷：壓電常數(shù)大，靈敏度高，制造工藝成熟，成形工藝性好，成本低廉，利于廣泛應(yīng)用，還具有熱釋電性。 新型壓電材料：既具有壓電特性又具有半導(dǎo)體特性。因此既可用其壓電性研制傳感器，又可用其半導(dǎo)體特性制作電子器件；也可以兩者合一，集元件與線路于一體，研制成新型集成壓電傳感器測試系

26、統(tǒng)。 6-4為了提高壓電式傳感器的靈敏度，設(shè)計中常采用雙晶片和多晶片組合，試說明其組合的方式和適用的場合。 答：（1）并聯(lián)：特點是輸出電容大，輸出電荷大，所以時間常數(shù)，適合于測量緩變信號，且以電荷作為輸出的場合。 （2）串聯(lián): 特點是輸出電壓大，本身電容小，適合于以電壓作為輸出信號，且測量電路輸出阻抗很高的場合。 6-6原理上，壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量，但實用中，壓電式傳感器可能用來測量準(zhǔn)靜態(tài)量，為什么？ 答：壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力和力矩測量場合，通常較多采用雙片或多片石英晶片作壓電元件。由于它剛度大，動態(tài)特性好；測量范圍廣

27、，可測范圍大；線性及穩(wěn)定性高；可測單、多向力。當(dāng)采用大時間常數(shù)的電荷放大器時，就可測準(zhǔn)靜態(tài)力。Err！ 6-7簡述壓電式傳感器前置放大器的作用，兩種形式各自的優(yōu)缺點及其如何合理選擇回路參數(shù)。 答：電壓放大器。 作用：把壓電期間的高輸出阻抗變換為傳感器的低輸出阻抗，并保持輸出電壓與輸入電壓成正比； 優(yōu)點：電路簡單、成本低、工作穩(wěn)定可靠； 缺點：存在電纜干擾現(xiàn)象。 電荷放大器。 作用：把壓電器件高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，以實現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電荷成正比； 優(yōu)點：電路線性較好，無接長和變動電纜的后顧之憂； 缺點：有零漂現(xiàn)象。 第七章 習(xí)題7

28、7-1 熱電式傳感器分類。各自特點。 答：熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它可分為兩大類：熱電阻傳感器和熱電偶傳感器。 熱電阻傳感器的特點：（1)高溫度系數(shù)、高電阻率。(2)化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。(3)良好的輸出特性。(4).良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。 熱電偶傳感器的特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單（2）制造方便（3）測溫范圍寬（4）熱慣性小（5）準(zhǔn)確度高（6）輸出信號便于遠(yuǎn)傳 7-2 常用的熱電阻有哪幾種？適用范圍如何？ 答：鉑、銅為應(yīng)用最廣的熱電阻材料。鉑容易提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，制成的鉑電阻輸出－輸入特性接近線性，測量精度高。銅在-50

29、～150℃范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出－輸入特性接近線性，價格低廉。當(dāng)溫度高于100℃時易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有侵蝕性的介質(zhì)中工作。 7-4 利用熱電偶測溫必須具備哪兩個條件？ 答：（1）用兩種不同材料作熱電極（2）熱電偶兩端的溫度不能相同 7-5 什么是中間導(dǎo)體定律和連接導(dǎo)體定律？它們在利用熱電偶測溫時有什么實際意義？ 答：中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，當(dāng)引入第三導(dǎo)體時，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則第三導(dǎo)體對回路總熱電勢無影響。利用這個定律可以將第三導(dǎo)體換成毫伏表，只要保證兩個接點溫度一致，就可以完成熱電勢的測量而不影響熱電偶的輸出。 連接導(dǎo)體

30、定律：回路的總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,T0)與連接導(dǎo)線電勢EA’B’(Tn,T0)的代數(shù)和。連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測量的理論基礎(chǔ)。 7-6 什么是中間溫度定律和參考電極定律？它們各有什么實際意義？ 答：EAB(T,Tn,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0) 這是中間溫度定律表達(dá)式，即回路的總熱電勢等于EAB(T,Tn)與EAB(Tn,T0)的代數(shù)和。Tn為中間溫度。中間溫度定律為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)。 7-7 鎳絡(luò)-鎳硅熱電偶測得介質(zhì)溫度800℃，若參考端溫度為25℃，問介質(zhì)的實際溫度為多少？ 答：t=介質(zhì)溫度+k*參考溫度（800+1*25=

31、825） 第八章 習(xí)題8 8-2 何謂外光電效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)？ 答：外光電效應(yīng)：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。 光電導(dǎo)效應(yīng)：在光線作用下，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)率的變化的現(xiàn)象。 光生伏特效應(yīng)：在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象。 8-3 試比較光電池、光敏晶體管、光敏電阻及光電倍增管在使用性能上的差別。 答：光電池：光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動勢。當(dāng)光照到PN結(jié)區(qū)時，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出

32、電子-空穴對，在N區(qū)聚積負(fù)電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。 8-5 怎樣根據(jù)光照特性和光譜特性來選擇光敏元件？試舉例說明。 答：不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不宜作定量檢測元件，一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。 光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)，在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。 8-10 簡述光電傳感器的主要形式及其應(yīng)用。 答：模擬式（透射式、反射式、遮光式、輻射式）、開關(guān)式。 應(yīng)用：光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表、光電式物位傳感器、視覺傳感器、細(xì)絲類物件的在線檢測。 專心---專注---專業(yè)