《傳感器技術(shù)》第3版課后部分習(xí)題解答(共18頁(yè))

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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(shuō)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?。┬谐踢^(guò)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(dòng)時(shí)，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(cè)輸入量增量之比。 5、 分辨力——傳感器在

2、規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的最小變化量。 6、 閥值——使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍保持其性能的能力。 8、 漂移——在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測(cè)輸入量無(wú)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(diǎn)輸出值相對(duì)理論值的可能偏離（逼近）程度。 1-2 計(jì)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(shí)際測(cè)試值無(wú)關(guān)。 2、 端點(diǎn)直線法：以傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點(diǎn)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(duì)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(cè)過(guò)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(cè)量轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 各部分在檢測(cè)過(guò)程中所起作用是：敏感元件是在傳感器中直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)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(cè)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(cè)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(hào)。 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(cè)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(cè)量誤差是如何分類的？ 答：按表示方法分有絕對(duì)誤差和相對(duì)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(lái)源分有工具誤差和方法誤差按被測(cè)量隨時(shí)間變化的速度分有靜態(tài)誤差和動(dòng)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(cè)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(jì)與半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)在工作原理上有何異同？試比較應(yīng)變計(jì)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(diǎn)，兩者都由外力作用產(chǎn)生形變而使得電阻變化。不同點(diǎn)，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(duì)變化為主。 對(duì)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(duì)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(jiǎn)述電阻應(yīng)變計(jì)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(jì)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(shí)，會(huì)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(jì) (2) 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì) 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?yàn)殡姌虻妮敵鰺o(wú)論是輸出電壓還是電流，實(shí)際上都與ΔRi/Ri呈非線性關(guān)系。 措施：(1)

7、差動(dòng)電橋補(bǔ)償法 利用差動(dòng)電橋呈現(xiàn)相對(duì)臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過(guò)應(yīng)變計(jì)合理布片達(dá)到補(bǔ)償目的。常用的有半橋差動(dòng)電路和全橋差動(dòng)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(jì)構(gòu)成應(yīng)變式傳感器？對(duì)其各組成部分有何要求？ 答：1、結(jié)構(gòu)方面 a.設(shè)計(jì)敏感器件封裝結(jié)構(gòu)（同時(shí)要保持敏感性和可靠性）。 b.設(shè)計(jì)傳感器的安裝結(jié)構(gòu)。 2、電氣方面。 a.放大（需要時(shí)）應(yīng)變信號(hào)。 b.濾波、線性化信號(hào)。 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(jì)輸出電路。 要求：非線性誤差要小（<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(dòng)電橋的輸出特性：Uo=f(△R/R)。從導(dǎo)出的結(jié)果說(shuō)明用電阻應(yīng)變計(jì)進(jìn)行非電量測(cè)量時(shí)為什么要采用差動(dòng)電橋？ 答：全橋差動(dòng)電路，R1,R3受拉，R2,R4受壓，代入，得 由全等橋臂，得 可見(jiàn)輸出電壓Uo與ΔRi/Ri成嚴(yán)格的線性關(guān)系，沒(méi)有非線性誤差。即Uo=f(ΔR/R)。 因?yàn)樗谋鄄顒?dòng)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(zhǎng)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(jì)，并接入四等臂差動(dòng)電橋構(gòu)成稱得傳感器。試問(wèn)：（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(shí)的稱重量為多少？ 答：當(dāng)力F作用在彈性臂梁自由端時(shí)，懸臂梁產(chǎn)生變形，在梁的上、下表面對(duì)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(dòng)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(shí)，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受壓，阻值減小，使

10、差動(dòng)輸出電壓成倍變化?？商岣哽`敏度。 2）當(dāng)輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時(shí)的稱重量為： 計(jì)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(diǎn)？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(diǎn)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(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)化。 缺點(diǎn)是電阻值和靈敏系數(shù)隨溫度穩(wěn)定性差，測(cè)量較大應(yīng)變時(shí)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(cè)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(dòng)橋路來(lái)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(dòng)式自感傳感器和差動(dòng)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(yùn)用與電阻差動(dòng)式類似的技術(shù)來(lái)改善性能，由兩單一式結(jié)構(gòu)對(duì)稱組合，構(gòu)成差動(dòng)式自感傳感器。 采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性、提高靈敏度外，對(duì)電源電壓與頻率的波動(dòng)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(jí)間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)次級(jí)繞組按差動(dòng)方式工作，因此又稱為差動(dòng)變壓器。 3-3用變磁阻式傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在什么情況下應(yīng)采用與校正時(shí)相同的電纜？為什么? 答：當(dāng)傳感器工作在較高的激勵(lì)頻率下時(shí)應(yīng)采用校正時(shí)相同的電纜。因?yàn)閭鞲衅鞔嬖诓⒙?lián)電容C,它會(huì)使得靈敏度提高，如果更換電纜，在較高的激勵(lì)頻率下總電容C會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)測(cè)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(chǎng)合？?jī)?yōu)缺點(diǎn)？ 答：變氣隙式靈敏度較高，但測(cè)量范圍小，一般用于測(cè)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(diǎn)幾角秒以下的微小角位移，線性范圍達(dá)±10°. 螺管式可測(cè)量幾納米到一米的位移，但靈敏度較前兩種低。 3-6 差動(dòng)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(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，經(jīng)濾波后輸出低頻解調(diào)信號(hào)。 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(dòng)自感式傳感器當(dāng)銜鐵位于中間位置時(shí)，電橋輸出理論上應(yīng)為零，但實(shí)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(duì)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(lì)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(cè)量電路來(lái)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(duì)稱性，來(lái)減小零位電壓。 3-9 造成自感式傳感器和差動(dòng)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(lì)電流的方法。 3-10差動(dòng)變壓器式傳感器采用恒流激磁有什么好處？ 答：差

16、動(dòng)變壓器初級(jí)線圈在低頻激勵(lì)時(shí)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(dòng)對(duì)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(cè)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(cè)量。 3-12 試從電渦流式傳感器的原理簡(jiǎn)要說(shuō)明它的各種應(yīng)用。 答：1.測(cè)位移電渦流式傳感器的主要用途之一是可用來(lái)測(cè)量金屬件的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)位移，最大量程達(dá)數(shù)百毫米，分辨率為 0.1%。 2.測(cè)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(cè)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(cè)導(dǎo)體電阻率而變，就可測(cè)得溫度的變化。 3-13用反射式電渦流傳感器測(cè)量位移或振幅時(shí)對(duì)被測(cè)體要考慮哪些因素？為什么？ 答：1、被測(cè)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率對(duì)傳感器的靈敏度的影響。當(dāng)被測(cè)體為磁性時(shí)，靈敏度較非磁性低。 2、被測(cè)物體表面有鍍層，鍍層的性質(zhì)和厚度不均勻也會(huì)影響精度，當(dāng)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)的被測(cè)體時(shí)，這種不均勻?qū)⑿纬筛蓴_信號(hào)。 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(cè)體為圓柱體時(shí)，只有其直徑為線圈的3.5倍以上才不影響測(cè)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(dòng)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(duì)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(cè)小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測(cè)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(cè)量較大的直線位移和角位移。在實(shí)際應(yīng)用中，也采用差動(dòng)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(cè)量?？梢杂脕?lái)測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來(lái)測(cè)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??？ 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(lái)提高靈敏度，但初始極距的減小會(huì)導(dǎo)致非線性誤差增大。 采用差動(dòng)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(duì)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(wèn)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](méi)沒(méi)有用信號(hào)而不能使用。 解決：驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)度不能隨意變動(dòng)？ 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(zhǎng)度變化后，這些參數(shù)也會(huì)跟著變化，進(jìn)而影響高頻信號(hào)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(cè)量？ 答：當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效

21、應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。霍爾器件工作產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)為，由表達(dá)式可知，霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)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(cè)量大電流、微氣隙磁場(chǎng)、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動(dòng)、壓力、流量和液位等；用以制成磁讀頭、磁羅盤、無(wú)刷電機(jī)、接近開關(guān)和計(jì)算元件等等。 5-13 霍爾元件的不等位電勢(shì)和溫度影響是如何產(chǎn)生的？可采取哪些方法來(lái)減小之。 答：影響霍爾元件輸出零點(diǎn)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(shí)，霍爾電勢(shì)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(shí)，可以使霍爾電勢(shì)＝0。不等位電勢(shì)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(guò)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(shì)也將隨溫度升高而增加αΔT倍。 補(bǔ)償溫度變化對(duì)霍爾電勢(shì)的影響，通常采用一種恒流源補(bǔ)償電路?；舅枷胧牵涸跍囟仍黾拥耐瑫r(shí)，讓激勵(lì)電流相應(yīng)地減小，并能保持乘積不變，也就可以相對(duì)抵消溫度對(duì)靈敏系數(shù)增加的影響，從而抵消對(duì)霍爾電勢(shì)的影響。 5-14 磁敏傳感器有哪幾種？它們各有什么特點(diǎn)？可用來(lái)測(cè)量哪些參數(shù)？ 答：磁敏電阻：外加磁

23、場(chǎng)使導(dǎo)體(半導(dǎo)體)電阻隨磁場(chǎng)增加而增大的現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)。載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)使電流路徑變化,起到了加大電阻的作用,磁場(chǎng)越強(qiáng)增大電阻的作用越強(qiáng)。磁敏電阻主要運(yùn)用于測(cè)位移。 磁敏二極管：輸出電壓隨著磁場(chǎng)大小的方向而變化，特別是在弱磁場(chǎng)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(shí)，只有很少電流通過(guò)，二極管兩端電壓也不會(huì)因受到磁場(chǎng)的作用而有任何改變。利用磁敏二極管可以檢測(cè)弱磁場(chǎng)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(chǎng)力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會(huì)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(jiǎn)稱壓電效應(yīng)。 若對(duì)上述電介質(zhì)施加電場(chǎng)作用時(shí)，同樣會(huì)引起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的相對(duì)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(chǎng)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(diǎn)。 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(diǎn) 。 壓電單晶：時(shí)間穩(wěn)定性好，居里點(diǎn)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(cè)試系

26、統(tǒng)。 6-4為了提高壓電式傳感器的靈敏度，設(shè)計(jì)中常采用雙晶片和多晶片組合，試說(shuō)明其組合的方式和適用的場(chǎng)合。 答：（1）并聯(lián)：特點(diǎn)是輸出電容大，輸出電荷大，所以時(shí)間常數(shù)，適合于測(cè)量緩變信號(hào)，且以電荷作為輸出的場(chǎng)合。 （2）串聯(lián): 特點(diǎn)是輸出電壓大，本身電容小，適合于以電壓作為輸出信號(hào)，且測(cè)量電路輸出阻抗很高的場(chǎng)合。 6-6原理上，壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，但實(shí)用中，壓電式傳感器可能用來(lái)測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)量，為什么？ 答：壓電式測(cè)力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力和力矩測(cè)量場(chǎng)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(dòng)態(tài)特性好；測(cè)量范圍廣

27、，可測(cè)范圍大；線性及穩(wěn)定性高；可測(cè)單、多向力。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，就可測(cè)準(zhǔn)靜態(tài)力。Err！ 6-7簡(jiǎn)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(diǎn)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(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、成本低、工作穩(wěn)定可靠； 缺點(diǎn)：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(shí)現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電荷成正比； 優(yōu)點(diǎn)：電路線性較好，無(wú)接長(zhǎng)和變動(dòng)電纜的后顧之憂； 缺點(diǎn)：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(diǎn)。 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(diǎn)：（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(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（2）制造方便（3）測(cè)溫范圍寬（4）熱慣性小（5）準(zhǔn)確度高（6）輸出信號(hào)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(cè)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(jià)格低廉。當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，因此適用于溫度較低和沒(méi)有侵蝕性的介質(zhì)中工作。 7-4 利用熱電偶測(cè)溫必須具備哪兩個(gè)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?cè)诶脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)有什么實(shí)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(shí)，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則第三導(dǎo)體對(duì)回路總熱電勢(shì)無(wú)影響。利用這個(gè)定律可以將第三導(dǎo)體換成毫伏表，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)溫度一致，就可以完成熱電勢(shì)的測(cè)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(shì)等于熱電偶電勢(shì)EAB(T,T0)與連接導(dǎo)線電勢(shì)EA’B’(Tn,T0)的代數(shù)和。連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測(cè)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(shí)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(shì)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(cè)得介質(zhì)溫度800℃，若參考端溫度為25℃，問(wèn)介質(zhì)的實(shí)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(guò)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(dòng)勢(shì)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(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)光照到PN結(jié)區(qū)時(shí)，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(duì)，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(lái)選擇光敏元件？試舉例說(shuō)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(cè)元件，一般在自動(dòng)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(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來(lái)考慮，才能獲得滿意的效果。 8-10 簡(jiǎn)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(jué)傳感器、細(xì)絲類物件的在線檢測(cè)。 專心---專注---專業(yè)