傳感器課后題答案

1、第五章3 .試述霍爾效應(yīng)的定義及霍爾傳感器的工作原理。霍爾效應(yīng)：將半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，半導(dǎo)體薄片上平行于電流和磁場方向的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻杺鞲衅鞴ぷ髟恚夯魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)原理將被測物理量轉(zhuǎn)換為電動勢的傳 感器。在垂直于外磁場 B的方向上放置半導(dǎo)體薄片，當(dāng)半導(dǎo)體薄片流有電流 I時，在半導(dǎo)體薄片前后兩個端面之間產(chǎn)生霍爾電勢Uh?；魻栯妱莸拇笮∨c激勵電流I和磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與半導(dǎo)體薄片厚度d成反比。4 .簡述霍爾傳感器的組成，畫出霍爾傳感器的輸出電路圖。組成：從矩形薄片半導(dǎo)體基片上的兩個相互垂直方向側(cè)面上，引出一對電極

2、，其中1-1 '電極用于加控制電流，稱控制電流，另一對 2-2'電極用于引出霍爾電勢。在基片外面用金 屬或陶瓷、環(huán)氧樹脂等封裝作為外殼。電路圖：5 .簡述霍爾傳感器靈敏系數(shù)的定義。答：它表示一個霍爾元件在單位激勵電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度時產(chǎn)生霍爾電勢的大小。7.說明單晶體和多晶體壓電效應(yīng)原理，比較石英晶體和壓電陶瓷各自的特點(diǎn)。原理：石英晶體是天然的六角形晶體，在直角坐標(biāo)系中，X軸平行于它的棱線， 稱為電軸，通常把沿電軸方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為縱向壓電效應(yīng)； y軸垂直于它的棱面，稱為機(jī)械軸，把沿機(jī)械軸方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電 效應(yīng)稱為橫向壓電效應(yīng)；z軸表示其縱軸，稱為光

3、軸，在光軸方向時，不產(chǎn)生壓 電效應(yīng)。壓電陶瓷是人工制造的多晶體，在極化處理以前，各晶粒的電疇按任意 方向排列，當(dāng)陶瓷施加外電場時，電疇由自發(fā)極化方向轉(zhuǎn)到與外加電場方向一致， 此時，壓電陶瓷具有一定極化強(qiáng)度，這種極化強(qiáng)度稱為剩余極化強(qiáng)度。由于束縛 電荷的作用，在陶瓷片的電極表面上很快就吸附了一層來自外界的自由電荷，正負(fù)電荷距離大小因壓力變化而變化，這種由機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的現(xiàn)象就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，放電電荷的多少與外力的大小成比例關(guān)系，Q=&F特點(diǎn)：石英晶體：（1）壓電常數(shù)小，時間和溫度穩(wěn)定性極好；（2）機(jī)械強(qiáng)度和品質(zhì)因素高，且剛度大，固有頻率高，動態(tài)特性好；（3）居里點(diǎn)573C,無熱

4、釋電性，且絕緣性、重復(fù)性均好。壓電陶瓷的特點(diǎn)是：壓電常數(shù)大，靈敏度高；制造工藝成熟，可通過合理配方和 摻雜等人工控制來達(dá)到所要求的性能；成形工藝性也好，成本低廉，利于廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷除有壓電性外，還具有熱釋電性。因此它可制作熱電傳感器件而用于紅外探 測器中。但作壓電器件應(yīng)用時，這會給壓電傳感器造成熱干擾，降低穩(wěn)定性。所以，對高穩(wěn)定性的傳感器，壓電陶瓷的應(yīng)用受到限制。第六章3. 半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性有哪幾種三種：正溫度系數(shù)（PTC） , 負(fù)溫度系數(shù)（NTC） ，臨界溫度系數(shù)（CTR） 。5. 簡述熱電偶的工作原理。熱電偶是由兩種不同的金屬 A和B構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)兩個接觸端溫度不同

5、，即T>T0,回路中會產(chǎn)生熱電勢Eab。 熱電勢的大小是由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢所決定的。接觸電勢是由于不同的金屬材料內(nèi)部的自由電子密度不同，當(dāng)兩種金屬材料A、 B接觸時， 自由電子就要從密度大的金屬材料擴(kuò)散到密度小的金屬材料中去，從而產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。溫差電勢是在同一金屬材料A中，當(dāng)金屬材料兩端的溫度不同，即T>T0時，兩端電子能量就不相同。溫度高的一端電子能量大，則電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散的數(shù)量多，最后達(dá)到平衡。7. 簡述熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)谋匾?，常用冷端補(bǔ)償有幾種方法并說明補(bǔ)償原理。必要性：熱電偶的熱電勢大小不僅與熱端溫度有關(guān)，而且也與冷端溫度有關(guān)，只有當(dāng)

6、冷端溫度恒定時，才能通過測量熱電勢的大小得到熱端的溫度。方法： ：補(bǔ)償導(dǎo)線法（實(shí)現(xiàn)冷端遷移，降低電路成本）、熱電偶冷端溫度恒溫法、計(jì)算修正法、 冷端補(bǔ)償電橋法（利用直流不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值。） 。原理： 補(bǔ)償導(dǎo)線在100（或200）以下的溫度范圍內(nèi)，具有與熱電偶相同的熱電特性，用它連接熱電偶可起到延長熱電偶冷端的作用。熱電偶冷端溫度恒溫法：在一個保溫瓶里放冰水混合物，1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（）的冰和純水的平衡溫度為0。在密封的蓋子上插上若干支試管，試管的直徑應(yīng)盡量小， 并有足夠的插入深度。試管底部有少量高度相同的水銀或變壓器油，若放水銀則可把補(bǔ)償導(dǎo)線與銅

7、導(dǎo)線直接插入試管中的水銀里，形成導(dǎo)電通路。不過在水銀面上應(yīng)加少量蒸餾水并用石蠟封結(jié)，以防止水銀蒸發(fā)和溢出。計(jì)算修正法：在實(shí)際應(yīng)用中，熱電偶的參比端往往不是0，而是環(huán)境溫度T,這時測量出的回路熱電勢要小。因此，必須加上環(huán)境溫度T與冰點(diǎn)T之間溫差所產(chǎn)生的熱電勢后才能符合熱電偶分度表的要求。根據(jù)連接導(dǎo)體和中間溫度則有：E=（T， 0）=E（T， T）+E（T， 0）。 可用室溫計(jì)測出環(huán)境溫度T， 從分度表查出E（T，0）的值，然后加上熱電偶回路熱電勢 E（T, T）,得到E=（T, 0）的值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測溫度T 值。第七章2. 簡述按測量原理分流量計(jì)的種類。答：節(jié)流式檢測方法、電磁式

8、檢測方法、變面積式檢測方法、旋渦式檢測方法、聲學(xué)式檢測方法、熱學(xué)式檢測方法。5. 試推導(dǎo)差壓式流量計(jì)的流量方程，并說明各項(xiàng)參數(shù)的物理意義。答：Qv=1/（1-34） 1/2*C ? A0*（2* ? P/p 1）1/2式子中，C為流量系數(shù)，？為可膨脹 性系數(shù)，A0為節(jié)流件開孔截面積，A0=ti d2, 3 =d/D,為節(jié)流件直徑比，D為管道直徑，d為 節(jié)流件開孔直徑，p 1為被測流體在1-1處的密度，？ P為節(jié)流裝置輸出的差壓。12. 質(zhì)量流量計(jì)有哪幾種類型簡述科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的工作原理。類型：直接式質(zhì)量流量計(jì)、間接式質(zhì)量流量計(jì)。工作原理; 利用流體在直線運(yùn)動的同時處于一旋轉(zhuǎn)體系中，產(chǎn)生與質(zhì)

9、量流量成正比的科里奧利力原理而制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量、，這就是科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)的基本原理。第八章1、簡述成分分析儀器的基本組成。答：取樣裝置、預(yù)處理系統(tǒng)、分離裝置、檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、顯示環(huán)節(jié)7、氣相色譜儀的分析原理和工作流程是什么原理： 不同物質(zhì)在兩相即固定相和流動相之間具有不同的分配系數(shù)，這些物質(zhì)同流動相一起運(yùn)動時，在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配，使分配系數(shù)不同的物質(zhì)在移動速度上產(chǎn)生顯著差異， 從而使各組分達(dá)到安全分離。如果再配上適當(dāng)?shù)臋z測器對分離物質(zhì)進(jìn)行定性定量分鑒定，就成為色譜分析法。工作流程：在氣相色譜分析腫，流動相為載氣，多數(shù)使用氮?dú)?，氫氣，氦氣等氣體。載氣由高壓氣瓶供給，經(jīng)干燥凈化裝置除去雜質(zhì)和水分，在經(jīng)過計(jì)量、調(diào)節(jié)儀表使之以穩(wěn)定的壓力和精確的流量先后進(jìn)入氣化室、色譜柱、檢測器，然后放空。被分析試樣常用微量注射器打進(jìn)氣化室，當(dāng)試樣為液體時，要經(jīng)氣化室加熱使之瞬間氣話，成為氣體試樣。試樣唄載氣帶進(jìn)色譜柱進(jìn)行分離，其不同組分將按順序依次進(jìn)入檢測器。色譜爐是為色譜柱提供恒定或按順序改變溫度環(huán)境的裝置。檢測器將載氣中組分含量的多少轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大后由記錄儀器繪制出色譜圖