傳感器技術(shù)(賈伯年)習(xí)題

1、僅供參考習(xí)題11-1衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？說說它們的含義。答：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、 靈敏度：傳感器輸出量增量與被測(cè)輸入量增量之比。3、 分辨力：傳感器在規(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。4、回差：反映傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐踢^程中對(duì)應(yīng)于同一輸入量，輸出量曲線的不重合程度指標(biāo)。5、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程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)。6、閾值：是能使傳感器輸出端產(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、

2、穩(wěn)定性：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：指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測(cè)輸人量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。9、靜態(tài)誤差(精度）：指?jìng)鞲衅髟跐M量程內(nèi)任一點(diǎn)輸出值相對(duì)其理 論值的可能偏離(逼近)程度。它表示采用該傳感器進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量時(shí)所得數(shù)值的不確定度。1-2 計(jì)算傳感器線性度的方法有哪幾種？差別何在？ 答： 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。兩端誤差為零，中間大。 3、 “最佳直線”法：以“最佳直線”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

3、。這種方法的擬合精度最高，但只可用圖解法或計(jì)算法得。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 平方和最小但擬合出的直線與標(biāo)定曲線的最大偏差絕對(duì)值不一定最小，最大正負(fù)偏差的絕對(duì)值也不一定相等 。1-4怎樣評(píng)價(jià)傳感器的綜合靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性？！答：傳感器的綜合靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)主要從它的線性度、回差、重復(fù)性、靈敏度、分辨力，頻率響應(yīng)特性和階躍響應(yīng)特性指標(biāo)進(jìn)行。1-5為什么要對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)？舉例說明傳感器靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定的方法（能說出一般標(biāo)定的基本方法則更好?。４穑阂?yàn)樾卵兄苹蛏a(chǎn)的傳感器需對(duì)其技術(shù)性能進(jìn)行全面的檢定;經(jīng)過一段時(shí)間儲(chǔ)存或使用的

4、傳感器也需對(duì)其性能進(jìn)行復(fù)測(cè)。靜態(tài)標(biāo)定：靜態(tài)標(biāo)定主要用于檢測(cè)、測(cè)試傳感器(或傳感器系統(tǒng))的靜態(tài)特性指標(biāo)，如靜態(tài)靈敏度、 非線性、回差、重復(fù)性等。進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定首先要建立靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)?；痉椒ǎ豪脴?biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知非電量(如標(biāo)準(zhǔn)力、壓力、位移)作為輸入量，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器輸出量與輸入標(biāo)準(zhǔn)量比較，獲得一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。有時(shí)輸入的標(biāo)準(zhǔn)量是利用標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測(cè)得到，這時(shí)標(biāo)定實(shí)質(zhì)上是待標(biāo)定傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器之間的比較。標(biāo)定步驟(a)將傳感器全量程 (測(cè)量范圍) 分成若干等間距點(diǎn)；(b)根據(jù)傳感器量程分點(diǎn)情況，由小到大逐漸一點(diǎn)一點(diǎn)的輸入標(biāo)準(zhǔn)量值，并記錄各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值；(c)將輸入

5、值由大到小逐步減少，同時(shí)記錄與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值；(d)按 (b)，(c) 所述過程，對(duì)傳感器進(jìn)行正、反行程往復(fù)多次測(cè)試，將得到的輸出輸入測(cè)試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線；(e)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，根據(jù)處理結(jié)果就可確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。例如應(yīng)變式測(cè)力傳感器靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)。測(cè)力機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力，高精度穩(wěn)壓電源經(jīng)精密電阻箱衰減后向傳感器提供穩(wěn)定的供 橋電壓，其值由數(shù)字電壓表讀取，傳感器的輸出電壓由另一數(shù)字電壓表指示。動(dòng)態(tài)標(biāo)定：主要用于檢驗(yàn)、測(cè)試傳感器(或傳感器系統(tǒng)）的動(dòng)態(tài)特性，如動(dòng)態(tài)靈敏度、頻率 響應(yīng)和固有頻率等。對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，需要對(duì)它輸入一標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)。

6、例如測(cè)振傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定常采用振動(dòng)臺(tái)（通常為電磁振動(dòng)臺(tái)）產(chǎn)生簡(jiǎn)諧振動(dòng)作傳感器的輸人量。振動(dòng)的振幅由讀數(shù)顯微鏡讀得，振動(dòng)頻率由頻率計(jì)指示。若測(cè)得傳感器的輸出電量，即可通過計(jì)算得到位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的動(dòng)態(tài)靈敏度。若改變振動(dòng)頻率，設(shè)法保持振幅、速度或加速度幅值不變，可相應(yīng)獲得上述各種傳感器的頻率響應(yīng)。1-8用公式計(jì)算習(xí)題22-1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?；而半?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

7、化為主。對(duì)于金屬材料，靈敏系數(shù)Ko=Km=(1+2)+C(1-2)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變化，一般0.3，因此（1+2）=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+2)+ E。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致，而E (1+2)，因此Ko=Ks=E。應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K 表示安裝在被測(cè)試件上的應(yīng)變片在其軸向受單向應(yīng)力時(shí)，引起的電阻相對(duì)變化DR/R與其單向應(yīng)力引起的試件表面軸向應(yīng)變et之比。應(yīng)變片K值的準(zhǔn)確性直接關(guān)系應(yīng)變測(cè)量精度，其誤差大小是衡量質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要標(biāo)志。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

8、：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Ri/Ri呈非線性關(guān)系。 措施：(1) 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Ri的變化

9、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）是作為傳感器的敏感元件（2）作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性敏感元件構(gòu)成傳感器。要求：作為傳感器的敏感元件時(shí)，測(cè)量范圍要廣，分辨力和靈敏度要高，非線性誤差要小，結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小。作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性敏感元件構(gòu)成傳感器時(shí)要注意彈性體型式的選擇與計(jì)算、應(yīng)變計(jì)的合理布片與橋接。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

10、等橋臂，得可見輸出電壓Uo與Ri/Ri成嚴(yán)格的線性關(guān)系，沒有非線性誤差。即Uo=f(R/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。2-12 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)：尺寸、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后都很小，靈敏系數(shù)比金屬電阻應(yīng)變片大幾十倍，因而輸出也大，可以不需放大器直接與記錄儀連接，使得測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)化。擴(kuò)散硅式適合做小量程傳感器，精度更高，電阻應(yīng)變片適合做大量程傳感器缺點(diǎn)：1)溫度穩(wěn)定性差(電阻值隨溫度變化)；2)靈敏度的

11、非線性較大，可造成±3%5%的測(cè)量誤差措施：在使用時(shí)需采用溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償?shù)却胧?。?xí)題33-1 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：相同點(diǎn)：都應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，都有差動(dòng)過程。不同點(diǎn)：差動(dòng)變氣隙式自感傳感器由兩個(gè)電氣參數(shù)和磁路完全相同的線圈組成銜鐵3上下移動(dòng)時(shí)，一個(gè)線圈自感增加，另一個(gè)自感減少，形成差動(dòng)。差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器的激勵(lì)，相當(dāng)于變壓器原邊，次級(jí)線圈由結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的兩個(gè)線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。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

12、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，但輸出非線性，測(cè)量范圍小，一般用于測(cè)量幾微米到幾百微米的位移。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，線性范圍大，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：因?yàn)闇y(cè)量電路不具有

13、判別信號(hào)相位和頻率的能力，抗干擾能力弱。而相敏檢波電路可以起到判別作用。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

14、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，來減小零位電壓。Ok！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

15、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。Ok！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：電源頻率的波動(dòng)會(huì)使線圈感抗發(fā)生變化，從而使得靈敏度發(fā)生變化，造成誤差。應(yīng)該按照傳感器的精度要求去確定電源的頻率。（應(yīng)該根據(jù)盡可能使靈敏度與頻率無(wú)關(guān)的原則）3-12

16、 試從電渦流式傳感器的原理簡(jiǎn)要說明它的各種應(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)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

17、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。5、厚度。習(xí)題44-1 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0.01m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

18、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)電散材物料的物位測(cè)量。可以用來測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度。Ok！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。Ok！4-3 為什么電容式傳感器的絕緣

19、、屏蔽和電纜問題特別重要？如何解決？答：原因：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(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)。Ok！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。Ok！習(xí)題55-12何謂霍爾效應(yīng)？利用

20、霍爾效應(yīng)可以進(jìn)行哪些參數(shù)的測(cè)量？答：（1）霍爾效應(yīng)指由導(dǎo)電材料（金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體）中電流與外磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電勢(shì)的物理現(xiàn)象。（2）利用霍爾效應(yīng)可以測(cè)量大電流、微氣隙磁場(chǎng)、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、震動(dòng)、壓力、流量、和液位等可以與敏感元件轉(zhuǎn)換成位移關(guān)系的參數(shù)。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？可采取哪些方式來減小之？答：（1）不等位電勢(shì)產(chǎn)生原因： 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上； 半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。 措施：控制電流為直流時(shí)，將霍爾元件看成電阻電橋，利用調(diào)節(jié)電橋平衡的外接電路來補(bǔ)償不等位電勢(shì)

21、。控制電流為交流時(shí)，要同時(shí)進(jìn)行幅值和相位的補(bǔ)償。（2）溫度誤差原因：霍爾元件的霍爾系數(shù)、電阻率、和載流子遷移率、UH、輸入電阻、輸出電阻都是溫度的函數(shù)，所以溫度變化會(huì)引起誤差。減小措施：使用溫度系數(shù)小的元件，并根據(jù)精度要求進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償時(shí)采用橋路補(bǔ)償器法。還有電流控制方法5-14磁敏傳感器有哪幾種？它們各有什么特點(diǎn)？可用來測(cè)哪些參數(shù)？答：（1）霍爾傳感器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝成熟、體積小、工作可靠、壽命長(zhǎng)、線性好、頻帶寬?？捎脕頊y(cè)量：大電流、微氣隙磁場(chǎng)、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、震動(dòng)、壓力、流量、和液位等參數(shù)。（2）磁敏電阻器特點(diǎn)：磁檢測(cè)靈敏度高；輸出信號(hào)幅值大；抗電磁干擾能力強(qiáng)；分辨力高。磁敏電阻

22、器主要用來檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度及其分布，測(cè)位移。（3）磁敏二極管特點(diǎn)：體積小, 靈敏度高。磁敏二極管主要用于測(cè)量磁場(chǎng)的變化，比較適合應(yīng)用在精度要求不高，能獲得較大電壓輸出的場(chǎng)合；可用于電鍵、轉(zhuǎn)速計(jì)、無(wú)刷電機(jī)、無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)和簡(jiǎn)易高斯計(jì)、磁探傷等。習(xí)題66-1 何謂壓電效應(yīng)？何謂縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)？答：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在兩個(gè)相應(yīng)表面上產(chǎn)生極性相反的電荷，當(dāng)外力拆除后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。且作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡(jiǎn)稱壓電效應(yīng)。 當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)時(shí)，這些電介質(zhì)就在相應(yīng)方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或

23、機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱電致伸縮。石英晶體沿電軸X-X方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”；把沿機(jī)械軸Y-Y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)”。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)用特點(diǎn)。答：主要特性參數(shù)：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

24、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。

25、Ok！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測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)量，為什么？答：由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生的電荷只有在無(wú)泄漏的情況下才能保存，即需要測(cè)量回路具有無(wú)限大的輸入阻抗，這實(shí)際上是不可能的，而且壓電元件易受電纜和接地回路噪聲影響，故不適合靜態(tài)測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中可采取措施（如極高阻抗負(fù)載等）防止電荷經(jīng)測(cè)量電路的漏失或使之減小到最低程度這樣可以用來測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)量。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

26、本低、工作穩(wěn)定可靠；缺點(diǎn)：低頻特性差電荷放大器作用：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。習(xí)題77-1熱電式傳感器有哪幾類？它們各有什么特點(diǎn)？答：熱電式傳感器可分為兩大類：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?。?）準(zhǔn)確度高（6）輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。缺點(diǎn):測(cè)量

27、準(zhǔn)確度難以超過0.2， 必須有參考端，并且溫度要保持恒定。·在高溫或長(zhǎng)期使用時(shí)，因受被測(cè)介質(zhì)影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原）等而發(fā)生劣化7-2常用的熱電阻有哪幾種，適用范圍如何？答：常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅電阻。鉑熱電阻適用范圍：0660°C和-1900°C。銅熱電阻適用范圍：-50+150°C。7-3熱敏電阻與熱電阻相比較有什么優(yōu)缺點(diǎn)？用熱敏電阻進(jìn)行線性溫度測(cè)量時(shí)必須注意什么問題？答：優(yōu)點(diǎn)：（1）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，約為熱電阻的10倍；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可以測(cè)量點(diǎn)溫度；（3）電阻率高，熱慣性小，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量；（4）易于維護(hù)和進(jìn)行遠(yuǎn)距離控

28、制（5）制造簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。阻值大，可以不考慮引線電阻影響。缺點(diǎn)：互換性差，非線性嚴(yán)重。穩(wěn)定性差進(jìn)行線性溫度測(cè)量時(shí)應(yīng)注意：流過熱敏電阻的溫度不能太大，應(yīng)在其額定范圍內(nèi)?；蛘咭冗M(jìn)行非線性校正。7-4利用熱電偶測(cè)溫度必須具備哪兩個(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)溫度時(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。 意義：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

29、響熱電偶的輸出。 連接導(dǎo)體定律：回路的總電勢(shì)等于熱電偶電勢(shì)EAB(T,To)與連接導(dǎo)線電勢(shì)EAB(Tn,To)的代數(shù)和。意義：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)。Ö7-6什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：中間溫度定律：回路的總熱電勢(shì)等于熱電偶電勢(shì)與連接導(dǎo)線電勢(shì)的代數(shù)和。意義：為定制分度表奠定了理論基礎(chǔ)。參考電極定律: 參考電極與各種電極配對(duì)時(shí)的總熱電勢(shì)為兩電極配對(duì)后的電勢(shì)之差。 意義：利用參考電極定律可以大大簡(jiǎn)化熱電偶選配工作。7-7用鎳鉻-鎳硅熱電偶測(cè)得介質(zhì)溫度為800°C，若參考端溫度為25°C，問介質(zhì)的實(shí)際溫度為

30、多少？答：t=介質(zhì)溫度+k*參考溫度，800+1*25=825°C Ö7-8熱電式傳感器除了用來測(cè)量溫度外是否還能用來測(cè)量其他量？舉例。答：測(cè)量管道流量，測(cè)氣體成分，鑒別金屬材質(zhì)。7-9實(shí)驗(yàn)室備有鉑銠鉑熱電偶、鉑電阻器和半導(dǎo)體熱敏電阻器，今欲測(cè)量某設(shè)備外殼的溫度。已知其溫度約為300400°C，要求精度達(dá)到±2°C，問應(yīng)選哪種？為什么？答：鉑電阻 ，溫度范圍 0 660°C， 測(cè)量精度高。鉑銠鉑熱電偶，溫度范圍 0 1600°C，主要測(cè)非固體。半導(dǎo)體熱敏電阻，溫度范圍 -100 +300°C，高溫非線性嚴(yán)重。綜合上

31、述條件可知應(yīng)選鉑電阻。習(xí)題88-1簡(jiǎn)述光電式傳感器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，用框圖表示光電式傳感器的組成。答：特點(diǎn)：非接觸、響應(yīng)快、性能可靠。應(yīng)用場(chǎng)合：非接觸測(cè)量領(lǐng)域，既可以測(cè)直接引起光量變化的量，也可測(cè)轉(zhuǎn)換為光量變化的量，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。組成框圖：（課本截圖）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)：在光照條件下電子從物體表面逸出而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象。光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受到光照時(shí)產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，進(jìn)而使電阻率變化，使導(dǎo)電性能增強(qiáng)的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)：光照引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。Ok！8-3試比較光電池、光敏晶體管、光敏電阻及光電倍增管在

32、使用性能上的差別。答：光電池：與外電路連接有短路電流輸出和開路電壓輸出兩種形式。兩種方式輸出不同，使用時(shí)應(yīng)該根據(jù)需要選用工作狀態(tài)。硅光電池簡(jiǎn)單輕便，不產(chǎn)生氣體或熱污染，轉(zhuǎn)換效率較低，適宜工作在可見光波段。靈敏度高，適合作開關(guān)元件。光敏晶體管：光敏二極管靈敏度和線性度均好，可用作線性轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)。光敏三極管和三極管在使用時(shí)要注意保持光源與光敏管的合適位置。光敏電阻：光照特性呈非線性，需外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，不適合做線性檢測(cè)元件，但可作開關(guān)元件。光電倍增管：光電流大，靈敏度高，可用來檢測(cè)和放大微弱光信號(hào)。8-4通常用哪些主要特性來表征光電器件的性能？它們對(duì)正確選用器件有什么作用？答：光照特性

33、：表征光電器件的靈敏度。作用：可根據(jù)不同的精度要求來選擇相應(yīng)光照特性的光電器件。光譜特性：指相對(duì)靈敏度與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系。作用：包含光源與光電器件的傳感器應(yīng)根據(jù)光電器件的光譜特性來選擇匹配的光源和光電器件；對(duì)于被檢測(cè)體可作光源的傳感器則根據(jù)被檢測(cè)體輻射的光波長(zhǎng)選擇光電器件。響應(yīng)時(shí)間/頻率特性：反映光電器件的動(dòng)態(tài)特性。作用：為實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)光電器件的動(dòng)態(tài)性能要求提供參考依據(jù)。峰值探測(cè)率：對(duì)噪聲的衡量。作用：峰值探測(cè)率大則噪聲等功率小，衡量光電器件的性能。溫度特性，作用：根據(jù)光電器件的溫度特性可以知道在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該根據(jù)環(huán)境溫度選用合適的光電器件，或者可以知道是否該進(jìn)行溫度補(bǔ)償。伏安特性，作用：選用

34、時(shí)要根據(jù)實(shí)際選擇合適電壓和電流參數(shù)的光電器件。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：光照特性，例如光敏晶體管的光照特性是靈敏度和線性度都很好，在需要線性度好的應(yīng)用中就可以選擇光敏晶體管。 光譜特性，例如由光譜特性可知鍺在入射光波長(zhǎng)較大的時(shí)候相對(duì)靈敏度要比硅的相對(duì)靈敏度要高，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要根據(jù)被測(cè)光的波長(zhǎng)來選擇光敏元件的材料，從而在相同的輻射功率下達(dá)到較高的靈敏度要求。8-9試指出光電轉(zhuǎn)換電路中減小溫度、光源亮度及背景光等因素變動(dòng)引起輸出信號(hào)漂移采用的措施。答：溫度影響：恒溫控制或進(jìn)行溫度補(bǔ)償。光源亮度影響：在調(diào)制時(shí)選擇特定的光進(jìn)行放大。背景光影響：電橋補(bǔ)償法，調(diào)制法8-

35、10簡(jiǎn)述光電傳感器的主要形式及應(yīng)用。答：按輸出量的性質(zhì)，可分為模擬式和開關(guān)式。模擬式中還可分透射式、反射式、遮光式、輻射式。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(cè)。8-11舉出你熟悉的光電傳感器應(yīng)用實(shí)例，畫出原理結(jié)構(gòu)圖并簡(jiǎn)單說明原理。答：光電轉(zhuǎn)速傳感器 P195在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)制盤，在調(diào)制盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過盤上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。8-12試說明圖8-33（b）所示光電式數(shù)字測(cè)速儀的工作原理。（1）若采用紅外發(fā)光器件為光源，雖看不見燈

36、亮但電路卻能正常工作，為什么？（2）當(dāng)改用小白熾燈作光源后，卻不能正常工作，分析原因。答：圖（b）工作原理：調(diào)制盤上有均勻的六個(gè)缺口，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透光與不透光交替出現(xiàn)，光電元件間斷地接收到光信號(hào)，輸出電脈沖。經(jīng)放大整形電路轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，由數(shù)字頻率計(jì)可測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（1）因?yàn)榧t外發(fā)光器件發(fā)出的光（依然可以是方向性好，光束小的光，雖然）看不見，但是光電器件的波長(zhǎng)限大，可以接收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線，所以電路可以正常工作。（2）是波長(zhǎng)不匹配的原因。8-14手頭有三種光電元件：硫化鉈光敏電阻、硫化鉛光敏電阻、硅光敏三極管，用可見光為光源，請(qǐng)按下列條件選用光電元件。（1） 制作光電開關(guān)，開關(guān)頻率約為10

37、赫茲；（2） 制作光電開關(guān)，開關(guān)頻率約10000赫茲；（3） 作線性測(cè)量元件，響應(yīng)時(shí)間0.1S。答：根據(jù)光電器件的響應(yīng)時(shí)間特性可知（1）應(yīng)為硫化鉈（2）選硫化鉛（3）硅光敏三極管 Ö習(xí)題99-1試用折線分析方法，闡明階躍光纖的導(dǎo)光原理，并解釋光纖數(shù)值孔徑的物理意義。答：階躍光纖的導(dǎo)光原理：根據(jù)光的折射原理，光由光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，當(dāng)入射角大于臨界角是則會(huì)發(fā)生全反射。光纖的纖芯為光密介質(zhì)，包層為光疏介質(zhì)，由于光的入射角大于這兩者界面的臨界角，所以光可以在纖芯內(nèi)連續(xù)發(fā)生全反射，直到由終端輸出。數(shù)值孔徑：光線從折射率為1的空氣射入到纖芯時(shí)實(shí)現(xiàn)全反射的臨界角的正弦值NA，它

38、是衡量光纖集光性能的主要參數(shù)，NA越大，光纖的集光性能越強(qiáng)。9-2有一階躍光纖，已知n1=1.46, n2=1.45,外部介質(zhì)為空氣n0=1。試求光纖的數(shù)值孔徑值和最大入射角。答：NA=n12-n22=0.17 Sin=NA=0.17 ， =9.78°數(shù)值孔徑值為0.17，最大入射角為9.78°。9-4如圖9-6所示，反射式光強(qiáng)調(diào)制器的輸出信號(hào)（如電壓）與光源的穩(wěn)定性和被檢測(cè)表面的反射率有關(guān)。試問能否設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)可消除這兩種不利影響？答：將發(fā)射光纖束的發(fā)射端和接收光纖束的接收端集合在在一起，構(gòu)成Y型光纖探頭。習(xí)題1111-5如何改善電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器的選擇性？靈敏度？答：參雜，即在基體材料中加入不同的貴金屬或金屬氧化物催化劑，設(shè)置合適的工作溫度，利用過濾設(shè)備或透氣膜外過濾敏感氣體。Ö11-7什么是絕對(duì)濕度，什么是相對(duì)濕度？答：絕對(duì)濕度：每立方米空氣中所含的水