傳感器與檢測技術(shù)-期末復(fù)習提綱-胡向東版(共3頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第1章 概述1.1 什么是傳感器？答：傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。1.2 傳感器的共性是什么？答：傳感器的共性就是利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學或生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等）輸出。1.3 傳感器一般由哪幾部分組成？答：傳感器的基本組成分為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分，分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。另外還需要信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，輔助電源。1.4 傳感器是如何分類的？答：傳感器可按輸入量、輸出量、工作原理、基本效應(yīng)、能量變換關(guān)

2、系以及所蘊含的技術(shù)特征等分類，其中按輸入量和工作原理的分類方式應(yīng)用較為普遍。 按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進行分類按輸入量分類的傳感器以被測物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。 按傳感器的工作原理進行分類根據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應(yīng)、半導體理論、化學原理等），可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器等。 按傳感器的基本效應(yīng)進行分類根據(jù)傳感器敏感元件所蘊含的基本效應(yīng)，可以將傳感器分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器。1.6 改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？答： 差動技術(shù)； 平均

3、技術(shù)； 補償與修正技術(shù)； 屏蔽、隔離與干擾抑制； 穩(wěn)定性處理。第2章 傳感器的基本特性2.1 什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入、輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入-輸出關(guān)系中不含時間變量。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標是線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。3.2 電阻應(yīng)變片的種類有哪些？各有什么特點？答：常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導體電阻應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于應(yīng)變效應(yīng)導致其材料幾何尺寸的變化；半導體電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于半導體材料的壓阻效應(yīng)。3.4 試分析差動測量電路

4、在應(yīng)變電阻式傳感器測量中的好處。答： 單臂電橋測量電路存在非線性誤差，而半橋差動和全橋差動電路均無非線性誤差。 半橋差動電路的電壓輸出靈敏度比單臂電橋提高了一倍。全橋差動電路的電壓輸出靈敏度是單臂電橋的4倍。第4章 電感式傳感器4.9 引起零點殘余電壓的原因是什么？如何消除零點殘余電壓？答：零點殘余電壓的產(chǎn)生原因：（線圈）傳感器的兩個二次繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，導致它們產(chǎn)生的感生電動勢幅值不等、相位不同，構(gòu)成了零點殘余電壓的基波；（鐵心）由于磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯），產(chǎn)生了零點殘余電壓的高次諧波（主要是三次諧波）；（電源）勵磁電壓本身含高次諧波。零點殘余電壓的消除方法：

5、盡可能保證傳感器的幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱；采用適當?shù)臏y量電路，如差動整流電路。4.11 如何通過相敏檢波電路實現(xiàn)對位移大小和方向的判定？答：相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號。經(jīng)過相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負位移輸出負電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負表明位移的方向。第6章 壓電式傳感器6.1 什么是壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？答： 正壓電效應(yīng)就是對某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。 當在片狀壓電材料的兩個電極面上加

6、上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。6.3 試分析石英晶體的壓電效應(yīng)原理。答：石英晶體的化學成分是，是單晶結(jié)構(gòu)，理想形狀六角錐體，如圖6-1a所示。石英晶體是各向異性材料，不同晶向具有各異的物理特性，用x、y、z軸來描述。z軸：是通過錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。x軸：經(jīng)過六面體的棱線并垂直于z軸的軸為x軸，稱為電軸（壓電效應(yīng)只在該軸的兩個表面產(chǎn)生電荷集聚），沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。y軸：與x、z軸同時垂直的軸為y軸，稱為機械軸（該方向只產(chǎn)生機械變

7、形，不會出現(xiàn)電荷集聚）。沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。石英晶體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，當外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時，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，如對石英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)。第7章 磁敏式傳感器7.5 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)？答： 一塊長為l、寬為d的半導體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流I流過時，在垂直于電流

8、和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N型半導體材料，且比較薄。 霍爾電勢 霍爾電勢與霍爾電場EH、載流導體或半導體的寬度b、載流導體或半導體的厚度d、電子平均運動速度v、磁場感應(yīng)強度B、電流I 有關(guān)。 霍爾傳感器的靈敏度 。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。又霍爾元件的靈敏度與載流子濃度成反比，所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。7.6 某霍爾元件尺寸（、）為1.0cm×0.35cm×0.1cm，沿方向通以電流I=1.0mA，在垂直面加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.T，求其輸出的霍爾電動勢和載

9、流子濃度。解： 由，得第8章 熱電式傳感器8.2 熱電偶的工作原理是什么?答：熱電偶測溫基本原理：熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不同的導體或半導體組成的閉合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度不同的熱源中，則在該回路中會產(chǎn)生熱電動勢，在一定條件下，產(chǎn)生的熱電動勢與被測溫度成單值函數(shù)關(guān)系。因此，我們只需測得熱電動勢值，就可間接獲得被測溫度。8.3 什么是中間導體定律、中間溫度定律、標準導體定律、均質(zhì)導體定律？答： 中間導體定律熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示儀表等均

10、可看成中間導體。 中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為，冷端為時的熱電勢等于該熱電偶熱端為冷端為時的熱電勢與同一熱電偶熱端為，冷端為時熱電勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為0時，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當?shù)难a償線路。 標準電極定律如果A、B兩種導體（熱電極）分別與第三種導體C（參考電極）組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩個導體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標準鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。

11、均質(zhì)導體定律如果組成熱電偶的兩個熱電極的材料相同，無論兩接點的溫度是否相同，熱電偶回路中的總熱電動勢均為0。均質(zhì)導體定律有助于檢驗兩個熱電極材料成分是否相同及熱電極材料的均勻性。8.14 熱電阻有什么特點？答：熱電阻測溫基本原理：熱電阻測溫是基于熱效應(yīng)的基本原理。所謂熱效應(yīng)，就是金屬導體的阻值會隨溫度的升高而增加或減小的現(xiàn)象。因此，我們只需測得金屬導體電阻的變化就可間接獲得被測溫度。8.15 試分析三線制和四線制接法在熱電阻測量中的原理及其不同特點。答：熱電阻常用引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩線制的特點是結(jié)構(gòu)簡單、費用低，但是引線電阻及其變化會帶來附加誤差。主要適用于引線不長、測溫

12、精度要求較低的場合。三線制的特點是可較好地減小引線電阻的影響。主要適用于大多數(shù)工業(yè)測量場合。四線制的特點是精度高，能完全消除引線電阻對測量的影響。主要適用于實驗室等高精度測量場合。第9章 光電式傳感器9.4 什么是光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？答：光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢等，這些因光照引起物體電學特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。當光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會克服正離子對它的吸引力，脫離材料表面進入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電

13、效應(yīng)。根據(jù)外光電效應(yīng)制作的光電器件有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)是指物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物體內(nèi)部運動，而不會逸出物體的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)多發(fā)生在半導體內(nèi)，可分為因光照引起半導體電阻率變化的光電導效應(yīng)和因光照產(chǎn)生電動勢的光生伏特效應(yīng)兩種。光電導效應(yīng)是指物體在入射光能量的激發(fā)下，其內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子（電子-空穴對），使物體中載流子數(shù)量顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象?；诠怆妼?yīng)的光電器件有光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是指光照在半導體中激發(fā)出的光電子和空穴在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，是將光能變?yōu)殡娔艿囊环N效應(yīng)?；诠馍匦?yīng)的光電器件典型的有光電池；此外，光敏二極管、光敏晶體管也是基于光生伏特

14、效應(yīng)的光電器件。第10章 輻射與波式傳感器10.8 試分析微波傳感器的主要組成及其各自的功能。答：微波傳感器的組成主要包括三個部分：微波發(fā)生器（或稱微波振蕩器）、微波天線及微波檢測器。（1）微波發(fā)生器微波發(fā)生器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長很短、頻率很高（300MHz300GHz），要求振蕩回路有非常小的電感與電容，故不能采用普通的晶體管構(gòu)成微波振蕩器，而是采用速調(diào)管、磁控管或某些固態(tài)元件構(gòu)成。小型微波振蕩器也可采用體效應(yīng)管。微波發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩信號需要用波導管（管長為10cm以上，可用同軸電纜）傳輸。（2）微波天線微波天線是用于將經(jīng)振蕩器產(chǎn)生的微波信號發(fā)射出去的裝置。為了保證發(fā)射出去的微波信號具有最大的能量輸出和一致的方向性，要求微波天線有特殊的結(jié)構(gòu)和形狀，常用的天線如圖10-17所示，