傳感器課后習題答案

1、習題1傳感器及其特性1-1什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？并說出各部分的作用及其相互間的關系。答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉換元件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分，轉換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。由于傳感器的輸出信號一般都很微弱,因此需要有信號調節(jié)與轉換電路對其進行放大、運算調制等。隨著半導體器件與集成技術在傳感器中的應用，傳感器的信號調節(jié)與轉換電路可能安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信號調節(jié)轉換電路以及傳感器工作必須有

2、輔助的電源，因此信號調節(jié)轉換電路以及所需的電源都應作為傳感器組成的一部分。1-2簡述傳感器的作用和地位及其傳感器技術的發(fā)展方向。答：傳感器位于信息采集系統(tǒng)之首，屬于感知、獲取及檢測信息的窗口，并提供給系統(tǒng)賴以進行處理和決策所必須的原始信息。沒有傳感技術，整個信息技術的發(fā)展就成了一句空話。科學技術越發(fā)達，自動化程度越高，信息控制技術對傳感器的依賴性就越大。發(fā)展方向：開發(fā)新材料，采用微細加工技術，多功能集成傳感器的研究，智能傳感器研究，航天傳感器的研究，仿生傳感器的研究等。1-3傳感器的靜態(tài)特性指什么？衡量它的性能指標主要有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關系。與時

3、間無關。主要性能指標有：線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。1-4傳感器的動態(tài)特性指什么？常用的分析方法有哪幾種？答：傳感器的動態(tài)特性是指其輸出與隨時間變化的輸入量之間的響應特性。常用的分析方法有時域分析和頻域分析。時域分析采用階躍信號做輸入，頻域分析采用正弦信號做輸入。1-5解釋傳感器的無失真測試條件。答：對于任何一個傳感器（或測試裝置），總是希望它們具有良好的響應特性，精度高、靈敏度高，輸出波形無失真的復現(xiàn)輸入波形等。實現(xiàn)上述要求，需要滿足一定的條件，稱此條件為傳感器的無失真測試條件。1-6傳感器的標定有哪幾種？為什么要對傳感器進行標定？答：傳感器的標定分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩種。靜態(tài)標定的目

4、的是確定傳感器靜態(tài)特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和重復性等。動態(tài)指標標定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。1-7傳感器的作用是用來實現(xiàn)由非電量到電量的轉換?！?】1-8表示測量裝置的靜態(tài)輸入與輸出之間關系的實驗曲線稱為【B】。A.理論直線B.標定曲線C.理論標定曲線D.幅頻曲線1-9屬于傳感器動態(tài)特性指標的是【D】。A.重復性B.線性度C.靈敏度D.固有頻率1-10非線性度是表示校準曲線【B】的程度。A.接近真值不重合1-11動態(tài)性能好的傳感器，其輸出波形不會產生失真現(xiàn)象?！綳】1-12若將計算機比喻成人的大腦，那么傳感器則可以比喻為【B】。1-13

5、傳感器的靜態(tài)特性，是指當傳感器輸入、輸出不隨【A】變化時，其輸出-輸入的特性。1-14遲滯誤差表明的是在【C】期間輸出-輸入特性曲線不重合的程度。A.多次測量B.同次測量C.正反行程D.不同測量1-15傳感器能感知的輸入變化量越小，表示傳感器的【B】。A.線性度越好B.分辨力越高C.重復性越好D.遲滯越小另外一個是【C】。1-16通常意義上說的傳感器包括了敏感元件在內的兩個組成部分，1-17一階系統(tǒng)的動態(tài)表征參數(shù)是【D】。A.線性度B.固有頻率C.阻尼比D.時間常數(shù)1-18為獲得較好的動態(tài)特性，在二階傳感器設計時，一般選擇g【C】。A.g>lB.g=lC.g=0.60.7D.g=0第1章

6、概述1. 什么是傳感器？傳感器定義為能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。1.2 傳感器的共性是什么？傳感器的共性就是利用物理規(guī)律或物質的物理、化學、生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度力等）輸入轉換成電量（電壓、電流、電容、電阻等）輸出。1.3 傳感器由哪幾部分組成的？由敏感元件和轉換元件組成基本組成部分，另外還有信號調理電路和輔助電源電路。1.4 傳感器如何進行分類？（1）按傳感器的輸入量分類，分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。（2）按傳感器的輸出量進行分類，分為模擬式和數(shù)字式傳感器兩類。（3）按

7、傳感器工作原理分類，可以分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、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。（4）按傳感器的基本效應分類，可分為物理傳感器、化學傳感器、生物傳感器。（5）按傳感器的能量關系進行分類，分為能量變換型和能量控制型傳感器。（6）按傳感器所蘊含的技術特征進行分類，可分為普通型和新型傳感器。1.5傳感器技術的發(fā)展趨勢有哪些？（1）開展基礎理論研究（2）傳感器的集成化（3）傳感器的智能化（4）傳感器的網絡化（5）傳感器的微型化1.6改善傳感器性能的技術途徑有哪些？（1）差動技術（2）平均技術（3）補償與修正技術（4）屏蔽、隔離與干擾抑制（5）穩(wěn)定性處理第

8、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)特性是指在被測量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出量和輸入量之間的關系。主要的性能指標主要有線性度、靈敏度、遲滯、重復性、精度、分辨率、零點漂移、溫度漂移。2.2傳感器輸入-輸出特性的線性化有什么意義？如何實現(xiàn)其線性化？答：傳感器的線性化有助于簡化傳感器的理論分析、數(shù)據(jù)處理、制作標定和測試。常用的線性化方法是：切線或割線擬合，過零旋轉擬合，端點平移來近似，多數(shù)情況下用最小二乘法來求出擬合直線。2.3利用壓力傳感器所得測試數(shù)據(jù)如下表所示，計算其非線性誤差、遲滯和重復性誤差。設壓力為OMPa時輸出為0m

9、V,壓力為0.12MPa時輸出最大且為16.50mV.非線性誤差略正反行程最大偏差£Hmax=0.1mV，所以yH=±ZHmax0.1100%=土%=土重復性最大偏差為£Rmax=0.08，所以yR=±fi?max0.08=土=土2.4什么是傳感器的動態(tài)特性？如何分析傳感器的動態(tài)特性？傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應（輸出）特性，即輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。傳感器的動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面分別采用瞬態(tài)響應法和頻率響應法來分析。瞬態(tài)響應常采用階躍信號作為輸入，頻率響應常采用正弦函數(shù)作為輸入。2. 5描述傳感器動態(tài)特性的主

10、要指標有哪些？零階系統(tǒng)常采用靈敏度K,一階系統(tǒng)常采用時間常數(shù)t、靈敏度K,二階系統(tǒng)常采用固有頻率30、阻尼比Z、靈敏度K來描述。2.6試解釋線性時不變系統(tǒng)的疊加性和頻率保持特性的含義及其意義。當檢測系統(tǒng)的輸入信號是由多個信號疊加而成的復雜信號時，根據(jù)疊加性可以把復雜信號的作用看成若干簡單信號的單獨作用之和，從而簡化問題。如果已知線性系統(tǒng)的輸入頻率，根據(jù)頻率保持特性，可確定該系統(tǒng)輸出信號中只有與輸入信號同頻率的成分才可能是該輸入信號引起的輸出，其他頻率成分都是噪聲干擾，可以采用相應的濾波技術。2.7用某一階傳感器測量100Hz的正弦信號，如要求幅值誤差限制在±5%以內，時間常數(shù)應取多少

11、？如果用該傳感器測量50Hz的正弦信號，其幅值誤差和相位誤差各為多少？解：一階傳感器頻率響應特性：H（j3）=ll,幅頻特性：A（3）=T（j3）+l+（3T）21W5%+（3T），取t=0.523ms由題意有A（j3）W5%，即又3=2n=2nf=200nT,所以0<t<（1/+（3t）2）-1幅值誤差：壓（3）=X100%=-1.32%l相位誤差：A（3）=arctan（3T）=-t=3s的一階系統(tǒng)，當傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器溫差的三分之一和二分之一所需的時間。2.9玻璃水銀溫度計通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程來表示?，F(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計特性的微分方程

12、是2dy,x代表輸入+2y=2X10-3x,y代表水銀柱高（m）dt溫度代）。求該溫度計的時間常數(shù)及靈敏度。t=1s;K=1X10-32.10某傳感器為一階系統(tǒng)，當受階躍函數(shù)作用時，在t=0時，輸出為10mV,在t=5s時，輸出為50mV；在t8時，輸出為i00mV。試求該傳感器的時間常數(shù)。t2.11某一質量-彈簧-阻尼系統(tǒng)在階躍輸入激勵下，出現(xiàn)的超調量大約是最終穩(wěn)態(tài)值的40%。如果從階躍輸入開始至超調量出現(xiàn)所需的時間為0.8s，試估算阻尼比和固有角頻率的大小。2.12在某二階傳感器的頻率特性測試中發(fā)現(xiàn)，諧振發(fā)生在頻率216Hz處，并得到最大的幅值比為1.4,試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率

13、的大小。1323解：二階系統(tǒng)A（3）=1-（）+4E2（）223n3n當3=3n時共振，則A（3）max=1=1.4,所以：3=3n=2nf=2nX216=1357rad/s2.13設一力傳感器可簡化為典型的質量-彈簧-阻尼二階系統(tǒng)，已知該傳感器的固有頻率f0=1000Hz,若其阻尼比為0.7,試問用它測量頻率為600Hz、400Hz的正弦交變力時，其輸出與輸入幅值比A（w）和相位差（3）各為多少？第三章電阻式傳感器3.1 應變電阻式傳感器的工作原理是什么？電阻應變式傳感器的工作原理是基于應變效應的。當被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應的應變或位移

14、，然后傳遞給與之相連的應變片，將引起應變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過轉換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測物理量的大小。3.2 電阻應變片的種類有哪些？各有何特點？按組成材料有金屬和半導體之分，金屬應變片受力時，主要是基于應變效應，是引起應變片的外形變化進而引起電阻值變化，而半導體應變片時基于壓阻效應工作的，當受力時，引起應變片的電阻率變化進而引起電阻值變化。按結構形式有絲式和箔式之分。絲式是應變金屬絲彎曲成柵式結構，工藝簡單，價錢便宜。箔式是采用光刻和腐蝕等工藝制成的，工藝復雜，精度高，價錢較貴。3.3 引起電阻應變片溫度誤差的原因是什么？電阻應變片的溫度補償方法是什么？一是電阻溫

15、度系數(shù)，二是線膨脹系數(shù)不同。單絲自補償應變片，雙絲組合式自補償應變片，補償電路3.4 試分析差動測量電路在應變式傳感器中的好處。靈敏度提高一倍，非線性得到改善。0X10-4m2,彈性模量E=2X1011N/m2，若5X104N的拉力引起應變計電阻變化為10求該應變片的靈敏度系數(shù)。解：K=£RR1/£,已知壓=10所以=RR100F50X103292o=N/m=1X10N/m,-X10o1X109-3由o=Ee得£=5X10,E2X1011所以K=£R/R1/100=2e5X10-83.6個量程為10kN的應變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外

16、徑20mm,內徑18mm，在其表面粘貼八個應變片，四個沿軸向粘貼，四個沿周向粘貼，應變片的電阻值均為120OX1011Pa，要求:(1)繪出彈性元件貼片位置及全橋電路。(2)計算傳感器在滿量程時,各應變片電阻變化。(3)當橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。解：(2)A=n(R2-X10-6m2ZR1MR2加3=gER5=fi?6=£R7=£R8=壓1=-0(3)U0=1mV3. 7圖3.5中，設負載電阻為無窮大(開路)，圖中，E=4V,解：(1)U0=ER1+R1R31O11-=4X(-VO.O1V(R1+R1)+R2R3+R42012(2) U0=ER1+岳

17、1R31011-=4X(-)V=0V(R1+R1)+(R2+£R2)R3+R42012(3) 當R1受拉應變，R2受壓應變時，U0=ER1+R1R31011-=4X(-)V=0.02V(R1+壓1)+(R2R2)R3+R42002當R1受壓應變，R2受拉應變時，U0=ER1-BR1R3991-=4X(-)V=-0.02V(R1-flR1)+(R2+R2)R3+R420023.8圖3-11中，設電阻應變片R1的靈敏度系數(shù)K=2.05，未受應變時，R1=120O,當試件受力為F時，應變片承受平均應變e=800Pm/m,試求：(1)應變片的電阻變化量壓1和電阻相對變化量fR1/R1。2)將

18、電阻應變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V,求電橋輸出電壓及其非線性誤差。(3)如果要減小非線性誤差，應采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差的大小。解：(1)£R1/R1=KeX8OOX1O-X10-3ZR1=KeXX10-3XQ(2) U0=EfR13X=XX10-AX10-3YL=0.08%-32+AX10(3) 若要減小非線性誤差，一是要提高橋臂比，二是要采用差動電橋。第4章電感式傳感器4.1 根據(jù)工作原理的不同，電感式傳感器可分為哪些種類？可分為變磁阻式(自感式)、變壓器式和渦流式(互感式)4.2 試分析變氣隙厚度變磁阻式電感式傳感器的工作原理。當被測位移

19、變化時，銜鐵移動，氣隙厚度發(fā)生變化，引起磁路中磁阻變化，從而導致線圈的電感值變化。通過測量電感量的變化就能確定銜鐵位移量的大小和方向。4.3已知變氣隙厚度電感式傳感器的鐵芯截面積S=1.5cm2，磁路長度L=20cm，相對磁導率Ar=5000，氣隙60=0.5cm,A8=±0.1mm，真空磁導率M0=4nX10-7H/m,線圈匝數(shù)W=3000，求單線圈式傳感器的靈敏度AL/A8。若將其做成差動結構，靈敏度如何變化？解：AL=L0A6AL,K=80ASW2P0A030002X4nX10-7XX10-4L0=H=54nX10-3H-22802XX1054nX10-3nX10-2做成差動結

20、構形式靈敏度將提高一倍。4.4差動變磁阻式傳感器比單圈式變磁阻式傳感器在靈敏度和線性度方面有什么優(yōu)勢？為什么？靈敏度提高一倍。非線性得到改善。4.5 試分析交流電橋測量電路的工作原理。電感式傳感器用交流電橋測量時，把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂，另外兩個相鄰橋臂用純電阻代替。當銜鐵處于中間位置時，電橋無輸出；0=-當銜鐵上移時，UA8U,電橋輸出電壓與氣隙厚度的變化量A8成正比；280A8U當銜鐵下移時，U0=280因輸入是交流電壓，所以可以根據(jù)輸出電壓判斷銜鐵位移大小，當可能辨別方向。4.6 試分析變壓器式交流電橋測量電路的工作原理。變壓器式交流電橋本質上與交流電橋的分析方法一樣。電橋

21、兩臂Z1,Z2為傳感器線圈阻抗，另外兩個橋臂為交流變壓器二次繞組阻抗的一半。當傳感器的銜鐵位于中間位置時，輸出電壓為0，電橋處于平衡狀態(tài)。AZALUU當傳感器銜鐵上移時，U0=-=-2Z04L0AZUALU當傳感器銜鐵下移時，U0=，可得到與交流電橋完全一致的結果。=2Z04L04.7 試分析差動變壓器式傳感器工作原理。在A、B兩個鐵芯上繞有兩個一次繞組Wla,Wlb=Wl,和兩個二次繞組W2a,W2b=W2,兩個一次繞組順向串接，兩個二次繞組反向串接。銜鐵處于初始位置時，差動變壓器輸出電壓為零；0=-銜鐵上移時，U0=銜鐵下移時，UA6W2U；S0W1iA8W2i80W1變壓器輸出電壓可以表

22、示銜鐵位移大小，但不能辨別方向。4.8 引起零點殘余電壓的原因是什么？如何消除零點殘余電壓？原因有三：（1）傳感器的兩個次級繞組的電氣參數(shù)不同和幾何尺寸不對稱（2）磁性材料的磁化曲線的非線性（3）勵磁電壓本身含高次諧波。消除方法：（1）盡可能保證傳感器的幾何尺寸、繞組線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱；（2）采用適當?shù)臏y量電路，如相敏整流電路。4.9 在使用螺線管式傳感器時，如何根據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的位置？活動銜鐵在中間時，輸出電壓=0；活動銜鐵位于中間位置以上時，輸出電壓與輸入電壓同頻同相；活動銜鐵位于中間位置以下時，輸出電壓與輸入電壓同頻反相。需要采用專門的相敏檢波電路辨別位移的方向4.10如何通

23、過相敏檢波電路實現(xiàn)對位移大小和方向的判定？相敏檢波電路的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幅波經相敏檢波后，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。4.11電渦流式傳感器的線圈機械品質因素會發(fā)生什么變化？為什么？產生電渦流效應后，由于電渦流的影響，線圈復阻抗的實部（等效電阻）增大、虛部（等效電感）減小，因此，線圈的等效機械品質因素下降。4.12為什么電渦流式傳感器被歸類為電感式傳感器？它屬于自感式還是互感式？電渦流式傳感器的等效電氣參數(shù)都是互感系數(shù)M2的函

24、數(shù)。通?？偸抢闷涞刃щ姼械淖兓M成測量電路，因此，電渦流式傳感器屬于（互感式）電感式傳感器。4.13舉例說明變磁阻式傳感器、變壓器式傳感器、螺線管式傳感器和電渦流式傳感器的應用，并分析工作原理。第五章電容式傳感器5.1 根據(jù)電容式傳感器的工作時變換參數(shù)的不同，可以將電容式傳感器分為哪幾種類型？各有何特點？變面積式、變極距式、變介電常數(shù)5.2 一個以空氣為介質的平板電容式傳感器結構如圖5-3a所示,其中a=10mm、b=16mm,兩極板間距d0=lmm。測量時，一塊極板在原始位置上向左平移了加m,求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移靈敏度K0（已知空氣的相對介電常數(shù)&r=1,真

25、空時的介電常數(shù)10-12F/m）。解：（1）電容變化量e0erAX102X1X2X10-8X16X10-3T3AX10d01X10-3ACAAX10-13-X10&2X10-85.3 試討論變極距型電容式傳感器的非線性及其補償方法。差動結構6L=&X100%d05.4有一個直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內連續(xù)注水，當注水數(shù)量達到桶容量的80%時停止，試分析用應變片式傳感器或電容式傳感器來解決該問題的途徑和方法。采用應變式傳感器時，把應變片貼在圓筒的外壁上，電阻分別受縱向和橫向應變，并把應變電阻組成差動結構的測量電路。變介電常數(shù)型電容傳感器測液位（差分式），通過測量水內的重力，來

26、控制注水數(shù)量。5.5試分析電容式厚度傳感器的工作原理。5.6試推導圖5-19所示變介質型電容式位移傳感器的特性方程C=f（x）。設真空的介電常數(shù)為£0,圖中£2£1,極板寬度為W。其他參數(shù)如圖5-19所示。5.7在題5-6中，設6=d=1mm，極板為正方形（邊長50mm）oe1=1,£2=4。試針對x=050mm的范圍內，繪出此位移傳感器的特性曲線,并給以適當說明。5.8某電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r=4mm，工作初始間隙d=0.3mm,問：（1）工作時，如果傳感器與工件的間隙變化量Al=2Pm時，電容變化量是多少？（2）如果測量電路的靈敏度S1

27、=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV,在&=2Mm時，讀數(shù)儀表的示值變化多少格？解：（1）AX10-L4F（2）5格第六章壓電式傳感器6.1 什么是壓電效應？什么是逆壓電效應？某些電介質，沿一定方向施加外力使其變形時，其內部會產生極化現(xiàn)象而在表面出現(xiàn)正負電荷，外力去掉后，又恢復成不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。當在壓電材料上施加交流電壓時，會使壓電材料產生機械振動而變形，這種由電能轉換成機械能的現(xiàn)象稱為逆壓電效應。6.2 什么是壓電式傳感器？它有何特點？其主要用途是什么？利用壓電效應制成的傳感器稱為壓電式傳感器，其特點是：結構簡單、體積小、重量輕、工作頻帶寬靈敏度高

28、、信噪比高、工作可靠、測量范圍廣等。壓力式傳感器的用途：與力相關的動態(tài)參數(shù)測量，如動態(tài)力、機械沖擊、振動等，它可以把加速度、壓力、位移、溫度等許多非電量轉換為電量。6.3 試分析石英晶體的壓電效應機理。石英晶體內部為正立方體結構，從晶體上切下一塊晶片，分析其壓電效應：當沿x軸方向施加作用力，將在yz平面上產生電荷，其大小為qx=d11fx當沿著y軸方向施加作用力,仍然在yz平面上產生電荷，但極性相反，其大小為qy=d12aafy=-d11fybb當沿著z軸方向施加作用力，不會產生壓電效應，沒有電荷產生。6.4 試分析壓電陶瓷的壓電效應機理。壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。其內部晶粒有一定的

29、極化方向，在無外電場作用下時，壓電陶瓷呈電中性。當在陶瓷上施加外電場時，晶粒的極化方向發(fā)生轉動，內部極化，此時去掉外電場，材料的整體極化方向不變，壓電陶瓷具有壓電特性。極化后當受到外力作用時，將導致在垂直于極化方向的平面上出現(xiàn)極化電荷，電荷量的大小與外力成正比關系。6.5 壓電材料的主要指標有哪些？其各自含義是什么？壓電系數(shù)彈性系數(shù)介電常數(shù)機械耦合系數(shù)電阻居里點6.6 在進行壓電式材料的選取時，一般考慮的因素是什么？轉換性能機械性能電性能溫度、濕度穩(wěn)定性好時間穩(wěn)定性6.7 試分析壓電式傳感器的等效電路。壓電式傳感器等效為一個電容器，正負電荷聚集的兩個表面相當于電容的兩個極板。當壓電元件受力作用

30、時在其表面產生正負電荷，所以可以等效為一個電荷源和一個電容器并聯(lián)，也可以等效為一個電壓源和一個電容器串聯(lián)。6.8 試分析電荷放大器和電壓放大器兩種壓電式傳感器測量電路的輸出特性。傳感器與電壓放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比，但容易受到電纜電容的影響。傳感器與電荷放大器連接的電路，其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比，電路電容的影響小。6.9 壓電元件在使用時常采用串聯(lián)或并聯(lián)的結構形式，試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、輸出電容的關系，以及每種接法的適用場合。并聯(lián)接法在外力作用下正負電極上的電荷量增加了1倍，電容量也增加了1倍，輸出電壓與單片時相同。適宜測量慢變信號且以電

31、荷作為輸出量的場合。串聯(lián)接法上、下極板的電荷量與單片時相同，總電容量為單片時的一半，輸出電壓增大了1倍。適宜以電壓作為輸出信號且測量電路輸入阻抗很高的場合。6.10 壓電元件的變形方式主要有哪些？厚度變形、長度變形、體積變形、厚度剪切變形。6.11 何謂電壓靈敏度、電荷靈敏度，兩者有何關系？1試分析圖6-11所示壓電式力傳感器工作原理。第七章磁敏式傳感器7.1 簡述變磁通式和恒磁通式磁電感應式傳感器的工作原理。恒磁通式傳感器是指在測量過程中使導體（線圈）位置相對于恒定磁通變化而實現(xiàn)測量的一類磁電感應式傳感器。變磁通式磁電傳感器主要是靠改變磁路的磁通大小來進行測量的，即通過改變測量磁路中氣隙的大

32、小，從而改變磁路的磁阻來實現(xiàn)測量的。7.2為什么磁電感應式傳感器的靈敏度在工作頻率很高時，將隨頻率增加而下降。7.3試解釋霍爾式位移傳感器的輸出電壓與位移成正比關系。7.4影響霍爾元件輸出零點的因素有哪些？如何補償？不等位電勢、溫度誤差7.5什么是霍爾效應？霍爾電動勢與哪些因素有關？當載流導體中通電電流方向與磁場方向垂直時，在導體的兩個端面上就有電勢產生，這種現(xiàn)象叫做霍爾效應。與載流子濃度、激勵電流大小、磁場強度、電子遷移率、載流導體的厚度有關。7.6某霍爾元件尺寸(1、b、d)為1.0cm*0.35cm*0.1cm，沿著l方向通以電流I=1.0mA，在垂直lb面加有均勻磁場B=0.3T，傳感

33、器的靈敏度系數(shù)為22V/AT,求其輸出霍爾電動勢和載流子濃度。解：UH=KHIB=22XX10-3XX10-X1020/m3Evbd第八章熱電式傳感器8.1什么是熱電效應、接觸電動勢、溫差電動勢？兩種不同導體組成閉合回路，如果兩接點溫度不同，則在閉合回路中就有熱電勢產生，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。在熱電效應中因為導體電子密度不同，因接觸而產生的熱電勢稱為接觸電動勢單一導體內部，因為兩端的溫度不同產生的熱電勢稱為溫差電勢。8.2熱電偶的工作原理是什么？熱電偶是基于熱電效應工作的溫度傳感器。8.3什么是中間導體定律、中間溫度定律、標準電極定律、均質導體定律？中間導體定律：在熱電偶測溫回路內接入第三種導

34、體，只要其兩端溫度相同，則回路的總熱電動勢不變。中間溫度定律：熱電偶AB在接點溫度為t,t0時的熱電動勢EAB(t,t0)等于它在接點溫度t,tc和tc,t0時的熱電動勢EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代數(shù)和。標準電極定律：如果兩種導體A、B分別與第三種導體C組成的熱電偶所產生的熱電動勢已知，則由這兩個導體A、B組成的熱電偶所產生的熱電動勢可由下式來確定：EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0)均質導體定律：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勢均為0.8.4試說明熱電偶的類型與特點。結構上分為普通熱電偶和特殊熱電偶。

35、8. 5熱電偶的冷端溫度補償有哪些方法？各自的原理是什么？補償導線法、冷端溫度恒溫法、冷端溫度計算校正法、電橋法。8.6試設計測溫電路，實現(xiàn)對某一點的溫度、某兩點的溫度差、某三點的平均溫度進行測量。8.7用兩只K型熱電偶測量兩點溫度差，其連接電路如圖8-30所示。已知11=4200C,10=300C，測得兩點的溫差電勢為15.24mV，問兩點的溫差是多少？如果測量t1溫度的那只熱電偶錯用的是E型熱電偶，其他都正確，則兩點的實際溫度是多少？8.8將一支鎳鉻-鎳硅熱電偶與電壓表相連，電壓表接線端是50C，若電位計上讀數(shù)是6.0mV，問熱電偶熱端溫度是多少？197度°C時的電阻值是1390

36、當它與熱的氣體接觸時，電阻值增至2810試確定該氣體的溫度？（設0°C時的電阻值為1000）.°C,把它放在溫度為1200C處，若以指示表作為冷端，此處溫度為50C，試求熱電動勢的大小。46mVC的熱電偶與電壓表連接，電壓表接線端是50C，若電位計上讀數(shù)60mV，求熱電偶的熱端溫度。8008.12使用K型熱電偶,參考端溫度為0°C,測量熱端溫度為30C和900C時，溫差電勢分別為1.203mV和37.326mV。當參考端溫度為30C，測量點溫度為900C時的溫差電勢為多少？8. 13如果將圖8-12中得兩支相同類型的熱電偶順向串聯(lián)，是否可以測量兩點間的平均溫度，為

37、什么？可以測量總溫度8.14熱電阻有什么特點？（1）熱電阻測量電路優(yōu)點：精度高，性能穩(wěn)定，適于測低溫。（2）熱慣性大，需輔助電源。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。三線制：熱電阻引出3根導線，其中兩根分別與電橋的相鄰兩臂串聯(lián)，另外一根與電橋電源相串聯(lián)，它對電橋的平衡沒有影響。廣泛用于工業(yè)測溫。四線制：熱電阻引出4根導線，分別接在電流和電壓的回路，4根導線的電阻對測量都沒有影響。8.16對熱敏電阻進行分類，并敘述其各自不同的特點。正溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)、臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。8.17某熱敏電阻，其B值為2900K，若冰點電阻為500k0求該熱敏電阻在100

38、6;C時的阻抗。29k0第九章光電式傳感器？9. 1什么是光電式傳感器？光電式傳感器的基本工作原理是什么？利用光電器件把光信號轉換成電信號（電壓、電流、電阻等）的裝置。光電式傳感器的基本工作原理是基于光電效應的，即因光照引起物體的電學特性而改變的現(xiàn)象。9. 2光電式傳感器按照工作原理可分為哪四大類？反射式、透射式、9.3光電式傳感器的基本形式有哪些？9.4什么是光電效應？內光電效應？外光電效應？光電效應、內光電效應、外光電效應9.5典型的光電器件有哪些？光電管、光敏電阻、光敏晶體管、光敏二極管、光電耦合器9.6光電管是如何工作的？其主要特性是什么？光照在光電管的陰極上，陰極電子吸收光子，克服表

39、面功，向外發(fā)生電子，電子在外加電場的作用下，被光電管的陽極收集并形成光電流。9.7 簡述光電倍增管得工作原理。光電倍增管的主要參數(shù)有哪些？倍增系數(shù)；光電陰極靈敏度和光電管總靈敏度；暗電流；光譜特性。9.8 試畫出光敏電阻的結構；光敏電阻的主要參數(shù)有哪些？暗電阻，亮電阻，暗電流，亮電流，光電流。9.9 試區(qū)分硅光電池和硒光電池的結構與工作原理。9.10 試解釋光敏管的工作原理。介紹光敏二極管和光敏晶體管的主要特性。光譜特性、伏安特性、光照特性、頻率特性。9.11試介紹MOS光敏單元的工作原理。一個MOS電容器是一個光敏元，可以感受一個像素點，CCD的基本功能是信號電荷的產生、存儲、傳輸和輸出。9

40、.12CCD的電荷轉移原理是什么？CCD器件基本結構式一系列彼此非?？拷腗OS光敏元，這些光敏元使用同一半導體襯底：氧化層均勻、連續(xù)；相鄰金屬電極間隔極小。任何可移動的電荷都將力圖向表面勢大的位置移動。為了保證信號電荷按確定的方向和路線移動，在MOS光敏元陣列上所加的各路電壓脈沖要求嚴格滿足相位要求。9.13試對面陣型CCD圖像傳感器進行分類，并介紹它們各自有何特點？9.14為什么要求CCD器件的電荷轉移效率要很高？9.15舉例說明CCD圖像傳感器的應用。9.16 什么是全反射？光纖的數(shù)值孔徑有何意義？數(shù)值孔徑是光纖的一個重要參數(shù)，它能反映光纖的集光能力，光纖的數(shù)值孔徑越大，集光能力就越強9

41、.17 試區(qū)分功能型和非功能型光纖傳感器。功能型是傳感型，非功能型是傳光型。9.18 試解釋波長調制型光纖傳感器的工作原理。9.19舉例說明利用光纖傳感器實現(xiàn)溫度的測量方法。9.20 試分析二進制碼盤和循環(huán)碼盤的特點。二進制碼盤最大的問題是任何微小的制作誤差，都可能造成讀數(shù)的粗誤差。循環(huán)碼是無權碼，任何相鄰的兩個數(shù)碼間只有一位是變化的。9.21 試區(qū)別接觸式碼盤和非接觸式碼盤的優(yōu)缺點。9.22 試解釋光電編碼器的工作原理。9.23 一個8位光電碼盤的最小分辨率是多少？如果要求每個最小分辨率對應的碼盤圓弧長度至少為0.01mm，則碼盤半徑應有多大？“0110”，其實際轉過的角度是多少？二進制碼為

42、0100，90度9.25 試分析脈沖盤式編碼器的辨向原理。9.26 計量光柵是如何實現(xiàn)測量位移的？主光柵與運動部件連在一起，當被測物體運動時，在主光柵、指示光柵后面形成黑白相間的莫爾條紋，條紋寬度和運動部件的位移成正比。9.27 計量光柵中為何要引入細分技術？細分的基本原理是什么？光柵測量原理是以移過的莫爾條紋數(shù)量來確定位移量，其分辨率為光柵柵距。現(xiàn)代測量不斷提出高精度的要求，為了提高分辨率，測量比光柵柵距更小的位移量，可以采用細分技術。細分就是為了得到比柵距更小的分度值，即在莫爾條紋信號變化的一個周期內，發(fā)出若干個計數(shù)脈沖，以減少每個脈沖相當?shù)奈灰?，相應地提高測量精度。第十章輻射與波式傳感器10.1 紅外探測器有哪些類型？并說明它們的工作原理。（1）熱探測器：有熱敏電阻型、熱電阻型、高萊氣動型和熱釋電型（2）光子探測器10.2 什么是熱釋電效應？熱釋電效應與哪些因素有關？在居里點