傳感器與傳感器技術(shù)復(fù)習(xí)題、何道清、科學(xué)出版社

1、一、填空（每空1分，共20分）1、傳感器一般由、.、測量電路、輔助電源四個(gè)部分組成。2、電阻應(yīng)變片一般由、,、覆蓋層、引線四個(gè)部分組成，其中是核心部件。3、氣敏電阻傳感器是利用半導(dǎo)體對氣體的作用而使其發(fā)生變化的現(xiàn)象來檢測氣體的成分和濃度。4、為減少電容式傳感器在使用中存在的，可以在結(jié)構(gòu)上加保護(hù)電極，但要求保護(hù)電極和被保護(hù)電極要為。5、電感式傳感器是利用原理，將被測量的變化轉(zhuǎn)化成變化的一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。6、壓電元件可以等效成和并聯(lián)的形式。7、熱電偶產(chǎn)生的熱電勢一般由和兩部分構(gòu)成。8、霍爾元件有兩對電極，一對用來施加，稱為電極，另一對用來輸出，稱為電極。9、光纖是利用原理進(jìn)行傳光的。對傳感器進(jìn)行動

2、態(tài)標(biāo)定（或校準(zhǔn)或測試）的主要目的是檢測傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)。傳感器的過載能力是指傳感器在不致引起規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，允許超過測量范圍的能力。傳感檢測系統(tǒng)目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式，智能化方向發(fā)展。已知某傳感器的靈敏度為K。，且靈敏度變化量為%,則該傳感器的靈敏度誤差計(jì)算TOC o 1-5 h z公式為rs=（K0/K0）X1OO%。為了測得比柵距W更小的位移量，光柵傳感器要采用細(xì)分技術(shù)。在用帶孔圓盤所做的光電扭矩測量儀中，利用孔的透光面積表示扭矩大小，透光面積減小,則表明扭矩增大。電容式壓力傳感器是變極距（或間隙）型的。一個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為180，半導(dǎo)體材料的彈性模量為1.

3、8X105Mpa，其中壓阻系數(shù)nL為1X10TPa-1。21.圖像處理過程中直接檢測圖像灰度變化點(diǎn)的處理方法稱為微分法。熱敏電阻常數(shù)B大于零的是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。若測量系統(tǒng)無接地點(diǎn)時(shí)，屏蔽導(dǎo)體應(yīng)連接到信號源的_對地低阻抗端（或接地端）_。L6杲:傳感器鉛定精度為瀾度值為50mV.耆位仿為lOmV求對能川現(xiàn)的最大涙羞3（以mV計(jì)九當(dāng)傳感器使用在構(gòu)量程的“和W時(shí)，計(jì)算可能產(chǎn)生的測咼百分溟差.由你的計(jì)算結(jié)果能得出什么結(jié)解：渦錄程F-S）為50-10=40（niV）可能出現(xiàn)的最大逞過為：心和倔滿議程時(shí)”具測最相對課差分別為7,-KlOtWi-4%4Cx/-X1.：|:1：1!結(jié)論：河站價(jià)越接近傳感

4、器儀衣）的滿址程、測覽洪差越小匚第一章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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。1-3傳感器的靜態(tài)特性指什么？衡量它的性能指標(biāo)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(shí)的輸出輸入關(guān)系。與時(shí)間無關(guān)主要性能指標(biāo)有：線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和量程等。1-4傳感器的動態(tài)特性指什么？常用的分析方法

5、有哪幾種？答：傳感器的動態(tài)特性是指其輸出與隨時(shí)間變化的輸入量之間的響應(yīng)特性。常用的分析方法有時(shí)域分析和頻域分析。時(shí)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。6冇網(wǎng)傘傳憾藩測駅琨統(tǒng)讓動態(tài)料性訶以分別川下附兩個(gè)微分力種描述.試求這兩個(gè)泵統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)t和靜態(tài)靈敏度K30+3r=L5xW5TI)水式申.y輸出電壓，比T一輸入褊度.JL4蟲+4,2v-9.6dt式中、y輸出電壓彳jiV；x輸入壓力*Paa解r根抓題給傳播鞭徽分方程.得t=3O/3=1O(s)-K-L5x103=0.5x105(V/r)it=J4/4.2=1/3(s),K=-苦期的泊松比苦心芻久應(yīng)變片的靈城累數(shù)K=2,電橋的電

6、海電壓Ul=2V,當(dāng)試件覺軸向拉忡時(shí)測得曲變片叫的屯肌變化直厶尺=0.4購.試或電橋的輸出電ffiU0E若柱體d=10mmr材料的彈性模SE-210llN/ni-H求苴所亜拖力大小，12-11苣啲屯橋兀瞭鵬：EEiRi/Ki=Rrp則_RRt_0.48120K2=0.002E.=-fiE.=-0.285X0002=-0.00057%-11)4=2/42(0.000.00057)=000257(50=2.57(111CF呂=一=i柱體直牲七1血時(shí)、屯ESE.LES=0.002x2XIOLL/HlOxlO于F-4=*.14辺0七ND第三章jKL=151.6inH,nmi,則諫螺管式電感傳療徨反具測

7、斥電路的恵靈製廓為K=瓦、瓦=mSm*1nanX1.96b?V/ml=297.1mV：nun3“有一貝羞動電感位移花感SS,巳知電源電U4W*iXXHi傳感器絨料銅電阻叮屯感量分別淄R=40fl-L=3Ti，用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成四PT母口I抗屯橋，如習(xí)題圈3-1石所示，試求t匹配電限&利皿的值*當(dāng)厶2=他時(shí),為別接成單臂和差動電祈啟的輸出電用值:(3)用村呈閨表址輸出電壓兀、與輸入屮一斥上P1的相誼差。螂：門線圈曲抗習(xí)題圖3-抵Xl=qL=2tVL=2心400 x30 x104=75.4(Q)童1L斕的粗M；+兀-J4J甬：-S5.q(Li)故苴審科的匹匣電陽(見抽逝陽316)Rj=R4=2=

8、E541)2)當(dāng)AZlOtl時(shí)，電橋的衙山電壓分別沖2?40力_甘壬a第四章4-4有一臺變圍除非攜舷式電容測撤儀*苴傳密器的檢板半脅c=4mm.阿設(shè)U被測T件閑初妬同鹽d5=0311101.試;ftr()如卑槓憩器與丁一件的陶陳翌化審d=0jmi，叭容變化甲為*少？I卻如黑測盡申賂的應(yīng)敏性足KlOOiuV/pF-則醴也4|呦門吋的諭出電圧為劣疥丁轉(zhuǎn)；由題肯可求Lf7tr/h=2xg.B5x1(Tl:x4JX3(x(1x10/02x1O3=125.lxIO-12(F=125.1pF電極闔電壓為Up-0j/CJI=145/125J-1.16V7-14匕知銅熱電訊一CulOO的百度韭陽比W(100)

9、=1.42.|川此憩電昵測禾溫：度時(shí)，具電阻優(yōu)為窯柳?若測溫時(shí)的電阻值為算2則赧測沮度足荽步丁解：由W(100)=RM；Ro=l.421則英靈毎度為K_場就一斑_(dá)12止。一尺o_週_100 x042_o尹6叱_1000_1OT_LOQ_100_-呵溫度為咒19時(shí)”其電阻値為R=E-Ka50=10CH-0.42j22V/A-T,試求共輸出韋爾電協(xié)及載說了蔽度*幄由Kh=Lmedn得(1)n=L/(Khetl戸1農(nóng)27.金LQ1!：-1103)=2.S4xlOZ0/in3輸出霍爾電壓UH=KhrB=22V/A*Txl.0nA0.3T=6.&xLQV=6.6mV48若呼霍爾器件的KmV/inA控制電

10、流戶3mA,將它置于1*沁爸化的磯場中(設(shè)磁場疥審爾器種平両雀血)它的輸川書爾電孫范匍多大？幷設(shè)計(jì)個(gè)初借的比例枚犬器故大該戲加電站解：UH,=KHTB=4mV.MaSiiiA-Gs=2piVUH2=KhIBn=4niV.?Mfl*kCT53mA-5kG5=60iiV設(shè)計(jì)放大卅獨(dú)査=20的比例敝大器，略11有一霍爾元件，苴況敏度兔，把它放在-個(gè)梯度為5/iudi的感場中，如果額定控制電流是空血也設(shè)霍爾元件在平衝點(diǎn)附近作O.limn的攙動.問輸岀電樂范圍為多少？押：對于梯度為,kX/ium飾腕場+當(dāng)霍爾朮件在平衡點(diǎn)附近柞fl.mini的擺動吋*蔓磁場的變優(yōu)AB-:5kGsnim0.1iiun=0.

11、5kGs則霍爾元什輸也電斥的變化范麗為AUh=KhI*AB=1.?mr-niA*kGi20iiA1(0.5kGs)=12mF1金屬-應(yīng)變效應(yīng)概念答：當(dāng)金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值將相應(yīng)的發(fā)生變化。2-7、何謂壓阻效應(yīng)?擴(kuò)散硅壓阻式傳感器與貼片型電阻應(yīng)變式傳感器相比有什么優(yōu)點(diǎn)，有什么缺點(diǎn)?如何克服?答：壓阻效應(yīng)：是指半導(dǎo)體材料(鍺和硅)的電阻率隨作用應(yīng)力的變化而變化的現(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，可以不需放大器直接與記錄儀器連接，使得測量系統(tǒng)簡化。缺點(diǎn)是：電阻值和靈敏系數(shù)隨溫度穩(wěn)定性差，測量較大應(yīng)變時(shí)非線性嚴(yán)重；靈敏系數(shù)隨受拉或壓而變，

12、且分散度大，一般在(3-5)%之間，因而使得測量結(jié)果有(3-5)%的誤差。壓阻式傳感器廣泛采用全等臂差動橋路來提高輸出靈敏度，又部分地消除阻值隨溫度而變化的影響。1分析渦流傳感器的工作原理。答：渦流傳感器的工作原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。靈敏度高。2簡述電容式傳感器的工作原理。小S8SC=-0答：有物理知識可知，物體間的電容量66，電容式傳感器的基本原理就是基于物體間的電容量與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。也即當(dāng)被測參數(shù)

13、變化使得上式中的S、6或8發(fā)生變化時(shí)，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化AC，這就組成了電容式傳感器。4-4簡述電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)。答：電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，分辨率高；可實(shí)現(xiàn)非接觸測量；動態(tài)響應(yīng)好；溫度穩(wěn)定性好，本身發(fā)熱極??；能在高溫輻射和強(qiáng)振動等惡劣環(huán)境下工作。1.壓電效應(yīng)，壓電元件常用的結(jié)構(gòu)形式，壓電結(jié)構(gòu)的等效電路。答：某些單晶體或多晶體陶瓷電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)對應(yīng)晶面上便產(chǎn)生符號相反的等量電荷，當(dāng)外力取消后，電荷也消失，又恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這

14、種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電元件結(jié)構(gòu)形式：一般采用兩片或兩片以上壓電片組合在一起使用。由于壓電元件是有極性的，因此連接方法有兩種：并聯(lián)連接和串聯(lián)連接。（P163）壓電式傳感器等效電路：壓電式傳感器可以看作是一個(gè)電荷發(fā)生器，同時(shí)也是一個(gè)電容器。5-3有壓電晶體，其而積20nmi2,厚度10mm,當(dāng)受到壓力PlOMPa作用時(shí)，求產(chǎn)生的電荷量及輸出電壓；（1）零度X切的縱向石英晶體：（2）利用縱向效應(yīng)的BaTiO3.a解；由題意知，壓電晶體受力為F=PS=10 xl06x20 xl0=200（N）（1）0。切割石英詁體，尹一爭dii=2.31xlO42C；N等效電容d=7.97x1044(F)10 xW

15、3受力F產(chǎn)生電荷Q=dnF=231x1043x200-462x10-(C)62pC輸出電壓U=462X10=5796xlQ3(r)Ca7.97X10-14(2)利出縱向效應(yīng)的BaTiOj.1900,d33=L911042C/N等效電容嚴(yán)EaErS8.85X10-13X1900X20X10-610 xl0_J=33.6xlO12(F)=33.6(pF)愛力F產(chǎn)生電荷c=Q=dJ3F=L91x1043x200=38200 xIO43(C)=3.82xlOC輸出電壓Ca33.6x10125-15電荷放大器和電壓放大器各有何特點(diǎn)？他們分別適用于什么場合？（pl65）答：電壓放大器：壓電式傳感器的前置放

16、大器，它的輸岀電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比。電荷放大器：壓電式傳感器的另一種專用前置放大器，它能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換成低內(nèi)阻的電壓源，其輸出電壓與傳感器的輸岀電荷成正比。7.1什么叫熱電阻效應(yīng)？試敘述金屬熱電阻效應(yīng)的特點(diǎn)和形成原因。答：大多數(shù)的金屬導(dǎo)體的電阻都隨溫度變化（電阻-溫度效應(yīng)）。熱電阻是利用物質(zhì)的電阻率隨溫度的變化的特性制成的電阻式測溫系統(tǒng)，即將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。7.9什么叫熱電效應(yīng)？熱電偶的熱電勢是怎樣形成的？答：熱電效應(yīng)：將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金）組成一個(gè)閉合回路（即熱電偶）若兩個(gè)接觸點(diǎn)溫度不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢產(chǎn)生的現(xiàn)象。熱電偶

17、是將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢大小的熱電式傳感器。7.3WZP和WZC各表示什么含義？它們的標(biāo)準(zhǔn)分度表適用范圍與百度電阻比各是多少？答：WZP：鉑熱電阻，WZC：銅熱電阻，7.10熱電偶的工作基本條件是什么？有哪些基本定律？答：熱電偶是將溫度量轉(zhuǎn)換成電勢大小的熱電式傳感器。工作條件：兩種不同導(dǎo)體的接觸電勢；單一導(dǎo)體的溫差電勢?；径桑壕|(zhì)導(dǎo)體定律，中間導(dǎo)體定律，中間溫度定律，標(biāo)準(zhǔn)（參考）電極定律。8-1什么叫光電效應(yīng)？光電效應(yīng)有哪幾種？什么叫外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)？答：1）光電效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)光子和原子相碰撞時(shí)，將其能量全部交給某一軌道電子，使它脫離原子，光子則被吸收，這種現(xiàn)象稱

18、為光電效應(yīng)。2）光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光電伏特效應(yīng)三種。3）外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子溢出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。（光電管和光電倍增管）4）內(nèi)光電效應(yīng):在光線作用下，物體的導(dǎo)電性能（電阻率）發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。（包括光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)）5）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)過渡到自由狀態(tài)而引起材料電阻率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。（光敏電阻）6光生伏特效應(yīng)：在光線的作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)?；谠撔?yīng)的光電器件有光電池。（光電池和光敏晶體管）8-14.試敘述光纖傳感器所用