傳感器與檢測(cè)技術(shù)課后習(xí)題答案

第一章1．什么是傳感器？它由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？解：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有擬定相應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置，能完畢檢測(cè)任務(wù)；傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成擬定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。2．傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？解：（1）開發(fā)新的敏感、傳感材料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會(huì)使半導(dǎo)體硅材料的性能改變，從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后，尋找發(fā)現(xiàn)具有新原理、新效應(yīng)的敏感元件和傳感元件。（2）開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測(cè)試系統(tǒng)=1\*GB3①M(fèi)EMS技術(shù)規(guī)定研制微型傳感器。如用于微型偵察機(jī)的CCD傳感器、用于管道爬壁機(jī)器人的力敏、視覺傳感器。 =2\*GB3②研制仿生傳感器=3\*GB3③研制海洋探測(cè)用傳感器 =4\*GB3④研制成分分析用傳感器 =5\*GB3⑤研制薄弱信號(hào)檢測(cè)傳感器（3）研究新一代的智能化傳感器及測(cè)試系統(tǒng)：如電子血壓計(jì)，智能水、電、煤氣、熱量表。它們的特點(diǎn)是傳感器與微型計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大限度地用軟件實(shí)現(xiàn)。（4）傳感器發(fā)展集成化：固體功能材料的進(jìn)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器集成化開辟了廣闊的前景。 （5）多功能與多參數(shù)傳感器的研究：如同時(shí)檢測(cè)壓力、溫度和液位的傳感器已逐步走向市場(chǎng)。3．傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？動(dòng)態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？解：在生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要對(duì)各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，就規(guī)定傳感器能感受被測(cè)非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量，這取決于傳感器的基本特性，即輸出—輸入特性。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、靈敏度，遲滯和反復(fù)性等。1）傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性限度；2）傳感器的靈敏度S是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽吭隽喀與引起輸出量增量Δy的輸入量增量Δx的比值；3）傳感器的遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡ㄝ斎肓吭龃螅┓矗ㄝ斎肓繙p?。┬谐唐陂g其輸出-輸入特性曲線不重合的現(xiàn)象；4）傳感器的反復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的限度。5）傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移涉及零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性：頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。1）瞬態(tài)響應(yīng)特性：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間響應(yīng)。在研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，有時(shí)需要從時(shí)域中對(duì)傳感器的響應(yīng)和過渡過程進(jìn)行分析。這種分析方法是時(shí)域分析法，傳感器對(duì)所加激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。2）頻率響應(yīng)特性：傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。為了減小動(dòng)態(tài)誤差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍，一般是提高傳感器固有頻率ωn。4．某位移傳感器，在輸入量變化5mm時(shí)，輸出電壓變化為300mV，求其靈敏度。解：其靈敏度第二章1．什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？什么是橫向效應(yīng)？解：應(yīng)變效應(yīng)，是指在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。橫向效應(yīng)，是指將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于應(yīng)變片敏感柵的電阻變化較小，因而其靈敏系數(shù)k較電阻絲的靈敏系數(shù)k0小的現(xiàn)象。2、試說明金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不同之處。解：金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。箔式應(yīng)變片是運(yùn)用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好，允許通過的電流較大，便于批量生產(chǎn)，可制成各種所需的形狀；缺陷是電阻分散性大。薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大，允許電流密度大，工作范圍廣。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，比金屬絲式應(yīng)變片高50～80倍，尺寸小，橫向效應(yīng)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等缺陷。3、應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的因素及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么？解：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的因素：當(dāng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度變化時(shí)，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測(cè)量帶來了附加誤差。電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法：通常有線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。1）電橋補(bǔ)償是最常用的且效果較好的線路補(bǔ)償法。電橋補(bǔ)償法簡樸易行，并且能在較大的溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償，但上面的四個(gè)條件不一滿足，特別是兩個(gè)應(yīng)變片很難處在同一溫度場(chǎng)。2）應(yīng)變片的自補(bǔ)償法是運(yùn)用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片。4、鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。試求①求鋼材的應(yīng)變。②鋼材的應(yīng)變?yōu)?00×10-6時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少?解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。由于電阻變化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（應(yīng)變）=0.0005=②因5、如系題圖1-1所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，未受應(yīng)變時(shí)，當(dāng)試件受力時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變，求（1）應(yīng)變片電阻變化量和電阻相對(duì)變化量。（2）將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3，求電橋輸出電壓是多少。（b）習(xí)題圖1-1等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)解：（1），解：（2）設(shè)橋臂比，分母中可忽略，并考慮到平衡條件，則上式可寫為：6、單臂電橋存在非線性誤差，試說明解決方法。解：為了減小和克服非線性誤差，常采用差動(dòng)電橋在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動(dòng)電路，由教材中的式（2-42）可知，Uo與ΔR1/R1呈線性關(guān)系，差動(dòng)電橋無非線性誤差，并且電橋電壓靈敏度KV=E/2，比單臂工作時(shí)提高一倍，同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用。第三章為什么電感式傳感器一般都采用差動(dòng)形式?解：差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性，提高靈敏度外，對(duì)電源電壓、頻率的波動(dòng)及溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用；作用在銜鐵上的電磁力，是兩個(gè)線圈磁力之差，所以對(duì)電磁力有一定的補(bǔ)償作用，從而提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。2.交流電橋的平衡條件是什么？解：由交流電路分析可得 要滿足電橋平衡條件，即，則有： 3．渦流的形成范圍和滲透深度與哪些因素有關(guān)?被測(cè)體對(duì)渦流傳感器的靈敏度有何影響?解：電渦流的徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑的1.8～2.5倍范圍內(nèi)，且分布不均勻。渦流貫穿深度，定義在渦流密度最大值的處。被測(cè)體的平面不應(yīng)小于傳感器線圈外D的2倍，厚度大于2倍貫穿度h時(shí)，傳感器靈敏度幾乎不受影響。4．渦流式傳感器的重要優(yōu)點(diǎn)是什么?解：電渦流式傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量，此外還具有體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。5．電渦流傳感器除了能測(cè)量位移外，還能測(cè)量哪些非電量？解：還可以對(duì)厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量。第四章1．某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑，工作初始極板間距離，介質(zhì)為空氣。問：（1）假如極板間距離變化量，電容的變化量是多少？（2）假如測(cè)量電路的靈敏度，讀數(shù)儀表的靈敏度（格／mV）在時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少？解：（1）根據(jù)公式 ，其中S=（2）根據(jù)公式 ，可得到=2．寄生電容與電容傳感器相關(guān)聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號(hào)影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。解：電容式傳感器內(nèi)極板與其周邊導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不僅減少了傳感器的靈敏度，并且這些電容（如電纜電容）經(jīng)常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有規(guī)定。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵(lì)的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如圖4-8所示。圖中L涉及引線電纜電感和電容式傳感器自身的電感；C0為傳感器自身的電容；Cp為引線電纜、所接測(cè)量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實(shí)用性能的關(guān)鍵之一；Rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；Rs為高濕、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。此時(shí)電容傳感器的等效靈敏度為 （4-28）當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時(shí)，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的固有電感（涉及電纜電感）有關(guān)，且隨ω變化而變化。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。3．簡述電容式傳感器的優(yōu)缺陷。解：優(yōu)點(diǎn)：(1)溫度穩(wěn)定性好(2)結(jié)構(gòu)簡樸(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好（4）可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)缺陷：（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差（2）寄生電容影響大4．電容式傳感器測(cè)量電路的作用是什么？解：電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小，這樣微小的電容量還不能直接被目前的顯示儀表顯示，也很難被記錄儀接受，不便于傳輸。這就必須借助于測(cè)量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等5．下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測(cè)量電路，其中CX為傳感器電容，C為固定電容，假設(shè)運(yùn)放增益A=∞，輸入阻抗Z=∞；試推導(dǎo)輸出電壓U0與極板間距的關(guān)系，并分析其工作特點(diǎn)。題圖4-1式中負(fù)號(hào)表達(dá)輸出電壓的相位與電源電壓反相。上式說明運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離d線性關(guān)系。運(yùn)算放大器電路解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。但規(guī)定Zi及放大倍數(shù)K足夠大。為保證儀器精度，還規(guī)定電源電壓的幅值和固定電容C值穩(wěn)定。第五章1．簡述正、逆壓電效應(yīng)。解：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，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(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體自身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。2．壓電材料的重要特性參數(shù)有哪些？解：壓電材料的重要特性參數(shù)有：（1）壓電常數(shù)：壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。（2）彈性常數(shù)：壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。（3）介電常數(shù)：對(duì)于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（4）機(jī)械耦合系數(shù)：在壓電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根；它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。（5）電阻壓電材料的絕緣電阻：將減少電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。（6）居里點(diǎn)：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點(diǎn)。3．簡述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺陷。解：電壓放大器的應(yīng)用品有一定的應(yīng)用限制，壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時(shí)，連接電纜不能太長。優(yōu)點(diǎn)：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問題就可以得到克服，使它具有廣泛的應(yīng)用前景。缺陷：電纜長，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度減少。但是由于固態(tài)電子器件和集成電路的迅速發(fā)展，電荷放大器的優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓Uo與電纜電容Cc無關(guān)，且與Q成正比，這是電荷放大器的最大特點(diǎn)。但電荷放大器的缺陷：價(jià)格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過載放大保護(hù)電路，否則在傳感器過載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過高的輸出電壓。4．能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？為什么？解：不可以，壓電傳感器自身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的測(cè)量誤差較小，它的測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來測(cè)量靜態(tài)壓力。5．題圖5-1所示電荷放大器中Ca=100PF，Ra=∞，Rf=∞，Ri=∞，CF=10PF。若考慮引線電容CC影響，當(dāng)A0=104時(shí)，規(guī)定輸出信號(hào)衰減小于1%，求使用90PF/m的電纜，其最大允許長度為多少？題圖5-1解：因此若滿足時(shí)，式（6-4）可表達(dá)為 第六章1．說明霍爾效應(yīng)的原理？解：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。2．某霍爾元件為沿方向通以電流，在垂直面方向加有均勻磁場(chǎng)，傳感器的靈敏度系數(shù)為，試求其輸出霍爾電勢(shì)及載流子濃度。（）解：，式中KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度所以輸出的霍爾電勢(shì)為，由于，式中令RH=-1/（ne），稱之為霍爾常數(shù)，其大小取決于導(dǎo)體載流子密度,所以濃度= 3．磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同？解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是運(yùn)用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。電感式傳感器是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、、重量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置。4．霍爾元件在一定電流的控制下，其霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)？解：根據(jù)下面這個(gè)公式可以得到 ，霍爾電勢(shì)還與磁感應(yīng)強(qiáng)度B,KH為霍爾片的靈敏度,霍爾元件的長度L和寬度b有關(guān)。第七章1．什么是熱電勢(shì)、接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)？解：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成的閉合回路，假如將它們的兩個(gè)接點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行加熱，使其溫度為T，而另一點(diǎn)置于室溫T0中，則在回路中會(huì)產(chǎn)生的電勢(shì)就叫做熱電勢(shì)。由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)叫做接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)（又稱湯姆森電勢(shì)）是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。2．說明熱電偶測(cè)溫的原理及熱電偶的基本定律。解：熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置，它運(yùn)用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特性來達(dá)成測(cè)量的目的。通常將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化，通過適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，就可由電壓電流這些電參數(shù)的變化來表達(dá)所測(cè)溫度的變化。熱電偶的基本定律涉及以下三種定律：1）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶的回路的總電勢(shì)無影響。2）參考電極定律：假如導(dǎo)體C熱電極作為參考電極，并已知標(biāo)準(zhǔn)電極與任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度（T,T0）下，任意兩導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，其電勢(shì)可由下式求得3）中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T，T0時(shí)的熱電勢(shì)，等于該熱電偶在接點(diǎn)T、Ta和Ta、T0時(shí)的熱電勢(shì)之和，即3．已知在其特定條件下材料A與鉑配對(duì)的熱電勢(shì)，材料B與鉑配對(duì)的熱電勢(shì)，試求出此條件下材料A與材料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。解：根據(jù)熱電偶基本定律中的參考電極定律可知，當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T，T0時(shí)，用導(dǎo)體A，B組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即： 4．Pt100和Cu50分別代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器測(cè)量電橋之三線、四線連接法的重要作用。解：Pt100代表鉑熱電阻傳感器，Cu50代表銅熱電阻傳感器。三線制可以減小熱電阻與測(cè)量儀表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫常采用三線制和四線制連接法。5．將一只靈敏度為0.08mv/℃的熱電偶與毫伏表相連,已知接線端溫度為50℃,毫伏表的輸出為60mv,求熱電偶熱端的溫度為多少?解：6．試比較熱電阻與熱敏電阻的異同。解：熱電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器,熱電阻傳感器是運(yùn)用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻傳感器的測(cè)量精度高；有較大的測(cè)量范圍，它可測(cè)量－200～500℃的溫度；易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。熱電阻由電阻體、保護(hù)套和接線盒等部件組成。其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)實(shí)際使用制作成各種形狀。熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鈷、錳、鎳等的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。熱敏電阻具有以下優(yōu)點(diǎn)：①電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；②結(jié)構(gòu)簡樸；③電阻率高，熱慣性小；但它阻值與溫度變化呈非線性，且穩(wěn)定性和互換性較差。第八章1．什么是光電效應(yīng)，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解釋。解：光電效應(yīng)一方面把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后通過光電轉(zhuǎn)換元件變換成電信號(hào),光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類：a)在光線作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng);b)受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。2．分別列舉屬于內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的光電器件。解：外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。3．簡述CCD的工作原理。解：CCD的工作原理如下：一方面構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器，假如MOS電容器中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施加一個(gè)正電壓時(shí)，在其電極下形成所謂耗盡層，由于電子在那里勢(shì)能較低，形成了電子的勢(shì)阱，成為蓄積電荷的場(chǎng)合。CCD的最基本結(jié)構(gòu)是一系列彼此非?？拷腗OS電容器，這些電容器用同一半導(dǎo)體襯底制成，襯底上面覆蓋一層氧化層，并在其上制作許多金屬電極，各電極按三相（也有二相和四相）配線方式連接。CCD的基本功能是存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移信息電荷，為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)換：必須使MOS電容陣列的排列足夠緊密，以致相鄰MOS電容的勢(shì)阱互相溝通，即互相耦合；控制相鄰MOC電容柵極電壓高低來調(diào)節(jié)勢(shì)阱深淺，使信號(hào)電荷由勢(shì)阱淺的地方流向勢(shì)阱深處；在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移必須按照擬定的方向。4．說明光纖傳輸?shù)脑?。解：光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。當(dāng)光纖的直徑比光的波長大很多時(shí)，可以用幾何光學(xué)的方法來說明光在光纖內(nèi)的傳播。設(shè)有一段圓柱形光纖，它的兩個(gè)端面均為光滑的平面。當(dāng)光線射入一個(gè)端面并與圓柱的軸線成θi角時(shí)，根據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光纖內(nèi)折射成θj，然后以θk角入射至纖芯與包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射，則纖芯與界面的光線入射角θk應(yīng)大于臨界角φc（處在臨界狀態(tài)時(shí)，θr=90o），即: 且在光纖內(nèi)部以同樣的角度反復(fù)逐次反射，直至傳播到另一端面。5．光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？解：1）強(qiáng)度調(diào)制原理2）相位調(diào)制原理3）頻率調(diào)制原理4）偏振調(diào)制原理6．紅外線的最大特點(diǎn)是什么？什么是紅外傳感器？解：紅外線的最大特點(diǎn)是具有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。能將紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置稱為紅外探測(cè)器或紅外傳感器。紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。7．光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管在性能上有什么差異，它們分別在什么情況下選用最合適？解：光敏電阻（1）伏安特性：在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線，說明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓、電流無關(guān)。在給定的偏壓情況下，光照度越大，光電流也就越大；在一定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等因素有關(guān)。（2）光譜特性：光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。光敏電阻的靈敏度是不同的。從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域，常被用作光度量測(cè)量（照度計(jì)）的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)，常用做火焰探測(cè)器的探頭。（3）光照特性：由于光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜作為測(cè)量元件，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。（4）溫度特性：光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度升高時(shí)，它的暗電阻和靈敏度都下降。溫度變化影響光