傳感器與檢測技術(shù)胡向東第習(xí)題解答

傳感器與檢測技術(shù)（胡向東，第2版）習(xí)題解答王濤第1章概括1.1什么是傳感器？答：傳感器是能夠感覺規(guī)定的被丈量并依照必定規(guī)律變換成可用輸出信號的器件和裝置，往常由敏感元件和變換元件構(gòu)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(xué)或生物特征，將非電量（如位移、速度、加快度、力等）輸入變換成電量（電壓、電流、頻次、電荷、電容、電阻等）輸出。1.3傳感器一般由哪幾部分構(gòu)成？答：傳感器的基本構(gòu)成分為敏感元件和變換元件兩部分，分別達(dá)成檢測和變換兩個(gè)基本功能。此外還需要信號調(diào)治與變換電路，協(xié)助電源。被測傳感元信號調(diào)理變換電敏感元1.4傳感器是怎樣分類的？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)系以及所包含協(xié)助電的技術(shù)特色平分類，此中按輸入量和工作原理的分類方式應(yīng)用較為廣泛。①按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進(jìn)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。②按傳感器的工作原理進(jìn)行分類依據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應(yīng)、半導(dǎo)體理論、化學(xué)原理等），能夠分為電阻式傳感器、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。③按傳感器的基本效應(yīng)進(jìn)行分類依據(jù)傳感器敏感元件所包含的基本效應(yīng)，能夠?qū)鞲衅鞣譃槲锢韨鞲衅?、化學(xué)傳感器和生物傳感器。1.6改良傳感器性能的技術(shù)門路有哪些？答：①差動(dòng)技術(shù)；②均勻技術(shù)；③賠償與修正技術(shù)；④障蔽、隔絕與擾亂克制；⑤穩(wěn)固性辦理。第2章傳感器的基本特征2.1什么是傳感器的靜態(tài)特征？描繪傳感器靜態(tài)特征的主要指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特征是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入、輸出關(guān)系。靜態(tài)特征所描繪的傳感器的輸入-輸出關(guān)系中不含時(shí)間變量。權(quán)衡傳感器靜態(tài)特征的主要指標(biāo)是線性度、敏捷度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。2.3利用壓力傳感器所得測試數(shù)據(jù)以下表所示，計(jì)算非線性偏差、遲滯和重復(fù)性誤差。設(shè)壓力為0MPa時(shí)輸出為0mV，壓力為0.12MPa時(shí)輸出最大且為16.50mV。輸出值/mV壓力第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)/MPa正行程反行程正行程反行程正行程反行程0.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.99解：①求非線性偏差，第一要?jiǎng)?wù)實(shí)質(zhì)特征曲線與擬合直線之間的最大偏差，擬合直線在輸入量變化不大的條件下，能夠用切線或割線擬合、過零旋轉(zhuǎn)擬合、端點(diǎn)平移擬合等來近似地代表實(shí)質(zhì)曲線的一段（多半狀況下是用最小二乘法來求出擬合直線）。1）端點(diǎn)線性度：設(shè)擬合直線為：y=kx+b,依據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)（0，0）和（0.12，16.50），則擬合直線斜率：137.5*0.12+b=16.50b=0∴端點(diǎn)擬合直線為y=137.5x輸出值/mV壓力/MPa第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程0.560.660.610.680.640.6953.964.063.994.094.034.1107.407.497.437.537.457.5250.0811.10.8810.9510.8910.9310.9410.99075在0.02MPa處非線性偏差最大2）最小二乘線性度：設(shè)擬合直線方程為ya0a1x，偏差方程yiyiyi(a0a1xi)vi令x1a0，x2a1由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，依據(jù)最小二乘法，有：0.6410.024.0410.04a0直接丈量值矩陣L7.47，系數(shù)矩陣A10.06，被丈量預(yù)計(jì)值矩陣X10.9310.08a114.4510.10由最小二乘法：A'AXA'L，有∴擬合直線為y=-2.847+172.55x輸出值/mV壓力第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)/MPa正行反行正行反行正行反行均值理論誤程程程程程程

值差0.6040.030.6464.0550.014.0457.5060.107.47610.950.0210.93770.1014.4214.4214.4714.4714.4614.4614.400.0414.4528答：非線性偏差公式：LLmax100%0.106100%0.64%YFS16.50②遲滯偏差公式：HHmax100%，YFS又∵最大行程最大偏差Hmax=0.1mV，∴HHmax100%0.10.6%YFS100%16.50③重復(fù)性偏差公式：LRmax100%，YFS又∵重復(fù)性最大偏差為max=0.08，∴Rmax0.08L100%100%0.48%RYFS16.502.7用一階傳感器丈量100Hz的正弦信號，假如要求幅值偏差限制在±5％之內(nèi)，時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少？假如用該傳感器丈量50Hz的正弦信號，其幅值偏差和相位偏差各為多少？1解：一階傳感器頻次響應(yīng)特征：H(j)(j)1幅頻特征：A(1)1()2由題意有A()15%，即115%1()2又2f2002T所以：0＜τ＜0.523ms取τ=0.523ms，ω=2πf=2π×50=100π111(幅值偏差：)2A()100%1.32%1所以有-1.32%≤△A(ω)＜0相位偏差：△φ(ω)=-arctan(ωτ)=-9.3o所以有-9.3o≤△φ(ω)＜02.8某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)τ=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的三分之一和二分之一所需的時(shí)間。解：一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為∴ty(t)]ln[1∴t*ln[1y(t)]∴t1*ln[11]*ln[2]3*(0.405465)1.2164s，3332.9玻璃水銀溫度計(jì)經(jīng)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(jì)特征的微分方程是y代表水銀柱高（mm）,x代表輸入溫度（℃）。求該溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)及敏捷度。解：一階傳感器的微分方程為式中τ——傳感器的時(shí)間常數(shù)；Sn——傳感器的敏捷度?！啾容^玻璃水銀溫度計(jì)特征的微分方程和一階傳感器特征的通用微分方程，有該溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)為2s，敏捷度為1。2.10某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mv；在t=5s時(shí)輸出為50mv；在t→∞時(shí)，輸出為100mv。試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。t解：y(t)y(t0)[y(t)y(t0)](1e)，∴tln[1y(t)y(t0)]ln[15010]0.587787，y(t)y(t0)10010∴τ=5/0.587787=8.5s2.11某一質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)在遇到階躍輸入激勵(lì)下，出現(xiàn)的超調(diào)量大概是最后穩(wěn)態(tài)值的40%。假如從階躍輸入開始至超調(diào)量出現(xiàn)所需的時(shí)間為0.8s，試估量阻尼比和固有角頻次的大小。解：111，0.28()21()213.5714568lnln0.4223.427，d0.82T2.12在某二階傳感器的頻次特征測試中發(fā)現(xiàn)，諧振發(fā)生在頻次216Hz處，并獲取最大的幅值比為1.4，試估量該傳感器的阻尼比和固有角頻次的大小。解：當(dāng)n時(shí)共振，則A()max11.4,0.3621所以：n2f22161357rad/s2.13設(shè)一力傳感器可簡化為典型的質(zhì)量-彈簧-阻尼二階系統(tǒng)，已知該傳感器的固有頻次f0=1000Hz，若其阻尼比為0.7，試問用它丈量頻次為600Hz、400Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比A(ω)和相位差φ(ω)各為多少？解：二階傳感器的頻次響應(yīng)特征：H(j)1n)2]2(/n)[1(/n)2]242(/n)2}1幅頻特征：A(j){[1(/2相頻特征：()arctan2(/n)1(/n)2∴當(dāng)f=600Hz時(shí)，{[1(600/1000)2]20.72(600/1000)2}1A(j)420.947，()arctan20.7(600/1000)arctan0.8452.696；1(600/1000)20.64當(dāng)f=400Hz時(shí)，()arctan20.7(400/1000)arctan0.5633.69。1(400/1000)20.84第3章電阻式傳感器3.2電阻應(yīng)變片的種類有哪些？各有什么特色？答：常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是主要鑒于應(yīng)變效應(yīng)致使其資料幾何尺寸的變化；半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是主要鑒于半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)。3.4試剖析差動(dòng)丈量電路在應(yīng)變電阻式傳感器丈量中的利處。答：①單臂電橋丈量電路存在非線性偏差，而半橋差動(dòng)和全橋差動(dòng)電路均不過線性偏差。②半橋差動(dòng)電路的電壓輸出敏捷度比單臂電橋提升了一倍。全橋差動(dòng)電路的電壓輸出敏捷度是單臂電橋的4倍。3.5將100Ω電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，假如試件截面積S0.5104m2，彈性模量E21011N/m2，若由5104N的拉力惹起應(yīng)變計(jì)電阻變化為1Ω，求電阻應(yīng)變片的敏捷度系數(shù)。解：KR/R已知RR11,100R由E得1109321011510E所以KR/R1/100251033.6一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)徑18mm,在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120Ω,敏捷度為2.0，波松比為0.3，資料彈性模量E=2.1×1011Pa。要求：繪出彈性元件貼片地點(diǎn)及全橋電路；計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化；當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。解：(1)(2)圓桶截面積：應(yīng)變片1、2、3、4感覺縱向應(yīng)變；應(yīng)變片5、6、7、8感覺周向應(yīng)變；滿量程時(shí)：由電阻應(yīng)變片靈敏度公式KR/R得RKR，由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系E，及應(yīng)力與受力面積的關(guān)系F，得AF，AE(3)UF10101030.01037VUK(1)2.0(10.3)59.71062.110112AE23.7圖3-5中，設(shè)負(fù)載電阻為無量大（開路），圖中E4V，R1R2R3R4100，試求：R1為金屬電阻應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R11.0時(shí)，電橋的輸出電壓Uo?R1,R2都是電阻應(yīng)變片，且批號相同，感覺應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋的輸出電壓Uo?(3)R1,R2都是電阻應(yīng)變片，且批號相同，感覺應(yīng)變的大小為R1R21.0，但極性相反，其余為外接電阻，電橋的輸出電壓Uo?解：(1)單臂UoE[R1R1R3]4(1011)0.00995V(R1R1)R2R3R41011002(2)極性相同UoE[R1R1R3]41011R1)(R2R2)R3R4()0V(R11011012(3)半橋UoE[R1R1R3]4(1011)0.02V(R1R1)(R2R2)R3R41019923.8在圖3-11中，設(shè)電阻應(yīng)變片R1的敏捷度系數(shù)K=2.05，未受應(yīng)變時(shí)，R1=120Ω。當(dāng)試件受力F時(shí)，電阻應(yīng)變片承受均勻應(yīng)變值800m/m。試求：(1)電阻應(yīng)變片的電阻變化量R1和電阻相對變化量R1/R1；將電阻應(yīng)變片R1置于單臂丈量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及其非線性偏差；假如要減小非線性偏差，應(yīng)采納何種舉措？剖析其電橋輸出電壓及非線性偏差的大小。解：圖3-11是一種等強(qiáng)度梁式力傳感器，(1)由K=(R/R)/ε得R/R=Kε，R1/R1K2.058001061.64103，(2)UoE[R1R1R3]3(120.19681)0.00123V(R1R1)R2R3R4120.196812023.9電阻應(yīng)變片阻值為120Ω，敏捷系數(shù)K=2，沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E21011N/m2，泊松比μ=0.3。求：(1)鋼柱受9.8104N拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的變化量R和相對變化量R；R若應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼，受相同拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的相對變化量。解：(1)由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系E，及應(yīng)力與受力面積的關(guān)系F，得F，AAEF9.81040.25103，AE0.05)2211(210RK20.251030.5103，RRRR1200.51030.06；R(2)由y，得RyRx30.15103。RyRxx第4章電感式傳感器4.3已知變氣隙厚度電感式傳感器的鐵芯截面積S1.5cm2，磁路長度L＝，20cm相對磁導(dǎo)率r5000，氣隙初始厚度00.5cm,＝±0.1mm，真空磁導(dǎo)率04107H/m，線圈匝數(shù)N＝3000，求單線圈式傳感器的敏捷度L/。若將其做成差動(dòng)構(gòu)造，敏捷度將怎樣變化？解：LL0,KLL000所以，K54100.510

3210.834。做成差動(dòng)構(gòu)造形式，敏捷度將提升一倍。4.5有一只差動(dòng)電感位移傳感器，已知電源電壓g400Hz，傳感器線圈電U4V，f阻與電感分別為R=40Ω,L=30mH，用兩只般配電阻設(shè)計(jì)成四臂等阻抗電橋，以下圖，試求：1）般配電阻R3和R4的值為多少時(shí)才能使電壓敏捷度達(dá)到最大。2）當(dāng)△Z=10Ω時(shí)，分別接成單臂和差動(dòng)電橋后的輸出電壓值。解：(1)R3=R4=R=40ΩggZ2RgZ2Z1(2)UoUUZ1Z2RR2(Z1Z2)ggZ2RgZ2Z1gZ210單臂電橋UoUUU4Z2RR2(Z1Z2)Z2)0.25VZ12(Z12(4040)差動(dòng)電橋幾何ggZ2RgZ2Z1gZ1Z2200.5V4.9惹起UoUUU4Z1Z2RR2(Z1Z2)2(Z1Z2)(40240)零點(diǎn)剩余電壓的原由是什么？怎樣除去零點(diǎn)剩余電壓？答：零點(diǎn)剩余電壓的產(chǎn)生原由：①（線圈）傳感器的兩個(gè)二次繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，致使它們產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢幅值不等、相位不一樣，構(gòu)成了零點(diǎn)剩余電壓的基波；②（死心）因?yàn)榇判再Y料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯），產(chǎn)生了零點(diǎn)剩余電壓的高次諧波（主假如三次諧波）；③（電源）勵(lì)磁電壓自己含高次諧波。零點(diǎn)剩余電壓的除去方法：①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；②采納適合的丈量電路，如差動(dòng)整流電路。4.10在使用螺線管電感式傳感器時(shí)，怎樣依據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的地點(diǎn)？答：常有的差動(dòng)整流電路如圖4-15所示。以圖4-15b為例剖析差動(dòng)整流的工作原理。由圖可知：不論兩個(gè)二次繞組的輸出剎時(shí)電壓極性怎樣，流經(jīng)電容C1的電流方向總是從2端到4端，流經(jīng)電容C2的電流方向老是從6端到8端，所以整流電路的輸出電壓為當(dāng)銜鐵位于中間地點(diǎn)時(shí)，U24U68，故輸出電壓Uo=0；當(dāng)銜鐵位于零位以上時(shí)，U24U68，則Uo0；當(dāng)銜鐵位于零位以下時(shí)，則有U24U68，Uo0。只好依據(jù)Uo的符號判斷銜鐵的地點(diǎn)在零位處、零位以上或以下，但不可以判斷運(yùn)動(dòng)的方向。4.11怎樣經(jīng)過相敏檢波電路實(shí)現(xiàn)對位移大小和方向的判斷？答：相敏檢測電路原理是經(jīng)過鑒識相位來鑒識位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反應(yīng)位移大小，又反應(yīng)位移極性的丈量信號。經(jīng)過相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的大小表示位移的大小，電壓的正負(fù)表示位移的方向。第5章電容式傳感器5.2有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器以下列圖所示，此中

a=10mm，b=16mm，兩極板間距為

d0

1mm

。丈量時(shí)，一塊極板在原始地點(diǎn)上向左平移了

2mm，求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移敏捷度K（已知空氣相對介電常數(shù)1，真空的介電常數(shù)08.8541012F/m）。解：電容變化量為即電容減小了2.8310-13F。C0.r.x.bx電容相對變化量d,C0.r.a.b0.2ad電容式傳感器的位移敏捷度（單位距離改變?nèi)瞧鸬碾娙萘肯鄬ψ兓镵CCx/a11100(m1),xxa10103或電容式傳感器的位移敏捷度（單位距離改變?nèi)瞧鸬碾娙萘孔兓镵CC1.4110-10(F/m)xa5.4有一個(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)灌水，當(dāng)灌水量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)該停止，試剖析用應(yīng)變電阻式傳感器或電容式傳感器來解決該問題的門路和方法。解：①電阻應(yīng)變片式傳感器解決此問題的方法拜見P48圖3-18所示的電阻式液體重量傳感器，UoShg，當(dāng)灌水達(dá)到桶容量的80%時(shí)，也就是位于感壓膜上的液體高度達(dá)到桶高4m的對應(yīng)位置時(shí)，輸出一個(gè)對應(yīng)的電壓，經(jīng)過一個(gè)電壓比較器就能夠在液位達(dá)到4m時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號，封閉閥門，停止灌水。②電容式傳感器解決此問題的方法拜見P80圖5-6所示的圓筒構(gòu)造變介質(zhì)型電容式傳感器，總的電容值為CC1C220(Hh)201h20H2h0(11)C02h0(11)在圓筒結(jié)ln(D/d)ln(D/d)ln(D/d)ln(D/d)ln(D/d)構(gòu)變介質(zhì)式電容傳感器中的液位達(dá)到桶高4m的對應(yīng)地點(diǎn)時(shí)，電容值達(dá)到一個(gè)特定值，接入丈量電路，就能夠在液位達(dá)到4m時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號，封閉閥門，停止注水。5.6試推導(dǎo)圖5-20所示變介質(zhì)型電容式位移傳感器的特征方程C=f(x)。設(shè)真空的介電常數(shù)為0，圖中21，極板寬度為W。其余參數(shù)以下圖。解：以x為界，能夠看作兩個(gè)電容器并聯(lián)，右側(cè)的電容器又能夠看作兩個(gè)電容器串聯(lián)。拜見P79圖5-5。故C101lx，C2101l(lx)，C2202l(lx)，C2C21C2212l(lx)，(d)dC21C221d2(d)總的電容量為C01lx12l(lx)。C1C22(d)1d5.7在題5.6中，設(shè)δ=d=1mm，極板為正方形（邊長50mm）。1=1，2=4。試針對x=0~50mm范圍內(nèi)，繪出此位移傳感器的特征曲線，并給予適合說明。01lx02l(lx)02l20(12)lxC解：CC1C2C0特征曲線是一條斜率為-1的直線。5.8某一電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r=4mm，工作初始空隙d=0.3mm，問：(1)工作時(shí)，假如傳感器與工件的空隙變化量d=2μm時(shí)，電容變化量為多少?(2)假如丈量電路的敏捷度S1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的敏捷度S2=5格/mV，在d=2μm時(shí)，讀數(shù)儀表的示值變化多少格?解：(1)C00rA8.85410-123.1415926(410-3)21.483510-12F，d0.310-3空隙增大C1dA8.85410-123.1415926(410-3)21.473510-12F，d(0.30.002)10-3C1C1-C0(1.4735-1.4835)10-12-0.0110-12F，空隙減小C2d-A8.85410-123.1415926(410-3)21.493310-12F，d(0.3-0.002)10-3C2C-C(1.4933-1.4735)10-120.0097910-12F，20(2)UCS11mV,格數(shù)變化US2格5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：①正壓電效應(yīng)就是對某些電介質(zhì)沿必定方向施之外力使其變形時(shí)，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。②當(dāng)在片狀壓電資料的兩個(gè)電極面上加上溝通電壓，那么壓電片將產(chǎn)活力械振動(dòng)，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電資料的這類現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。6.3試剖析石英晶體的壓電效應(yīng)原理。答：石英晶體的化學(xué)成分是SiO2，是單晶構(gòu)造，理想形狀六角錐體，如圖6-1a所示。石英晶體是各向異性資料，不一樣晶向擁有各異的物理特征，用x、y、z軸來描繪。軸：是經(jīng)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(gè)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(shí)垂直的軸為y軸，稱為機(jī)械軸（該方向只產(chǎn)活力械變形，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)”。石英晶體在沿必定的方向遇到外力的作用變形時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而看作使勁方向改變時(shí)，電荷的極性跟著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這類現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對石英晶體施加必定變電場，晶體自己將產(chǎn)活力械變形，外電場撤退，變形也隨之消逝，稱為逆壓電效應(yīng)。6.12將一壓電式力傳感器與一只敏捷度SV可調(diào)的電荷放大器連結(jié)，而后接到敏捷度為SX=20mm/V的光芒示波器上記錄，已知壓電式壓力傳感器的敏捷度為SP=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)的總敏捷度為S=0.5mm/Pa，試問：電荷放大器的敏捷度SV應(yīng)調(diào)為什么值(V/pc)？用該測試系統(tǒng)測40Pa的壓力變化時(shí)，光芒示波器上光點(diǎn)的挪動(dòng)距離是多少？解：(1)SSPSVSX(2)xS40Pa0.5mm/Pa40Pa20mm第7章磁敏式傳感器7.5什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動(dòng)勢與哪些要素相關(guān)？答：①一塊長為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感覺強(qiáng)度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向大將產(chǎn)生電動(dòng)勢Uh。這類現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N型半導(dǎo)體資料，且比較薄。②霍爾電勢IBIBUHEHbvBbnedRHdKHIB霍爾電勢與霍爾電場EH、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度b、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的厚度d、電子均勻運(yùn)動(dòng)速度v、磁場感覺強(qiáng)度B、電流I相關(guān)。③霍爾傳感器的敏捷度KHRH1。dned為了提升霍爾傳感器的敏捷度，霍爾元件常制成薄片形狀。又霍爾元件的敏捷度與載流子濃度成反比，所以可采納自由電子濃度較低的資料作霍爾元件。7.6某霍爾元件尺寸（l、b、d）為1.0cm×0.35cm×0.1cm，沿l方向通以電流I=1.0mA，在垂直lb面加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的敏捷度系數(shù)為22V/A.T，求其輸出的霍爾電動(dòng)勢和載流子濃度。解：①UHKHIB221.0103②由KH1，得ned第8章熱電式傳感器8.2熱電偶的工作原理是什么?答：熱電偶測溫基來源理：熱電偶測溫是鑒于熱電效應(yīng)的基來源理。依據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不一樣的導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路，假如將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度不一樣的熱源中，則在該回路中會產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，在必定條件下，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢與被測溫度成單值函數(shù)關(guān)系。所以，我們只需測得熱電動(dòng)勢值，即可間接獲取被測溫度。8.3什么是中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律？答：①中間導(dǎo)體定律熱電偶測溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只需中間導(dǎo)體兩頭的溫度相同，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(shí)，連結(jié)導(dǎo)線及顯示儀表等均可當(dāng)作中間導(dǎo)體。②中間溫度定律任何兩種均勻資料構(gòu)成的熱電偶，熱端為t，冷端為t0時(shí)的熱電勢等于該熱電偶熱端為t冷端為tc時(shí)的熱電勢與同一熱電偶熱端為tc，冷端為t0時(shí)熱電勢的代數(shù)和。應(yīng)用：對熱電偶冷端不為0℃時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長度不夠時(shí)，可依據(jù)中間溫度定律采納適合的賠償線路。③標(biāo)準(zhǔn)電極定律假如A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參照電極）構(gòu)成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢已知，則由這兩個(gè)導(dǎo)體A、B構(gòu)成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為適用價(jià)值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實(shí)質(zhì)工作中，只需獲取相關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對構(gòu)成熱電偶的熱電勢即可由上式求得，而不需逐一進(jìn)行測定。④均質(zhì)導(dǎo)體定律假如構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極的資料相同，不論兩接點(diǎn)的溫度能否相同，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢均為0。均質(zhì)導(dǎo)體定律有助于查驗(yàn)兩個(gè)熱電極資料成分能否相同及熱電極資料的均勻性。8.7用兩只K型熱電偶丈量兩點(diǎn)溫度，其連結(jié)線路以下列圖所示，已知t1=420℃,t0=30℃，測得兩點(diǎn)的溫差電動(dòng)勢為15.24mv，問兩點(diǎn)的溫度差是多少？假如丈量t1溫度的那只熱電偶錯(cuò)用的是E型熱電偶，其余都正確，試求兩點(diǎn)實(shí)質(zhì)溫度差是多少？(可能用到的熱電偶分度表數(shù)據(jù)見表一和表二，最后結(jié)果可只保存到整數(shù)位）表一K型熱電偶分度表（部分）工作端0102030405060708090溫度/℃熱電動(dòng)勢/mV000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.853.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.5610.9711.38111.79330012.2112.6213.0413.4613.87414.29214.7115.1315.55215.97440016.416.8217.2417.6618.08818.51318.9419.3619.78820.214解：①所以e(t2,0)e(420,0)e(t1,t22.0mv，查表得t2點(diǎn)的溫度為49.5℃，兩點(diǎn)間的溫度差為t1t2420-49.5=370.5℃。②假如丈量t2錯(cuò)用了E型熱電偶，則所以

eK

(t

2,0)

30.546

1.801

1.203

15.24

14.708mv查表得

t2點(diǎn)的溫度為

360℃，兩點(diǎn)間的溫度差實(shí)質(zhì)為

t1

t2

420-360=60℃。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

50℃,

若電位計(jì)上讀數(shù)是6.0mV，問熱電偶熱端溫度是多少？解：①查表，知K型熱電偶50℃對應(yīng)的電動(dòng)勢為2.022mV，②依照中間溫度定律得③按內(nèi)插值計(jì)算8.0227.737=197.125℃得熱端溫度為t=190(200190)8.1377.7378.9鉑電阻溫度計(jì)在100℃時(shí)的電阻值為139Ω，當(dāng)它與熱的氣體接觸時(shí)，電阻值增至281Ω，試確立該氣體的溫度（設(shè)0℃時(shí)電阻值為100Ω）。解：由

0℃時(shí)電阻值為

100Ω，可知該鉑電阻溫度計(jì)為分度號為

Pt100的鉑熱電阻，根據(jù)100℃時(shí)的電阻值為

139Ω，進(jìn)一步確立為分度號為

Pt100的鉑熱電阻。對應(yīng)于

281Ω的阻值，查Pt100分度表，對應(yīng)的溫度約為500℃。8.10鎳鉻-鎳硅熱電偶的敏捷度為0.04mV/℃，把它放在溫度為1200℃處，若以指示表作為冷端，此處溫度為50℃，試求熱電動(dòng)勢的大小。解：e(t1200,t50)K(120050)0.0410311500.046V8.11將一敏捷度為0.08mV/℃的熱電偶與電壓表相連結(jié)，電壓表接線端是50℃，若電位計(jì)上讀數(shù)是60mV，求熱電偶的熱端溫度。解：te(t,t50)5060K50=800℃0.088.12使用K型熱電偶，參照端溫度為0℃，丈量熱端溫度為30℃和900℃時(shí)，溫差電動(dòng)勢分別為1.203mV和37.326mV。當(dāng)參照端溫度為30℃、丈量點(diǎn)溫度為900℃時(shí)的溫差電動(dòng)勢為多少？解：依據(jù)中間溫度定律EAB(t,t0)EAB(t,tc)E(tc,t0)，有EAB(t900,t30)EAB(t900,t0)EAB(t0,t30)EAB(t900,t0)EAB(t30,t0)=37.326-1.203=36.123mV8.14熱電阻有什么特色？答：熱電阻測溫基來源理：熱電阻測溫是鑒于熱效應(yīng)的基來源理。所謂熱效應(yīng)，就是金屬導(dǎo)體的阻值會隨溫度的高升而增添或減小的現(xiàn)象。所以，我們只需測得金屬導(dǎo)體電阻的變化即可間接獲取被測溫度。8.15試剖析三線制和四線制接法在熱電阻丈量中的原理及其不一樣特色。答：熱電阻常用引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩線制的特色是構(gòu)造簡單、花費(fèi)低，可是引線電阻及其變化會帶來附帶偏差。主要合用于引線不長、測溫精度要求較低的場合。三線制的特色是可較好地減小引線電阻的影響。主要合用于大部分工業(yè)丈量場合。四線制的特色是精度高，能完整除去引線電阻對丈量的影響。主要合用于實(shí)驗(yàn)室等高精度丈量場合。8.17某熱敏電阻，其B值為2900K，若冰點(diǎn)電阻為500kΩ，求該熱敏電阻在100℃時(shí)的阻抗。解：擁有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，其阻值與溫度的關(guān)系可表示為RRTR0exp(BB)-2.8452,7.7717,10.6169tt0=500103exp(2.8452)5001030.05812=29kΩ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：光照耀到物體上使物體發(fā)射電子，或電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢等，這些因光照惹起物體電學(xué)特征改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。當(dāng)光照耀到金屬或金屬氧化物的光電資料上時(shí)，光子的能量傳給光電資料表面的電子，假如入射到表面的光能使電子獲取足夠的能量，電子會戰(zhàn)勝正離子對它的吸引力，離開資料表面進(jìn)入外界空間，這類現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。依據(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)是指物體遇到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)體內(nèi)，可分為因光照惹起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和因光照產(chǎn)生電動(dòng)勢的光生伏殊效應(yīng)兩種。光電導(dǎo)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)目明顯增添而電阻減小的現(xiàn)象。鑒于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。光生伏殊效應(yīng)是指光照在半導(dǎo)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，是將光能變成電能的一種效應(yīng)。鑒于光生伏殊效應(yīng)的光電器件典型的有光電池；別的，光敏二極管、光敏晶體管也是鑒于光生伏殊效應(yīng)的光電器件。9.22一個(gè)8位光電碼盤的最小分辨率是多少？假如要求每個(gè)最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度起碼為0.01mm，則碼盤半徑應(yīng)有多大？解：一個(gè)n位二進(jìn)制碼盤的最小分辨率是360/2n?！?位光電碼盤的最小分辨率是/28≈1.4°。碼盤周長為0.01mm28=0.01mm*256=2.56mm，碼盤半徑為2.56mm/2π≈0.4074mm9.23設(shè)某循環(huán)碼盤的初始地點(diǎn)為“0000”，