傳感器技術(shù)習(xí)題答案(第三版)傳感器技術(shù)習(xí)題答案(第三版)傳感器技術(shù)習(xí)題答案(第三版)xxx公司傳感器技術(shù)習(xí)題答案(第三版)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)。說明含義。線性度——表征傳感器輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標(biāo)。靈敏度——傳感器輸出量增量與被測(cè)輸入量增量之比。分辨力——傳感器在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的最小變化量。計(jì)算傳感器線性度的方法，差別。理論直線法：以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實(shí)際測(cè)試值無關(guān)。端點(diǎn)直線法：以傳感器校準(zhǔn)曲線兩端點(diǎn)間的連線作為擬合直線?！白罴阎本€”法：以“最佳直線”作為擬合直線，該直線能保證傳感器正反行程校準(zhǔn)曲線對(duì)它的正負(fù)偏差相等并且最小。這種方法的擬合精度最高。最小二乘法：按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的殘差平方和最小。2-1金屬應(yīng)變計(jì)與半導(dǎo)體工作機(jī)理的異同？比較應(yīng)變計(jì)各種靈敏系數(shù)概念的不同意義。（1）相同點(diǎn)：它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致材料的電阻發(fā)生變化所；不同點(diǎn)：金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相?duì)變化為輔；而半導(dǎo)體材料則正好相反，其應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變導(dǎo)致的電阻率的相對(duì)變化為主，而機(jī)械形變?yōu)檩o。（2）對(duì)于金屬材料，靈敏系數(shù)Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變化，一般μ≈，因此（1+2μ）=；后部分為電阻率隨應(yīng)變而變的部分。金屬絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)以結(jié)構(gòu)尺寸變化為主。對(duì)于半導(dǎo)體材料，靈敏系數(shù)Ko=Ks=(1+2μ)+πE。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)所致，而πE》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE。半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)主要基于壓阻效應(yīng)。2-3簡述電阻應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因及其補(bǔ)償辦法。電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應(yīng)所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。補(bǔ)償辦法：1、溫度自補(bǔ)償法（1）單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)(2)雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)2、橋路補(bǔ)償法（1）雙絲半橋式（2）補(bǔ)償塊法2-4試述應(yīng)變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。原因：上式分母中含ΔRi/Ri，是造成輸出量的非線性因素。無論是輸出電壓還是電流，實(shí)際上都與ΔRi/Ri呈非線性關(guān)系。措施：(1)差動(dòng)電橋補(bǔ)償法差動(dòng)電橋呈現(xiàn)相對(duì)臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過應(yīng)變計(jì)合理布片達(dá)到補(bǔ)償目的。常用的有半橋差動(dòng)電路和全橋差動(dòng)電路。(2)恒流源補(bǔ)償法誤差主要由于應(yīng)變電阻ΔRi的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可減小誤差。2-5如何用電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)成應(yīng)變式傳感器對(duì)其各組成部分有何要求一是作為敏感元件，直接用于被測(cè)試件的應(yīng)變測(cè)量；另一是作為轉(zhuǎn)換元件，通過彈性敏感元件構(gòu)成傳感器，用以對(duì)任何能轉(zhuǎn)變成彈性元件應(yīng)變的其他物理量作間接測(cè)量。要求：非線性誤差要?。?lt;%~%），力學(xué)性能參數(shù)受環(huán)境溫度影響小，并與彈性元件匹配。2-9四臂平衡差動(dòng)電橋。說明為什么采用。全橋差動(dòng)電路，R1,R3受拉，R2,R4受壓，代入，得由全等橋臂，得可見輸出電壓Uo與ΔRi/Ri成嚴(yán)格的線性關(guān)系，沒有非線性誤差。即Uo=f(ΔR/R)。因?yàn)樗谋鄄顒?dòng)工作，不僅消除了飛線性誤差，而且輸出比單臂工作提高了4倍，故常采用此方法。3-7電感傳感器產(chǎn)生零位電壓的原因和減小零位電壓的措施。差動(dòng)自感式傳感器當(dāng)銜鐵位于中間位置時(shí)，電橋輸出理論上應(yīng)為零，但實(shí)際上總存在零位不平衡電壓輸出(零位電壓)，造成零位誤差。措施：一種常用的方法是采用補(bǔ)償電路，其原理為：(1)串聯(lián)電阻消除基波零位電壓；2)并聯(lián)電阻消除高次諧波零位電壓；(3)加并聯(lián)電容消除基波正交分量或高次諧波分量。另一種有效的方法是采用外接測(cè)量電路來減小零位電壓。如前述的相敏檢波電路，它能有效地消除基波正交分量與偶次諧波分量，減小奇次諧波分量，使傳感器零位電壓減至極小。此外還可采用磁路調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(如可調(diào)端蓋)保證磁路的對(duì)稱性，來減小零位電壓。4-2變極距型電容傳感器產(chǎn)生非線性誤差的原因及如何減??？

原因：靈敏度S與初始極距的平方成反比，用減少的辦法來提高靈敏度，但的減小會(huì)導(dǎo)致非線性誤差增大。采用差動(dòng)式，可比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。5-12霍爾效應(yīng)是什么可進(jìn)行哪些參數(shù)的測(cè)量當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。利用霍爾效應(yīng)可測(cè)量大電流、微氣隙磁場(chǎng)、微位移、轉(zhuǎn)速、加速度、振動(dòng)、壓力、流量和液位等；用以制成磁讀頭、磁羅盤、無刷電機(jī)、接近開關(guān)和計(jì)算元件等等。6-1何謂壓電效應(yīng)正壓電與逆壓電一些離子型晶體的電介質(zhì)不僅在電場(chǎng)力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象。且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度σ)與外應(yīng)力張量T成正比：D=dT式中d——壓電常數(shù)矩陣。當(dāng)外力消失，電介質(zhì)又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。若對(duì)上述電介質(zhì)施加電場(chǎng)作用時(shí)，同樣會(huì)引起電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心的相對(duì)位移而導(dǎo)致電介質(zhì)產(chǎn)生變形，且其應(yīng)變S與外電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比：S=dtE式中dt——逆壓電常數(shù)矩陣。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱電致伸縮。6-6原理上，壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，但實(shí)用中，壓電式傳感器可能用來測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)量，為什么？壓電式測(cè)力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉力、壓力和力矩測(cè)量場(chǎng)合，通常較多采用雙片或多片石英晶片作壓電元件。由于它剛度大，動(dòng)態(tài)特性好；測(cè)量范圍廣，可測(cè)范圍大；線性及穩(wěn)定性高；可測(cè)單、多向力。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，就可測(cè)準(zhǔn)靜態(tài)力。7-1熱電式傳感器分類。各自特點(diǎn)。熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量變化的裝置。它可分為兩大類：熱電阻傳感器和熱電偶傳感器。熱電阻傳感器的特點(diǎn)：（1)高溫度系數(shù)、高電阻率。(2)化學(xué)、物理性能穩(wěn)定。(3)良好的輸出特性。(4).良好的工藝性，以便于批量生產(chǎn)、降低成本。熱電偶傳感器的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單（2）制造方便（3）測(cè)溫范圍寬（4）熱慣性?。?）準(zhǔn)確度高（6）輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳7-2常用的熱電阻。適用范圍。鉑、銅為應(yīng)用最廣的熱電阻材料。鉑容易提純，在高溫和氧化性介質(zhì)中化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，制成的鉑電阻輸出－輸入特性接近線性，測(cè)量精度高。銅在-50～150℃范圍內(nèi)銅電阻化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸出－輸入特性接近線性，價(jià)格低廉。當(dāng)溫度高于100℃時(shí)易被氧化，因此適用于溫度較低和沒有浸蝕性的介質(zhì)中工作。7-4利用熱電偶測(cè)溫必須具備哪兩個(gè)條件？（1）用兩種不同材料作熱電極（2）熱電偶兩端的溫度不能相同7-5什么是中間導(dǎo)體定律和連接導(dǎo)體定律它們?cè)诶脽犭娕紲y(cè)溫時(shí)有什么實(shí)際意義中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體A、B組成的熱電偶，當(dāng)引入第三導(dǎo)體時(shí)，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則第三導(dǎo)體對(duì)回路總熱電勢(shì)無影響。利用這個(gè)定律可以將第三導(dǎo)體換成毫伏表，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)溫度一致，就可以完成熱電勢(shì)的測(cè)量而不影響熱電偶的輸出。連接導(dǎo)體定律：回路的總電勢(shì)等于熱電偶電勢(shì)EAB(T,To)與連接導(dǎo)線電勢(shì)EA’B’(Tn,To)的代數(shù)和。連接導(dǎo)體定律是工業(yè)上運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)。7-6什么是中間溫度定律有什么實(shí)際意義EAB(T,Tn,To)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,To)這是中間溫度定律表達(dá)式，即回路的總熱電勢(shì)等于EAB(T,Tn)與EAB(Tn,To)的代數(shù)和。Tn為中間溫度。中間溫度定律為制定分度表奠定了理論基礎(chǔ)。7-7鎳絡(luò)-鎳硅介質(zhì)溫度800°C，參考端溫度為25°C，求介質(zhì)實(shí)際溫度？

t=介質(zhì)溫度+k*參考溫度（800+1*25=825）8-2外光電效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。外光電效應(yīng)：在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。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)，而引起材料電導(dǎo)率的變化的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)：在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。8-3比較光電池、光敏晶體管、光敏電阻及光電倍增管使用性能上的差別。光電池：光電池是利用光生伏特效應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)光照到PN結(jié)區(qū)時(shí)，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子-空穴對(duì)，在N區(qū)聚積負(fù)電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。8-5.怎樣根據(jù)光照特性和光譜特性來選擇光敏元件？