1、傳感器習(xí)題集及答案第01章 檢測與傳感器基礎(chǔ)1.1 什么是傳感器？按照國標(biāo)定義，“傳感器”應(yīng)該如何說明含義？1.1答：從廣義的角度來說，感知信號檢出器件和信號處理部分總稱為傳感器。我們對傳感器定義是：一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置。從狹義角度對傳感器定義是：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB766587）對傳感器（Sensor/transducer）的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置”。定義表明傳感器有這樣三層含義：它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的一種檢測裝置；能按一定規(guī)律將被測

2、量轉(zhuǎn)換成電信號輸出；傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系。按使用的場合不同傳感器又稱為變換器、換能器、探測器。1.2 傳感器由哪幾部分組成？試述它們的作用及相互關(guān)系。1.2答：組成由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路組成；關(guān)系，作用傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。1.3 簡述傳感器主要發(fā)展趨勢1.3答：數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等。1.4傳感器的靜態(tài)特性是什么？由哪些性能指標(biāo)描述？它們一般可用哪些公式表示？1.4答：靜

3、特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時(shí)，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來，靜特性曲線由實(shí)際測繪中獲得。人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇合適的傳感器。1.5傳感器的線性度是如何確定的？確定擬合直線有哪些方法？傳感器的線性度表征了什么含義？為什么不能籠統(tǒng)的說傳感器的線性度是多少。1.5答：1）實(shí)際傳感器有非線性存在，線性度是將近似后的擬合直線與實(shí)際曲線進(jìn)行比較，其中存在偏差，這個(gè)最大偏差稱為傳感器的非線性誤差，即線性度，2）選取擬合的方法很多，主要有：理論線性度(理論擬合)；端基線性度(端點(diǎn)連線擬合)；獨(dú)

4、立線性度(端點(diǎn)平移擬合)；最小二乘法線性度。3）線性度是表征實(shí)際特性與擬合直線不吻合的參數(shù)。4）傳感器的非線性誤差是以一條理想直線作基準(zhǔn)，即使是同一傳感器基準(zhǔn)不同時(shí)得出的線性度也不同，所以不能籠統(tǒng)地提出線性度, 當(dāng)提出線性度的非線性誤差時(shí)，必須說明所依據(jù)的基準(zhǔn)直線。1.6傳感器動態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？它們的意義是什么？1）傳感器動態(tài)特性主要有：時(shí)間常數(shù)；固有頻率；阻尼系數(shù)。2）含義：越小系統(tǒng)需要達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越少；固有頻率越高響應(yīng)曲線上升越快；當(dāng)為常數(shù)時(shí)響應(yīng)特性取決于阻尼比，阻尼系數(shù)越大，過沖現(xiàn)象減弱，時(shí)無過沖，不存在振蕩，阻尼比直接影響過沖量和振蕩次數(shù)。1.7有一溫度傳感器，微分方程為

5、，其中為輸出電壓（mV) , 為輸入溫度（）。試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。1.7解：對微分方程兩邊進(jìn)行拉氏變換，Y(s)(30s+3)=0.15X(s) 則該傳感器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： 該傳感器的時(shí)間常數(shù)=10，靈敏度k=0.05第02章 電阻式傳感器2.1 何為電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用時(shí)，會產(chǎn)生機(jī)械變形，同時(shí)機(jī)械變形會引起導(dǎo)體阻值的變化，這種導(dǎo)體材料因變形而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。當(dāng)外力作用時(shí)，導(dǎo)體的電阻率、長度、截面積都會發(fā)生變化，從而引起電阻值的變化，通過測量電阻值的變化，檢測出外界作用力的大小。2.2 什么是應(yīng)變

6、片的靈敏系數(shù)？它與金屬電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？金屬絲靈敏系數(shù)主要由材料的幾何尺寸決定的。受力后材料的幾何尺寸變化為，電阻率的變化為。而實(shí)際應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)包括基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應(yīng)。雖然長度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，金屬絲做成成品的應(yīng)變片（粘貼到試件上）以后，靈敏系數(shù)降低了。2.3 為什么增加應(yīng)變片兩端電阻條的橫截面積便能減小橫向效應(yīng)？敏感柵越窄，基長越長的應(yīng)變片，橫向效應(yīng)越小，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上兩端電阻條的橫截面積大的應(yīng)變片橫向效應(yīng)較小。2.4 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少，金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少？為什么有這種差別，說明其優(yōu)缺點(diǎn)

7、。舉例說明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。金屬導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化是利用機(jī)械形變產(chǎn)生的應(yīng)變效應(yīng)，對于半導(dǎo)體而言，應(yīng)變傳感器主要是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。金屬電阻絲的靈敏系數(shù)可近似寫為 ，即；半導(dǎo)體靈敏系數(shù)近似為 50100。2.5 一應(yīng)變片的電阻R=120，靈敏系數(shù)k=2.05，用作應(yīng)變?yōu)榈膫鞲性?。求：和?若電源電壓U=3V，初始平衡時(shí)電橋的輸出電壓U0。2.5解： 2.6 在以鋼為材料的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120的金屬應(yīng)變片R1和R2（如圖2-6a所示），把這兩應(yīng)變片接入電橋（見圖2-6b）。若鋼的泊松系數(shù)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k =2，電橋電源

8、電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測得應(yīng)變片R1的電阻變化值。試求：軸向應(yīng)變；電橋的輸出電壓。解1：1） 則軸向應(yīng)變?yōu)椋?2）電橋的輸出電壓為：解2：圖 2-6圖2-72.7 一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖2-7a所示。R1、R2、R3、R4按要求貼在等截面軸上。已知:等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E=21011N/m2，泊松比，且R1=R2=R3=R4=120, 所組成的全橋型電路如題圖2-7b所示，供橋電壓U=2V。現(xiàn)測得輸出電壓U0=2.6mV。求：等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌伲苛為多少？2.8 已知：有四個(gè)性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片（應(yīng)變靈敏系數(shù)）, 將其粘

9、貼在梁式測力彈性元件上，如圖2-8所示。在距梁端處應(yīng)變計(jì)算公式為設(shè)力，。求：說明是一種什么形式的梁。在梁式測力彈性元件距梁端處畫出四個(gè)應(yīng)變片粘貼位置，并畫出相應(yīng)的測量橋路原理圖；求出各應(yīng)變片電阻相對變化量；當(dāng)橋路電源電壓為6V時(shí)，負(fù)載電阻為無窮大，求橋路輸出電壓U0是多少？圖 2-8 2.8解：梁為一種等截面懸臂梁；應(yīng)變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個(gè)；2.9 圖2-9為一直流電橋，負(fù)載電阻RL趨于無窮。圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，試求： R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為R1=1.2時(shí)，電橋輸出電壓U0=? R1、R2為金屬應(yīng)變片，感應(yīng)應(yīng)變大小變化相同，其余為外

10、接電阻，電橋輸出電壓U0=? R1、R2為金屬應(yīng)變片，如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反，且R1=R2 =1.2，電橋輸出電壓U0=?2.9解:第03章 半導(dǎo)體傳感器3.1簡述氣敏電阻的檢測原理，其阻值如何變化？3.1答：利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電阻率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)氧化性氣體吸附到N型半導(dǎo)體，還原性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻值增大。當(dāng)還原性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，則載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。3.2 如何定義和計(jì)算半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度？：3.3 圖3-3為某種氣敏傳感器的檢測曲線，從圖中可以看出該傳感器最適

11、合用于哪種氣體的濃度檢測。圖3-33.3答：乙醇3.4 半導(dǎo)體氣體傳感器為什么要在高溫狀態(tài)下工作？加熱方式有哪幾種？加熱絲可以起到什么作用？1）因?yàn)樵诔叵?，電?dǎo)率變化不大，達(dá)不到檢測目的，因此以上結(jié)構(gòu)的氣敏元件都有電阻絲加熱器，加熱時(shí)間23分鐘，最佳工作溫度為200400。2）加熱方式分為直熱式和旁熱式。電阻型氣敏傳感器加熱的目的有兩個(gè)方面的因素，一是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)，提高靈敏度和響應(yīng)速度，另外使附著在傳感器元件殼面上的油霧、塵埃燒掉。3.5 什么叫氣敏傳感器的初期穩(wěn)定時(shí)間？恢復(fù)時(shí)間？第04章 壓電式傳感器4.1 什么是壓電效應(yīng)？什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？4.1答：某

12、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)。如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)4.2 什么是居里點(diǎn)溫度？4.2答：是指壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。4.3 壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？并對原因加以說明。4.3答：由壓電傳感器的等效電路可見，要保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系，只有在負(fù)載電阻較大，工作頻率較高時(shí)，傳感器電荷才能得以保存補(bǔ)充，需

13、要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，故壓電傳感器只能作動態(tài)測量，不宜作靜態(tài)信號測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測量電路一定的電流。4.4 壓電元件在使用時(shí)常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合？畫出兩種接法的示意圖和引線接法。4.4答：1）在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個(gè)壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。2）如果按相同極性粘貼，相當(dāng)兩個(gè)壓電片（電容）串聯(lián)。輸出總電容為

14、單片電容的一半，輸出電荷與單片電荷相等，輸出電壓是單片的兩倍；若按不同極性粘貼，相當(dāng)兩個(gè)壓電片（電容）并聯(lián)，輸出電容為單電容的兩倍，極板上電荷量是單片的兩倍，但輸出電壓與單片相等。4.6 己知電壓前置放大器輸人電阻及總電容分別為，求與壓電加速度計(jì)相配，測振動時(shí)幅值誤差是多少？4.6解：幅值誤差為：相對誤差為：4.7 一壓電加速度計(jì)，供它專用電纜的長度為，電纜電容為，壓電片本身電容為。出廠標(biāo)定電壓靈敏度為，若使用中改用另一根長電纜，其電容量為，問其電壓靈敏度如何改變？4.7解：可見電纜加長后電壓靈敏度下降。4.8 用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量加速度，已知：加速度計(jì)靈敏度為5PC/g，電荷放

15、大器靈敏度為50mV/PC，當(dāng)機(jī)器加速度達(dá)到最大值時(shí)，相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求該機(jī)器的振動加速度。4.8解：當(dāng)輸出幅值為2V時(shí)，機(jī)器振動加速度為：第05章 電感式傳感器5.1 何謂電感式傳感器？電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點(diǎn)？5.1答：電感式傳感器是一種機(jī)-電轉(zhuǎn)換裝置，電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測的一種裝置，傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。它可以用來測量位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、密度等參數(shù)。電感式傳感器種類：變磁阻式、變壓器式、渦流式等。5.2 提高電感式傳感器線性度有哪些有效的方法。5.2答：電感傳感器采用差動形式可有效改善線性度

16、。5.4 零點(diǎn)殘余電壓的產(chǎn)生原因。5.4答：差動變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時(shí)，在零點(diǎn)附近總有一個(gè)最小的輸出電壓，將鐵芯處于中間位置時(shí)，最小不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的主要原因是由于兩個(gè)次級線圈繞組電氣系數(shù)（互感 M 、電感L、內(nèi)阻R）不完全相同，幾何尺寸也不完全相同，工藝上很難保證完全一致5.5 為什么螺線管式電傳感器比變間隙式電傳感器有更大的測位移范圍？。5.5答：螺線管式差動變壓器傳感器利用互感原理，結(jié)構(gòu)是：塑料骨架中間繞一個(gè)初級線圈，兩次級線圈分別在初級線圈兩邊，鐵心在骨架中間可上下移動，根據(jù)傳感器尺寸大小它可測量1100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移。變間隙式電感傳感器

17、是利用自感原理，銜鐵的與鐵芯之間位移（氣隙）與磁阻的關(guān)系為非線性關(guān)系，可動線性范圍很小，因此測量范圍受到限制。5.10 什么叫電渦流效應(yīng)？說明電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。電渦流式傳感器的基本特性有哪些？它是基于何種模型得到的？5.10答：1）塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。2）形成渦流必須具備兩個(gè)條件：第一存在交變磁場；第二導(dǎo)電體處于交變磁場中。電渦流式傳感器通電后線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，金屬導(dǎo)體置于線圈附近。當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近交變磁場中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流，這個(gè)渦流同樣產(chǎn)生交變磁場。由

18、于磁場的反作用使線圈的等效電感和等效阻抗發(fā)生變化，使流過線圈的電流大小、相位都發(fā)生變化。通過檢測與阻抗有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行非電量檢測。3）因?yàn)榻饘俅嬖谮吥w效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi)，實(shí)際上渦流的分布是不均勻的。渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同，存在徑向分布和軸向分布。所以電渦流傳感器的檢測范圍與傳感器的尺寸（線圈直徑）有關(guān)。4）回路方程的建立是把金屬上渦流所在范圍近似看成一個(gè)單匝短路線圈作為等效模型。5.11 電渦流式傳感器可以進(jìn)行哪些物理量的檢測？能否可以測量非金屬物體，為什么？5.11答：1）凡是能引起變化的物理量，均可以引起傳感器線圈 的變化，可以進(jìn)行非電量檢測；如被測體（金屬）的電阻

19、率，導(dǎo)磁率，厚度，線圈與被測體之間的距離，激勵(lì)線圈的角頻率等都可通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗發(fā)生關(guān)系，使變化；若控制某些參數(shù)不變，只改變其中一個(gè)參數(shù)，便可使阻抗成為這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。2）電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體，這是由于傳感器本身特性決定的第06章 電容式傳感器6.1 如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？非線性隨相對位移的增加而增加，為保證線性度應(yīng)限制相對位移的大??；起始極距與靈敏度、線性度相矛盾，所以變極距式電容傳感器只適合小位移測量；為提高傳感器的靈敏度和改善非線性關(guān)系，變極距式電容傳感器一般采用差動結(jié)構(gòu)6.2 為什么高頻工作時(shí)的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化

20、？低頻時(shí)容抗較大，傳輸線的等效電感和電阻可忽略。而高頻時(shí)容抗減小，等效電感和電阻不可忽略，這時(shí)接在傳感器輸出端相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振，有一個(gè)諧振頻率存在，當(dāng)工作頻率諧振頻率時(shí)，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。通常工作頻率10MHz以上就要考慮電纜線等效電感的影響。6.3 差動式變極距型電容傳感器，若初始容量，初始距離，當(dāng)動極板相對于定極板位移了時(shí)，試計(jì)算其非線性誤差。若改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差有多大？6.3解：若初始容量，初始距離，當(dāng)動極板相對于定極板位移了時(shí)，非線性誤差為：改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差為：6.5 平板式

21、電容位移傳感器，已知：極板尺寸，極板間隙，極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度；若極板沿方向移動，求此時(shí)電容量。6.5解：對于平板式變面積型電容傳感器，它的靜態(tài)靈敏度為： 極板沿x方向相對移動2mm后的電容量為： 6.6 已知：圓盤形電容極板直徑，間距，在電極間置一塊厚的云母片（），空氣（）。求：無云母片及有云母片兩種情況下電容值及是多少？當(dāng)間距變化時(shí)，電容相對變化量及是多少？6.6解：1） 2）令，則 6.7在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動式變間隙電容傳感器和電橋測量電路，如圖6-7所示。已知：0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1k；Usr=60V(交流)，頻率f=400Hz。試求：(

22、1)該電容傳感器的電壓靈敏度Ku (V/m)；(2)當(dāng)電容傳感器的動極板位移=10m 時(shí)，輸出電壓Usc 值。圖6-76.707章 磁電式傳感器7.2 說明磁電感應(yīng)式傳感器產(chǎn)生誤差的原因及補(bǔ)償方法。磁電感應(yīng)式傳感器兩個(gè)基本元件，即永久磁鐵和線圈，永久磁鐵在使用前需要有穩(wěn)定性處理，主要是線圈中電流產(chǎn)生的磁場對恒定磁場的作用（稱為線圈磁場效應(yīng)）是不能忽略的，需要采用補(bǔ)償線圈與工作線圈相串聯(lián)加以補(bǔ)償。當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)傳感器溫度誤差較大，必須加以補(bǔ)償。7.3 為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率較高時(shí)，將隨頻率增加而下降？7.3答：因?yàn)榇烹姼袘?yīng)式傳感器的靈敏度為，振動頻率過高時(shí)，線圈阻抗增大，

23、使傳感器靈敏度隨振動頻率增加而下降7.4 什么是霍爾效應(yīng)？ 通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流與磁場垂直，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。7.5 霍爾元件常用材料有哪些？為什么不用金屬做霍爾元件材料？1）任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件。只有半導(dǎo)體材料適于制作霍爾元件。又因一般電子遷移率大于空穴的遷移率，所以霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體制造。2）金屬材料電子濃度雖然很高，但電阻率很小很小，使霍爾電勢很小，因此不適于做霍爾元件材料。7.6 霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些？7.6答：霍爾電勢不為零的原因是，霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等電位面

24、上；激勵(lì)電極接觸不良，半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因7.7 某一霍爾元件尺寸為，,，沿方向通以電流，在垂直于和的方向加有均勻磁場，靈敏度為，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。7.7解：7.9 霍爾元件靈敏度，控制電流，將它置于線性變化的磁場中，它輸出的霍爾電勢范圍有多大？7.9解：7.10有一霍爾元件，其靈敏度KH=1.2mV/mAkGs，把它放在一個(gè)梯度為5kGs/mm 的磁場中，如果額定控制電流是20mA，設(shè)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作0.1mm 的擺動，問輸出電壓范圍為多少?7.10解：對于梯度為5kGs/mm 的磁場，當(dāng)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作0.1mm 的擺動時(shí)，其磁場的變化B=5kGs

25、/mm0.1mm=0.5kGs則霍爾元件輸出電壓的變化范圍為UH = KH IB=1.2mV/mAkGs20mA(0.5kGs) =12mV第08章 熱電式傳感器8.1 什么是熱電效應(yīng)？熱電偶測溫回路的熱電動勢由哪兩部分組成？由同一種導(dǎo)體組成的閉合回路能產(chǎn)生熱電勢嗎？8.1答：1）兩種不同類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)有溫差時(shí)，導(dǎo)體回路里有電流流動會產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。2）熱電偶測溫回路中熱電勢主要是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。3）熱電偶兩個(gè)電極材料相同時(shí)，無論兩端點(diǎn)溫度如何變化無熱電勢產(chǎn)生8.2 為什么熱電偶的參比端在實(shí)際應(yīng)用中很重要？對參比端溫度處

26、理有哪些方法？：1）實(shí)際測量時(shí)利用這一性質(zhì)，可對參考端溫度不為零度時(shí)的熱電勢進(jìn)行修正。2）因?yàn)闊犭娕嫉姆侄缺砭且詤⒖级薚 =0為標(biāo)準(zhǔn)的，而實(shí)際應(yīng)用的熱電偶參考端往往T0，一般高于零度的某個(gè)數(shù)值，此時(shí)可利用中間溫度定律對檢測的熱電勢值進(jìn)行修正，以獲得被測的真實(shí)溫度。8.4 試比較熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器的特點(diǎn)。8.4答：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器特點(diǎn)如下： 熱電偶可以測量上千度高溫，并且精度高、性能好，這是其它溫度傳感器無法替代。 熱電阻結(jié)構(gòu)很簡單，金屬熱電阻材料多為純鉑金屬絲，也有銅、鎳金屬。金屬熱電阻廣泛用于測量-200+850溫度范圍，少數(shù)可以測量1000。

27、 熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，外形大小與電阻的功率有關(guān)，差別較大。熱敏電阻用途很廣，幾乎所有家用電器產(chǎn)品都裝有微處理器，這些溫度傳感器多使用熱敏電阻。8.5 某熱電偶靈敏度為0.04mV/，把它放在溫度為1200處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50，試求熱電勢的大??？8.5解：已知：熱電偶靈敏度為0.04mV/，把它放在溫度為1200處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50，則中間溫度為：1200-50=1150；熱電勢為： 0.04mV/1150=46mV或：EAB（T,0）= EAB（T,1200）+ EAB（50,0）= 12000.04mV/-500.04mV/=46mV8.6 某熱

28、電偶的熱電勢在E(600,0)時(shí)，輸出E=5.257 mV，若冷端溫度為0時(shí)，測某爐溫輸出熱電勢E=5.267 mV。試求該加熱爐實(shí)際溫度是多少？8.6解：已知：熱電偶的熱電勢E（600.0，0）=5.257 mV，冷端溫度為0時(shí)，輸出熱電勢E=5.267 mV，熱電偶靈敏度為：K = 5.257 mV/600 = 0. mV/該加熱爐實(shí)際溫度是：T= E/K = 5.267 mV/0. mV/0 = 601.148.7 已知鉑熱電阻溫度計(jì)0時(shí)電阻為, 100時(shí)電阻為139，當(dāng)它與某熱介質(zhì)接觸時(shí)，電阻值增至281，試確定該介質(zhì)溫度。（查分度表）8.7解：已知：鉑熱電阻溫度計(jì)0時(shí)電阻為，100時(shí)

29、電阻為139；可通過查表得：當(dāng)電阻值增至281時(shí)，介質(zhì)溫度為500。第09章 超聲波傳感器9.1 什么是超聲波？其頻率范圍是多少？9.1答：1）超聲波是人耳無法聽到的聲波。人耳聽見的聲波稱機(jī)械波，頻率在16Hz20kHz，一般說話的頻率范圍在100Hz8kHz之間，低于20Hz頻率的波稱為次聲波，高于20kHz頻率的波稱超聲波，頻率在300MHz300GHz之間的波稱為微波。2）超聲波頻率范圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲，9.2 超聲波在通過兩種介質(zhì)界面時(shí)，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？9.2答：當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換。9.3 超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用

30、什么效應(yīng)，檢測原理是什么？常用的超聲波傳感器（探頭）有哪幾種形式？簡述超聲波測距原理。9.3答：1）超聲波傳感器主要利用壓電材料（晶體、陶瓷）的壓電效應(yīng)，其中超聲波發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件，將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成接收元件，將超聲波機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號。2)按工作形式簡單超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式，兼用型傳感器是將發(fā)射（TX）和接收（RX）元件制作在一起，器件可同時(shí)完成超聲波的發(fā)射與接收；專用型傳感器的發(fā)送（TX）和接收（RX）器件各自獨(dú)立。按結(jié)構(gòu)形式有密封性和開放型，超聲波傳感器上一般標(biāo)有中心頻率（23kHz、40kHz、75kH

31、z、200kHz、400kHz），表示傳感器工作頻率。9.4 利用超聲波測厚的基本方法是什么？已知超聲波在工件中的聲速為5640m/s，測得的時(shí)間間隔t為22，試求工件厚度9.41）通過測得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔t和超聲波在介質(zhì)中傳播速度，便可以求得待測的厚度或物位。2）解：第10章 光電式傳感器10.1什么是內(nèi)光電效應(yīng)？什么是外光電效應(yīng)？說明其工作原理并指出相應(yīng)的典型光電器件。10.1答：當(dāng)用光照射物體時(shí)，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。1）當(dāng)光線照在物體上,使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)，典型的光電器件有光敏電阻；光照時(shí)物體中能產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象叫光生伏特效應(yīng)，光電池、光敏晶體管。2）在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)，典型的光電器件有光電管、光電倍增管。10.2普通光電器件都有哪些主要特性和參數(shù)？10.2答：光照特性；光譜特性；伏安特性；溫度特性；頻率特性等10.3什么是光敏電阻的亮電阻和暗電阻？暗電阻電阻值通常在