傳感器原理及應用習題答案完整版

1、. 傳感器原理及應用習題答案 習題1 . 2 習題2 . 4 習題3 . 8 習題4 . 10 習題5 . 12 習題6 . 14 習題7 . 17 習題8 . 20 習題9 . 23 習題10 . 25 習題11 . 26 習題12 . 28 習題13 . 32 ;. . 習題1 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換元件組成。 敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分，轉換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測

2、量的電信號部分。 由于傳感器的輸出信號一般都很微弱, 因此需要有信號調節(jié)與轉換電路對其進行放大、運算調制等。隨著半導體器件與集成技術在傳感器中的應用，傳感器的信號調節(jié)與轉換電路可能安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信號調節(jié)轉換電路以及傳感器工作必須有輔助的電源，因此信號調節(jié)轉換電路以及所需的電源都應作為傳感器組成的一部分。 1-2 簡述傳感器的作用和地位及其傳感器技術的發(fā)展方向。 答：傳感器位于信息采集系統(tǒng)之首，屬于感知、獲取及檢測信息的窗口，并提供給系統(tǒng)賴以進行處理和決策所必須的原始信息。沒有傳感技術，整個信息技術的發(fā)展就成了一句空話?？茖W技術越發(fā)達，自動化程度越高

3、，信息控制技術對傳感器的依賴性就越大。 發(fā)展方向：開發(fā)新材料，采用微細加工技術，多功能集成傳感器的研究，智能傳感器研究，航天傳感器的研究，仿生傳感器的研究等。 1-3 傳感器的靜態(tài)特性指什么？衡量它的性能指標主要有哪些？ 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)時的輸出輸入關系。與時間無關。 主要性能指標有：線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。 1-4 傳感器的動態(tài)特性指什么？常用的分析方法有哪幾種？ 答：傳感器的動態(tài)特性是指其輸出與隨時間變化的輸入量之間的響應特性。 常用的分析方法有時域分析和頻域分析。時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。 1-5 解釋傳感器的無失真測試

4、條件。 ;. . 答：對于任何一個傳感器(或測試裝置),總是希望它們具有良好的響應特性,精度高、靈敏度高，輸出波形無失真的復現(xiàn)輸入波形等。實現(xiàn)上述要求，需要滿足一定的條件，稱此條件為傳感器的無失真測試條件。 1-6 傳感器的標定有哪幾種？為什么要對傳感器進行標定？ 答：傳感器的標定分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩種。 靜態(tài)標定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和重復性等。 動態(tài)指標標定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。 ;. . 習題2 的原因及其補償方法。 (溫度誤差)2-1簡述電阻應變片產生熱輸出答：應變計的溫度效應及其熱輸出由兩部分組

5、成：前部分為熱阻效應所造成；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，這種熱輸出干擾必須加以補償。 熱輸出補償就是消除對測量應變的干擾。常采用溫度自補償法和橋路補償法。 試述應變電橋產生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。 2-2答：應變電橋產生非線性的原因：制作應變計時內部產生的內應力和工作中出現(xiàn)的剪應力，使絲柵、基底，尤其是膠層之間產生的“滑移”所致。 消減非線性誤差的措施：選用彈性模量較大的粘結劑和基底材料，適當減薄膠層和基底，并使之充分固化，有利于非線性誤差的改善。 ? ?對其各組成部分有何要求2-3如何用電阻應變片構成應變式傳感器答：一是作為敏感元件，直接用于被測試

6、件的應變測量；另一是作為轉換元件，通過彈性元件構成傳感器，用以對任何能轉變成彈性元件應變的其它物理量作間接測量。用作傳感器的應變計，應有更高的要求，尤其非線性誤差要小(0.05%0.1%F.S.)，力學性能參數(shù)受環(huán)境溫度影響小，并與彈性元件匹配。 2-4、現(xiàn)有柵長為3mm和5mm兩種絲式應變計，其橫向效應系數(shù)分別為5%和3%，欲用來測量泊松比=0.33的鋁合金構件在單向應力狀態(tài)下的應力分布(其應力分布梯度較大)。試問：應選用哪一種應變計?為什 ?么 ?ddRdR知和答：應選用柵長為5mm的應變計。由公式?2)?(1?K?)?2C)?(1?2?(1 xxxm?RR應力大小是通過測量應變片電阻的變

7、化率來實現(xiàn)的。電阻的變化率主要由受力后金屬絲幾何尺寸變化所致部分（相對較大）加上電阻率隨應變而變的部分（相對較小）。一般金屬0.3，因此(1+2)1.6；后部分為電阻率隨應變而變的部分。以康銅為例，C1，C(1-2)0.4，所以此時K0=Km2.0。顯然，金屬絲材的應變電阻效應以結構尺寸變化為主。從結構尺寸看，柵長為5mm的絲式應變計比柵長為3mm的應變計在相同力的作用下，引起的電阻變化大。 3211的鋼構件承受諧振力N/m的應變計檢測彈性模量、現(xiàn)選用絲柵長2-510mmE=210、密度=7.8g/cm;. . 0.5%。試確定構件的最大應變頻率限。作用下的應變，要求測量精度不低于答：機械應變

8、波是以相同于聲波的形式和速度在材料中傳播的。當它依次通過一定厚度的基底、l而為應變計所響應時，就會有時間的遲后。應變計的這種響應)和柵長膠層(兩者都很薄，可忽略不計?v?ell或f?6?e6maxmaxv?l 為聲波在鋼構件中傳播的速度；(高頻)應變測量，尤會產生誤差。由式中遲后對動態(tài) 又知道聲波在該鋼構件中的傳播速度為：36211?m102?10?N/m?E; ?3?kg108?7.228s/?10m?9.8Kg2?4s10/m?1.585? ；7.8kg4m/s585?10v1.6|e|f?6?0.5%?112kHz?？伤愕?max?3?10?10lml=150mm，固、為什么常用等強度懸

9、臂梁作為應變式傳感器的力敏元件? 現(xiàn)用一等強度梁：有效長2-652支處寬b=18mm，厚h=5mm，彈性模量E=210N/mm，貼上4片等阻值、K=2的電阻應變計，并接入四等臂差動電橋構成稱重傳感器。試問： 1)懸臂梁上如何布片?又如何接橋?為什么? 2)當輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時的稱重量為多少? F作用在彈性臂梁自由端時，懸臂梁產生變形，在梁的上、下表面對稱位置上應變大小答：當力RRRRU與 相當，極性相反，若分別粘貼應變片、 、，并接成差動電橋，則電橋輸出電壓 和o24136Fl? x2EbhF不隨應變片粘貼位置變化。成正比。等強度懸臂梁的應變 力01）、懸臂梁上布片如圖2-2

10、0a所示。接橋方式如圖2-20b所示。這樣當梁上受力時，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受壓，阻值減小，使差動輸出電壓成倍變化?？商岣哽`敏度。 2）、當輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時的稱重量為： 計算如下：2EFlbh6?UK?F?UUKU oixoi26KlUbhEF=33.3N； 由公式：代入各參數(shù)算i01牛頓=0.102千克力；所以，F(xiàn)=3.4Kg。此處注意：F=m*g；即力=質量*重力加速度；1N=1Kg*9.8m/s.2力的單位是牛頓（N）和質量的單位是Kg；所以稱得的重量應該是3.4Kg。 ;. . ; 如?2-7、何謂壓阻效應?擴散硅壓阻式傳感器與貼片型電阻應變

11、式傳感器相比有什么優(yōu)點，有什么缺點? 何克服 “壓阻效應”是指半導體材料（鍺和硅）的電阻率隨作用應力的變化而變化的現(xiàn)象。答：優(yōu)點是尺寸、橫向效應、機械滯后都很小，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。靈敏系數(shù)隨受拉或壓而變，測量較大應變時非線性嚴重；缺點是電阻值和靈敏系數(shù)隨溫度穩(wěn)定性差， 的誤差。(3-5)%之間，因而使得測量結果有(3-5)%且分散度大，一般在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。 ，用作應變片為800m/m的傳感元件。2-8 、一應變片的電阻R=120，k=2.05 R/R和R；

12、a.求 U=3V，惠斯登電橋初始平衡，求輸出電壓U。b.若電源電壓0dRdldR3?1064?k?1. ；所以；答：m/m此處=800?K?1(?2)?C1?2)xmRxxmxlR3?.1970?12064?R?1.?10? ；全橋電路連接時，輸出電壓可按下式計算： ?R1UU?0RnRR，為橋臂比；此處取四個電阻相等，所以n=1；算得U=4.92mV/。 式中10122-9、在材料為鋼的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120的應變片R1和R2，把這兩片應變片接入差動電橋（如圖2-19），若鋼的泊松系數(shù)=0.285，應變片的靈敏度系數(shù)k=2，電橋電源電壓U=2V，當試件受軸向拉

13、伸時，測得應變片的電阻變化R1=0.48 ，求電橋的輸出電壓U0為多少？ ;. . 圖2-12a半橋電路 ?R0.48R?;總的應答：由軸向應變引起的電阻變化；可求的軸向應變系數(shù)?10020?.?1K? x xRK120?2R11?00257.?0?1?01?.285?.002?；變系數(shù) xyxU?imVk?U?572. 又 04 或：也可以根據(jù)分壓定律來做。得U0=2.567mV。;. . 習題3 3-1 分析比較變磁阻式自感傳感器、差動變壓器式互感傳感器和渦流傳感器的工作原理和靈敏度。 答：1）、變磁阻式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯

14、和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當銜鐵移動時，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。 變間隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾，所以變隙式電感式傳感器用于測量微小位移時是比較精確的。為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。 2）、差動變壓器式互感傳感器：把被測的非電量變化轉換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組都用差動形式連接。應用最多的是螺線管式差動變壓器可測量1-100mm的機械位移量

15、，靈敏度高。 3）、渦流傳感器的工作原理是根據(jù)法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈旋渦狀的感應電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應。根據(jù)電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。靈敏度高。 3-2 試設計一個測量空氣壓縮機主軸徑向振動的傳感器和測量系統(tǒng)，畫出原理框圖并簡述工作過程。 答：采用變隙電感式傳感器，使銜鐵與主軸端面相連，或直接用主軸端面做銜鐵。根據(jù)主軸軸向振動的幅值，安放好鐵心和線圈。這樣，當主軸軸向振動時，就會改變氣隙的大小，使流過線圈的電流發(fā)生變化。從電流波形幅值就可以測出振動的幅值和頻率值。 3-3 某線性差動變壓

16、器式傳感器激勵電源工作頻率為200Hz，峰-峰為6V，若銜鐵運動頻率為20Hz的正弦波，它的位移幅值為2mm，已知傳感器的靈敏度為2V/mm，試畫出激勵電壓、輸入位移和輸出電壓波形，并畫出適當?shù)臏y量電路。 答：參照P57頁圖3-15和3-16圖。采用相敏檢波電路，測出位移的變化值。 ）3-4 什么是渦流？電渦流傳感器為什么屬于電感傳感器？（提示：從其等效電路的阻抗計算來說明。答：根據(jù)法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈旋渦狀的感應電流，此電流叫電渦流。 ;. . 電渦流傳感器的敏感元件是線圈，當給線圈通以交變電流并使它接近金屬導體時，線圈

17、產生的磁場就會被導體電渦流產生的磁場部分抵消，使線圈的電感量、阻抗和品質因數(shù)發(fā)生變化。所以，屬于電感傳感器。 ;. . 習題4 -42，已知空氣，兩極板間的距離為1mm810m4-1 有一只變極距電容傳感元件，兩極板重疊有效面積為 1.0006，試計算該傳感器的位移靈敏度。的相對介電常數(shù)是?C/C10?k g?， 答：由變極距型電容傳感器知識可知，其位移靈敏度0?1kg?10。，代入數(shù)據(jù)可以求得： 由已知條件可知 4-2 簡述電容式傳感器的工作原理。?SS0r?C ?，電容式傳感器的基本原理就是基于物體答： 有物理知識可知，物體間的電容量?發(fā)生變化時，間的電容量與其結構參數(shù)之間的關系來實現(xiàn)。也

18、即當被測參數(shù)變化使得上式中的S或、電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉?C，這就組成了電容式傳感器。換為電容量的變化 4-3 電容式傳感器的測量電路有哪些？ 答： 電容式傳感器的測量轉換電路主要有調頻式電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋電路、脈沖寬度調制電路等。 4-4 簡述電容式傳感器的優(yōu)點。65 答： 電容式傳感器的優(yōu)點體現(xiàn)在： 1) 結構簡單，體積小，分辨率高；2) 可實現(xiàn)非接觸測量；3) 動態(tài)響應好；4) 溫度穩(wěn)定性好，本身發(fā)熱極小；5) 能在高溫輻射和強振動等惡劣環(huán)境下工作。 4-5 采用運算放大器作為電容傳感器的測量電路

19、，其輸出特性是否為線性？為什么？ ?C?U?U i0?S輸入特性關系為：/答：采用運算放大器作為電容傳感器的測量電路時，其輸出。 ?成線性關系。因此，運算放大器式電路解決了單個變極可見運算放大器的輸出電壓與極板間距離板間距離式電容傳感器的非線性問題。但要求輸入阻抗Zi及放大倍數(shù)足夠大。同時，為保證儀器精度，;. . 還要求電源電壓的幅值和固定電容C值穩(wěn)定。 ;. . 習題5 5-1 為什么壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量，只能用于動態(tài)測量中？而且是頻率越高越好？ 答：壓電式傳感器的測量基于壓電效應，而且在測量時必須保證：壓電元件在產生壓電效應過程中必須沒有電荷泄露。在做靜態(tài)測量時，要做到外力作用在

20、壓電元件時所產生的電荷能在無泄漏的情況下進行完全保存，這實際上是不可能的，因此壓電式傳感器用于靜態(tài)測量是不合適的。要實現(xiàn)測量時電荷無泄漏的條件，只有使壓電元件在交變力的作用下，才能夠促使壓電效應產生的電荷不斷得到補充，以供給測量回路一定的電流，因此說壓電傳感器只能用于動態(tài)測量。而且頻率越高，補充電荷的時間越短，保證測量時的無電荷泄露效果更好。 5-2 簡述石英晶體和壓電陶瓷的工作原理？ 答：石英晶體屬于壓電晶體，工作原理是壓電效應，對其加力后，會產生縱向壓電效應和橫向壓電效應等。 壓電陶瓷的是一種經極化處理后的人工多晶鐵電體。其工作原理也是壓電效應，但要使壓電陶瓷產生壓電性，必須先對其進行極化

21、處理。 5-3 簡述壓電式傳感器的特點及主要的應用？ 答：壓電式傳感器的特點體現(xiàn)在： （1）靈敏度和分辨率高，線性范圍大，結構簡單、牢固，可靠性好，壽命長； （2）體積小，重量輕，剛度、強度、承載能力和測量范圍大，動態(tài)響應頻帶寬，動態(tài)誤差小； （3）易于大量生產，便于選用，使用和校準方便，并適用于近測、遙測。 壓電式傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。 5-4 簡述壓電點火元件的工作原理？ 答：圖5-13是利用壓電陶瓷制造的發(fā)火元件示意圖，其工作原理為：當壓電陶瓷元件接受機械沖擊時，即刻產生高壓脈沖電壓可達數(shù)千伏，瞬間電流可達數(shù)萬安，并在電極尖端放電而產生電弧。能用于電子打火機、燃灶、

22、導彈引爆器中的點火器的發(fā)火元件。 ;. . 如圖5-13所示液化氣電子點火裝置具體操作過程是： 當迅速按下手動凸輪開關1時，氣閥6打開，同時凸輪凸出部分推動沖擊砧2，沖擊砧對彈簧3向左壓縮，當凸輪凸出部分離開沖擊砧時，沖擊砧在彈簧彈力作用下，迅速撞擊陶瓷壓電組件4，壓電效應產生，在其兩極面上產生大量電荷，通過導線5在尖端放電產生火花，液化氣被著火點燃。 ;. . 習題6 6-1 簡述變磁通式和恒磁通式磁電傳感器的工作原理。 答：磁電式傳感器（也稱電磁感應傳感器）：它是基于電磁感應原理工作的傳感器。利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端輸出感應電勢。改變磁通方法或用線圈切割磁力線方法產生感應電動

23、勢，所以磁電式傳感器可以分為變磁通式和恒磁通式兩種類型。 變磁通式傳感器工作原理：產生磁場的永久磁鐵和線圈都固定不動，通過磁通的變化產生感應電動勢e。變磁通式又稱磁阻式，常用于角速度的測量。 恒磁通式傳感器工作原理：氣隙磁通保持不變，感應線圈與磁鐵作相對運動，線圈切割磁力線產生感應電勢。 6-2 磁電式傳感器的誤差及其補償方法是什么？ 答：磁電式傳感器的誤差包括非線性誤差和溫度誤差兩種。 I流過時，將產生一定的）磁電式傳感器產生非線性誤差的主要原因是：由于傳感器線圈內有電流1?I,此交變磁通疊加在永久磁鐵所產生的工作磁通上，使恒定的氣隙磁通變化。當傳感器線圈交變磁通相對于永久磁鐵磁場的運動速度

24、增大時，使得傳感器的靈敏度隨著被測速度的增大而降低。結果是線圈運動速度方向不同時,傳感器的靈敏度具有不同的數(shù)值，使傳感器輸出基波能量降低，諧波能量增加，即這種非線性特性同時伴隨著傳感器輸出的諧波失真。顯然，傳感器靈敏度越高，線圈中電流越大，這種非線性失真越嚴重。 對非線性誤差的補償采用在傳感器中加入補償線圈，補償線圈中通以經放大K倍的電流。適當選擇補償線圈參數(shù)，可使其產生的交變磁通與傳感線圈本身所產生的交變磁通互相抵消，從而達到減小非線性誤差的目的。 2）磁電式傳感器產生溫度誤差的原因主要是由于銅質線圈材料的長度、電阻值以及鐵磁材料的磁感應強度等因素受溫度變化的影響，因而會產生一定的溫度誤差。

25、 對溫度誤差的補償通常采用熱磁分流器。熱磁分流器由具有很大負溫度系數(shù)的特殊磁性材料做成。;. . 它在正常工作溫度下已將空氣隙磁通分路掉一小部分。當溫度升高時，熱磁分流器的磁導率顯著下降，經它分流掉的磁通占總磁通的比例較正常工作溫度下顯著降低，從而保持空氣隙的工作磁通不隨溫度變化，維持傳感器靈敏度為常數(shù)。 6-3 磁電式傳感器測量扭矩的工作原理是什么？ u兩個磁電傳感器輸出的感應電壓當扭矩作用在扭轉軸上時，答：磁電式傳感器測量扭矩的工作原理：1u存在相位差。這個相位差與扭轉軸的扭轉角成正比。這樣，傳感器就可以把扭矩引起的扭轉角轉和2換成相位差的電信號。 6-4 什么是霍爾效應？霍爾電勢與哪些因

26、素有關？ 答：置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。 RIBH?KU?IB HHdU正比于激勵 ，由表達式可知，霍爾電勢霍爾器件工作產生的霍爾電勢為HdRKBI成反比。，其靈敏度成正比，而與霍爾片厚度與霍爾系數(shù)電流及磁感應強度 HH 6-5 影響霍爾元件輸出零點的因素有哪些？怎樣補償？ 答：影響霍爾元件輸出零點的因素主要是霍爾元件的初始位置。 ?x?0時，霍霍爾位移傳感器，是由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器，在霍爾元件處于初始位置U不等于零?；魻柺轿灰苽鞲衅鳛榱双@得較好的線性分布，在磁極端面裝有極靴

27、，霍爾元件調爾電勢HU0。 整好初始位置時，可以使霍爾電勢H 6-6 溫度變化對霍爾元件輸出電勢有什么影響？如何補償？ ?T?KK?1K0HH，大多數(shù)霍爾元件的溫答：霍爾元件的靈敏系數(shù)是溫度的函數(shù)，關系式為：H?是正值，因此，它們的霍爾電勢也將隨溫度升高而增加T倍。度系數(shù) 補償溫度變化對霍爾電勢的影響，通常采用一種恒流源補償電路。基本思想是：在溫度增加的同時，IK?IK增加的相應地減小，并能保持讓激勵電流乘積不變，也就可以相對抵消溫度對靈敏系數(shù)HH?;. . 影響，從而抵消對霍爾電勢的影響。 U?x成正比關系出電壓。與位移 傳試6-7 證明霍爾式位移感器的輸H答：略 RR進行溫度路串聯(lián)電阻源載

28、時，利用恒壓和輸入回接元分6-8 試析霍爾件輸出有負L補償?shù)臈l件。 答：略 UU乘法運算，若采用霍爾元件作為運算器，請?zhí)岢鲈O計、電兩進6-9 要行個壓方案，12并畫出測量系統(tǒng)的原理圖。 答：略 ;. . 7 習題 在煉鋼廠中，有時直接將廉價熱電極（易耗7-1 品，例如鎳鉻、鎳硅熱偶絲，時間稍長即熔化）插 1 鋼水包；試說明測入鋼水中測量鋼水溫度，如圖 7-27所示。量鋼水溫度的基本原理？為什么不必將工作端焊在3鋼熔融體； 2要滿足哪些條件才不影響測量精度？采用一起？ 上述方法是利用了熱電偶的什么定律？如果被測物 A 、熱電極 不是鋼水，而是熔化的塑料行嗎？為什么？答：測量鋼水溫度的基本原理是利

29、用了熱電效補償導7、B4 應；因為鋼水是導體，又處在同一個溫度下，把鋼 線接線柱 水看作是第三導體接入，利用了熱電偶的導體接入 用浸入式熱電偶測量熔融金屬示意圖圖727 定律；如果被測物不是鋼水，而是熔化的塑料不行，因為，塑料不導電，不能形成熱電勢。 7-2用熱電偶測溫時為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？熱電勢才是被測溫度的單答：由熱電偶測溫原理已經知道，只有當熱電偶的冷端溫度保持不變時，容易受到周圍環(huán)值函數(shù)。在實際應用時，往往由于熱電偶的熱端與冷端離得很近，冷端又暴露于空間， 境溫度波動的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。為此常采用下述幾種冷端溫度補償或處理方法：時進行1

30、）冰浴法：在實驗室條件下常將熱電偶冷端置于冰點恒溫槽中，使冷端溫度恒定在0（為基礎而制成的，）冷端溫度修正：熱電偶分度表是以冷端溫度為0測溫，這種方法稱為冰浴法；（2冷端補償導線：）所以如欲直接利用分度表根據(jù)顯示儀表的讀數(shù)求得溫度必須使冷端溫度保持為0；（3）（實際測溫時，由于熱電偶長度有限，自由端溫度將直接受到被測物溫度和周圍環(huán)境溫度的影響；4 冷端補償器；（5）儀表機械零點調整法。 7-3熱電阻溫度計有哪些主要優(yōu)點？）高溫度系數(shù)、高電阻率。這樣在同樣條件下可加快反應速度，提高靈敏度，1（答：熱電阻具有：）2減小體積和重量。（）化學、物理性能穩(wěn)定。以保證在使用溫度范圍內熱電阻的測量準確性。（

31、3 4）良好的工藝性，適合批量生產、降低成本。良好的輸出特性。即有線性的或者接近線性的輸出。（ 7-4熱電偶結構由哪幾部分組成？ 答：熱電偶的基本結構是由熱電極、絕緣材料、保護管和接線端子組成。;. . t，用高精度毫伏表測得這時的熱電勢為40為用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測溫度，已知冷端溫度7-50 ，求被測點溫度？29.186mV 的040時相對于答：查K分度表，熱電偶在 1.6118mV; 熱電勢為：)(40,0U(t,40)?U(Ut,0)? 由公式：=29.186+1.6118mV=30.798mV; 。 分度表得被測點溫度值為：740查K型動圈儀表組成的熱電7-29為利用 XCT-10

32、1 7-6圖 偶測溫、控溫電路。請正確連線。交流電從接線排引入，經過交答：主回路：380V 流接觸器，到退火電爐主加熱回路。 型動圈儀表組成利用 XCT-101 圖 729 熱電偶測溫、控溫電路獲得低壓直單相電給控制盒，檢測回路：取220V流電，給檢測回路供電；熱電偶接入控制盒輸入端，火L1經內部處理電路，控制直流繼電器線圈，用直流繼電器的常開觸點控制交流接觸器的線圈電壓。直流繼電器的公共端接交流電線圈另一端接直流繼電器的常開觸電端，線經過交流接觸器的線圈一端， 的零線。使得當直流繼電器吸合時，交流接觸器線圈得點，吸合。工作過程：上電后，熱電偶傳感器檢測退火爐中的溫度，當溫度低于要求的溫度點時

33、，交流接觸器交流線圈得電吸合，退火爐加熱；當傳感器檢測到退火爐的溫度高于要求值后，控制直流繼電器釋放， 接觸器線圈失電，主回路斷電，退火爐不加熱。從而達到控制爐溫在設定的范圍。 7-7請簡要敘述一下熱敏電阻的優(yōu)缺點及改進措施。 答：熱敏電阻的優(yōu)點： 106的溫度變化；（1）靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出（目前最高315）工作溫度范圍寬，常溫器件適用于2-55315，高溫器件適用溫度高于（ -27355；2000可達到），低溫器件適用于 （3）體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度； 100k4（）使用方便，電阻值可在0.1間任意選擇；

34、 （5）易加工成復雜的形狀，可大批量生產； 6（）穩(wěn)定性好、過載能力強 缺點是：互換性差，非線性嚴重。;. . 用熱敏電阻測溫，提高精度的改進措施：由于熱敏電阻的非線性，采用并聯(lián)一個固定阻值的溫度特性反得的電阻，或在電路處理上，采用分段處理，提高精度；對于互換性差的處理，在電路上增加調節(jié)電位器，在更換新的熱敏電阻后，重新標定（調整電路的零點和滿量程）。 7-8要測1000左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500左右的高溫呢？ 答：根據(jù)不同分度的熱電偶的特性。測1000左右的高溫選用熱電偶時要考慮：測溫范圍，價格等因素。K分度熱電偶的熱電勢大，線性好，穩(wěn)定性好，價廉；多用于工業(yè)測量，測溫范

35、圍-270?1370；可選。還可選N分度的。 要測1500左右的高溫，選擇熱電偶可選S系列、R系列和B系列，測溫范圍：-50?1768；B分度的太貴，R系列的性能穩(wěn)定，還原性好，但不能在金屬蒸汽中使用。 7-9使用k型熱電偶，基準接點為0、測量接點為30和900時，溫差電動勢分別為1.203mV和37.326mV。當基準接點為30，測溫接點為900時的溫差電動勢為多少？ U(900,0)?U(900,30)?U(30,0)U(900,30)?U(900,0)?U(30,0)? ，得：答：由公式當基準接點為30，測溫接點為900時的溫差電動勢為:37.326-1.203=36.123mV。 ;.

36、 . 習題8 8-1什么叫光電效應？光電效應有哪幾種？什么叫外光電效應、內光電效應、光電導效應、光生伏特效應？ 答：1）、光電效應：當一個光子和原子相碰撞時，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)象稱為光電效應。 2）、光電效應分為外光電效應、內光電效應和光電伏特效應三種。 3）、外光電效應：在光線作用下，物體內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。 4）、內光電效應:在光線作用下，物體的導電性能發(fā)生變化或產生光生電動勢的效應稱為。 5)、光電導效應：在光線作用下，對于半導體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子空穴對

37、，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象稱為光電導效應。 6）、光電伏特效應：在光線的作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱為光電伏特效應?；谠撔墓怆娖骷泄怆姵亍?8-2提高光電倍增管放大倍數(shù)的正確方法是什么？為什么不用增加倍增級數(shù)的方法來提高光電倍增管的放大倍數(shù)？ 答：提高光電倍增管放大倍數(shù)的正確方法是在光電倍增管的外部加一個磁屏蔽筒，減少外部磁場對光電倍增管工作的影響。從而提高光電倍增管的靈敏度，減小噪音。增加電子光學系統(tǒng)提高電子收集率，減小度越時間； 光電倍增管的放大倍數(shù)和陽極輸出電流隨所加電壓的kn次方指數(shù)變化。增加倍增級數(shù)的方法，使管的體積增大，并使陽

38、極電壓提高，暗電流增大；材料的二次發(fā)射系數(shù)隨一次電子的能量達到一定值之后反而會減小。 8-3光電倍增管產生暗電流的原因是什么？如何減小或消除之？ 答：倍增管產生暗電流的原因有：光電陰極和倍增電極的熱電子發(fā)射；陰極與其它各電極之間的漏電流；產生漏電流的原因有二：一是多余的銫原子沉積于各電極之間，導致絕緣電阻下降；二是管基受潮，使玻璃內硅酸鹽水解形成電解液，導致絕緣電阻下降，離子反饋和光反饋，場致發(fā)射。 ;. . 減小倍增管的暗電流的方法是：盡量減小光電陰極與倍增電極的熱電子發(fā)射；消除管內多余的銫原子和保持管殼干燥；將管內抽成真空，清除離子反饋和光反饋；將管內電極邊緣轉彎、尖角修圓，減小場致發(fā)射。

39、 8-4光敏三極管與普通三極管有何異同？ 答：光敏晶體管與一般晶體管很相似，具有兩個PN結，有的光敏三極管也是三條腿；不同點：光敏三極管的發(fā)射極一邊做得很大，以擴大光的照射面積。光敏三級管是光驅動（當有光照時才導通），而普通三極管是電驅動（當加有基極電流時才導通）。 8-5光纖按工作原理分類可以分為哪幾類？按信息傳輸形式分類可以分為哪幾類？ 答：光纖按工作原理分類可以分為兩大類：一類是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器，稱為功能型（Functional Fiber，縮寫為FF）傳感器，又稱為傳感型傳感器；另一類是光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變

40、化，這類傳感器稱為非功能型（Non Functional Fiber，縮寫為NFF）傳感器，又稱為傳光型傳感器。 按信息傳輸形式分類可以分為：單模光纖和多模光纖。 8-6光纖傳感器按其傳感器原理分類分為哪些？光纖傳感器有哪幾種不同的調制形式？ 答：光纖按工作原理分類可以分為兩大類：功能型傳感器，又稱為傳感型傳感器；傳光型傳感器。 光纖傳感器的調制形式主要有：光強度調制、相位調制、偏振調制、頻率調制、顏色調制等。（查甘肅科技學報1991年第1期）。 8-7光纖傳感器具有哪些特點？ 答：光纖傳感器和傳統(tǒng)的各類傳感器相比有一定的優(yōu)點，如不受電磁干擾，體積小，重量輕，可繞曲，靈敏度高，耐腐蝕，高絕緣強

41、度，防爆性好，集傳感與傳輸于一體，能與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容等。 8-8紅外光有哪些特點？紅外測溫有何特點？ 答：紅外光是一種不可見光，波長范圍大致在0.761000m，它的物理本質是熱輻射，紅外光的本質與可見光或電磁波性質一樣，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中也以光速傳播，并具有明顯的波粒二相性。紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的。 紅外測溫的特點：利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來測量溫度的。紅外測溫是一種非接觸式;. . 測溫技術，它具有以下 特點： （1）非接觸測量； （2）反應時間快，十分之幾秒； （3）靈敏度高，01 的溫度分辨率和毫米級的空間分辨率

42、； （4）測溫范圍廣，零下幾十度到上千度。 由于測量時無需接觸被測物體，因此可安全地檢測難以接觸的物體的溫度，并且對被測物體無污染和損壞。 便攜式紅外線溫儀由于隨身攜帶方便，操作簡便， 能用于多方面的目標溫度檢測，被廣泛應用于設備故障診斷、暖通、鐵路、石油、化工、冶金、玻璃、金屬加工 等領域。 ;. . 習題9 9-1 半導體氣敏傳感器有哪幾種類型？ 答：半導體氣敏傳感器按照半導體與氣體的相互作用是在其表面，還是在內部，可分為表面控制型和體控制型；按照半導體變化的物理性質，可分為電阻型和非電阻型兩種。 9-2 試敘述表面控制型半導體氣敏傳感器的工作原理。 答：電阻型半導體氣敏元件是利用半導體接

43、觸氣體時，其阻值的改變來檢測氣體的成分或濃度；而非電阻型半導體氣敏傳感元件根據(jù)其對氣體的吸附和反應，使其某些有關特性變化對氣體進行直接或間接檢測。 9-3 為什么多數(shù)氣敏器件都附有加熱器？ 答：無論哪種類型（薄膜、厚膜、集成片或陶瓷）的氣敏元件，其內部勻有加熱絲，一方面用來燒灼元件表面油垢或污物，另一方面可起加速被測氣體的吸、脫作用。加熱溫度一般為200400 9-4 如何提高半導體氣敏傳感器對氣體的選擇性和氣體檢測靈敏度？ 答：改善氣敏元件的氣體選取擇性常用的方法： 向氣敏材料摻雜其他金屬氧化物或其他添加物； 控制氣敏元件的燒結溫度； 改善元件工作時的加熱溫度。 一般用金屬或金屬氧化物材料的

44、催化作用來提高氣體檢測的靈敏度。 9-5 利用熱導率式氣敏傳感器原理，設計一真空檢測儀表，并說明其工作原理。 答：每種氣體都有固定的熱導率，混合氣體的熱導率 也可以近似求得。因為以空氣為比較基準的校正比較容易實現(xiàn)，所以用熱導率變化法測氣體濃度時，往往以空氣為所示，其中9-32基準比較被測氣體。其基本測量電路如圖 也可用熱敏電阻。F2可用不帶催化劑的白金線圈制作，F(xiàn)1、 熱導率氣敏元件測量電路原理圖9-32圖與外界相通，當被測氣內封存入已知的比較氣體，F(xiàn)2F1的阻值也發(fā)生相應變化，電橋失去平衡，F(xiàn)1體與其相接觸時，由于熱導率相異而使的溫度變化，F(xiàn)1;. . 電橋輸出信號的大小與被測氣體的種類中濃

45、度有確定的關系，這類氣體傳感器因為不用催化劑，所以不存在受催化劑影響而使特性變壞的問題，它除了用于測量可燃性氣體外，也可用于無機氣體及濃度的測量。 9-6 濕敏傳感器的原理是什么?簡述其類型特征及用途。 答：氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕鹽類潮解，離子導電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。氯化鋰濕敏元件的優(yōu)點是滯后小，不受測試環(huán)境風速影響，檢測精度高達5%，但其耐熱性差，不能用于露點以下測量，器件性能的重復性不理想，使用壽命短。 半導體陶瓷濕敏電阻通常是用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結而成的多孔陶瓷。 ;. . 習題10 10-1 超聲波有哪些傳播特性? 答：超聲波的傳播速度與介質的密度和彈性特性

46、有關。特性一、在通過兩種不同的介質時，產生折射和反射現(xiàn)象；特性二、在通過同種介質時，隨著傳播距離的增加，其強度因介質吸收能量而減弱。 10-2超聲波發(fā)生器種類及其工作原理是什么?它們各自特點是什么? 答：1）.壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器就是利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象制成的。根據(jù)共振原理，當外加交變電壓頻率等于晶片的固有頻率時，產生共振，這時產生的超聲波最強。壓電式超聲波發(fā)生器可以產生幾十kHz到幾十MHz的高頻超聲波，產生的聲強可達幾十Wcm2。 2）.磁致伸縮超聲波發(fā)生器。磁致伸縮超聲波發(fā)生器把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產生機械尺寸的交替變化，即機械振動，從而產生超聲波。這種換

47、能器上限頻率到100KHz左右，主要用于海洋測量魚群探測器和聲納。 10-3 應用超聲波傳感器探測工件時，為什么要在探頭與工件接觸處要有一層耦合劑? 答：為使探頭有效地向工件發(fā)射超聲波和有效地接收超聲波，必須使探頭和工件探測面之間有良好的聲耦合。良好的聲耦合可以通過填充耦合介質來實現(xiàn)，以避免空氣的存在，因為空氣層的存在將使聲能幾乎完全被反射。 10-4根據(jù)你已學過的知識設計一個超聲波探傷實用裝置(畫出原理框圖)，并簡要說明它探傷的工作過程? ，發(fā)達后驅動超聲答：高頻發(fā)生器產生高頻振蕩波 B T 高頻F 接收 發(fā)生器 放大波發(fā)生器，將超聲波發(fā)生器和被測工件充分接觸，在接T 探頭一部分超聲波繼續(xù)往

48、前T觸的表面會反射回第一個回波工缺F B 傳播，當遇到有砂眼、裂紋等缺陷時，會返回一個波到圖108 反射法探傷示意圖 B，F(xiàn)接收探頭超聲波繼續(xù)前行遇到工件B面再反射回波圖10-4 超聲波探傷原理框圖 F波到T測量通過將接收到的回波整形，到探頭接收器。 波的時間差，就可以計算出缺陷離T面的距離。;. . 習題11 11-1 什么是放射性同位素？輻射強度與什么有關系？ 答：具有相同的核電荷數(shù)Z而有不同的中子數(shù)N的原子所構成的元素稱同位素。假設某種同位素的原子核在沒有外力作用下，自動發(fā)生衰變，衰變中釋放出射線、射線、射線、射?X線等，這種現(xiàn)象稱為核輻射。而放出射線的同位素稱為放射性同位素，又稱放射源

49、。 ?t?e?JJJ0開始時的放射源強度；放射源的強度是隨著時間按指數(shù)定理而減低的，即；式中：0?tJ放射性衰變常數(shù)。經過時間為 以后的放射源強度；?射線的特性。 11-2 試說明、?粒于的射程長度在空氣中為幾厘米到十幾厘米；電離特性，激發(fā)特性，電的特性：射線答：?離子在物質中運動時會改變運動方向，這種現(xiàn)象稱為散射；散射特性： 離效應較激發(fā)效應顯著；?m。20粒子的運動速度快很多，在氣體中的射程可達射線的特性：粒子的運動速度均較?輻射吸收來測量材料的厚度、密度或重量，根據(jù)輻射射線的透射能力大，電離作用小；根據(jù)?粒子具有較大的電離能力來測量氣體流的。的反射來測量覆蓋層的厚度，利用 ?射線的吸收系

50、數(shù)小，它透過X射線的特性：射線和物質作用的主要形式為光電效應；及物質的能力最大，在氣體中的射程為幾百米，并且能穿透幾十厘米的固體物質，其電離作用最小。?輻射穿透力強這一特性來制作探傷儀、金屬厚度計和物位計等。在測量儀表中，根據(jù) ?射線測量物體厚度的原理。試說明用 11-3 ?h?JeJJ?Jh線性度；強體前后度為的、密度為的答：吸收；和厚粒子穿經00?輻射吸收來測量材料的厚度、密度或重量，根據(jù)輻射的反射來吸收系數(shù)。在檢測中主要是根據(jù)測量覆蓋層的厚度。 11-4 試用核輻射原理設計一個物體探傷儀，并說明其工作原理。 信成電換輻射信號轉是器輻答：核射探測的作用將核源放射的一對化和強線出探從號，而測射的弱變。于定;. 圖. ?tJJ。放射源一料的厚度出該和。即可計算確定材有的和一定材料就一定的和測，則0?X射線。當射線經過有裂紋、沙眼等缺陷的被測物體時，由于密用般、或度不同，使接收器收到的射線強度和其他部分不同。 ;. . 習題12 121 數(shù)字式傳感器的特點？可分為哪幾種類型？ 答：數(shù)字式傳感器(Digital Sensor)能夠直接將非電量轉換為數(shù)字量，這樣就不需要AD轉換，直接用數(shù)字顯示。數(shù)字式傳感器與模擬式傳感器相比有以下優(yōu)點：