傳感器技術與應用答案

1、傳感器技術與應用習題答案習題 1l.1 檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成 ? 說明各部分的作用。答：檢測系統(tǒng)是由被測對象、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù) 處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)構成。傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學量的裝置，顯然，傳感器是檢 測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件， 是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán) 節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往往是由傳感器的性能確定的。數(shù)據(jù)傳輸、處理環(huán)節(jié)，又稱之為測量電路，它的作用是將傳 感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓或電流信號。數(shù)據(jù)顯示記錄環(huán)節(jié)是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)， 主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。 常用的有模 擬顯示、數(shù)字顯示和圖像顯示三種。1.2 傳感器的型

2、號有幾部分組成？各部分有何意義 ? 答：傳感器是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路組成，敏感 元件： 直接感受被測量的變化，并輸出與被測量成確定關系的 某一物理量的元件，它是傳感器的核心。轉(zhuǎn)換元件： 將敏感元 件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量電信號的元件。測量電 路： 將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進行進一步轉(zhuǎn)換和處理的部分， 如放大、濾波、線性化、補償?shù)?，以獲得更好的品質(zhì)特性，便于后續(xù)電路實現(xiàn)顯示、記錄、處理及控制等功能。1.3 測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載變化的情況時，應當采用何種 測量方法 ? 如何進行 ?答：直接測量。使用電壓表進行測量，對儀表讀數(shù)不需要經(jīng) 過任何運算，直接表示測量所需要的結(jié)果。1

3、.4 某線性位移測量儀，當被測位移由 4.5mm 變到 5.0mm 時， 位移測量儀的輸出電壓由 3.5V 減至 2.5V ，試求該儀器的靈敏度。解: 靈敏度 s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm1.5有三臺測溫儀表，量程均為0800C，精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5級，現(xiàn)要測量500 C的溫度，要求相對誤差不超 過 2.5，選那臺儀表合理 ?答：2.5級時的最大絕對誤差值為 20C,測量500C時的相 對誤差為4%; 2.0級時的最大絕對誤差值為 16C，測量500C 時的相對誤差為3.2%; 1.5級時的最大絕對誤差值為 12C，測 量500 C時的相對誤

4、差為2.4%。因此，應該選用1.5級的測溫儀 器1.6 什么是系統(tǒng)誤差和隨機誤差?準確度和精密度的含義是什么 ?它們各反映何種誤差 ?答：系統(tǒng)誤差 （簡稱系差 ） ：在一定的條件下，對同一被測量 進行多次重復測量， 如果誤差按照一定的規(guī)律變化， 則把這種誤 差稱為系統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差決定了測量的準確度。 系統(tǒng)誤差是有 規(guī)律性的，因此可以通過實驗或引入修正值的方法一次修正給以 消除。隨機誤差 （簡稱隨差，又稱偶然誤差 ）：由大量偶然因素的影 響而引起的測量誤差稱為隨機誤差。 對同一被測量進行多次重復 測量時， 隨機誤差的絕對值和符號將不可預知地隨機變化， 但總 體上服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。 隨機誤差

5、決定了測量的精密度。 隨機 誤差不能用簡單的修正值法來修正， 只能通過概率和數(shù)理統(tǒng)計的 方法去估計它出現(xiàn)的可能性。系統(tǒng)誤差越小，測量結(jié)果準確度越高；隨機誤差越小，測量 結(jié)果精密度越高。如果一個測量數(shù)據(jù)的準確度和精密度都很高， 就稱此測量的精確度很高。精密度： 要求所加工的零件的尺寸達到的準確程度 ,也就是 容許誤差的大小 ,容許誤差大的精密度低 ,容許誤差小的精密度高 簡稱“精度” 正確度：是表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度。統(tǒng)計學上，正 確度能成功估計一數(shù)量的正確值。有時和精確度定義相同。1.7 等精度測量某電阻 10 次，得到的測量列如下：R1 = 167.95QR2= 167.45 QR

6、3= 167.60 QR4= 167.60QR5= 167.87 QR6= 167.88 QR7 = 168.00 QR8= 167.850 QR9 = 167.82 QR10= 167.608 Q試求10次測量的算術平均值。解：求10次測量的算術平均值R :10R八i 4R R2 川 Rn10167.95 167.45 167.60 167.60 167.87 167.88168.00 167.85 167.82 167.608- 10=167.763'J習題22.1試簡述金屬電阻應變片與半導體材料的電阻應變效的區(qū)別用于答：都是基于壓阻效應，也就是受到壓力時其電阻值會發(fā)生 變化，但半

7、導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬應變片要大很多， *信號輸出的場合，但是機械強度低，受溫度影響大。金屬應變 片機械強度高，靈敏度低，成本也低。 阻值R=120Q的固定電阻組成電大1片機械強度高2£+采用阻值R=120塵、靈敏度系數(shù)k=2.o的金屬電阻應變片與 阻值R=120Q的固定電阻組成電橋， 供橋電壓為10匕 當應變片 應變?yōu)?000時，若要使輸出電壓大于 10mV，則可采用何種工作方式（設輸出阻抗為無窮大）？Uo2 10 10；n-10 mV得n要小于2,故應采用全橋工作方式。2.3試簡述直流測量電橋和交流測量電橋的區(qū)別。答：直流電橋是得出的為靜態(tài)點數(shù)據(jù)，交流電橋得出的為動態(tài)點數(shù)據(jù)，

8、不過交流電橋得動態(tài)點數(shù)據(jù)為靜態(tài)點數(shù)據(jù)的積分一一 范圍在靜態(tài)點數(shù)據(jù)線上波動而已。24試簡述電位器式位移傳感器的工作原理。答：電位器是人們常用到的一種電子元件，它作為傳感器可解：由于不知是何種工作方式，可設為 n,故可得:以將機械位移或其他能轉(zhuǎn)換為其有一定函數(shù)關系的電阻值的變 化，從而引起輸出電壓的變化。所以它是一個機電傳感元件。2.5采用阻值為120Q靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應變片和阻 值為120Q的固定電阻組成電橋，供橋電壓為 4V，并假定負載 電阻無窮大。當應變片上的應變分別為1和1000時，試求單臂、 雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：單臂時U。=上巴,所以應

9、變?yōu)?1 時4Uo =乂 =4 2計池10V , 應變?yōu)?1000 時應為44口。=壯=4 2 10二2 10®；雙臂時UK U，所以應變?yōu)?時442U。二缺=4 2忻* 10V , 應變?yōu)?1000 時應為22U0 =3 =4 2 10 =4 10'V；全橋時U0二K；U，所以應變?yōu)?時22U。=8 10/V，應變?yōu)?000時應為U°=8 10J3Vo從上面的計算可 知：單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂 的四倍。2.7試簡述電阻應變片式測力傳感器的工作原理。答：電阻應變式傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性 元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性

10、變形，使粘貼在他表面的 電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后， 它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應的測量電路把這 一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流） ，從而完成了將外力變 換為電信號的過程。2.10 試簡述電阻應變片實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ā?答：電阻應變片由于溫度效應引起的誤差為溫度誤差。 產(chǎn)生 溫度誤差的原因有電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生變化； 電阻絲和試 件的線膨脹系數(shù)不同使其產(chǎn)生附加形變。 溫度誤差給測量結(jié)果的 精確度產(chǎn)生很大的影響，在實際測量中要采取措施進行溫度補 償：自補償法和線路補償法。2.11 試簡述壓阻式壓力、加速度傳感器的工作原理。 答：壓阻式壓力傳感器中

11、晶體是各向異性的， 非晶體是各向 同性的。 某些晶體介質(zhì)， 當沿著一定方向受到機械力作用發(fā)生變 形時，就產(chǎn)生了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不 帶電的狀態(tài)， 也就是受到壓力的時候， 某些晶體可能產(chǎn)生出電的 效應。壓阻式加速度傳感器， 它采用硅懸臂梁結(jié)構。 在硅懸臂梁的 自由端裝有敏感質(zhì)量塊， 在梁的根部， 擴散四個性能一致的電阻， 當懸臂梁自由端的質(zhì)量塊受到外界加速度作用時， 將感受到的加 速度轉(zhuǎn)變?yōu)閼T性力，使懸臂梁受到彎矩作用，產(chǎn)生應力。這時硅 梁上四個電阻條的阻值發(fā)生變化， 使電橋產(chǎn)生不平衡， 從而輸出 與外界的加速度成正比的電壓值。習題 33.1 試簡述變氣隙電感式壓力傳感器及

12、差動式變氣隙電感壓力 傳感器的工作原理。答：變氣隙電感式壓力傳感器的工作原理： 置于一金屬膜片 兩側(cè)的兩個電感器件與膜片保持一定間隙 ,并與膜片組成兩壓力 腔 ,當介質(zhì)壓力或壓差進入兩側(cè)的壓力腔體中 ,膜片將向一側(cè)偏移 （壓力小的一側(cè) ）, 使膜片與兩電感器件之間的間隙改變 ,一側(cè)變小 （壓力小的一側(cè) ）,另一側(cè)變大 ,從而引起了電壓的改變。 差動式變氣 隙電感壓力傳感器將被側(cè)參數(shù)壓力的變化轉(zhuǎn)換為輸出相應電流 的變化。通過接口電路可與微機配套 ,可對壓力參數(shù)進行遠距離 測量和控制。3.3 試簡要說明差動變壓器式傳感器產(chǎn)生零點殘余電壓的原因， 并簡述減小或消除零點殘余電壓的方法。答：當差動變壓器

13、的銜鐵處于中間位置時， 理想條件下其輸 出電壓為零。但實際上，當使用橋式電路時，在零點仍有一個微 小的電壓值 （從零點幾 mV 到數(shù)十 mV） 存在，稱為零點殘余電壓。 零點殘余電壓的存在造成零點附近的不靈敏區(qū)； 零點殘余電壓輸 入放大器內(nèi)會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工作等。消除零點殘余電壓方法： （1）從設計和工藝上保證結(jié)構對稱 性；（2）選用合適的測量線路 ;（ 3）采用補償線路。3.4 試簡述差動整流電路的工作原理。答：差動整流電路的工作原理： 當動鐵芯移動時引起上下兩 個全波整流電路輸出差動電壓， 中間可調(diào)整零位， 輸出電壓與鐵 芯位移成正比， 這種電路受二極管的非線性影響以及

14、二極管正向 飽和壓降反向漏電流的不利影響很大。3.5 什么是渦流效應？怎樣利用電渦流式傳感器進行位移測 量？答：閉合鐵芯（或一大塊導體）處于交變磁場中，交變的磁 通量使閉合鐵芯 （或一大塊導體） 中產(chǎn)生感應電流， 形成渦電流。 假如鐵芯（或?qū)w）是純鐵（純金屬）的，則由于電阻很小，產(chǎn) 生的渦電流很大，電流的熱效應可以是鐵（或金屬）的溫度達到 很高的，甚至是鐵（或金屬）的熔點，使鐵熔化。通過前置器電 子線路的處理， 將線圈阻抗 Z 的變化， 即頭部體線圈與金屬導體 的距離 D 的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨 探頭到被測體表面之間的間距而變化， 電渦流傳感器就是根據(jù)這 一原理實現(xiàn)對

15、金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。3.6 電渦流式傳感器的常用測量電路有哪些？簡單敘述其原理。答：根據(jù)電渦流式傳感器的基本原理， 傳感器線圈與被測金 屬導體間距離的變化可以轉(zhuǎn)化為傳感器線圈的阻抗或電感的變 化。測量電路則是把這些參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出， 常 用的測量電路有電橋電路和諧振電路。 （ 1）電橋電路。在進行測 量時，由于傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，使電橋失去平衡，而電 橋不平衡造成的輸出信號被放大并檢波， 就可得到與被測量成正 比的輸出。（2）諧振電路。這種方法是把傳感器線圈與電容并聯(lián) 組成 LC 并聯(lián)諧振電路。當傳感器接近被測金屬導體時，線圈電 感發(fā)生變化，LC回路的阻抗和諧

16、振頻率將隨著 L的變化而變化， 因此可以利用測量回路阻抗或諧振頻率的方法間接反映出傳感 器的被測量。3.7 簡單敘述自感式、差動變壓器式和渦流式傳感器的工作原理 及特點。答：自感式傳感器是把被測量的變化轉(zhuǎn)換成自感 L 的變化， 通過一定的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。 差動變壓器式傳感 器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且一、 二次線圈都用差動形式連接， 一般將被測量的變化轉(zhuǎn)換為變壓器的互感變化， 變壓 器一次線圈輸入交流電壓， 二次線圈則互感應出電動勢。 電渦流 傳感器是以電渦流效應為原理的非接觸式位移、 振動傳感器。 可 對進入測量范圍內(nèi)的金屬物體的運動參數(shù) 進行精密的非接觸測 量。3.8

17、 試比較自感式、差動變壓器式和渦流式傳感器有哪些共同點 和不同點？它們各自應用在哪些方面？答：按磁路幾何參數(shù)變化形式的不同，自感式傳感器可分 為變氣隙式、 變截面積式和螺線管式三種。 主要應用于測量位移 和尺寸 ，也可以測量能夠轉(zhuǎn)換為位移量的其它參數(shù) ，如力、張力、 壓力、壓差、應變、轉(zhuǎn)矩、速度和加速度等。差動變壓器結(jié)構形 式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式。應用最多的是螺線管 式差動變壓器式傳感器。 主要用于位移和力矩的測量。 電渦流傳 感器是以電渦流效應為原理的非接觸式位移、 振動傳感器。 可對 進入測量范圍內(nèi)的金屬物體的運動參數(shù)進行精密的非接觸測量。 主要用于溫度位移尺寸和厚度的測量。

18、習題 44.1 根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為幾種類型？ 每 種類型各有什么特點？各適用什么場合？答：電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化。 主 要應用于測量壓力、力、位移、振動、液位等參數(shù)。其具有結(jié)構 簡單，體積小，靈敏度高及價格低廉，還可非接觸測量等一系列 的優(yōu)點。隨著集成電路的迅速發(fā)展，它的分布電容、非線性等缺 點得到有效的克服。 故電容式傳感器在實際的生產(chǎn)中得到了廣泛 的應用。電容式壓力傳感器是將由被測壓力引起的彈性元件的位 移變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓瘉韺崿F(xiàn)測量的。 它用于測量流體或氣體 的壓力。電容式加速度傳感器具有結(jié)構簡單、分辨率高，能在高 溫、高壓、強輻射及強磁場等惡

19、劣的環(huán)境中工作，也能耐受極大 沖擊，適用范圍極廣。 動態(tài)反應時間短是電容式加速度傳感器的 一個顯著優(yōu)點， 它能在幾兆赫茲的頻率下工作， 因此特別適合于 動態(tài)測量。電容式濕度傳感器是通過改變傳感器中電介質(zhì)的介電常數(shù)，從而引起電容量的變化來實現(xiàn)測量的。電容式荷重傳感器是利用彈性元件的變形，使電容隨外加載荷的變化而變化4.2如何改善單極式變極距電容傳感器的非線性？答：采用差動式結(jié)構即可大大降低非線性誤差。4.4簡述差動式電容測厚儀的工作原理。答：當測量端即活動端有位移時，一個電容值增大，另一個 減小，通過電路讓這兩個變化值得絕對值相加輸出即為測量值， 其作用是增大了變化的量，便于測量微小變化。4.7

20、為什么說變間隙式電容傳感器的特性是非線性的？采取什么措施可改善其非線性特征？1 -固定極板2-活動極板設極板面積為A,其靜態(tài)電容量為c =，當活動極板移動x d后，其電容量為當xvvd時21&1由式（1）可以看出電容量1 d0 21丄'd2C與x不是線性關系，只有當xvvd時，才可認為是最近似線形關系。同時還可以看出，要提高靈敏 度，應減小起始間隙d過小時。但當d過小時，又容易引起擊穿， 同時對加工精度的要求也提高了。因此，一般是在極板間放置云 母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來改善這種情況。 在實際應用中， 為了提高靈敏度，減小非線性，可采用差動式結(jié)構。習題 55.1 什么叫做壓

21、電效應？什么叫做順壓電效應？什么叫做逆壓 電效應？答：壓電式傳感器是利用某些電介質(zhì)的壓電效應原理制成 的，它用來測量最終能變換為力的那些物理量，例如力、壓力、 加速度等。壓電式傳感器具有體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度 高等優(yōu)點。順壓電效應就是指當沿著一定方向?qū)δ承┪镔|(zhì)施力 （拉力或壓力 ）而使其變形時，在它的兩個表面上會出現(xiàn)電荷的聚 集，當外力去掉后，又重新恢復不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。而逆壓電效 應則正好與其相反， 在某些物質(zhì)極化方向上施加電場， 該物質(zhì)將 會產(chǎn)生形變，若撤去外加電場，該介質(zhì)的形變隨之消失，這種現(xiàn) 象稱為逆壓電效應。 壓電效應產(chǎn)生的電荷大小和極性與施加力大 小和方向有關。5.2 石英

22、晶體的橫向和縱向壓電效應的產(chǎn)生與外力有什么關 系？答：當石英晶體沿x軸和y軸受到外力作用時，結(jié)構上將產(chǎn) 生形變，正、負離子的相對位置也隨之發(fā)生了改變，正、負電荷 的中心已不再重合，電荷失去了平衡，所以晶體表面會產(chǎn)生電荷， 對外顯示電性。當石英晶體沿z軸受到外力作用時，由于正、負離子對稱平移， 正、負電荷中心始終保持重合，電荷平衡，所以石英晶體不產(chǎn)生 電荷。這也是沿光軸z施加力，石英晶體不產(chǎn)生壓電效應的原因。5.3簡述提高壓電式傳感器靈敏度的方法有哪些。答：壓電式傳感器的電荷靈敏度不僅與壓電系數(shù)有關，還與晶片的個數(shù)有關。故采用多個晶片的并聯(lián)能夠提高傳感器的靈敏 度。在測量過程中，傳感器靈敏度與標

23、定的會有所降低。為保證 傳感器靈敏度的穩(wěn)定，應提高承載面的剛度，還應注意使用環(huán)境 的溫度，應使傳感器在壓電晶體特性穩(wěn)定溫度下工作，溫度過高，要設計隔熱裝置。5.4能用壓電式傳感器能測量靜態(tài)或變化緩慢的信號嗎？為什么？答：壓電式傳感器不能測量靜態(tài)或變化緩慢的信號，根據(jù)電壓幅值比和相角與頻率比的關系曲線可知（如下圖），當作用在 壓電元件上的力是靜態(tài)力（w=0）時，則前置放大器的輸入電壓 等于零。因為電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉，從原理上決定了壓電式傳感器不能測量靜態(tài)和緩慢 變化的物理量。電壓幅值比和相角與頻率I:匕的關丟曲線5.5壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點？為什

24、么電壓靈敏度與電纜長度有關？而電荷靈敏度與電纜無關？答：壓電式傳感器中采用電荷放大器的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些 壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應差，需要采用高輸 入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。電壓靈敏度與電纜長度有關,電纜本身是有電阻的，要產(chǎn)生一定的壓降的。電流相對 要好一點。習題66.1什么是熱電效應，常見的都什么材料具有熱電效應？答：電流通過導體時，會因為導體電阻而損耗掉部分能量， 這部分能量轉(zhuǎn)換為熱能，就形成了電的熱效應。金屬材料都具有 熱電效應。6.2簡單敘述熱電偶的工作原理。答：熱電偶是利用熱電效應的原理制成的。熱電效

25、應就是把兩種不同的導體或半導體（A和B）串接成一個閉合回路，如果 兩導體接點處溫度（To和T ）不同，則兩點之間便產(chǎn)生電動勢， 從而在回路中便形成了電流的現(xiàn)象。6.3熱電偶的熱電動勢都與哪些量有關？答:熱電偶兩端的熱電動勢是由兩種導體的接觸電動勢和單 一導體的溫差電動勢所組成。 接觸電動勢是由于兩種不同導體的 自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢，其大小取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。6.4利用鎳鉻-康銅熱電偶測量某熱源的溫度，儀表顯示E（T，0）=32.96mV，問該熱源的溫度是多少?答：根據(jù)下表：鎳鉻-康銅熱電偶分度表，可知，當儀表顯示E ( T, 0) =32.96mV時，

26、表示冷端為 0 C時顯示的電壓是32.96mV，此時熱端為 450C裸當帶操(康銅)熱電偶(E型)(參考端縊度為此)溫度 £a10203050TO8090熱電動勢00.0000.5911. 1921.8012.4193.0473.6834.3294.9835.64&1006.3176 99&T.6838.37T9.0769.78710.50111.22211.34912.66120013 41914.iei14 90S15 6&116. 41717 1T317.94216. T1019 46120.25630021 03321.81422. 5W23.3832

27、4 11124.9S125 75426. 5曹27 34528 14340028. 94329 7443a.S4631.35032.15532.9S033. 7ST34.57435 38235,190S0035. 99937.8063B. 61739.42640.23641.04541 65342.66243. 47044.27660045.06545.89145.69747.50246.3D&49 10949.91150.71351.51352.31270053 11053.90754. 70355.49856.29157.08357.8T356 5G359.45150 23T800

28、51.02261.00662 58E63.36864. 147&4.92465 73366. 4736T. 24563 01590068. 7E369.54670.31371.07571.83S72.59373.350T4.104T4. 857T5. 606100076.3586.5熱電偶具有熱電動勢的條件有哪些？答：(1)必須用兩種不同的金屬材料才能組成熱電偶；(2)熱電偶兩端必須有溫差才會產(chǎn)生熱電勢。6.6在已知鎳鉻-康銅和銅-康銅熱電偶分度表的情況下，怎樣求 得鎳鉻-銅熱電偶的E (100C, 0C)?答：根據(jù)熱電偶的標準電極定律：如果已知熱電偶的兩個電 極A、B分別與另一電極C

29、組成的熱電偶的熱電勢為 Eac(T,T0) 和Ebc(T,T0)，則在相同接點溫度(T,T0)下，由A、B電極組成 的熱電偶的熱電勢 Eab(T,T0)為:為億石上氐(T簡忑兩這一規(guī)律稱為標準電極定律，電極c稱為標準電極在工程測量中，由于純鉑絲的物理化學性能穩(wěn)定，熔點較 高，易提純，所以目前常將純鉑絲作為標準電極。標準電極定律 使得熱電偶電極的 選配提供了方便。例如，鉑銠30 鉑熱電偶的Eac( 1084.5,0)=13,976mv, 鉑銠6 鉑熱電偶的Ebc( 1084.5,0)=8.354mv，根據(jù)標準電極 定律，鉑銠30 鉑銠6熱電偶的Eab(1084.5, 0) =13,976-8.3

30、54=5.613mv。6.7用銅-康銅熱電偶測某一溫度 T，參考端在室溫環(huán)境Ti中，測 得熱電動勢Eab(T , Ti)=1.961mV，又用室溫計測出Ti=25C，求溫 度T為多少？答：根據(jù)中間溫度定律Eab (T ,T0)= EAB(T，Tn) EAB<Tn，T。)，可知Eab(T,0) =Eab(T,25) Eab(25,0)則根據(jù)銅-康銅熱電偶分度表Eab(T,0) =1.961 0.992 =2.953則查表得到T=71 Co6.8國際標準的熱電偶有哪些？答：國際標準的熱電偶有八種，分別是鉑銠勺。-鉑熱電偶、鉑銠30 -鉑銠6熱電偶、鎳鉻-康銅熱電偶、鎳鉻-鎳硅熱電偶、鉑銠13

31、 -鉑熱電偶、 鐵-康銅熱電偶、銅-康銅熱電偶 和鎳鉻硅-鎳硅熱電偶。6.9常用的熱電偶有哪些類型？各有什么特點 ？答：常用熱電偶按其結(jié)構又可分為普通型熱電偶和鎧裝熱電 偶。熱電偶在使用過程中需要進行溫度補償，常用的補償方法有補償導線法、冷端恒溫法及溫度修正法和電橋補償法等。熱電偶常用來測量溫度。常用的熱電偶溫度傳感器有WR系列的。6.10溫度補償指的是什么，熱電偶傳感器為什么要進行溫度補 償？答：所謂的溫度補償就是讓溫度傳感器的自由端的參考溫度 能做到更加的適當。大所數(shù)的溫度傳感器都需要溫度補償，常用的溫度補償方法有電橋補償法。6.11熱電偶溫度補償方法有哪些？并分別簡單敘述其原理？答:在實

32、際測量中，通過熱電偶所測得的熱電勢為 Eab(T,T0)， 其中To 一般都不為零。若想通過查分度表得到所測對象溫度，這 就要求對冷端溫度進行處理， 使其滿足需要，這種做法稱之為熱 電偶傳感器的溫度補償。常用的補償方法有補償導線法、冷端恒 溫法及溫度修正法和電橋補償法等。6.12試說明WRE130型號的含義及該溫度傳感器的適用場合？答：熱電阻型號含義：0；心“mmW沖汁 h菽線盒形式 2.閔崛式玉陰水式氓嚥五忑形氏山丘陸衛(wèi)轉(zhuǎn)巧弋？；: ' - ；頭加弋法弋4：固覓法蘭式 仝；動法二角尺形式61恆宓蠅我tft形熱電I*村糾P：粕處咽C：洞電陽哥應岀也灤WRE130為化工專用熱電偶，它采用

33、防水式接線盒，適合石油化工的環(huán)境要求；固定螺紋的標 準符合JB/T5219-91和JB/5583-91熱電偶、熱電阻的規(guī)定；固定法蘭處符合上述標準的 同時，增加三種不同焊接方法， 不同形式密封面的固定法蘭安裝 盤，供選擇和滿足不同用戶的需要6.13在工程中對制造熱電阻的材料有什么要求？答：在工程中，對用于制造熱電阻的材料是有要求的，要求該材料的電阻溫度系數(shù)和電阻率較大、電阻與溫度有較好的線性關系且物理化學性能穩(wěn)定等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和 銅熱電阻。6.14熱電阻測量時米用何種測量電路？為什么要米用這種測量電路？說明這種電路的工作原理。答：用熱電阻傳感器進行測溫時，測量電路經(jīng)常采用電橋

34、電路。熱電阻與檢測儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四 線制三種。其中兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合6.16在實際的生活生產(chǎn)中 WZ系列熱電阻都應用在哪些方面?答：廣泛應用于電力、化工、造紙、環(huán)保、水處理、建筑、 紡織、冶金、制藥、食品等行業(yè)，規(guī)格型號齊全。包括WZ系列裝配式熱電阻；WZK系列鎧裝式熱電阻； WZ系列電站測溫用 熱電阻；WZ系列隔爆型熱電阻； WZ系列耐腐型、耐磨型熱電 阻等工業(yè)熱電阻通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使 用，它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中的從 -200420 C范圍內(nèi)的液 體蒸汽和氣體

35、介質(zhì)及固體表面的溫度。6.17熱電阻是怎樣實現(xiàn)測溫度和測流量的？答：熱電阻用來測溫，必須要配合顯示器才能直觀地讀出所 測溫度。熱電阻一般是由兩種金屬絲制成，像鉑銠合金等，這種 金屬有一個特性，就是隨溫度變化，會產(chǎn)生不同的電動勢，當然 電勢差極小，我們就是利用這一特性，實測的實際是電勢差，也 就是電壓，然后經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)化，以不同的電壓值來表示溫度值。 或者配合動圈表來進行溫度控制。 熱電阻測流量利用被加熱物體 的冷卻率來求流速的流量儀表。習題77.1什么是內(nèi)光電效應？基于內(nèi)光電效應工作的器件有哪些？答：光電效應是指在光的照射下一些金屬、金屬氧化物或半導體材料釋放電子的現(xiàn)象。光電效應是光電傳感器的理

36、論基礎。 內(nèi)光電效應器件是指利用物質(zhì)在光的照射下，電導性能改變或產(chǎn)生電動勢的器件，常見的內(nèi)光電效應器件有光敏電阻、光敏晶體管和光電池等。7.3試比較光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管的性能差異，并簡要分析什么情況下應選用這些器件。答：主要的區(qū)別是，光敏電阻隨著光線的強弱 ，電阻值變化； 光敏三極管是利用外照光線的變化，來實現(xiàn)控制電路的通或斷；二 極管就是正向?qū)щ?，反向不導電?.5試比較熱探測器與光子探測器的區(qū)別。答：光子探測器的工作機理是光子效應。相關內(nèi)容如前文所 述。光子探測器可直接把紅外光能轉(zhuǎn)換成電能，其靈敏度高、響 應速度快，但因其紅外波長響應范圍窄， 有的還需在低溫條件下 才能使用。用

37、光子探測器組成的紅外傳感器已廣泛應用在遙測、遙感、成像、測溫等方面7.6什么是光纖的傳光原理？數(shù)值孔徑是什么？答：光纖傳感器是將光源發(fā)出的光經(jīng)過光纖再送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導致光的光學性質(zhì)如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制 的信號光。已調(diào)制的信號光再經(jīng)光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，最終獲得被測量的參數(shù)。習題88.1簡述霍爾效應的原理，并說明其應用。答：霍爾效應是半導體中的自由電荷受到磁場中的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。基于霍爾效應原理工作的半導體器件稱為霍爾元 件。主要應用為霍爾式位移傳感器、霍爾式壓力傳感器、汽車霍 爾點火器。8.2 一個霍爾元件在一定的電流控制下，其霍爾電勢與哪些因素有關？答：霍爾電勢除了與材料的載流子遷移率和電阻率有關外，同時還與霍爾元件的幾何尺寸有關。一般要求霍爾元件的靈敏度 越大越好?；魻栐暮穸?d與Kh成反比。因此，霍爾元件