傳感器原理及工程應(yīng)用第三版答案郁有文、西安電子科技大學(xué)出版

1、 2-1什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？它們的作用及相互關(guān)系如何？【答】1、傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。2、傳感器由：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路和輔助的電源組成。3、它們的作用是：（1）敏感元件：是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；（2）轉(zhuǎn)換元件：是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分；（3）信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路：由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等；（4）輔助的電源：此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助的電源。4、最簡單的傳感器由一個(gè)敏感元件（

2、兼轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊m是敏感元件,壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。2-2什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標(biāo)？分別說明這些性能指標(biāo)的含義?！敬稹?、傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。也即當(dāng)輸入量為常量，或變化極慢時(shí)，這一關(guān)系就稱為靜態(tài)特性。2、靜態(tài)特性性能指標(biāo)包括：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性和漂移等。3、性能指標(biāo)：Ay（1）靈敏度：輸出量增量Ay與引起輸出量增量Ay的相應(yīng)輸入量增量Ax之比。用S表示靈敏

3、度，即S=（2）線性度：傳感器的線性度是指在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值A(chǔ)Lmax與滿量程輸出值YFS之比。線性度也稱為非線性誤差，用Yl表示，即max（3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性=max100%曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。用YH表示Y遲滯誤差又稱為回差或變差。即：FSAH=max100%HYFS4）重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差，常用標(biāo)準(zhǔn)差。計(jì)算，也可用正反行程中最大重復(fù)差值A(chǔ)Rmax計(jì)算，即=（23）100%RYFS100%

4、ARmaxYFS（5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（一般為20C）時(shí)的輸出值的變化量與溫度變化量之比（E）來表示，即g=yt-y20At2-3什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？它有哪幾種分析方法？它們各有哪些性能指標(biāo)？【答】1、動(dòng)態(tài)特性指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。2、研究動(dòng)態(tài)特性的方法有兩種：時(shí)域法和頻域法。在時(shí)域內(nèi)研究動(dòng)態(tài)特性采用瞬態(tài)響應(yīng)法。輸入的時(shí)間函數(shù)為階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)、斜坡函數(shù)，工程上常輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為階躍函數(shù)；在頻域內(nèi)研究動(dòng)態(tài)特性采用頻率響應(yīng)法，輸入的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)為正弦函數(shù)。3、性

5、能指標(biāo)是：（1）傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)時(shí)間常數(shù)t：一階傳感器輸出上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時(shí)間，稱為時(shí)間常數(shù)；延遲時(shí)間td：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時(shí)間；上升時(shí)間tr：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間；峰值時(shí)間tp：二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間；超調(diào)量。：二階傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值；衰減比d：衰減振蕩的二階傳感器輸出響應(yīng)曲線第一個(gè)峰值與第二個(gè)峰值之比。（2）頻率響應(yīng)特性指標(biāo)通頻帶30.707：傳感器在對(duì)數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍；工作頻帶0.95（或30.90）：當(dāng)傳感器的幅值誤差為5%（或10%）時(shí)其增益保持在一定值內(nèi)的頻率

6、范圍；時(shí)間常數(shù)T：用時(shí)間常數(shù)T來表征一階傳感器的動(dòng)態(tài)特性。T越小，頻帶越寬；固有頻率叫：二階傳感器的固有頻率叫表征其動(dòng)態(tài)特性；相位誤差：在工作頻帶范圍內(nèi)，傳感器的實(shí)際輸出與所希望的無失真輸出間的相位差值，即為相位誤差；跟隨角00.707:當(dāng)=0.707時(shí)，對(duì)應(yīng)于相頻特性上的相角，即為跟隨角。4某壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線性誤差（線性度）、遲滯、重復(fù)性誤差和總精度。表2-1壓力傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入壓力/MPa輸出電壓/mV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0-2.73-2.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.68

7、0.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46【解】1、端點(diǎn)平移法線性度1）端點(diǎn)直線擬合求出各個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)正、反程6個(gè)輸出電壓的算術(shù)平均值。由兩個(gè)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可知端點(diǎn)直線的截距為b=2.70mV,7y14.45+2.70k，0.10，171.5x10-6mV/Pa # # 按照端點(diǎn)直線y=171.5x-2.7（y=kx+b）,求各個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)輸出電壓的理論值.y，如表2-2所示。根據(jù)表中

8、的數(shù)據(jù)可知，考慮符號(hào)時(shí)，實(shí)際輸出電壓平均值與理論值的最小誤差：Ay=-0.12mV，最大誤min差A(yù)y=0mV。max圖2-1端點(diǎn)直線擬合曲線2）端點(diǎn)平移直線擬合端點(diǎn)平移直線擬合是將端點(diǎn)直線平移，讓平移后的最大正誤差與最大負(fù)誤差的絕對(duì)值相等，即讓截距改變?yōu)椋篈y,Ay0.12,0b/=b,minmax=2.70,=2.76mV22端點(diǎn)平移直線方程即為：y=kx+b/。按照端點(diǎn)平移直線方程重新求實(shí)際輸出電壓平均值與理論值的誤差，有：Ay/=Ay,bb/=Ay,AbiiiAb=b-b/=0.06mV。結(jié)果填入表中。端點(diǎn)平移直線法線性度（非線性誤差）為.=卩100%=1445100%=42%圖2-2

9、端點(diǎn)平移直線擬合曲線表2-2求線性度數(shù)據(jù)輸入壓力xi/MPa0.000.020.040.060.080.10輸出電壓平均值yi/mV（Eyi/6）-2.700.644.047.4710.9314.45端點(diǎn)直線法輸出電壓理論值yti/mV-2.700.734.167.5911.0214.45端點(diǎn)直線法誤差A(yù)yi/mV0.00-0.09-0.12-0.12-0.090.00端點(diǎn)平移直線法誤差A(yù)y/mVi0.06-0.03-0.06-0.06-0.030.062、重復(fù)性對(duì)于每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，可按貝塞爾公式求得3個(gè)正程數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差及3個(gè)反程數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差如表2-3所示?？芍?。max=0.041mV。取置信

10、系數(shù)a=2（置信概率為95%）,(y-y)2iG=i=1n120.041Y=max100%=一100%=0.57%RY14.45FS表2-3求重復(fù)數(shù)據(jù)輸入壓力xi/MPa00.020.040.060.080.10正行程標(biāo)準(zhǔn)偏差。Fi/mV0.0260.0410.0350.0260.0320.027反行程標(biāo)準(zhǔn)偏差。Bi/mV0.0160.0160.0260.0210.0310.0273、遲滯性表2-4求遲滯數(shù)據(jù)正行程輸出電壓平均值yF/mV-2.710.603.997.4310.9014.45反行程輸出電壓平均值yBi/mV-2.690.684.097.5110.9614.45(yBi-yFi)

11、/mV0.020.080.100.080.060.00求出各校準(zhǔn)點(diǎn)正行程和反行程輸出電壓平均值，在表2-3中給出。各校準(zhǔn)點(diǎn)正行程和反行程輸出電壓平均值的差值也在表2-3中給出。可知最大差值為O.lOmV。Y=max100%=100%=0.69%HY14.45FS4、總精度按照均方根合成法計(jì)算總精度：Y=Y2+y2+y2=0.00422+0.00572+0.00692=0.0099=0.99%SLRHdt2-5當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為-，測(cè)溫傳感器示值溫度為t2時(shí)，有下列方程式成立：t=t+T2。當(dāng)被測(cè)12120dT介質(zhì)溫度從25C突然變化到300C時(shí)，測(cè)溫傳感器的時(shí)間常數(shù)T=120s,試確定經(jīng)過350

12、s后的動(dòng)態(tài)誤0差。【解】把輸入看作從0275的階躍輸入信號(hào)，則:X(t)=0,twoX(t)=275,t0275輸入信號(hào)的拉普拉斯變換為：X(s)sdt又因t112，T0d帶t(s)t(s),TSt(s)t(s)(1,TS)120220所以H(s)2t1(s)1,Ts0 # # 275s11,Ts0t進(jìn)行拉普拉斯反變換后，有y(t)275(1-e一120)估算T350s的階躍響應(yīng)值:350t25+275(1-e-120)=25+275(1-0.054)=285.15C2其動(dòng)態(tài)誤差為:300285.15300100%4.95%d圖2-3一階傳感器階躍響應(yīng)3-1什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？利用

13、應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。【答】1、所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械變形(拉伸或壓縮)時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。25C2、半導(dǎo)體材料的電阻率P隨作用應(yīng)力的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。3、應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測(cè)物理量得大小。2試述溫度誤差的概念、產(chǎn)生的原因和補(bǔ)償?shù)霓k法?！敬稹?、由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來的附加誤差，稱

14、為應(yīng)變片的溫度誤差。2、產(chǎn)生的原因有兩個(gè)：一是敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化帶來的附加誤差；二是當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。3、電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有：線路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償。3-3電阻應(yīng)變片的直流電橋測(cè)量電路，若按不同的橋臂工作方式可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計(jì)算？【答】1、可分為：單臂電橋、半差動(dòng)電橋和全差動(dòng)電橋三種。叮ER2、單臂電橋輸出電壓為：U=-04R叮ER半差動(dòng)電橋輸出電壓為：U=-02RR全差動(dòng)電橋輸出電壓為：U3-4擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片，并組成差動(dòng)全橋測(cè)量電路，試問

15、：（1）四個(gè)電阻應(yīng)變片怎樣貼在懸臂梁上？（2）畫出相應(yīng)的電橋電路?！敬稹?、在懸臂梁力傳感器中，一般將應(yīng)變片貼在距固定端較近的表面，且順梁的方向上下各貼兩片，上面兩個(gè)應(yīng)變片受壓時(shí)，下面兩個(gè)應(yīng)變片受拉，并將四個(gè)應(yīng)變片組成全橋差動(dòng)電橋。這樣既可提高輸出電壓靈敏度，又可減小非線性誤差?？谟啥薒圖3-1等截面積懸臂梁2、差動(dòng)全橋測(cè)量電路圖3-2差動(dòng)全橋測(cè)量電路3-5題3-3圖為一直流電橋，圖中E=4V,R1=R2=R3=R4=120Q,試求:R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)只勺增量為AR1=1.2Q時(shí)，電橋輸出的電壓U0=?R1、R2都是金屬應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外

16、接電阻，電橋輸出的電壓U0=?題(2)中，如果R2與R1感受應(yīng)變的極性相反，且AR1=AR2=1.2Q，電橋輸出的電壓U0=?圖3-3直流電橋測(cè)量電路【解】1、電橋輸出電壓為：R+Rii(R+R)+R19.95mV10mVTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark115R/120+1.2120、 HYPERLINK l bookmark1173=4x() HYPERLINK l bookmark119R+R240+1.22402、電橋輸出電壓為：RR111R)+(RR)1122R3R+R34=0mV3、當(dāng)R1受拉應(yīng)變，R2受壓應(yīng)變時(shí)，電橋輸出電壓為：R+RR113(R

17、+R)+(RR)R+R1122一當(dāng)R1受壓應(yīng)變，R2受拉應(yīng)變時(shí)，電橋輸出電壓為：R-Rii(RR)+(R+0町0prnrrr*也Irwwww圖4-5開關(guān)式全波相敏檢波電路波形圖(2)ur與us反相2、參考信號(hào)u(t)和差動(dòng)變壓器式傳感器激磁電壓u(t)由同一振蕩器供電，保證二者同頻同相(或rS反相)。10何謂渦流效應(yīng)？怎樣利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量？【答】1、根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈漩渦狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。2、有一通以交變電流的傳感器線圈。由于電流的存在，線圈周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H。若被測(cè)

18、導(dǎo)體置于該磁場(chǎng)范圍內(nèi)，導(dǎo)體內(nèi)便產(chǎn)生電渦流，也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場(chǎng)H2,H2與H1方向相反，力圖削弱原磁場(chǎng)H,從而導(dǎo)致線圈的電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。這些參數(shù)變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、線圈的幾何參數(shù)、電流的頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離參數(shù)改變，余者皆不變，就能構(gòu)成測(cè)量位移的傳感器。12電渦流傳感器常用的測(cè)量電路有哪幾種？其測(cè)量原理如何？各有什么特點(diǎn)？1、用于電渦流傳感器的測(cè)量電路主要有：調(diào)頻式、調(diào)幅式電路兩種。2、測(cè)量原理(1)調(diào)頻式測(cè)量原理傳感器線圈接入LC振蕩回路，當(dāng)傳感器與被測(cè)導(dǎo)體距離x改變時(shí)，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將

19、導(dǎo)致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x的函數(shù)，即f=L(x),該頻率可由數(shù)字頻率計(jì)直接測(cè)量，或者通過fV變換，用數(shù)字電壓表測(cè)量對(duì)應(yīng)的電壓。圖4-6調(diào)頻式測(cè)量原理圖振瘍器頻率計(jì)(2)調(diào)幅式測(cè)量原理由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器起恒流源的作用,給諧振回路提供一個(gè)頻率(fp穩(wěn)定的激勵(lì)電流io。當(dāng)金屬導(dǎo)體遠(yuǎn)離或去掉時(shí)，LC并聯(lián)諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率f。，回路呈現(xiàn)的阻抗最大,諧振回路上的輸出電壓也最大；當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時(shí)，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離x的變化而變化。因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出

20、電壓經(jīng)放大、檢波后，由指示儀表直接顯示出x的大小。圖4-7調(diào)幅式測(cè)量原理圖除此之外，交流電橋也是常用的測(cè)量電路。3、特點(diǎn)調(diào)頻式測(cè)量電路除結(jié)構(gòu)簡單、成本較低外，還具有靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)幅式測(cè)量電路線路較復(fù)雜，裝調(diào)較困難，線性范圍也不夠?qū)挕?3利用電渦流式傳感器測(cè)板材厚度，已知激勵(lì)電源頻率f=1MHz,被測(cè)材料相對(duì)磁導(dǎo)率ur=1，電阻率P=2.9X10-6QCm，被測(cè)板材厚度為=(1+0.2)mm。試求：計(jì)算采用高頻反射法測(cè)量時(shí)，渦流透射深度h為多大？能否采用低頻透射法測(cè)板材厚度？若可以需采取什么措施？畫出檢測(cè)示意圖?！窘狻?、為了克服帶材不夠平整或運(yùn)行過程中上下波動(dòng)的影響，在帶材的上

21、、下兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置了兩個(gè)特性完全相同的渦流傳感器S1和s2。S1和s2與被測(cè)帶材表面之間的距離分別為X1和x2。若帶材厚度不變，則被測(cè)帶材上、下表面之間的距離總有X+X2=常數(shù)的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為2Do,數(shù)值不變。如果被測(cè)帶材厚度改變量為A5,則兩傳感器與帶材之間的距離也改變一個(gè)A5,兩傳感器輸出電壓此時(shí)為2UoAUoAU經(jīng)放大器放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測(cè)帶材的厚度。計(jì)算高頻反射法測(cè)板材厚度時(shí)，渦流穿透深度：h=廠兀f0r2.910-83.1443.1410-71106=8.5710-5m=85.7pm可見穿透 #

22、 #3 #深度很淺。2圖4-8高頻反射法測(cè)量原理圖2、若采用低頻透射法測(cè)板材厚度，必須使渦流穿透深度大于板材厚度。由于P、u0、ur都是常數(shù),所以必須降低激勵(lì)電源頻率，使之滿足:h/=5兀f/0r由此解得穿透板材所需的最高頻率為:f/廠兀0r2.910-83.1443.1410-71.210-6=5.1103Hz=5.1KHz當(dāng)滿足激勵(lì)電源頻率小于5.1KHZ時(shí)，發(fā)射探頭的信號(hào)才能透過板材，被接收探頭接收。發(fā)射探頭在交變電壓e1的激勵(lì)下，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，透過被測(cè)板材后達(dá)到接收探頭，使之產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2,它是板材厚度的函數(shù)，只要兩個(gè)探頭之間的距離x一定，測(cè)量e2的值即可測(cè)得板材厚度5。12 3

23、#帶材圖4-9低頻透射法測(cè)量原理圖1根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為哪幾種類型？每種類型各有什么特點(diǎn)？各適用什么場(chǎng)合?【答】1、電容式傳感器分為：變極距(變間隙)()型、變面積型(S)型、變介電常數(shù)(&r)型三種基本類型。2、特點(diǎn)與應(yīng)用變極距(變間隙)()型：只有在Ad/d0很小時(shí)，才有C與Ad近似的線性關(guān)系，所以，這種類型的傳感器一般用來測(cè)量微小變化量。變面積型(S)型：傳感器的電容量C與線位移及角位移呈線性關(guān)系。測(cè)量范圍大，可測(cè)較大的線位移及角位移。變介電常數(shù)(&r)型：傳感器電容量C與被測(cè)介質(zhì)的移動(dòng)量成線性關(guān)系。常用來檢測(cè)容器中的液位,或片狀結(jié)構(gòu)材料的厚度等。2如何改善單極式變極距型傳感

24、器的非線性？【答】為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。3圖5-7為電容式液位計(jì)測(cè)量原理圖。請(qǐng)為該測(cè)量裝置設(shè)計(jì)匹配的測(cè)量電路，要求輸出電壓U0與液位h之間成線性關(guān)系?！敬稹坑铆h(huán)形二極管充放電法測(cè)量電容的基本原理是以一高頻方波為信號(hào)源，通過一環(huán)形二極管電橋，對(duì)被測(cè)電容進(jìn)行充放電，環(huán)形二極管電橋輸出一個(gè)與被測(cè)電容成正比的微安級(jí)電流。原理線路如圖所示,輸入方波加在電橋的A點(diǎn)和地之間，Cx為被測(cè)電容，Cd為平衡電容傳感器初始電容的調(diào)零電容，C4為濾波電容，+5VU1D1C1Cx2TRIGQDCVoltN5C2DISTHRNE555C3C442R13CdR3L1R2L2R6RpR4C5U2

25、OUTR51、電容式液位變換器結(jié)構(gòu)設(shè)被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)為1，液面高度為h,變換器總高度為H,內(nèi)筒外徑為d外筒內(nèi)徑為D,C2h(,1,)01nDd此時(shí)變換器電容值為小2兀,h2兀(H-h)2兀田2兀h(,-,)TOC o 1-5 h zC=11=11nD1nDInDInD HYPERLINK l bookmark235dddd式中：空氣介電常數(shù)；C0由變換器的基本尺寸決定的初始電容值?？梢?，此變換器的電容增量正比于被測(cè)液位高度h。2、環(huán)形波由E電容CxdC所示點(diǎn):荷量為iq-=極管充放電法(1)當(dāng)輸入的方電的電流如P內(nèi)由A點(diǎn)向C則量電路i躍變到e2時(shí)勺電壓皆由!e1充電到容Cx直處于電的電流如圖

26、中i1所示的方IvD1截止?fàn)顟B(tài)(2)當(dāng)輸入的方波由E2返回到E1時(shí)Cx、Cd放電，它們兩端的電壓由E2下降到件，放電電流所經(jīng)過的路徑分別為i2、i4所示的方向。在放電過程中(T2時(shí)間內(nèi))，VD1、VD3截止。在T2這段時(shí)間內(nèi)由C點(diǎn)向A點(diǎn)流過的電荷量為q=C(EE)2x12設(shè)方波的頻率/=i/t0(即每秒鐘要發(fā)生的充放電過程的次數(shù))，貝y：由C點(diǎn)流向A點(diǎn)的平均電流為：I2=Cxf(E2-E1)由A點(diǎn)流向C點(diǎn)的平均電流為：I3=Cdf(E2-E1)流過此支路的瞬時(shí)電流的平均值為I=Cf(EE)Cf(EE)=f,E(CC)TOC o 1-5 h zx21d21xd式中，AE為方波的幅值，AE=E2-

27、E。令Cx的初始值為C0，ACx為Cx的增量，則Cx=C0+ACx,調(diào)節(jié)Cd=C0則I二f,E(CC)二fNE,Cxdx當(dāng)液面在電容器零位，即h=0時(shí)，調(diào)整調(diào)零電容，Cd=C0，從而使輸出電流為零，當(dāng)hM0時(shí)，輸出電流的平均值為：I=f,E(CC)=f,E,Cxdx2(1)(EE)0r21hln(D/d)由式可以看出，此電路中若輸入高頻脈沖方波的頻率f及其幅值差ae=e2-e1為定值，則輸出電流平均值I與待測(cè)液位h成正比。利用Rp實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)到電壓信號(hào)的變化，并利用放大器對(duì)其放大，實(shí)現(xiàn)輸出電壓U0與液位h之間成線性關(guān)系1什么叫正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？什么叫縱壓電效應(yīng)和橫壓電效應(yīng)？【答】1、正壓

28、電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)(順壓電效應(yīng))某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨著改變。這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。有時(shí)人們把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)(順壓電效應(yīng))。 3 #（2）逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。2、縱壓電效應(yīng)和橫壓電效應(yīng)（1）縱向壓電效應(yīng)通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。（2）橫壓電

29、效應(yīng)把沿機(jī)械軸y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。4畫出壓電元件的兩種等效電路。1、電壓源等效電路2、電流源等效電路5電荷放大器所要解決的核心問題是什么？試推導(dǎo)其輸入與輸出的關(guān)系?！敬稹?、傳感器的靈敏度與電纜電容無關(guān)，更換電纜或使用較長的電纜時(shí)，不用重新校正傳感器的靈敏度。改進(jìn)了電壓放大器的缺點(diǎn)。2、輸入與輸出的關(guān)系電荷放大器常作為壓電傳感器的輸入電路，由一個(gè)反饋電容Cf和高增益運(yùn)算放大器構(gòu)成。由運(yùn)算放大器基本特性，可求出電荷放大器的輸出電壓：AqC+C+C+(1+A)Caci通常A=104108，因此，當(dāng)滿足(l+A)CfCa+Cc+Ci時(shí)，上式可表示為8用石英晶體加速

30、度計(jì)測(cè)量機(jī)械的振動(dòng)，已知加速度計(jì)的靈敏度為2.5pC/g(g=9.8m/s2),電荷放大器靈敏度為80mV/pC，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)，相應(yīng)的輸出幅值為4V。試計(jì)算機(jī)器的振動(dòng)加速度?！窘狻肯到y(tǒng)靈敏度Sn等于傳感器靈敏度與電荷放大器靈敏度的乘積，即Sn=2.5x80=200mV/g系統(tǒng)靈敏度Sn、輸出電壓幅值U0及被測(cè)加速度幅值a的關(guān)系為:所以該機(jī)器的振動(dòng)加速度幅值為：U4a=020g196m/s2S200 x10-3n4什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)？【答】1、通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)。2、霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流

31、及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾系數(shù)Rh成正比而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。5影響霍爾元件輸出零點(diǎn)的因素有哪些？如何補(bǔ)償？1、影響霍爾元件輸出零點(diǎn)的因素當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則它的霍爾電勢(shì)應(yīng)該為零，但實(shí)際不為零。這時(shí)測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)稱為不等位電勢(shì)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有：（1）霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上；（2）半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻；（3）激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。2、不等位電勢(shì)與霍爾電勢(shì)具有相同的數(shù)量級(jí)，有時(shí)甚至超過霍爾電勢(shì)，而實(shí)用中要消除不等位電勢(shì)是極其困難的，因

32、而必須采用補(bǔ)償?shù)姆椒??？梢园鸦魻栐刃橐粋€(gè)電橋，用電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢(shì)。由于A、B電極不在同一等位面上,此四個(gè)電阻阻值不相等，電橋不平衡，不等位電勢(shì)不等于零。此時(shí)可根據(jù)A、B兩點(diǎn)電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定的電阻，使電橋達(dá)到平衡，從而使不等位電勢(shì)為零。8試分析霍爾元件輸出接有負(fù)載Rl時(shí)，利用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻Rt進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臈l件。補(bǔ)償電路如圖（a）所示，輸入回路與輸出回路的等效電路如圖（b）、（c）所示。設(shè)Rl不隨溫度改變，由于霍爾元件輸出電阻Rout隨溫度變化，輸出霍爾電勢(shì)UH也隨溫度變化，使得負(fù)載電阻上的輸出電壓U=RlURRHLout與溫度有關(guān)。RlRt（a）霍

33、爾元件接有負(fù)載 # 3 #RTRinRout # #3 #輸入回路等效電路輸出回路等效電路 # #3 # # #3 #溫度為T0時(shí)，負(fù)載電阻上的輸出電壓為U二RlU0RRH0Lout0Lout0KIB=H00RKBELH0(RR)(RR)Lout0T0in0 # #3 #設(shè)RT的溫度系數(shù),，霍爾元件內(nèi)阻溫度系數(shù)為卩，靈敏度溫度系數(shù)為則溫度升高后，負(fù)載電阻上的電壓為口RK(1AT)BERR(1+BAT)R(1+,At)+R(1+BAT)TOC o 1-5 h zLout0T0in0要實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，應(yīng)使U=U，即消去RK(1AT)BE_RKBERR(1+PAT)R(1+,At)+R(1+BAT)_

34、R+RR借RLout0T0in0Lout0T0in0階小量(即含卩2或卩,的項(xiàng))，解得RT0(卩)(R+R)-pRr(,)(R+R)+PRin0Lout0out為了獲得最大的輸出功率，可使R_R，則LoutRT023P2,2+pRin0 # #3 # # #3 #10(補(bǔ)充題)試對(duì)利用霍爾式傳感器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量進(jìn)行解釋。 #3 #12 # #3 # 3 #【答】轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率。N=/6

35、0（轉(zhuǎn)/分）nN-轉(zhuǎn)速；於信號(hào)頻率；n-槽數(shù)。1光電效應(yīng)有哪幾種？相對(duì)應(yīng)的光電器件各有哪些？【答】1、光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。2、光電器件（1）基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等。（2）基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。（3）基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、三極管。2試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)各有什么特點(diǎn)？【答】1、光敏電阻的工作原理其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以

36、加交流電壓。無光照時(shí)，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。實(shí)際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級(jí)，亮電阻值在幾千歐以下。2、光敏二極管的工作原理在無光照時(shí)，處于反偏的光敏二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。當(dāng)有光照射到光敏二極管的PN結(jié)時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，它們?cè)诜聪螂妷汉蛢?nèi)電場(chǎng)的作用下，漂移越過PN結(jié)，形成比無光照時(shí)大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流，此時(shí)

37、，光敏二極管的反向電阻下降。若入射光的強(qiáng)度增強(qiáng)，產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量也隨之增加，光電流也響應(yīng)增大，即光電流與光照度成正比。如果外電路接上負(fù)載，便可獲得隨光照強(qiáng)弱變化的信號(hào)。光敏二極管的光電流I與照度之間呈線性關(guān)系。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測(cè)等方面的應(yīng)用。3、光敏晶體管的工作原理大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，集電結(jié)就是反向偏壓。當(dāng)光照射在集電結(jié)時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便會(huì)有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的B倍，所以光敏晶體管有

38、放大作用。4、光電池的工作原理硅光電池是在一塊N型硅片上用擴(kuò)散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)（如硼）形成PN結(jié)。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。若將PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來，電路中有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷開，就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì)。3光電耦合器件分為哪兩類？各有什么用途？【答】光電耦合器件分為兩類：一類是用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器（又稱光電耦合器），另一類是用于檢測(cè)物體位置或檢測(cè)有無物體的光電開關(guān)（又稱光電斷續(xù)器）“5如何理解電荷耦合器件有“電子自掃描”作用？【答】面陣C

39、CD包括x、y兩個(gè)方向用于攝取平面圖像，它能存儲(chǔ)由光產(chǎn)生的信號(hào)電荷。當(dāng)對(duì)它施加特定答】 #答】 3 #時(shí)序的脈沖時(shí)，其存儲(chǔ)的信號(hào)電荷便可在CCD內(nèi)作定向傳輸而實(shí)現(xiàn)自掃描。8-6光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？?duì)光纖及入射光的入射角有什么要求？【答】1、光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射進(jìn)行傳輸?shù)?，?shí)際工作時(shí)需要光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光線仍然繼續(xù)前進(jìn)?？梢娺@里的光線“轉(zhuǎn)彎”實(shí)際上是由光的全反射所形成的。2、為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射，光入射到光纖端面的入射角9i應(yīng)滿足(1=arcsinn2-n2ic(n12丿0一般光纖所處環(huán)境為空氣，則n0=1，這樣上式可表示為二arcsinn2一n2ic128-7光纖數(shù)值

40、孔徑NA的物理意義是什么？對(duì)NA取值大小有什么意義？【答】1、數(shù)值孔徑是表征光纖集光本領(lǐng)的一個(gè)重要參數(shù)，即反映光纖接收光量的多少。無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射角處于29c的光椎角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。如入射角過大，光線便從包層逸出而產(chǎn)生漏光。2、光纖的NA越大，表明它的集光能力越強(qiáng)，一般希望有大的數(shù)值孔徑，這有利于提高耦合效率；但數(shù)值孔徑過大，會(huì)造成光信號(hào)畸變。所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值，如石英光纖數(shù)值孔徑一般為0.20.4。8當(dāng)光纖的9=1.46,“2=1.45,如光纖外部介質(zhì)的n0=1，求光在光纖內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射時(shí)入射光的最大入射角的值？c【解】根據(jù)光纖數(shù)值孔徑NA的定義NA=sin=n2

41、n2=1.4621.452=0.1706cn12入射臨界角為0c二arcsinNA二arc0.1706二9.8oc故，得該種光纖最大入射角為9.80，即入射光線必須在與該光纖軸線夾角小于9.80時(shí)才能傳播。9根據(jù)圖8-43和8-44，說明半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器的工作原理。o1 #3 #o1 # #3 #半導(dǎo)體吸收式光纖傳感器測(cè)溫系統(tǒng)原理圖(a)所示:o1 3 #1.21.00.2半導(dǎo)體的禁帶寬度與溫度的關(guān)系半導(dǎo)體的透射光強(qiáng)與溫度的關(guān)系半導(dǎo)體吸收式光纖傳感器測(cè)溫系統(tǒng)原理圖輸入光纖和輸出光纖兩端面間夾一片厚度約零點(diǎn)幾毫米的半導(dǎo)體光吸收片，

42、并用不銹鋼管加以固定,使半導(dǎo)體與光纖成為一體。它的關(guān)鍵部件是半導(dǎo)體光吸收片。由半導(dǎo)體物理知道，半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg隨溫度T增加近似線性地減小，如圖(b)所示。禁帶寬度/eVGaPGaAsSiInP0200400600T/K由圖(c)可以看出：半導(dǎo)體的本征吸收限(或吸收邊)波長隨溫度增加而向長波長的方向位移。在t一定時(shí)的情況下，半導(dǎo)體引起的g光吸收隨著吸收邊波長入g的變短而急劇增加，也即透過率急劇下降，直至光幾乎不能穿透半導(dǎo)體。反之，隨著吸收邊波長入g的變長，半導(dǎo)體的透光率增大。在光源入一定的情況下，通過半導(dǎo)體的透射光強(qiáng)隨溫度T的增加而減小。1簡述氣敏傳元件的工作原理?！敬稹堪雽?dǎo)體氣敏傳感器的敏

43、感部分是金屬氧化物半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子燒結(jié)體，當(dāng)它的表面吸附被測(cè)氣體時(shí)，半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子接觸表面的導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而使氣敏元件的電阻值隨被測(cè)氣體的濃度而改變。這種反應(yīng)是可逆的，因而是可重復(fù)使用的。當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少,而使半導(dǎo)體電阻值增大。當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，則半導(dǎo)體載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。2為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器？【答】加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧等燒掉，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。加熱器的溫度一般控制在200400C左右

44、。3什么叫濕敏電阻？濕敏電阻有哪些類型？【答】1、濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的。2、工業(yè)上流行的濕敏電阻主要有：半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件、氯化鋰濕敏電阻和有機(jī)高分子膜濕敏電阻。9-6根據(jù)圖9-23，說明用色敏傳感器測(cè)量光波波長（即顏色）的工作原理。【答】圖9-25所示為檢測(cè)光波長（即顏色）處理電路。它由色敏半導(dǎo)體傳感器、兩路對(duì)數(shù)放大器電路及運(yùn)算放大器OP3構(gòu)成。要識(shí)別色彩，必須獲得兩只光電二極管的短路電流比。故采用對(duì)數(shù)放大器電路，根據(jù)“虛斷”概念得UD1IUIIeUTTOC o 1-5 h zSD1D1STUD2ISD2UID2I嚴(yán)在電流較小的時(shí)候，

45、二極管兩端加上的電壓和流過電流之間存在近似對(duì)數(shù)關(guān)系: HYPERLINK l bookmark283UUInLsDLD1TISUUInSD2D2TISOP3的輸入電壓為Ui1，UD1,Ui1，UD1。CP3取出它們的差，輸出為一UI1)C1n1nISD21nISD2其正比于短路電流比Isd2/ISd的對(duì)數(shù)。其中C為比例常數(shù)。將電路輸出電壓經(jīng)A/D變換、處理后即可判斷出與電平相對(duì)應(yīng)的波長(即顏色)。9-7圖9-23為酒精測(cè)試電路，A是顯示驅(qū)動(dòng)器。冋:TGS812是什么傳感器？2、5腳是傳感器哪個(gè)部分？有什么作用？分析電路工作原理，調(diào)節(jié)Rp有什么意義?乳LI711么12名13合14昌15侈16么1

46、7么181幺Vnj【答】1、TGS812是氣敏傳感器。 3 #2、2、5腳是氣敏傳感器加熱電極。加熱電極，可以加速還原反應(yīng)，提高氣敏傳感器的靈敏度。燒掉金屬網(wǎng)上的灰塵和油漬，提高響應(yīng)速度。3、電路工作原理當(dāng)氣體傳感器探測(cè)不到酒精時(shí)，加在A的第5腳電平為低電平；當(dāng)氣體傳感器探測(cè)到酒精時(shí)，其內(nèi)阻變低，從而使A的第5腳電平變高。A為顯示推動(dòng)器，它共有10個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管，顯示推動(dòng)器A根據(jù)第5腳電壓高低來確定依次點(diǎn)亮發(fā)光二極管的級(jí)數(shù)，酒精含量越高則點(diǎn)亮二極管的級(jí)數(shù)越大。上面5個(gè)發(fā)光二極管為紅色，表示超過安全水平。下面5個(gè)發(fā)光二極管為綠色，代表安全水平，酒精含量不超過0.05%

47、。調(diào)節(jié)Rp使測(cè)試儀適應(yīng)在不同氣體、不同濃度的條件下工作。1超聲波在介質(zhì)中傳播具有哪些特性？【答】超聲波的波型：聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同，聲波的波型也不同。通常有：縱波、橫波和表面波。超聲波的傳播速度：在固體中，縱波、橫波及其表面波三者的聲速有一定的關(guān)系，通?？烧J(rèn)為橫波聲速為縱波的一半，表面波聲速為橫波聲速的90%；氣體中縱波聲速為344m/s。；液體中縱波聲速在9001900m/s。超聲波的反射和折射：聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)，在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射,另一部分透射過界面，在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射。超聲波的衰減，聲波

48、在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。4簡述超聲波測(cè)量流量的工作原理，并推導(dǎo)出數(shù)學(xué)表達(dá)式?！敬稹坎捎脮r(shí)差法測(cè)流速。v為液體的平均速度，c為超聲波的液體中傳播速度。設(shè)超聲波探頭1為發(fā)射探頭，超聲波探頭2為接收探頭，超聲波傳播的速度為c+v血，則順流傳播時(shí)間為：Dt，迥ic+vsin再以超聲波探頭2為發(fā)射探頭，超聲波探頭1為接收探頭，超聲波傳播的速度為c一vsin，則逆流傳播時(shí)間為：Dt,cos2c一vsin時(shí)差也為.D2vsinAt，t一t，2icosc2一v2sin2由于Cv，可以近似有：aD2vsin2DvtanAtu，cosc2c

49、2則液體的平均速度為c2vucAt2Dtan這種測(cè)量方法的精度取決于At的測(cè)量精度，同時(shí)應(yīng)注意c并非常數(shù)，而是溫度的函數(shù)。 # #3 # # 3 #5已知超聲波探頭垂直安裝在被測(cè)介質(zhì)底部，超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s,測(cè)得時(shí)間為28us，試求物位高度?！窘狻繉?duì)于單探頭來說，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射到探頭的時(shí)間為2ht，c則物位高度為，20.44m了ct1460 x28x10-3h，221簡述微波傳感器的測(cè)量機(jī)理。【答】由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測(cè)物體時(shí)將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測(cè)物體或由被測(cè)物體反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信

50、號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路，即可以顯示出被測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了微波檢測(cè)。2微波傳感器有哪些特點(diǎn)？微波傳感器如何分類？【答】1、微波傳感器作為一種新型的非接觸傳感器具有如下特點(diǎn)：有極寬的頻譜(波長=1.0mm1.0m)可供選用，可根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)選擇不同的測(cè)量頻率；在煙霧、粉塵、水汽、化學(xué)氣氛以及高、低溫環(huán)境中對(duì)檢測(cè)信號(hào)的傳播影響極小，因此可以在惡劣環(huán)境下工作；介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)；時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)與實(shí)時(shí)處理，便于自動(dòng)控制；測(cè)量信號(hào)本身就是電信號(hào)，無須進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而簡化了傳感器與微處理器間的接口，便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控；微波無顯著輻射公

51、害。微波傳感器存在的主要問題是零點(diǎn)漂移和標(biāo)定尚未得到很好的解決。其次，使用時(shí)外界環(huán)境因素影響較多，如溫度、氣壓、取樣位置等。2、根據(jù)微波傳感器的原理，微波傳感器可以分為反射式和遮斷式兩類。反射式微波傳感器反射式微波傳感器是通過檢測(cè)被測(cè)物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時(shí)間間隔來測(cè)量被測(cè)量的。通常它可以測(cè)量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器是通過檢測(cè)接收天線收到的微波功率大小來判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測(cè)物體或被測(cè)物體的厚度、含水量等參數(shù)的。1紅外探測(cè)器有哪些類型？【答】紅外探測(cè)器是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測(cè)紅外輻射的。紅外探測(cè)器的種類很多，按探

52、測(cè)機(jī)理的物理效應(yīng)可分為兩大類：一類是器件的某些性能參數(shù)隨入射的輻射通量作用引起的溫度變化的熱探測(cè)器；另一類是利用各種光子效應(yīng)的光子探測(cè)器，即入射到探測(cè)器上的紅外輻射能以光子的形式與光電探3 #測(cè)器材料的束縛電子相互作用，從而釋放出自由電子和自由空穴參與導(dǎo)電的器件。光子探測(cè)器的響應(yīng)正比于吸收的光子數(shù)。3試說明、卩、,射線的特性?！敬稹吭跈z測(cè)技術(shù)中，射線的電離效應(yīng)、透射效應(yīng)和散射效應(yīng)都有應(yīng)用，但以電離效應(yīng)為主，用粒子來使氣體電離比其它輻射強(qiáng)得多。其貫穿本領(lǐng)小，但有很強(qiáng)的電離作用。B射線與a射線相比，透射能力大，電離作用小。在檢測(cè)中主要是根據(jù)輻射吸收來測(cè)量材料的厚度、密度或重量，根據(jù)輻射的反射來測(cè)量

53、覆蓋層的厚度，利用“粒子很大的電離能力來測(cè)量氣體流的。與B射線相比，Y射線的吸收系數(shù)小，它透過物質(zhì)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(zhì)，其電離作用最小。在測(cè)量儀表中，根據(jù)Y輻射穿透力強(qiáng)這一特性來制作探傷儀、金屬厚度計(jì)和物位計(jì)等。1什么是智能傳感器？它包含哪幾種主要形式？【答】1、所謂智能式傳感器，就是一種帶有微處理器的，兼有信息檢測(cè)、信號(hào)處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。即“電五官”+“電腦”。2、智能傳感器主要形式一是采用微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以強(qiáng)化和提高傳統(tǒng)傳感器的功能，即傳感器與微處理機(jī)可分為兩個(gè)獨(dú)立部分，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)處理和轉(zhuǎn)化后由接口送到微

54、處理機(jī)部分進(jìn)行運(yùn)算處理。這就是我們指的一般意義上的智能傳感器,又稱傳感器的智能化。二是借助于半導(dǎo)體技術(shù)把傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器，簡稱集成智能傳感器。2試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律，說明該定律在熱電偶實(shí)際測(cè)溫中的意義?！敬稹?、中間導(dǎo)體定律如圖(a)所示的回路中，由于溫差電勢(shì)可忽略不計(jì)，則回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和，即EABC(t,t0)=EAB(t)+EBC(t0)+ECA(t0)其中E(t)+E(t)=-E(t)35BC0CA0AB035 3 #將上兩式聯(lián)立得EABC(t,tO)=EAB(t)-EAB

55、(tO)=EAB(t,tO)上式表明，接入第三種導(dǎo)體后，并不影響熱電偶回路的總熱電勢(shì)。(a)具有三種導(dǎo)體的熱電偶回路如圖(b)所示的回路中，由于溫差電勢(shì)可忽略不計(jì)，則回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)的接觸電勢(shì)之和，即E(t,t,t)E(t),E(t),E(t),E(t)E(t)-E(t),E(t)-E(t)ABC01ABBA0AC1CA1ABAB0AC1AC1E(t)-E(t)E(t,t)ABAB0AB0(b)具有三種導(dǎo)體的熱電偶回路2、這樣就可以用導(dǎo)線從熱電偶冷端引出，并接到溫度顯示儀表或控制儀表，組成相應(yīng)的溫度測(cè)量或控制回路。15-3試證明熱電偶的中間溫度定律，說明該定律在熱電偶實(shí)際測(cè)溫中的意義

56、?！敬稹?、中間溫度定律在熱電偶測(cè)溫回路中，tc為熱電極上某一點(diǎn)的溫度，熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)：E(t,t)=E(t)E(t)=E(t)E(t)E(t)E(t)AB0ABAB0ABABcABcAB0=E(t,t)E(t,t)ABcABc0熱電勢(shì)EAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度t、tc和tc、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代數(shù)和2、中間溫度定律在熱電偶實(shí)際測(cè)溫中的意義該定律是參考端溫度計(jì)算修正法的理論依據(jù)，在實(shí)際熱電偶測(cè)溫回路中,利用熱電偶這一性質(zhì),可對(duì)參考端溫度不為0C的熱電勢(shì)進(jìn)行修正。另外根據(jù)這個(gè)定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體片P和Q,

57、將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。15-4用熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？常用的冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？說明補(bǔ)償原理？【答】1、熱電偶熱電勢(shì)的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定。熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0C為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。2、補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校?1)補(bǔ)償導(dǎo)線法(2)計(jì)算修正法(3)冰點(diǎn)槽法(4)冷端補(bǔ)償器法(5)補(bǔ)正系數(shù)法(6)軟件處理法3、補(bǔ)償原理(1)補(bǔ)償導(dǎo)線法原理由于熱電偶的長度有限，在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，熱電偶的冷端一般離熱源較近，冷端溫度波動(dòng)較大，需要把冷端延伸到溫度變化較小的地方；另外，熱電偶輸出的電勢(shì)信號(hào)也需要傳輸?shù)竭h(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)十米遠(yuǎn)的控制室里的顯示儀表或控制儀表。工程中采用一種補(bǔ)償導(dǎo)線，它通常由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)線制成，也有正極和負(fù)極，而且在0100C溫度范圍內(nèi)，要求補(bǔ)償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。接入補(bǔ)償導(dǎo)線后的總熱電勢(shì)為E(t,t)二E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)AB0ABBQnQC0CP0PAn如果