傳感器原理與應(yīng)用課后習(xí)題

傳感器原理與應(yīng)用課后習(xí)題

《傳感器原理與應(yīng)用》課后習(xí)題

課任老師：黃華

姓名：張川學(xué)號(hào)：1143032002

第一章

2、一、按工作機(jī)理分類：結(jié)構(gòu)型，物性型，復(fù)合型三大類。一般在

研究物理化學(xué)和生物等科學(xué)領(lǐng)域的原理、規(guī)律、效應(yīng)的時(shí)候，便于選擇。

二、按被測量分類：物理量傳感器，化學(xué)量傳感器，生物量傳感器。

在對各領(lǐng)域的用途上很容易選擇。

三、按敏感材料分類：半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器、

高分子材料傳感器、金屬傳感器等。很明顯不同的名字就代表著用法，不

同的制造材料去不同使用。

四、按能量的關(guān)系分類：有源傳感器、無源傳感器。很明顯是在能量

轉(zhuǎn)換的時(shí)候，也就是非電與電之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，還有就是非電與電能之間的

調(diào)節(jié)作用的時(shí)候，需要用到此類傳感器。

五、按應(yīng)用領(lǐng)域分類：醫(yī)學(xué)傳感器、航天傳感器。顧名思義，就是在

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)器械檢查等方面和航空航天的整體過程中會(huì)用到。

六、其他分類法：按用途、科目、功能、輸出信號(hào)的性質(zhì)分類。當(dāng)然

按其所需要的類型使用此類傳感器。

3、1）線性度：E??

2）靈敏度：?maxY?100%FSSn??y?x

3)重復(fù)性:誤差Ex??(2~3)??Y?100%

|FS4)遲滯(回差滯環(huán))現(xiàn)象：E?|

5)分辨率：?y?yidxmin

6)穩(wěn)定性7)漂移

4、它是傳感器對輸入激勵(lì)的輸出響應(yīng)特性。通常從時(shí)域或者頻域兩

方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。

6、系統(tǒng)：Ady(t)?By(t)?Cx(t)dtAdy(t)C?y(t)?x(t)BdtB

通用形式：？dy(t)?y(t)?Kx(t)式中T——傳感器的時(shí)間常數(shù)，T=A/B,

反映慣性;d(t)

K——傳感器的靜態(tài)靈敏度或放大系數(shù)，k=C/B,反映靜態(tài)特征；

?傳遞函數(shù)：H⑸?Kl??s

?頻率特性：H(jw)?Kl?jw?

?幅頻特性：A(w)?|H(jw)|?K

?(??)2

???)??arctan(??)?想頻特性：？(?)？

arctan(

?ST1時(shí)，輸入輸出關(guān)系接近線性，輸出較真實(shí)反映輸入變

化。A(3)"1,U(3)七0；輸出y⑴反映輸入x(t);

?截至頻率，指幅值比下降到零頻率幅值比的0.707時(shí)對應(yīng)的頻率，

為3H=1/T,所以時(shí)間常數(shù)T越小，3H越高，工作頻率越寬，響應(yīng)越好。

第二章2、金屬導(dǎo)體受到外力作用產(chǎn)生機(jī)械形變，電阻值會(huì)隨著形變

的變化而變化。應(yīng)變片的敏感柵受力形變后使其電阻發(fā)生變化。將其粘貼

在試件上，利用應(yīng)變一一電阻效應(yīng)便能把試件表面的應(yīng)變量直接變換為電

阻的相對變化量，這樣就把力的大小通過電阻改變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)再有電信

號(hào)模擬出來數(shù)字顯示，金屬電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的傳感元件。

4、油料液位監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)和制作了一種油料液位監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器部分采用電容式

液位計(jì)，當(dāng)液位高于最大安生高度時(shí)，鳴響振鈴并點(diǎn)亮紅色LED燈;當(dāng)液位

低于所要求的最小高度時(shí)，鳴響振鈴并點(diǎn)亮黃色LED燈；當(dāng)液位處于所要

求的高度范圍內(nèi)時(shí).，點(diǎn)亮綠色LED燈。

油料液位是指油庫或油箱中的油積存的相對高度.當(dāng)油庫或油箱需要

充油時(shí);若液位已達(dá)到最大安全容量所對應(yīng)的高度，就需要給充油者以提

示；若油的液位低于最低要求高度時(shí)，需要給以也提示，以便使油庫或油

箱得以及時(shí)補(bǔ)充.這種液位監(jiān)測系統(tǒng)在儲(chǔ)油庫或汽車油箱等方面具有重要

的作用。文設(shè)計(jì)和制作了一種油料液位監(jiān)測系統(tǒng)，以在液位高于最大安全

高度時(shí)，響振鈴報(bào)警并點(diǎn)亮紅色LED燈;當(dāng)液位置低于某一高度時(shí)，鳴響振

鈴并點(diǎn)亮黃色LED燈;當(dāng)液位處于所要求的高度范圍內(nèi)時(shí);點(diǎn)亮綠色LED燈

給以提示。

1電路設(shè)計(jì)及工作原理

油料液位監(jiān)測系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)如圖1所示。整個(gè)電路可以分成兩部分:

①測量與轉(zhuǎn)換電路。②控制電路、監(jiān)測系統(tǒng)和振鈴。

1.1測量與轉(zhuǎn)換電路如圖1所示，虛線方框內(nèi)為測量與轉(zhuǎn)換電路部

分.其中測量部分采用電容式液位計(jì)[1],結(jié)構(gòu)如圖2所示，電容式液位計(jì)

是一種電容式傳感器，它是將被測介質(zhì)的液面變化轉(zhuǎn)換為電容器的電容變

化，當(dāng)油料的液面高度變化時(shí)，引起圓柱形電容器的電容Cs發(fā)生變化，

可以證明液面高度x的變化與電容Cs的關(guān)系為：

式中，

介電常數(shù)，h為電極總高度，R1為內(nèi)電極外徑，R2

為外電極內(nèi)徑。從（1）式可見，電容式液位計(jì)的

輸出電容Cs與液位高度x成線性關(guān)系.再利用脈沖

調(diào)寬轉(zhuǎn)換電路，就可將液位高度x轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)

的電壓輸出。

在脈寬調(diào)制電路中，Cs代表傳感器電容，Cr

為參比電容，Cs、Cr分別與RI、R2、BG1、BG

2

為油料介電常數(shù)，為空氣

構(gòu)成充放電電路，其充放電時(shí)間常數(shù)分別設(shè)為和

。開始Ui>Ur,U2>Ur,Cs、

<,U1先達(dá)到Ur之后繼續(xù)充Cr充電，UI,U2電位迅速降低，由于

Cs<Cr,所以，電，直至U2達(dá)到Ur,此時(shí)比較器Al翻轉(zhuǎn)，輸出低電位，

BG3反相后輸出；當(dāng)U2達(dá)到U1,比較器A2翻轉(zhuǎn)，開關(guān)BG1、BG2導(dǎo)

通，Cs、Cr迅速放電，U1.U2又上升為高電平，比較器A1輸出高電平，

BG3輸出低電平，完成一次充放電周期，然后又重復(fù)上述動(dòng)作.T3輸出平

均直流電壓為

將1代得式人：

經(jīng)BG4反相和

電容器濾波后。輸出平均電壓Ux正比于液位高度x,,即液面越高,x

越大，Ux越大。

1.2控制部分控制部分由比較器A和B、TTL、與非門、監(jiān)測燈和振

鈴2構(gòu)成.脈寬調(diào)制電路輸出Ux通過電壓比較器A和B分別與兩基準(zhǔn)電

壓U1和U2相比較，UI,U2分別等于液位高度為XI、X2時(shí)轉(zhuǎn)換電路的

輸出電壓Uxl、Ux2,因?yàn)閄1>X2,而Ux與x成正比。所以U1>U2。

以“1”表示比較器輸出電壓UA、UB是高電平，燈亮及鈴響；以“0”

表示低電平，燈滅，鈴不響，其電路設(shè)計(jì)要求簡化成卡諾圖如圖3所示。

根據(jù)以上要求，我們設(shè)計(jì)了控

制部分電路.由于與非門輸出電平

比較低，達(dá)不到燈及振鈴工作所需

要的達(dá)電壓，故要增加一級(jí)放大電

路，使電壓匹配。適當(dāng)調(diào)節(jié)電源E

和電阻R、Rc即可使LED燈及振鈴正常工作。

第四章

1、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(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙

厚度為3,傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度3發(fā)

生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)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(shí)是比較精確的。為了減小非線性誤差,

實(shí)際測量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。

2）、差動(dòng)變壓器式互感傳感器：把被測的非電量變化轉(zhuǎn)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(jí)繞組都用差動(dòng)形式連接。應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器可測量

l-100mm的機(jī)械位移量，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(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)

體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈旋

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)。根據(jù)電渦

流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。靈敏度高。5、

圖3—15相敏檢波電路

電路如圖3-15所示。VD1、VD2、VD3、VD4為四個(gè)性能相同的二極

管，以同一方向串聯(lián)成一個(gè)閉合回路，形成環(huán)形電橋。輸入信號(hào)u2（差動(dòng)

變壓器式傳感器輸出的調(diào)幅波電壓）通過變壓器T1加到環(huán)形電橋的一個(gè)對

角線。參考信號(hào)uO通過變壓器T2加入環(huán)形電橋的另一個(gè)對角線。輸出信

號(hào)uL從變壓器T1與T2的中心抽頭引出。平衡電阻R起限流作用，避免

二極管導(dǎo)通時(shí)變壓器T2的次級(jí)電流過大。RL為負(fù)載電阻，uO的幅值要遠(yuǎn)

大于輸入信號(hào)u2的幅值，以便有效控制四個(gè)二極管的導(dǎo)通狀態(tài)，且uO和

差動(dòng)變壓器式傳感器激磁電壓ul由同一振蕩器供電，保證二者同頻、同

相（或反相）。由圖3-16（a）、（c）、（d）可知，當(dāng)位

移Ax>。時(shí),u2與uO同頻同相，當(dāng)位移睦&代;。

時(shí)，u2與uO同頻反相。

△x>O時(shí)，u2與uO為同頻同相，當(dāng)u2

與uO均為正半周時(shí)，見圖3-15(a),環(huán)形

電橋中二極管VD1、VD4截止，VD2、VD3導(dǎo)

通，則可得圖3-15(b)的等效電路。

ul0?u20?u0u；u21?u22?22n22nl

根據(jù)變壓器的工作原理，考慮到0、M

分別為變壓器Tl、T2的中心抽頭，則有：

圖3—16波形圖

u01?u02?u0u；u21?u22?0；2n22nl

式中：nl>n2為變壓器Tl、T2的變比。

采用電路分析的基本方法，可求得圖3-15(b)所示電路的輸出電壓

uL的表達(dá)式：

uL?RLu2(3-23)nl(Rl?2RL)

同理，當(dāng)U2與uO均為負(fù)半周時(shí)，二極管VD2、VD3截止，VD1、VD4

導(dǎo)通。其等效電路如圖3-15(c)所示，輸出電壓uL表達(dá)式與式(3-23)相同，

說明只要位移△x>O,不論u2與uO是正半周還是負(fù)半周，負(fù)載RL兩端

得到的電壓uL始終為正。

當(dāng)△x<O時(shí)，u2與uO為同頻反相。采用上述相同的分析方法不難

得到：當(dāng)Ax<O時(shí)，不論u2與uO是正半周還是負(fù)半周，負(fù)載電阻RL兩

端得到的輸出電壓uL表達(dá)式總是為：

uL??RLu2(3-24)nl(Rl?2RL)

所以上述相敏檢波電路輸出電壓uL的變化規(guī)律充分反映了被測位移

量的變化規(guī)律，即uL的值反映位移Ax的大小，而uL的極性則反映了位

移Ax的方向。

第五章

1、分兩種情況證明

(1)

熱電偶回路的總熱電勢為

E=eAB(T)+eBC(TO)+eCA(TO)(1)

如果熱電偶回路各接點(diǎn)溫度相同，其總的熱電勢為0.

E=eAB(T0)+eBC(T0)+eCA(T0)=0

變換后

eCA(T0)+eBC(T0)=-eAB(TO)(2)

⑵代入(1)中得

E=eAB(T)+eBC(TO)

(2)

E=eAB(T)+eBC(Tl)+eCB(Tl)+eBA(TO)

由于

eBC(Tl)+eCB(Tl)=O

E=eAB(T)+eBA(TO)

2、金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻同屬熱電阻傳感器，其原理是利用

半導(dǎo)體或?qū)w的電阻隨溫度變化而變化的性質(zhì)。根據(jù)所選材料的不同，將

選擇金屬材料制作的熱電阻稱為熱電阻，選擇半導(dǎo)體材料制作的熱電阻稱

為半導(dǎo)體熱敏電阻。

1）金屬熱電阻利用電阻隨溫度升高而增大的特性來測量溫度。溫度

升高金屬內(nèi)部晶格的震動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體

的阻力增大，宏觀上表現(xiàn)電阻率變大，總電阻值增加。

2）熱敏電阻是利用半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件。

5、溫敏二極管特性只對擴(kuò)散電流成立，但實(shí)際二極管的正向電流除

擴(kuò)散電流成分外，還包括空間電荷區(qū)的復(fù)合電流和表面復(fù)合電流成分。這

兩種電流與溫度的關(guān)系不同于擴(kuò)散電流與溫度的關(guān)系，因此，實(shí)際二極管

的電壓-溫度特性是偏離理想情況的。由于三極管在發(fā)射結(jié)正向偏置條件下,

雖然發(fā)射結(jié)也包括上述三種電流成分，但是只有其中的擴(kuò)散電流成分能夠

到達(dá)集電極形成集電極電流，而另外兩種電流成分則作為基極電流漏掉，

并不到達(dá)集電極。因此，晶體管的l?UCBE關(guān)系比二極管的l?UFF關(guān)系更符

合理想情況，所以表現(xiàn)出更

好的電壓-溫度線性關(guān)系。

6、利用AD590溫度傳感器完成溫度的測量，把轉(zhuǎn)換的溫度值的模擬

量送入ADC0809的其中一個(gè)通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行溫度值

變換之后送入數(shù)碼管顯示。電路原理圖

1）系統(tǒng)板上硬件連線

（1）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的Pl.O-P1.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”

區(qū)域中的ABCDEFGH

端口用8芯排線連接。

（2）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0-P2.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”

區(qū)域中的

S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線連接。

（3）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中

的ST端子用導(dǎo)線

相連接。

（4）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中

的0E端子用導(dǎo)線

相連接。

（5）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中

的EOC端子用導(dǎo)

線相連接。

（6）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.3與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中

的CLK端子用導(dǎo)

線相連接。

（7）.把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導(dǎo)線連接到“電

源模塊”區(qū)域中

的GND端子上。

（8）.把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的INO端子用導(dǎo)線連接到自制的

AD590電路上。

（9）.把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0-P0.7用8芯排線連接到“模

數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”

區(qū)域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。

2）程序設(shè)計(jì)內(nèi)容

(1).ADC0809的CLK信號(hào)由單片機(jī)的P3.3管腳提供

(2).由于AD590的溫度變化范圍在-55℃—+150℃之間，經(jīng)過

10KQ之后采樣到

的電壓變化在2.182V—4.232V之間，不超過5V電壓所表示的范圍，

因此參考

電壓取電源電壓(實(shí)測由此可計(jì)算出經(jīng)過轉(zhuǎn)

VCC,VCC=4.70V)oA/D

換之后的

攝氏溫度顯示的數(shù)據(jù)為：

如果(D*2350/128)<2732,則顯示的溫度值為一(2732—

(D*2350/128))

如果(D*2350/128)22732,則顯示的溫度值為+((D*2350/128)

-2732)

3)實(shí)驗(yàn)源程序略AD590測量為其周圍溫度，因此需要與被測量元件

盡可能接近，因此為接觸式測量元件。非接觸式溫度測量器件：題目要

求與被測原件距離為5米，因此接觸式溫度測量元件無法使用。

最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫

儀表。推薦：熱電偶、熱電阻。光學(xué)高溫計(jì)，輻射高溫計(jì)等。

第八早

1、當(dāng)某些物質(zhì)沿其某一方向被施加壓力或拉力時(shí).，會(huì)產(chǎn)生形變，此

時(shí)這種材料的兩個(gè)表面將產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)去掉外力后，它又重新

回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。有時(shí)人們又把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)

變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，稱為“順壓電效應(yīng)二反之，在某些物質(zhì)的極化方向上

施加電場，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場后，該物質(zhì)的變形隨之消

失，這種電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象，稱為“逆壓電效應(yīng)二2、（1）當(dāng)某

些物質(zhì)沿其一定方向施加壓力或拉力時(shí).，會(huì)產(chǎn)生變形，此時(shí)這種材料的兩

個(gè)表面將產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷。當(dāng)去掉外力后，它又重新回到不帶電狀態(tài)。

這種現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。

（2）石英晶體屬于單晶體，化學(xué)式為SiO2外形結(jié)構(gòu)呈六面體沿各方

向特征不同。從石英晶體上沿機(jī)械軸（y）方向切下一塊晶體片，當(dāng)在電

軸（x軸）方向受到力作用時(shí)，在與電軸（x軸）垂直的平面上將產(chǎn)生電

荷qx；若在同一晶體片上，當(dāng)在機(jī)械軸（y軸）方向受到力作用時(shí);則仍

在與電軸（X軸）垂直的平面上將產(chǎn)生電荷qy電荷qx和qy的符qx

號(hào)

由受力是拉力還是壓力決定的。的大小與晶體片形狀尺寸無關(guān)，而

qy與晶體片的幾何尺寸有關(guān)。即沿X方向電軸的力作用產(chǎn)生電荷的壓電

效應(yīng)稱”縱向壓電效應(yīng)”；沿Y方向的機(jī)械軸的力作用產(chǎn)生電荷的壓電效

應(yīng)稱”橫向壓電效應(yīng)”；沿Z方向的光軸的力作用時(shí)不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

8、鐵磁性材料受到機(jī)械力的作用時(shí)?，它的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致導(dǎo)磁

率發(fā)生變化，產(chǎn)生壓磁效應(yīng)。磁材料被磁化時(shí),如果受到限制而不能伸縮,

內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。同樣在外部施加力也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)鐵磁材料因磁化而

引起伸縮產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，其內(nèi)部必然存在磁彈性能量，從而產(chǎn)生應(yīng)力。，導(dǎo)致

磁導(dǎo)率U發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)。

第七章

1>E=hv-W：一束光打到一塊金屬上，光的；頻率是v,我們知道hv

是一個(gè)光子的能量，即這束光的最小的能量，金屬中電子要擺脫原子核的

束縛飛出金屬表面就需要吸收能量，及吸收一個(gè)光子，但是如果光子的能

量不足以讓電子飛出金屬表面，電子式飛不出來的，我們就沒看到有光電

子。若是能量大于所需能量(即逸出功W),就可以發(fā)生光電效應(yīng)(更確

切的說是外光電效應(yīng)，還有一個(gè)就是內(nèi)光電效應(yīng)，即吸收了光子發(fā)生躍遷,

沒有脫離金屬)，并且多余的能量轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能，即E。

2、由光陰極、倍增電極和陽極組成，各倍增電極均加有電場。在一

定電子轟擊下，會(huì)逐級(jí)產(chǎn)生更多電子，從而在微弱光照下也能產(chǎn)生很大光

電流。1000*1,6*10(-19)*&(16)=20安*1秒，&(16)=12.5*10

(16)&=11.7所以&=12故：倍增系數(shù)為12,5*10(16),發(fā)射

系數(shù)為12o

3、光敏電阻的光電流和電壓成線性關(guān)系。不同的光照度可以得到不

同的伏安特性，表明電阻值隨光照度發(fā)生變化。光照度不變的情況下，電

壓越高，光電流也越大，而且沒有飽和現(xiàn)象。由于光敏電阻的光照特性是

非線性的，因此不適宜作線性敏感元件，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一。所

以在自動(dòng)控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器光電池的特點(diǎn)是工

作時(shí)不需要外加偏壓，接收面積小，使用方便。缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間長。

光電池的光照特性為開路電壓與光照度之間為對數(shù)關(guān)系，因而具有飽

和性。因此，把硅光電池作為敏感元件時(shí)，應(yīng)該把它當(dāng)作電流源的形式使

用，即利用短路電流與光照度成線性的特點(diǎn)，這是硅光電池的主要優(yōu)點(diǎn)。

光敏二極管的光照特性亦呈良好線性，這是由于它的電流靈敏度一般

為常數(shù)。而光敏三極管在弱光時(shí)靈敏度低些，在強(qiáng)光時(shí)則有飽和現(xiàn)象，這

是由于電流放大倍數(shù)的非線性所至，對弱信號(hào)的檢測不利。故一般在作線

性檢測元件時(shí)，可選擇光敏二極管而不能用光敏三極管。

光敏三極管的光電流比同類型的光敏二極管大好幾十倍，零偏壓時(shí)，

光敏二極管有光電流輸出，而光敏三極管則無光電流輸出。原因是它們都

能產(chǎn)生光生電動(dòng)勢，只因光電三極管的集電結(jié)在無反向偏壓時(shí)沒有放大作

用，所以此時(shí)沒有電流輸出(或僅有很小的漏電流)。

10、光纖渦輪流量傳感器探頭如圖1所示。當(dāng)流體驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí).，

渦輪上的反光轉(zhuǎn)子周期性地將入射光纖的激光反射到出射光纖中，再傳輸

至光電探測器(或光電計(jì)數(shù)器)，并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，形成有規(guī)律的電脈沖信

號(hào)，電脈沖信號(hào)的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成一定比例。再進(jìn)行后期信號(hào)解析處

理，就可以推算出被測流體的流量。

第八章

1、一個(gè)霍爾元件在一定的電流控制下，由公式UH=IB/(ned)知其霍爾

電勢與電場強(qiáng)度B、金屬電板單位體積內(nèi)電子數(shù)n、單位電子所帶電荷e

和金屬電板的厚度d等四個(gè)因素有關(guān)。

第九章

1、單位體積空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量，叫做空氣的“絕對濕度二空

氣中實(shí)際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值，叫做空

氣的“相對濕度二

3、1).MOS二極管氣敏器件

MOS二極管氣敏元件是在P型半導(dǎo)體硅片上，利用熱氧化工藝生成

一層厚度為50~100nm的二氧化硅(SiO2),然后在其上層蒸發(fā)一層把

(Pd)的金屬薄膜，作為柵電極，如圖9-8(a)所示。由于SiO2層電容Ca固

定不變，而Si和SiO2界面電容Cs是外加電壓的函數(shù)，其等效電路見圖

由等效電路可知，總電容也是柵偏壓的函數(shù)。其函數(shù)關(guān)系稱為

9-8(b)oC

該類MOS二極管的C-V特性。由于鈿對氫氣(H2)特別敏感，當(dāng)杷吸附了

H2以后，會(huì)使把的功函數(shù)降低，導(dǎo)致MOS管的C-V特性向負(fù)偏壓方向

平移，如圖9-8(c)所示。根

據(jù)這一特性就可用于測定H2的濃度。

2).把-MOS場效應(yīng)晶體管氣敏器件鈿-MOS場效應(yīng)晶體管

(Pd-MOSFET)的結(jié)構(gòu)與普通MOSFET結(jié)構(gòu)，參見圖9-9。從圖可知，它們

的主要區(qū)別在于柵極GoPd-MOSFET的柵電極材料是把(Pd),而普通

MOSFET為鋁(AI)。因?yàn)镻d對H2有很強(qiáng)的吸附性，當(dāng)H2吸附在Pd

柵極上，引起Pd的功函數(shù)降低。根據(jù)MOSFET工作原理可知，當(dāng)柵極(G)、

源極(S)之間加正向偏壓VGS,且VGS>VT(閾值電壓)時(shí)，則柵極氧

化層下面的硅從P型變?yōu)镹型。這個(gè)N型區(qū)就將源極和漏極連接起來,

形成導(dǎo)電通道，即為N型溝道。此時(shí)，MOSFET進(jìn)入工作狀態(tài)。若此時(shí)，

在源⑸漏(D)極之間加電壓VDS,則源極和漏極之間有電流流通(IDS)。IDS

隨VDS和VGS的大小而變化，其變化規(guī)律即為MOSFET的V-A特性。

當(dāng)VGS<VT時(shí)，MOSFET的溝道未形成，故無漏源電流。VT的大小除

了與襯底材料的性質(zhì)有關(guān)外，還與金屬和半導(dǎo)體之間的功函數(shù)有關(guān)。

Pd-MOSFET氣敏器件就是利用H2在鈿柵極上吸附后引起閾值電壓VT

下降這一特性來檢測H2濃度。

7、(1)電容式濕敏元件

高分子電容式濕敏元件是利用濕敏元件的電容值隨濕度變化的原理

進(jìn)行濕度測量的。具有感濕的高分子聚合物，例如，乙酸-丁酸纖維素和

乙酸-丙酸纖維素等，做成薄膜，實(shí)驗(yàn)證明，它們具有迅速吸濕和脫濕的

能力。薄膜覆蓋在叉指形金電極（下電極）上，然后在感濕薄膜表面上再蒸

鍍一層多孔金屬膜（上電極），如此結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了一個(gè)平行板電容器，如圖

9-17（a）所示。當(dāng)環(huán)境中的水分子沿著上電極的毛細(xì)微孔進(jìn)入感濕膜而被吸

附時(shí)，濕敏元件的電容值與相對濕度之間具有正比關(guān)系，線性度約為土1%,

如圖9-17（b）所示。

（2）石英振動(dòng)式濕敏元件

在石英晶片的表面涂敷聚胺脂高分子膜，當(dāng)膜吸濕時(shí)，由于膜的重量

變化而使石英晶片

振蕩頻率發(fā)生變化，不同的頻率就代表不同程度的濕度。這種濕敏元

件，在0?50℃,元件檢濕范圍是0%RH?100%RH,誤差為±5%RH。

9、通過XCT-102設(shè)定所需的恒溫值后接通電源開關(guān)S,當(dāng)銷電阻RT（安

裝在電熱器旁，與XCT-102配套使用，分度號(hào)PtIOO）感知的溫度低于設(shè)定

值時(shí),XCT-102的接線端子“中”與“低”接通,SSR的輸入端（+、-端）

得電，輸出端（?、?端）閉合，電熱器通電升溫：當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)

定值時(shí)，端子“中”與“低”自動(dòng)斷開，SSR的輸入端失電，輸出端開路，

電熱器斷電，進(jìn)入恒溫狀態(tài)；一段時(shí)間后溫度略降，端子“中”與“低”

再度接通，電路重復(fù)上述工作過程，使溫度恒定在設(shè)定值。

SSR可選用JG型，額定輸出電壓為交流220V,額定輸出電流根據(jù)所

用電熱器的功率大小而選定。因SSR采用密閉封裝，無機(jī)械觸點(diǎn)，電路通、

斷時(shí)也無電弧產(chǎn)生。它的輸入端和輸出端通過紅外光耦合，電氣上完全隔

離,因此安全可靠，使用壽命長。其輸入端所需的直流驅(qū)動(dòng)電壓(DC12V)

可由XCT-102內(nèi)部現(xiàn)成的DC12V電源提供，按附圖把端子“中”和SSR的

端分別接入XCT-102內(nèi)的DC12V電源即可。

第十章

1、希爾霍夫定律指不同物體對輻射能的吸收系數(shù)不同，在單位面積

和單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的輻射能，側(cè)重不同物體，物體為變量；

斯忒藩-玻爾茲曼定律是指物體溫度越高，它輻射出來的能量越大，側(cè)

重不同溫度，溫度為變量；

維恩位移定律是指物體峰值輻射波長入m與物體自身的絕對溫度T

成反比。側(cè)重輻射波長和物體溫度的關(guān)系，溫度為變量。

3、若投射到探測器上的紅外輻射功率所產(chǎn)生的輸出電壓正好等于探

測器本身的噪聲電壓，這個(gè)輻射功率就叫做噪聲等效功率(NEP)。設(shè)入射輻

射的功率為P,測得的輸出電壓為Uo,然后除去輻射源，測得探測器的

噪聲電壓為UN,則按比例計(jì)算，要Uo=UN的輻

射功率為：NEP?P

DON?Nr探測率D*實(shí)質(zhì)上就是當(dāng)探測器的敏感元件具有單位面積，放

大器的帶寬為1Hz時(shí)，單位功率輻射所獲得的信噪比。*?S?fr?S?f

(cm