傳感器與檢測(cè)技術(shù)-期末復(fù)習(xí)提綱-胡向東版(共3頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第1章 概述1.1 什么是傳感器？答：傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。1.2 傳感器的共性是什么？答：傳感器的共性就是利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等）輸出。1.3 傳感器一般由哪幾部分組成？答：傳感器的基本組成分為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分，分別完成檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。另外還需要信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，輔助電源。1.4 傳感器是如何分類的？答：傳感器可按輸入量、輸出量、工作原理、基本效應(yīng)、能量變換關(guān)

2、系以及所蘊(yùn)含的技術(shù)特征等分類，其中按輸入量和工作原理的分類方式應(yīng)用較為普遍。 按傳感器的輸入量（即被測(cè)參數(shù)）進(jìn)行分類按輸入量分類的傳感器以被測(cè)物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。 按傳感器的工作原理進(jìn)行分類根據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應(yīng)、半導(dǎo)體理論、化學(xué)原理等），可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器等。 按傳感器的基本效應(yīng)進(jìn)行分類根據(jù)傳感器敏感元件所蘊(yùn)含的基本效應(yīng)，可以將傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。1.6 改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？答： 差動(dòng)技術(shù)； 平均

3、技術(shù)； 補(bǔ)償與修正技術(shù)； 屏蔽、隔離與干擾抑制； 穩(wěn)定性處理。第2章 傳感器的基本特性2.1 什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入、輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入-輸出關(guān)系中不含時(shí)間變量。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。3.2 電阻應(yīng)變片的種類有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)致其材料幾何尺寸的變化；半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。3.4 試分析差動(dòng)測(cè)量電路

4、在應(yīng)變電阻式傳感器測(cè)量中的好處。答： 單臂電橋測(cè)量電路存在非線性誤差，而半橋差動(dòng)和全橋差動(dòng)電路均無(wú)非線性誤差。 半橋差動(dòng)電路的電壓輸出靈敏度比單臂電橋提高了一倍。全橋差動(dòng)電路的電壓輸出靈敏度是單臂電橋的4倍。第4章 電感式傳感器4.9 引起零點(diǎn)殘余電壓的原因是什么？如何消除零點(diǎn)殘余電壓？答：零點(diǎn)殘余電壓的產(chǎn)生原因：（線圈）傳感器的兩個(gè)二次繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)幅值不等、相位不同，構(gòu)成了零點(diǎn)殘余電壓的基波；（鐵心）由于磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯），產(chǎn)生了零點(diǎn)殘余電壓的高次諧波（主要是三次諧波）；（電源）勵(lì)磁電壓本身含高次諧波。零點(diǎn)殘余電壓的消除方法：

5、盡可能保證傳感器的幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路的對(duì)稱；采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，如差動(dòng)整流電路。4.11 如何通過(guò)相敏檢波電路實(shí)現(xiàn)對(duì)位移大小和方向的判定？答：相敏檢測(cè)電路原理是通過(guò)鑒別相位來(lái)辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過(guò)相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向。第6章 壓電式傳感器6.1 什么是壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？答： 正壓電效應(yīng)就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。 當(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上加

6、上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。6.3 試分析石英晶體的壓電效應(yīng)原理。答：石英晶體的化學(xué)成分是，是單晶結(jié)構(gòu)，理想形狀六角錐體，如圖6-1a所示。石英晶體是各向異性材料，不同晶向具有各異的物理特性，用x、y、z軸來(lái)描述。z軸：是通過(guò)錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。x軸：經(jīng)過(guò)六面體的棱線并垂直于z軸的軸為x軸，稱為電軸（壓電效應(yīng)只在該軸的兩個(gè)表面產(chǎn)生電荷集聚），沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。y軸：與x、z軸同時(shí)垂直的軸為y軸，稱為機(jī)械軸（該方向只產(chǎn)生機(jī)械變

7、形，不會(huì)出現(xiàn)電荷集聚）。沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。石英晶體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(hào)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)。反之，如對(duì)石英晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。第7章 磁敏式傳感器7.5 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)？答： 一塊長(zhǎng)為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，在垂直于電流

8、和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N型半導(dǎo)體材料，且比較薄。 霍爾電勢(shì) 霍爾電勢(shì)與霍爾電場(chǎng)EH、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度b、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的厚度d、電子平均運(yùn)動(dòng)速度v、磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I 有關(guān)。 霍爾傳感器的靈敏度 。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。又霍爾元件的靈敏度與載流子濃度成反比，所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。7.6 某霍爾元件尺寸（、）為1.0cm×0.35cm×0.1cm，沿方向通以電流I=1.0mA，在垂直面加有均勻磁場(chǎng)B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.T，求其輸出的霍爾電動(dòng)勢(shì)和載

9、流子濃度。解： 由，得第8章 熱電式傳感器8.2 熱電偶的工作原理是什么?答：熱電偶測(cè)溫基本原理：熱電偶測(cè)溫是基于熱電效應(yīng)的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度不同的熱源中，則在該回路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，在一定條件下，產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)溫度成單值函數(shù)關(guān)系。因此，我們只需測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)值，就可間接獲得被測(cè)溫度。8.3 什么是中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律？答： 中間導(dǎo)體定律熱電偶測(cè)溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線及顯示儀表等均

10、可看成中間導(dǎo)體。 中間溫度定律任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為，冷端為時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為冷端為時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為，冷端為時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為0時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路。 標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參考電極）組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩個(gè)導(dǎo)體A、B組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)為實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。在實(shí)際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對(duì)的熱電勢(shì)，那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(shì)便可由上式求得，而不需逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定。

11、均質(zhì)導(dǎo)體定律如果組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的材料相同，無(wú)論兩接點(diǎn)的溫度是否相同，熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)均為0。均質(zhì)導(dǎo)體定律有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及熱電極材料的均勻性。8.14 熱電阻有什么特點(diǎn)？答：熱電阻測(cè)溫基本原理：熱電阻測(cè)溫是基于熱效應(yīng)的基本原理。所謂熱效應(yīng)，就是金屬導(dǎo)體的阻值會(huì)隨溫度的升高而增加或減小的現(xiàn)象。因此，我們只需測(cè)得金屬導(dǎo)體電阻的變化就可間接獲得被測(cè)溫度。8.15 試分析三線制和四線制接法在熱電阻測(cè)量中的原理及其不同特點(diǎn)。答：熱電阻常用引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制。兩線制的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，但是引線電阻及其變化會(huì)帶來(lái)附加誤差。主要適用于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫

12、精度要求較低的場(chǎng)合。三線制的特點(diǎn)是可較好地減小引線電阻的影響。主要適用于大多數(shù)工業(yè)測(cè)量場(chǎng)合。四線制的特點(diǎn)是精度高，能完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響。主要適用于實(shí)驗(yàn)室等高精度測(cè)量場(chǎng)合。第9章 光電式傳感器9.4 什么是光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？答：光照射到物體上使物體發(fā)射電子，或電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)等，這些因光照引起物體電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí)，光子的能量傳給光電材料表面的電子，如果入射到表面的光能使電子獲得足夠的能量，電子會(huì)克服正離子對(duì)它的吸引力，脫離材料表面進(jìn)入外界空間，這種現(xiàn)象稱為外光電

13、效應(yīng)。根據(jù)外光電效應(yīng)制作的光電器件有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)是指物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)逸出物體的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)，可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和因光照產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光生伏特效應(yīng)兩種。光電導(dǎo)效應(yīng)是指物體在入射光能量的激發(fā)下，其內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子（電子-空穴對(duì)），使物體中載流子數(shù)量顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象?；诠怆妼?dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。光生伏特效應(yīng)是指光照在半導(dǎo)體中激發(fā)出的光電子和空穴在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，是將光能變?yōu)殡娔艿囊环N效應(yīng)?；诠馍匦?yīng)的光電器件典型的有光電池；此外，光敏二極管、光敏晶體管也是基于光生伏特

14、效應(yīng)的光電器件。第10章 輻射與波式傳感器10.8 試分析微波傳感器的主要組成及其各自的功能。答：微波傳感器的組成主要包括三個(gè)部分：微波發(fā)生器（或稱微波振蕩器）、微波天線及微波檢測(cè)器。（1）微波發(fā)生器微波發(fā)生器是產(chǎn)生微波的裝置。由于微波波長(zhǎng)很短、頻率很高（300MHz300GHz），要求振蕩回路有非常小的電感與電容，故不能采用普通的晶體管構(gòu)成微波振蕩器，而是采用速調(diào)管、磁控管或某些固態(tài)元件構(gòu)成。小型微波振蕩器也可采用體效應(yīng)管。微波發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)需要用波導(dǎo)管（管長(zhǎng)為10cm以上，可用同軸電纜）傳輸。（2）微波天線微波天線是用于將經(jīng)振蕩器產(chǎn)生的微波信號(hào)發(fā)射出去的裝置。為了保證發(fā)射出去的微波信號(hào)具有最大的能量輸出和一致的方向性，要求微波天線有特殊的結(jié)構(gòu)和形狀，常用的天線如圖10-17所示，