陳杰傳感器與檢測(cè)技術(shù)課后

1、第一章習(xí)題答案什么是傳感器？它由哪幾個(gè)部分構(gòu)成？分別起到什么作用？解：傳感器是一種以必定的精確度把被丈量變換為和之有確立對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于使用的某種物理量的丈量裝置，能達(dá)成檢測(cè)任務(wù)；傳感器由敏感元件，變換元件，變換電路構(gòu)成。敏感元件是直接感覺(jué)被丈量，并輸出和被丈量成確立關(guān)系的物理量；變換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入，變換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本變換電路，即可變換成電量輸出。傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向表此刻哪幾個(gè)方面？解：（1）開發(fā)新的敏感、傳感資料：在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會(huì)使半導(dǎo)體硅資料的性能改變，從而制成力敏、熱敏、光敏、磁敏平易敏等敏感元件后，找尋發(fā)現(xiàn)擁有新原理、新效應(yīng)的

2、敏感元件和傳感元件。2）開發(fā)研制新式傳感器及構(gòu)成新式測(cè)試系統(tǒng)MEMS技術(shù)要求研制微型傳感器。如用于微型偵探機(jī)的CCD傳感器、用于管道爬壁機(jī)器人的力敏、視覺(jué)傳感器。研制仿生傳感器研制海洋探測(cè)用傳感器研制成分分析用傳感器研制輕微信號(hào)檢測(cè)傳感器3）研究新一代的智能化傳感器及測(cè)試系統(tǒng)：如電子血壓計(jì)，智能水、電、煤氣、熱量表。它們的特色是傳感器和微型計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用軟件實(shí)現(xiàn)。4）傳感器發(fā)展集成化：固體功能資料的進(jìn)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不停發(fā)展，為傳感器集成化開拓了廣闊的遠(yuǎn)景。（5）多功能和多參數(shù)傳感器的研究：憂如時(shí)檢測(cè)壓力、溫度和液位的傳感器已逐漸走向市場(chǎng)。傳感器的性能

3、參數(shù)反響了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各樣參數(shù)代表什么意義？動(dòng)向參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？解：在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要對(duì)各樣各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，就要求傳感器能感覺(jué)被測(cè)非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量，這取決于傳感器的基本特征，即輸出輸入特征。衡量靜態(tài)特征的重要指標(biāo)是線性度、矯捷度，遲滯和重復(fù)性等。）傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵龊洼斎胫g數(shù)目關(guān)系的線性程度；2）傳感器的矯捷度S是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽吭隽縴和引起輸出量增量y的輸入量增量x的比值；）傳感器的遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡ㄝ斎肓吭龃螅┓矗ㄝ斎肓繙p?。┬谐虝r(shí)期其輸出-輸入特征曲線不重合的現(xiàn)象；）傳感器的重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓?/p>

4、按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特征曲線不一致的程度。）傳感器的漂移是指在外界的攪亂下，輸出量發(fā)生和輸入量沒(méi)關(guān)的、不需要的變化。漂移包含零點(diǎn)漂移和矯捷度漂移等。傳感器的動(dòng)向特征是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特征：頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。1）瞬態(tài)響應(yīng)特征：傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間響應(yīng)。在研究傳感器的動(dòng)向特征時(shí)，有時(shí)需要從時(shí)域中對(duì)傳感器的響應(yīng)和過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行分析。這種分析方法是時(shí)域分析法，傳感器對(duì)所加激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)稱瞬態(tài)響應(yīng)。常用激勵(lì)信號(hào)有階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)、脈沖函數(shù)等。）頻率響應(yīng)特征：傳感器對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng)特征，稱為頻率響應(yīng)特征。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特征出發(fā)研究

5、傳感器的動(dòng)向特征。為了減小動(dòng)向偏差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍，一般是提升傳感器固有頻率。n4某位移傳感器，在輸入量變化5mm時(shí)，輸出電壓變化為300mV，求其靈敏度。U300103解：其矯捷度k510360X第二章習(xí)題答案什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？什么是橫向效應(yīng)？解：應(yīng)變效應(yīng)，是指在導(dǎo)體產(chǎn)活力械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體資料在某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。橫向效應(yīng)，是指將直的電阻絲繞成敏感柵后，固然長(zhǎng)度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但因?yàn)閼?yīng)變片敏感柵的電阻變化較小，因此其矯捷系數(shù)k較電阻絲的矯捷系數(shù)k0小的現(xiàn)象。、試說(shuō)明金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不一樣之處。

6、解：金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分構(gòu)成。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐化等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其長(zhǎng)處是散熱條件好，同意經(jīng)過(guò)的電流較大，便于批量生產(chǎn)，可制成各樣所需的形狀；弊端是電阻分別性大。薄膜式應(yīng)變片是采納真空蒸發(fā)或真空積淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1m以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。它的長(zhǎng)處是應(yīng)變矯捷度系數(shù)大，同意電流密度大，工作范圍廣。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體資料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出長(zhǎng)處是矯捷度高，比金屬絲式應(yīng)變片高5080倍，尺寸小，橫向效應(yīng)小，動(dòng)向響應(yīng)好。但它

7、有溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性比較嚴(yán)重等弊端。3、應(yīng)變片產(chǎn)生溫度偏差的原由及減小或賠償溫度偏差的方法是什么？解：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度偏差的原由：當(dāng)丈量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度變化時(shí)，因?yàn)槊舾袞艤囟认禂?shù)及柵絲和試件膨脹系數(shù)之差異性而給丈量帶來(lái)了附帶偏差。電阻應(yīng)變片的溫度賠償方法：平常有線路賠償法和應(yīng)變片自賠償兩大類。）電橋賠償是最常用的且成效較好的線路賠償法。電橋賠償法簡(jiǎn)單易行，并且能在較大的溫度范圍內(nèi)賠償，但上邊的四個(gè)條件不一滿足，特別是兩個(gè)應(yīng)變片很難處于同一溫度場(chǎng)。）應(yīng)變片的自賠償法是利用自己擁有溫度賠償作用的應(yīng)變片。4、鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。試求求鋼材的應(yīng)變

8、。鋼材的應(yīng)變?yōu)?0010-6時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少?解：RFl是R/R=2（l/l）。因?yàn)殡娮枳兓适荝/R=0.001，所ll/l（應(yīng)變）=0.0005=5104因l300106,所以RR23001066104l5、如系題圖1-1所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片矯捷度系數(shù)k2.05，未受應(yīng)變時(shí)R1120，當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受均勻應(yīng)8104，求（1）應(yīng)變片電阻變化量R1和電阻相對(duì)變化量R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片置于單臂丈量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓是多少。R1F（a）（b）習(xí)題圖1-1等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)解：（1）R1K2.0581041.6

9、4103，R1R1kR11.641031200.1968解：（2）UoR1R1R3)E(R1R2R3R4R1ER1R4R1R2)(R3R4)(R1R4R1ER3R1R1R2)(1R4)(1R1R1R3設(shè)橋臂比nR2，分母中R1/R1可忽視，并考慮到均衡條件R1R3，則上式可R1R2R4寫為：UonR1ER1(1n)2n21.64103(1n)4.92103n21n、單臂電橋存在非線性偏差，試說(shuō)明解決方法。解：為了減小和戰(zhàn)勝非線性偏差，常采納差動(dòng)電橋在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)變，一個(gè)受壓應(yīng)變，接入電橋相鄰橋臂，稱為半橋差動(dòng)電路，由教材中的式（2-42）可知，Uo和R1/R1呈線性關(guān)系

10、，差動(dòng)電橋不過(guò)線性偏差，并且電橋電壓矯捷度KV=E/2，比單臂工作時(shí)提升一倍，同時(shí)還擁有溫度賠償作用。第三章習(xí)題答案1為何電感式傳感器一般都采納差動(dòng)形式?解：差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改進(jìn)非線性，提升矯捷度外，對(duì)電源電壓、頻率的波動(dòng)及溫度變化等外界影響也有賠償作用；作用在銜鐵上的電磁力，是兩個(gè)線圈磁力之差，所以對(duì)電磁力有必定的賠償作用，從而提升了丈量的正確性。溝通電橋的均衡條件是什么？解：由溝通電路分析可得U(Z1Z4Z2Z3)要滿足電橋均衡條件，即Uo0，則有：UoZ4)(Z1Z2)(Z3Z1Z4Z2Z33渦流的形成范圍和浸透深度和哪些要素相關(guān)?被測(cè)體對(duì)渦流傳感器的矯捷度有何影響?解：電渦流的徑向

11、形成范圍大體在傳感器線圈外徑的1.82.5倍范圍內(nèi)，且分布不均勻。渦流貫穿深度hk/(f)，定義在渦流密度最大值的jm/e處。被測(cè)體的平面不該小于傳感器線圈外D的2倍，厚度大于2倍貫穿度h時(shí)，傳感器矯捷度幾乎不受影響。4渦流式傳感器的主要長(zhǎng)處是什么?解：電渦流式傳感器最大的特色是能對(duì)位移、厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、資料傷害等進(jìn)行非接觸式連續(xù)丈量，其余還擁有體積小，矯捷度高，頻率響應(yīng)寬等特色，使用極其廣泛。電渦流傳感器除了能丈量位移外，還可以丈量哪些非電量？解：還可以對(duì)厚度、表面溫度、速度、應(yīng)力、資料傷害等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量。第四章習(xí)題答案1某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r4(

12、mm)，工作初始極板間距離00.3(mm)，介質(zhì)為空氣。問(wèn)：（1）假如極板間距離變化量1(m)，電容的變化量C是多少？（2）假如丈量電路的矯捷度k1100(mVpF)，讀數(shù)儀表的矯捷度k25（格mV）在1(m)時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少？解：（1）依據(jù)公式CdSSSd，此中S=r2ddddd（2）依據(jù)公式k11，可獲取1k1=10011030.02k2k25寄生電容和電容傳感器相關(guān)系影響傳感器的矯捷度，它的變化為虛假信號(hào)影響傳感器的精度。試論述除掉和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。解：電容式傳感器內(nèi)極板和其四周導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容”卻較大，不但降低了傳感器的矯捷度，并且這些電容（如電纜電容）

13、常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)固，影響丈量精度。所以對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有要求。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵(lì)的條件下工作而不行忽視其附帶消耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如圖4-8所示。圖中L包含引線電纜電感和電容式傳感器自己的電感；C0為傳感器自己的電容；Cp為引線電纜、所接丈量電路及極板和外界所形成的總寄生電容，戰(zhàn)勝其影響，是提升電容傳感器適用性能的要點(diǎn)之一；Rg為低頻消耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)消耗；Rs為高濕、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)消耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等消耗電阻。此時(shí)電容傳感器的等效矯捷度為keCeC0/(12LC0)2kg（4-28）d

14、d(12LC0)2當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時(shí)，傳感器的矯捷度由kg變?yōu)閗e，ke和傳感器的固有電感（包含電纜電感）相關(guān)，且隨變化而變化。在這種狀況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率也許更換傳輸電纜時(shí)都一定對(duì)丈量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。簡(jiǎn)述電容式傳感器的優(yōu)弊端。解：長(zhǎng)處：(1)溫度穩(wěn)固性好(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(3)動(dòng)向響應(yīng)好（4）可以實(shí)現(xiàn)非接觸丈量，擁有均勻效應(yīng)弊端：（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差（2）寄生電容影響大電容式傳感器丈量電路的作用是什么？解：電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分細(xì)小，這樣細(xì)小的電容量還不能直接被目前的顯示儀表顯示，也很難被記錄儀接受，不便于傳輸。這就一定借助于丈量電路檢出這一細(xì)小電容

15、增量，并將其變換成和其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流也許頻率。電容變換電路有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型溝通電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等5以下圖為變極距型平板電容傳感器的一種丈量電路，此中CX為傳感器電容，C為固定電容，假設(shè)運(yùn)放增益A=，輸入阻抗Z=；試推導(dǎo)輸出電壓U0和極板間距的關(guān)系，并分析其工作特色。題圖4-1I1I2cdUIcXdUOdtdt兩邊積分獲?。篶UIcXUOUOcUIcdUIcXS式中負(fù)號(hào)表示輸出電壓U0的相位和電源電壓反相。上式說(shuō)明運(yùn)算放大器的輸出電壓和極板間距離d線性關(guān)系。運(yùn)算放大器電路解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問(wèn)題。但要求Zi及放大倍數(shù)K足夠大。為保

16、證儀器精度，還要求電源電壓Ui的幅值和固定電容C值穩(wěn)固。第五章習(xí)題答案簡(jiǎn)述正、逆壓電效應(yīng)。解：某些電介質(zhì)在沿必定的方向遇到外力的作用變形時(shí)，因?yàn)閮?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)；而看作用力方向改變時(shí)，電荷的極性跟著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量和外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)晶體施加必定變電場(chǎng)，晶體自己將產(chǎn)活力械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消逝，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電資料的主要特征參數(shù)有哪些？解：壓電資料的主要特征參數(shù)有：（1）壓電常數(shù)：壓電常數(shù)是衡量資料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的矯捷度。（2）彈性常數(shù)：壓電資

17、料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)向特征。（3）介電常數(shù)：對(duì)于必定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容和介電常數(shù)相關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（4）機(jī)械耦合系數(shù)：在壓電效應(yīng)中，其值等于變換輸出能量（如電能）和輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根；它是衡量壓電材料機(jī)電能量變換效率的一個(gè)重要參數(shù)。（5）電阻壓電資料的絕緣電阻：將減少電荷泄漏，從而改進(jìn)壓電傳感器的低頻特征。（6）居里點(diǎn)：壓電資料開始喪失壓電特征的溫度稱為居里點(diǎn)。簡(jiǎn)述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)弊端。解：電壓放大器的使用擁有必定的使用限制，壓電式傳感器在和電壓放大器配合使用時(shí)，連接電纜不可以太長(zhǎng)。長(zhǎng)處：微型電壓放大

18、電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問(wèn)題就可以獲取戰(zhàn)勝，使它擁有廣泛的使用遠(yuǎn)景。弊端：電纜長(zhǎng)，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓矯捷度降低。但是因?yàn)楣虘B(tài)電子器件和集成電路的迅速發(fā)展，電荷放大器的長(zhǎng)處：輸出電壓Uo和電纜電容Cc沒(méi)關(guān)，且和Q成正比，這是電荷放大器的最大特色。但電荷放大器的弊端：價(jià)格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。要注意的是，在實(shí)質(zhì)使用中，電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過(guò)載放大保護(hù)電路，不然在傳感器過(guò)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的輸出電壓。能否用壓電傳感器丈量靜態(tài)壓力？為何？解：不行以，壓電傳感器自己的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的丈量偏差較小，它的丈量電

19、路平常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，所以不可以用來(lái)丈量靜態(tài)壓力。5題圖5-1所示電荷放大器中Ca=100PF，Ra=，Rf=，Ri=，CF=10PF。若考慮引線電容CC影響，當(dāng)A0=104時(shí)，要求輸出信號(hào)衰減小于1%，求使用90PF/m的電纜，其最大同意長(zhǎng)度為多少？CfRf4-A08qCaRaCcCiRiU0題圖5-1解：U0KQ所以若滿足1KCfCaCcCi時(shí)，式CcCi(1KC)fCa（6-4）可表示為UoQCf第六章習(xí)題答案說(shuō)明霍爾效應(yīng)的原理？解：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向和磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。

20、2某霍爾元件lbd為1.00.350.1cm3沿l方向通以電流I1.0mA，在垂直lb面方向加有均勻磁場(chǎng)B0.3T，傳感器的矯捷度系數(shù)為22V/A.T，試求其輸出霍爾電勢(shì)及載流子濃度。（q1.6021019C）解：UHRIBKHIB，式中KH=RH/d稱為霍爾片的矯捷度Hd所以輸出的霍爾電勢(shì)為UH2211030.36.6103，因?yàn)閁HIB，式中ned令RH=-1/（ne），稱之為霍爾常數(shù)，其大小取決于導(dǎo)體載流子密度,所以濃度IB11030.3UHdq=6.61030.11.6021019磁電式傳感器和電感式傳感器有何不一樣？解：磁敏式傳感器是經(jīng)過(guò)磁電作用將被丈量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）變換成

21、電信號(hào)的一種傳感器。磁電感覺(jué)式傳感器也稱為電動(dòng)式傳感器或感覺(jué)式傳感器。磁電感覺(jué)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量變換成易于丈量的電信號(hào)，是有源傳感器。電感式傳感器是利用電磁感覺(jué)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、重量、振動(dòng)等變換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由丈量電路變換為電壓或電流的變化量輸出的裝置?；魻栐诒囟娏鞯目刂葡?，其霍爾電勢(shì)和哪些要素相關(guān)？解：依據(jù)下邊這個(gè)公式可以獲取UHL，霍爾電勢(shì)還和磁感覺(jué)強(qiáng)度B,KH為霍爾片的矯捷度,霍爾元KHIBf()b件的長(zhǎng)度L和寬度b相關(guān)。第七章習(xí)題答案什么是熱電勢(shì)、接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)？解：兩

22、種不一樣的金屬A和B構(gòu)成的閉合回路，假如將它們的兩個(gè)接點(diǎn)中的一個(gè)進(jìn)行加熱，使其溫度為T，而另一點(diǎn)置于室溫T0中，則在回路中會(huì)產(chǎn)生的電勢(shì)就叫做熱電勢(shì)。因?yàn)閮煞N不一樣導(dǎo)體的自由電子密度不一樣而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)叫做接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)（又稱湯姆森電勢(shì)）是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不一樣而產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。說(shuō)明熱電偶測(cè)溫的原理及熱電偶的基本定律。解：熱電偶是一種將溫度變化變換為電量變化的裝置，它利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度變化的特色來(lái)達(dá)到丈量的目的。平常將被測(cè)溫度變換為敏感元件的電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化，經(jīng)過(guò)適合的丈量電路，即可由電壓電流這些電參數(shù)的變化來(lái)表達(dá)所測(cè)溫度的變化。熱電偶的基本定律包含以下三種

23、定律：）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體后，對(duì)熱電偶的回路的總電勢(shì)無(wú)影響。）參照電極定律：假如導(dǎo)體C熱電極作為參照電極，并已知標(biāo)準(zhǔn)電極和任意導(dǎo)體配對(duì)時(shí)的熱電勢(shì)，那么在相同結(jié)點(diǎn)溫度（T,T0）下，任意兩導(dǎo)體A、B構(gòu)成的熱電偶，其電勢(shì)可由下式求得EAB(T,T0)EAC(T,T0)ECB(T,T0)3）中間溫度定律：在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為T，T0時(shí)的熱電勢(shì)，等于該熱電偶在接點(diǎn)T、Ta和Ta、T0時(shí)的熱電勢(shì)之和，即EAB(T,T0)EAB(T,Ta)EAB(TaT0)3已知在其特定條件下資料A和鉑配對(duì)的熱電勢(shì)EAPt(T，To)13.967mV，資料B

24、和鉑配對(duì)的熱電勢(shì)EBPt(T，To)8.345mV，試求出此條件下資料A和資料B配對(duì)后的熱電勢(shì)。解：依據(jù)熱電偶基本定律中的參照電極定律可知，當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度為T，T0時(shí)，用導(dǎo)A，B構(gòu)成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即：EAB(T,T0)EAC(T,T0)ECB(T,T0)EACT,T0EBC(T,T0)13.9768.3455.631mV4Pt100和Cu50分別代表什么傳感器？分析熱電阻傳感器丈量電橋之三線、四線連接法的主要作用。解：Pt100代表鉑熱電阻傳感器，Cu50代表銅熱電阻傳感器。三線制可以減小熱電阻和丈量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的丈量

25、偏差。四線制可以完整除掉引線電阻對(duì)丈量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。工業(yè)用鉑電阻測(cè)溫常采納三線制和四線制連接法。5將一只矯捷度為0.08mv/的熱電偶和毫伏表相連,已知接線端溫度為50,毫伏表的輸出為60mv,求熱電偶熱端的溫度為多少?解：T60750C0.08試比較熱電阻和熱敏電阻的異同。解：熱電阻將溫度變換為電阻值大小的熱電式傳感器,熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻傳感器的丈量精度高；有較大的丈量范圍，它可丈量200500的溫度；易于使用在自動(dòng)丈量和遠(yuǎn)距離丈量中。熱電阻由電阻體、保護(hù)套和接線盒等部件構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)形式可依據(jù)實(shí)際使用制作成各樣形狀。熱敏電阻是

26、由一些金屬氧化物，如鈷、錳、鎳等的氧化物，采納不一樣比率的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，而后采納不一樣的封裝形式制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各樣形狀。熱敏電阻擁有以下長(zhǎng)處：電阻溫度系數(shù)大，矯捷度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；電阻率高，熱慣性??；但它阻值和溫度變化呈非線性，且穩(wěn)固性和互換性較差。第八章習(xí)題答案什么是光電效應(yīng)，依其表現(xiàn)形式如何分類，并予以解說(shuō)。解：光電效應(yīng)第一把被丈量的變化變換成光信號(hào)的變化，而后經(jīng)過(guò)光電變換元件變換成電信號(hào),光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類：a)在光輝作用下，能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng);b)受光照的物體導(dǎo)電率1發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng)。R分別列

27、舉屬于內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的光電器件。解：外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。3簡(jiǎn)述CCD的工作原理。解：CCD的工作原理以下：第一構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器，假如MOS電容器中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極上施加一個(gè)正電壓時(shí)，在其電極下形成所謂耗盡層，因?yàn)殡娮釉谀抢飫?shì)能較低，形成了電子的勢(shì)阱，成為積蓄電荷的場(chǎng)所。CCD的最基本結(jié)構(gòu)是一系列相互特別湊近的MOS電容器，這些電容器用同一半導(dǎo)體襯底制成，襯底上邊覆蓋一層氧化層，并在其上制作好多金屬電極，各電極按三相（也有二相和四相）配線方式連接。CCD的基本功能是儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移信息電荷，為了實(shí)現(xiàn)信

28、號(hào)電荷的變換：一定使MOS電容陣列的擺列足夠密切，以致相鄰MOS電容的勢(shì)阱互相溝通，即互相耦合；控制相鄰MOC電容柵極電壓高低來(lái)調(diào)理勢(shì)阱深淺，使信號(hào)電荷由勢(shì)阱淺的地方流向勢(shì)阱深處；在CCD中電荷的轉(zhuǎn)移一定依據(jù)確立的方向。說(shuō)明光纖傳輸?shù)脑?。解：光在空間是直線流傳的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離，光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。當(dāng)光纖的直徑比光的波長(zhǎng)大好多時(shí)，可以用幾何光學(xué)的方法來(lái)說(shuō)明光在光纖內(nèi)的流傳。設(shè)有一段圓柱形光纖，它的兩個(gè)端面均為圓滑的平面。當(dāng)光輝射入一個(gè)端面并和圓柱的軸線成i角時(shí)，依據(jù)斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光纖內(nèi)折射成，而后以角入射至纖jk芯和

29、包層的界面。若要在界面上發(fā)生全反射，則纖芯和界面的光輝入射角應(yīng)大于臨界角（處于臨界狀態(tài)時(shí)，=90o），即:crkcarcsinn2n1且在光纖內(nèi)部以相同的角度屢次逐次反射，直至流傳到另一端面。光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？解：1）強(qiáng)度調(diào)制原理2）相位調(diào)制原理3）頻率調(diào)制原理4）偏振調(diào)制原理紅外線的最大特色是什么？什么是紅外傳感器？解：紅外線的最大特色是擁有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。能將紅外輻射量的變化變換為電量變化的裝置稱為紅外探測(cè)器或紅外傳感器。紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等構(gòu)成。光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管在性能上有什么差

30、異，它們分別在什么狀況下采納最適合？解：光敏電阻1）伏安特征：在必定照度下，流過(guò)光敏電阻的電流和光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特征。光敏電阻在必定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線，說(shuō)明其阻值和入射光量相關(guān)，而和電壓、電流沒(méi)關(guān)。在給定的偏壓狀況下，光照度越大，光電流也就越大；在必定光照度下，加的電壓越大，光電流越大，沒(méi)有飽和現(xiàn)象。光敏電阻的最高工作電壓是由耗散功率決定的，耗散功率又和面積以及散熱條件等要素相關(guān)。2）光譜特征：光敏電阻的相對(duì)光敏矯捷度和入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特征，亦稱為光譜響應(yīng)。光敏電阻的矯捷度是不一樣的。從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光地域，常被用作光

31、胸襟丈量（照度計(jì)）的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)，常用做火焰探測(cè)器的探頭。3）光照特征：因?yàn)楣饷綦娮璧墓庹仗卣鞒史蔷€性，所以不宜作為丈量元件，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用作開關(guān)式光電信號(hào)傳感元件。4）溫度特征：光敏電阻受溫度的影響較大。當(dāng)溫度高升時(shí)，它的暗電阻和矯捷度都降落。溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，特別是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。光敏二極管1）光譜特征：一般來(lái)講，鍺管的暗電流較大，所以性能較差，故在可見光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一般都用硅管。但對(duì)紅外光進(jìn)行探測(cè)時(shí)，鍺管較為適合。2）伏安特征：光敏晶體管的光電流比相同管型的二極管大上百倍。3）溫度特征：從特征曲

32、線可以看出，溫度變化對(duì)光電流影響很小，而對(duì)暗電流影響很大，所以在電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度賠償，不然將會(huì)以致輸出偏差。光電池1）光譜特征：光電池對(duì)不一樣波長(zhǎng)的光的矯捷度是不一樣的。光譜響應(yīng)峰值所對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)是不一樣的，硅光電池在0.8m周邊，硒光電池在0.5m周邊?？梢姽韫怆姵乜梢栽诤軐挼牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)獲取使用。2）光照特征：光電池在不一樣光照度下，光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是不一樣的，它們之間的關(guān)系就是光照特征。短路電流在很大范圍內(nèi)和光照強(qiáng)度成線性關(guān)系，開路電壓（負(fù)截電阻RL無(wú)窮大時(shí)）和光照度的關(guān)系是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx時(shí)就趨于飽和了。所以光把電池作為丈量元件時(shí)，應(yīng)把它看作電流源的

33、形式來(lái)使用，不可以用作電壓源。3）溫度特征：光電池的溫度特征是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的狀況。因?yàn)樗P(guān)系到使用光電池的儀器或設(shè)備的溫度漂移，影響到丈量精度或控制精度等重要指標(biāo)，所以溫度特征是光電池的重要特征之一。開路電壓隨溫度高升而降落的速度較快，而短路電流隨溫度高升而緩慢增添。因?yàn)闇囟葘?duì)光電池的工作有很大影響，所以把它作為丈量器件使用時(shí)，最好能保證溫度恒定或采納溫度賠償措施。第九章習(xí)題答案1超聲波在介質(zhì)中有哪些流傳特征？解：超聲波在各樣介質(zhì)中的波速不一樣，超聲波會(huì)被流傳介質(zhì)汲取及散射，從而造成顛簸能量的損失。一般稱為汲取損失，也稱衰減，頻率愈低的超聲波衰減愈小。當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)性

34、質(zhì)不一樣的介質(zhì)交界面時(shí)，一部分會(huì)反射，其余的會(huì)穿透過(guò)去。這種反射或穿透的強(qiáng)度，由這兩個(gè)交界介質(zhì)的特征阻抗Z決定。介質(zhì)的特征阻抗差越大，反射率也就越大。超聲波射入交界面除了部分反射外，其余的所有穿透過(guò)去，2什么是超聲波的干涉現(xiàn)象？解：假如在一種介質(zhì)中流傳幾個(gè)聲波，于是會(huì)產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。由不一樣波源發(fā)出的頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的兩個(gè)波在空間相遇時(shí)，某些點(diǎn)振動(dòng)一直增強(qiáng)，某些點(diǎn)振動(dòng)一直減弱或消逝，這種現(xiàn)象稱為超聲波的干涉現(xiàn)象。第十章習(xí)題答案什么是絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度？解：絕對(duì)濕度是指單位空間中所含水蒸汽的絕對(duì)含量也許濃度也許密度，一般用符號(hào)AH表示。相對(duì)濕度是指被測(cè)氣體中蒸汽壓和

35、該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比，一般用符號(hào)RH表示。說(shuō)明半導(dǎo)體色敏傳感器的基根源理。解：半導(dǎo)體色敏傳感器是由結(jié)深不一樣的兩個(gè)PN結(jié)二極管，淺結(jié)的二極管是PN結(jié)構(gòu)成的；深結(jié)的二極管是PN結(jié)。當(dāng)有入射光照耀時(shí)，P、N、P三個(gè)地域及此間的勢(shì)壘區(qū)中都有光子汲取，但成效不一樣。紫外光部分汲取系數(shù)大，經(jīng)過(guò)很短距離已基本汲取達(dá)成。在此，淺結(jié)的即是光電二極管對(duì)紫外光的矯捷度高，而紅外面分汲取系數(shù)較小，這種波長(zhǎng)的光子則主要在深結(jié)區(qū)被汲取。所以，深結(jié)的那只光電二極管對(duì)紅外光的矯捷度較高。什么是水分子親和力型濕敏傳感器？解：依據(jù)水分子易于吸附在固體表面并浸透到固體內(nèi)部的這種特征（即水分子親和力）所制成的傳感

36、器叫做水分子親和力型濕敏傳感器。第十一章習(xí)題答案1用丈量范圍為-50150KPa的壓力傳感器丈量140KPa壓力時(shí)，傳感器測(cè)得示值為142KPa，求該示值的絕對(duì)偏差、實(shí)質(zhì)相對(duì)偏差、標(biāo)稱相對(duì)偏差和引用偏差。解：絕對(duì)偏差：XL=142-140=2相對(duì)偏差100%=2100%1.4285%L140標(biāo)稱相對(duì)偏差即100%=2100%1.4084%x142引用誤差100%丈量范圍上限-丈量范圍下限=221%(50)100%1502002試問(wèn)以下丈量數(shù)據(jù)中，哪些表示不正確：1000.1，1001，1001%，1000.1%?解：不正確的選項(xiàng)是1000.1，1001%3壓力傳感器丈量砝碼數(shù)據(jù)如題表11-1，

37、試解說(shuō)這是一種什么偏差，產(chǎn)生這種偏差的原由是什么。題表11-1M（g）012345正向丈量值（mv）33.5反向丈量值（mv）00.5122.53.5解：這是系統(tǒng)偏差，標(biāo)準(zhǔn)量值的不正確及儀表刻度的不正確而引起的偏差。對(duì)于系統(tǒng)偏差應(yīng)經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)考據(jù)找到偏差產(chǎn)生的原由和規(guī)律以減少和除掉偏差。什么是粗大偏差？如何判斷丈量系統(tǒng)中含有粗大偏差？解：明顯偏離丈量結(jié)果的偏差稱為粗大偏差，又稱粗心偏差。這種偏差是因?yàn)闇y(cè)量者粗心粗心或環(huán)境條件的忽然變化而引起的。對(duì)于粗大偏差，第一應(yīng)想法判斷能否存在，而后將其剔除。5在對(duì)量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，傳感器輸出電壓值和壓力值之間的關(guān)系如題表11-2

38、所示，簡(jiǎn)述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并談?wù)撘韵码?壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？（10分）題表11-2丈量次數(shù)I12345壓力xi245810MPa）10.020.030.140.150.0電壓yi（V）4393532872（1）（2）y=7.00 x+0.09（3）（4）（5）y=5.00 x+0.07解：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精良度高即偏差小。將幾組x分別帶入以上五式，和y值相差最小的就是所求，很明顯（5）為所求。6測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如題表11-3，試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和矯捷度；題表11-30.2.3.4.5.6.x9535771.1.2.

39、3.4.5.y166200解：Y=kx+biyi(kxib)nxiyixiyikxi2(xi)2nbxi2yixixiyinxi2(xi)2代入數(shù)據(jù)獲?。簁=0.68,b=0.25所以，y=0.68x+0.2510.238,20.35,30.16,40.1150.126,60.194yLLmax100%0.357%yFS57設(shè)5次丈量某物體的長(zhǎng)度，其丈量的結(jié)果分別為：9.8，10.0，10.1，9.9，10.2厘米，若忽視粗大偏差和系統(tǒng)偏差，試求在99.73的置信概率下，對(duì)被測(cè)物體的最小預(yù)計(jì)區(qū)間。1n(9.810.010.19.910.2)解：xxi510ni1vix1x分別為00.1-0.1

40、0.2nvi20.16n1i1x3,x39.52,10.485假設(shè)采樣頻率fs是150HZ,，信號(hào)中含有50、70、160、和510Hz的成分，將產(chǎn)生畸變的頻率成分是哪些？新產(chǎn)生的畸變頻率為多少？解：產(chǎn)生畸變的頻率成分F3,F4,新產(chǎn)生的畸變頻率為10和60Hz。第十三章習(xí)題答案1、單臂電橋存在非線性偏差，試說(shuō)明解決方法。解：提升橋臂比：提升了橋臂比，非線性偏差可以減小，但從電壓矯捷度Sv1Ui考慮，矯捷度將降低，這是一種矛盾，所以，采納這種方法的時(shí)候應(yīng)該n適合的提升供橋電壓Ui。采納差動(dòng)電橋：依據(jù)被測(cè)試件的受力狀況，若使一個(gè)應(yīng)變片受拉，另一個(gè)受壓，則應(yīng)變符號(hào)相反；測(cè)試時(shí)，將兩個(gè)應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂上，成為半橋差動(dòng)電路，則電橋輸出電壓Uo為UoUi(R1R1R3)R1R1R