传感器作业及答案.doc

霍尔传感器 1填空题（1）霍尔传感器是利用 霍尔 效应来进行测量的。通过该效应可测量 电流 的变化、 磁感应强度 的变化和 电流、 磁感应强度 的变化。（2）霍尔传感器由 半导体 材料制成， 金属 和 绝缘体 不能用作霍尔传感器。（3）当一块半导体薄片置于 磁场 中有 电流 流过时，电子将受到 洛伦兹力 的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。2选择题（1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。 a金属 b半导体 c塑料（2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。 a位移量 b湿度 c烟雾浓度（3）霍尔传感器基于（ a ）。 a霍尔效应 b热电效应 c压电效应 d电磁感应（4）霍尔电动势与（ a,d ）。a激励电流成正比 b激励电流成反比c磁感应强度成反比 d磁感应强度成正比3问答题（1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关?答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应 。霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。 （2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。图7-15液位控制系统的工作原理答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。温度传感器 1填空题（1）物质的 热电动势或阻值 随 温度 变化的现象称为热电效应，利用这一效应制作的传感器称为 温度传感器 。（2）热电偶是由 两种不同的材料 制成的，主要是利用 受热时两个接点温度 的 不同 ，产生接触电动势随温度的变化而变化，从而达到测温的目的。 （3）热电偶由 两种不同的材料 组成回路，组成热电偶的 检测端 称为热电极，热电偶所产生的 输出 称为热电动势，热电偶能将温度信号转换为 电动势变化 。（4）热电偶中的热电动势是由于相互接触的两个导体两端的 电位差 造成的，大小仅与 导体材料、 结点的温度 有关。（5）热电阻是基于电阻的 热电 效应进行温度测量的，热电阻大多由 金属导体 材料制成，随着温度的升高其阻值 升高 。（6）热敏电阻由 半导体 材料制成，有 负温度系数、正温度系数 和 临界温度系数三种类型，对应的温度特性分别为 正温度系数热敏电阻的电阻值随着温度的升高而呈阶跃性增高、 负温度系数热敏电阻的电阻值随着温度的升高而呈阶跃性减小 和 临界温度系数热敏电阻的电阻值在超过某一温度后随温度的增加而激剧减小，具有很大的负温度系数。2选择题（1）热电偶由（ c ）金属材料制作而成，将温度转化为热电动势。 a一种 b两种相同 c两种不同（2）温度传感器的测量是基于（ a ）。 a热电效应 b应变效应 c霍尔效应 d压电效应（3）热电偶直接输出的是（ b ），所以直接接（ d ）即可。 a电阻值 b电压值 c桥式电路 d放大电路（4）（ c ）的数值越大，热电偶的输出电动势就越大。 a热端的温度 b冷端的温度 c热端和冷端的温差 d热电极的电导率（5）两种不同导体接点处产生的热电动势数值的大小取决于两种导体的（ a ）和（ b ）。 a自由电子的密度 b接触的温度 c导体的形状 d导体的尺寸（6）热电阻能将温度转换为（ a ）。 a电阻 b热电动势（7）热敏电阻是利用（ b ）材料的电阻率随温度的变化而变化的性质制成的。 a金属 b半导体 c绝缘体（8）热电偶可以测量（ b ）。 a压力 b温度 c热电动势 d电压 3问答题（1）什么是热电效应？答：将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，这种现象称为“热电效应”。（2）比较热电偶与热电阻及热敏电阻的异同点。答：相同点：都是测量温度参数不同点：热电偶是将温度的变化转化为电动势输出，而热电阻和热敏电阻则是将温度的变化转化为电阻的变化。( 3 )简述热电偶能够工作的两个条件是什么？答：a、热电偶必须是由两种性质不同，但符合一定的要求的导体和半导体材料构成。b、热电偶测量端和参考端之间必须有温差。( 4)使用热电偶测温时，为什么要连接补偿导线？答：在使用热电偶测温时，要求热电偶的参考端温度必须保持恒定。由于热电偶一般做得比较短，尤其是贵金属材料制成的热电偶更短。这样，热电偶参考端离被测对象很近，使参考端温度较高且波动很大。所以，应该用较长的热电偶，把参考端延长到温度比较稳定的地方。这种办法对于价格便宜的热电偶还比较可行，对于贵金属则很不经济，同时不便于敷设热电偶线。考虑到热电偶参考端所处温度常在100以下，补偿导线在此温度范围内，具有与热电偶相同的温度-热电势关系，可以起到延长热电偶的作用，且价格便宜。所以，在使用热电偶时要连接补偿导线。( 5)什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。6、热电偶测温时什么要进行冷端温度补偿，冷端温度补偿的方法有哪些？答：热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度仪表，其分度都是指热电偶冷端处在0时的电动势，因此在实际测量中，应使冷端保持在0，如果冷端不是0， 则需要用中间温度定律进行补偿。方法：补偿导线法、 冰点槽法、计算修正法、调整仪表起始点法、冷端补偿电桥法压电式传感器1填空题（1）由于力的作用而使物体表面产生电荷，这种效应称为 压电效应 ，制成的传感器称为 压电式 传感器，一般采用 压电晶体 作为传感器的材料。（2）压电元件是一种 力 敏感元件，可以测量那些最终能转换为 力 的物理量。（3）压电式传感器不能测量 静态 的被测的量，更不能测量 零频率的信号 ，现在多用于测量 动态量 。（4）压电式传感器是基于某些 压电 材料的 压电 效应。压电材料有： 石英晶体 、 压电陶瓷 、 高分子材料 。（5）当压电式加速度计固定在试件上而承受振动时，质量块产生一可变力，作用在压电晶片上，由于_压电_效应，在压电晶片两表面上就有_电荷_产生。2选择题（1）压电晶体表面所产生的电荷密度与（ c ）。 a晶体厚度成反比 b晶体面积成反比 c作用在晶体上的压力成正比（2）压电片受力的方向与产生电荷的极性（ b ）。 a无关 b有关（3）前置放大电路具有（ c ）的功能。 a放大 b转换阻抗 c放大与转换（4）压电式加速度传感器是（ d ）信号的传感器。a适合测量任意 b适合测量直流 c适合测量缓变 d适合测量交流3问答题（1）何为压电效应？ 答：压电元件受到一定方向的外力而产生变形，内部产生了电荷极化的现象，在元件的上下两表面便产生极性相反、大小相等的电荷，且电荷量和所受到压力的大小成正比。外力的方向改变时，电荷的正负极性也随之发生变化。去掉外力，元件又恢复到原来不带电状态，这种现象称为压电效应。（2）压电式传感器能否用于静态测量？为什么？答：由压电式传感器实际的等效电路可以看出，只有在外电路负载无穷大，且内部无漏电时，电压源才能保持长期不变；如果负载不是无穷大，则电路就会按指数规律放电。这对于静态标定及低频准静态的测量极为不利，必然带来误差。事实上，压电式传感器的内部不可能没有泄漏，外电路负载也不可能无穷大，压电元件只有在交变力的作用下，以较高频率不断地作用，电荷才能源源不断地产生并得以不断补充，以供给测量回路一定的电流。从这个意义上讲，压电式传感器不适用于静态测量，只适用于动态测量。（3）试述压电式传感器的工作原理。答：压电式传感器是由压电元件组成的自发电式传感器。压电元件受到一定方向的外力而产生变形，内部产生了电荷极化的现象，在元件的上下两表面便产生极性相反、大小相等的电荷，且电荷量和所受到压力的大小成正比。外力的方向改变时，电荷的正负极性也随之发生变化。去掉外力，元件又恢复到原来不带电状态，这种现象称为压电效应。如下图给出了某种压电元件在各种受力条件下所产生的电荷情况，从图中可以看出，元件表面电荷的极性与受力的方向有关。压电效应把机械能转换为电能。 光电传感器1填空题（1）光电式传感器的工作基础是 光电 效应，能将光信号的变化转换为电信号的变化。（2）光电效应通常分为 外光电效应 、 内光电效应 和 光生伏特效应三种类型。（3）常见的基于内光电效应的光敏元件有 光敏电阻 和 光敏晶体管 。（4）光电开关是一种利用光电效应做成的开关。根据检测方式的不同，光电开关可分为对射式 、反射式 2种类型。（5）光电传感器可以检测出所收到的光信号的变化，然后借助 光敏 元件将光信号的变化转换成 电 信号，进而输出到处理器中进行处理以实现控制。（6）光敏二极管工作在反向偏置状态下，即光敏二极管的正极接电源 负 极，光敏二极管的负极接电源 正 极。2选择题（1）光敏电阻的工作基础是（ b ）效应。a外光电效应 b内光电效应 c光生伏特效应（2）光敏电阻在光照下，阻值（ a ）。 a变小 b变大 c不变（3）光敏二极管工作在（ b ）偏置状态，无光照时（ c ），有光照时（ d ）。a正向 b反向 c截止 d导通（4）光敏三极管与光敏二极管相比，灵敏度（ a ）。a高 b低 c相同（5）以下元件中，属于光源的有（ acde ），属于光电元件的有（ bf ）。a发光二极管 b光敏三极管 c光电池d激光二极管 e红外发射二极管 f光敏二极管（6）光敏电阻上可以加直流电压，也可以加交流电压。加上电压后，无光照射时，由于光敏电阻的阻值（ 大 ），电路中只有很（ 小 ）的暗电流；当有适当波长的光照射时，光敏电阻的阻值变（ 小 ），电路中电流也随之变（ 大 ），称为光电流。根据光电流的大小，即可推算出入射光的强弱。a大 b小 c相同（7）在光线作用下，半导体电导率增加的现象属于（b）。 a外光电效应b内光电效应 c光电发射 （8）（ b ）一般用于光的测量、控制和光电转换。 a发光二极管 b光敏电阻 c光电池 d激光二极管（9）光电式传感器属于（ b ）传感器。a接触式 b非接触式3问答题（1）光电效应有哪几种？与之对应的光电元件有哪些？答：光电效应通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种类型。在光线的作用下，电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元件有光电管和光电倍增管；在光线的作用下，物体的导电性能发生改变的现象称为内光电效应，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻和光敏晶体管等；在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。（2）造纸厂经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量，请设计一个自动检测纸张“白度”的仪器，要求如下：a画出传感器光路图 b画出转换电路图 c简要说明工作原理答：如下图所示，当纸的颜色为白色时，光电传感器输出的电信号经电桥、放大后，与给定色质相比较，两者一致，输出电压为零，；当纸张的颜色不够白时，光敏晶体管收到的光信号会发生变化，其输出的电信号也随之变化，经电桥、放大后，与给定色质相比较就有比较电压差输出。（3）如图10-25所示，说明光电式传感器工作原理。答：该光电传感器属于被测物遮光型，被测物体置于光源（发射器）和光敏晶体管（接收器）之间，光源发出的光经过被测物时，被遮去其中一部分，使投射到光敏晶体管上的光信号的强度发生改变，输出的电信号发生相应变化。 应变式电阻传感器1填空题（1）导体在受到外力作用变形时，其 电阻 也将随之变化，这种现象称为“应变效应”。（2）应变式电阻传感器按材料的不同，可分为 金属应变片电阻传感器 、 半导体应变片电阻传感器 两大类。（3）电桥电路有 单臂 、 双臂 和 全桥 三种接入方式。采用 交流电源 供电的为交流电桥。（4）金属应变片的工作原理是基于 应变 效应，而半导体应变片是基于 压阻 效应。（6）要使直流电桥平衡，必须使直流电桥相对臂的电阻值 相等 。（7）应变式传感器的测量电路是把应变片的 变形 转换为 电阻 的变化，以便方便地显示被测量的大小。 2选择题（1）弹性元件是一种利用（ a ）把感受到的非电量转换为电量的（ c ）元件。 a.变形 b.发热 c.敏感 d.转换（2）应变式电阻传感器是（ a ）测量。 a接触 b非接触（3应变式电阻传感器的测量电路中，（ c ）电路的灵敏度最高。 a单臂 b双臂 c全桥（4）半导体应变片具有（ a ）等优点。 a灵敏度高 b温度稳定性好 c可靠性强 d接口电路复杂（5）金属应变片的应变效应是基于（ a ）的变化而产生的。a几何形状 b材料的电阻率3问答题（1）什么是电阻的应变效应？ 答：金属导体在外力的作用下发生机械变形，其电阻值随着机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化，这种现象称为金属的应变效应。（2）应变式电阻称重传感器的工作原理是什么？ 秤盘与悬臂梁相连接，秤盘上放要称重的物料，物料越重，悬臂梁的变形量就越大，使黏在悬臂梁上下两侧的应变片的变形量就越大，变形量转换为电阻值的变化量也就越大，由电桥电路将4个应变片的电阻值的变化量转换为电压输出，电压的大小则反映出物料的重量。（3）电阻应变传感器测量加速度的原理是什么?答：当被测物体以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，悬臂梁在惯性力作用下产生弯曲变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化。悬臂梁的应变在一定的频率范围内与质量块的加速度成正比，通过测量质量块悬臂梁的应变，便可知加速度的大小。（4）图2-32所示为 应变片 式 电阻 传感器的结构示意图。图中各编号名称：是 应变片，是 悬梁臂 ，是 质量快 ，是 固定端 。试分析该传感器的工作原理。答：当质量块上下移动时，将带动悬梁臂自由端上下移动，使悬梁臂产生弹性变形，从而贴在悬梁臂上的应变片也将发生变形，使应变片的电阻值发生变化， 通过应变片组成的桥式电路，将电阻的变化转换为电压输出，通过测量电压的大小便可知质量块的加速度的大小。图2-32传感器的结构示意图电感式传感器1填空题（1）电感式接近开关是一种有开关量输出的位置传感器，利用 电涡流 原理制成，主要用于 金属 物体的位置检测及判断。2选择题（1）通常用电感式传感器测量（ c ）。 a电压 b磁场强度 c位移 d压力（2）欲测量极微小位移应选择（ a ）电感传感器；希望线性好、测量范围大，应选择（ c ）自感传感器。a变隙式 b变面积式 c螺管式（3）自感式传感器采用差动结构是为了（ b ）。a加长线圈长度，从而增加线性范围b提高灵敏度，减小测量误差c降低成本d增加线圈对衔铁的吸引力（4）电感式接近开关能够检测（ a ）的位置。a金属物体b塑料 c磁性物体（5）由于电涡流传感器结构简单，又可实现（ b ）的测量，因此得到了广泛应用。 a接触b非接触（6）螺管式传感器属于（ b ）式，两者仅仅是结构不同而已。 a变隙b变面积（7）电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出（ c ）的接近程度。 a人体 b水 c黑色金属零件 d塑料零件3简答题（1）什么是电涡流效应？ 答：将金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电动势，并自发形成闭合回路，产生感应电流。该电流就像水中旋涡一样在导体中转圈，因此被称为涡流。涡流现象被称为涡流效应，电涡流式传感器就是利用涡流效应来工作的。（2）简述电感式传感器的应用。 答：电感式传感器测量的基本量是位移，一般用于接触测量，也可用于振动、压力、荷重、流量、液位等参数的测量。如：电感式圆度仪测量零件的圆度、波纹度、同心度、同轴度、平面度、平行度、垂直度、偏心、轴向跳动和径向跳动，并能进行谐波分析、波高波宽分析；电感测微仪可用于微小位移的测量精密。（3）简述电涡流式传感器的应用。答：电涡流传感器目前已被广泛应用于能源、化工、医学、汽车、冶金、机器制造、军工、科研教学等诸多领域，可用于机械中的振动与位移、转子与机壳的热膨胀量的长期监测，生产线的在线自动监测与自动控制，科学研究中的多种微小距离与微小运动的测量等。如：电涡流位移计用来测量各种形状金属导体的位移量；电涡流振幅计可以对各种振动的幅值进行非接触测量；电涡流转速计可用来测量旋转体的转速；涡流探伤仪广泛应用于各类有色金属、黑色金属管及棒型、线型、丝型材料的在线、离线的探伤；涂层测厚仪既可测量导磁材料的镀层和油漆层表面上非导磁覆盖层的厚度，又能测量镀在铁磁性金属物质表面的阳极氧化层以及铝、铜、锌等材料表面上油漆、喷塑和橡胶的厚度。 电容式传感器1填空题（1）电容式传感器是通过一定的方式引起 电容量 发生变化，经测量电路将其转变为 电压、电流或频率信号输出 的一种测量装置。（2）决定电容量变化的三个参数为 极板间介质的介电常数 、 两电极互相覆盖的有效面积和 两电极之间的距离 。电容式传感器根据改变参数的不同，可分 变极距式 、 变面积式 、 变介电常数式 三种类型。（3）测量绝缘材料的厚度须使用 变介电常数 类型的传感器。（4）电容式压力计测量中使用了 变极距 类型的传感器。（6）电容式料位计是利用介质料位变化对电容 介电常数 的影响这一原理制成的。（7）投入式电容液位计利用改变 电容 参数来测量，测量被测物重量的改变。（8）在实际应用中，为了提高电容式传感器的灵敏度，减小非线性，误差常常将传感器做成差动结构。（9）变面积式电容传感器常用于测量较大的 线位移 。2选择题（1）电容式接近开关传感器主要用于检