检测技术习题答案pdf.pdf

第第0 0章章 0 10 1 答答 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置传感器处于研究对象与测试系统的接口位置 即即 检测与控制之首检测与控制之首 传感器是感知传感器是感知 获取与检测信息获取与检测信息 的窗口的窗口 一切科学研究与自动化生产过程要获取的一切科学研究与自动化生产过程要获取的 信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输 与处理的电信号与处理的电信号 其作用与地位特别重要其作用与地位特别重要 下页下页返回返回图库图库 第第0 0章章 0 20 2 答答 敏感元件敏感元件 指传感器中直接感受被测量的部分指传感器中直接感受被测量的部分 传感器传感器 能感受规定的被测量并按照一定规能感受规定的被测量并按照一定规 律转换成可用输出信号的器件或装置律转换成可用输出信号的器件或装置 通常由敏感元通常由敏感元 件和转换元件组成件和转换元件组成 信号调理器信号调理器 对于输入和输出信号进行转换的对于输入和输出信号进行转换的 装置装置 变送器变送器 能输出标准信号的传感器能输出标准信号的传感器 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 11 1 解解 1 21 2 解解 60 105 10300 3 3 X U k CmmSSSS 20 50 22 0 321 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 31 3 解解 带入数据得带入数据得 bkxy bkxy iii 2 2 ii iiii xxn yxyxn k 2 2 2 ii iiiii xxn yxxyx b 68 0 k25 0 b 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 31 3 拟合直线灵敏度拟合直线灵敏度 0 68 0 68 线性度线性度 7 7 25 068 0 xy 7 5 35 0 100 max FS L y L 238 0 1 35 0 2 16 0 3 11 0 4 126 0 5 194 0 6 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 41 4 解解 设温差为设温差为R R 测此温度传感器受幅度为测此温度传感器受幅度为R R的阶跃响应的阶跃响应 为为 动态方程不考虑初态动态方程不考虑初态 1 3 t eRty 当 3 R ty 时 22 1 3 2 ln3 t 当 2 R ty 时 08 2 2 1 ln3 t 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 51 5 解解 此题与炉温实验的测飞升曲线类似此题与炉温实验的测飞升曲线类似 1 61 6 解解 1 9010 Tt ety 由 505 y 51 8 9 5 ln 5 T 5 0 1 2025 T ety Tt 68 71 y 36 52 y 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 71 7 解解 所求幅值误差为所求幅值误差为1 109 1 109 相位滞后相位滞后 nn js nn n j ss jG 21 1 2 22 2 2 109 1 1000 500 5 02 1000 500 1 1 21 1 2 2 22 2 2 nn jG 4233 1000 500 1 1000 500 5 02 1 2 2 1 2 1 tgtg n n 4233 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 81 8 答答 静特性是当输入量为常数或变化极慢时静特性是当输入量为常数或变化极慢时 传感器传感器 的输入输出特性的输入输出特性 其主要指标有线性度其主要指标有线性度 迟滞迟滞 重重 复性复性 分辨力分辨力 稳定性稳定性 温度稳定性温度稳定性 各种抗干扰各种抗干扰 稳定性稳定性 1 91 9 答答 传感器的静特性由静特性曲线反映出来传感器的静特性由静特性曲线反映出来 静特性静特性 曲线由实际测绘中获得曲线由实际测绘中获得 1 101 10 答答 人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 111 11 解解 理论线性度理论线性度 端点线性度端点线性度 由两端点做拟和直线由两端点做拟和直线 中间四点与拟合直线误差中间四点与拟合直线误差 0 17 0 16 0 11 0 080 17 0 16 0 11 0 08 所以所以 4 0 05 12 6205 12 100 max FS L y L 23 097 1 xy 41 1 05 12 17 0 100 max FS L y L 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 111 11 最小二乘线性度最小二乘线性度 所以所以 98 1 105 41 208 2121916 23 422154 1826 2 2 ii iiii xxn yxyxn k 09 0 105 59 9 2121916 54 1822123 4291 2 2 2 ii iiiii xxn yxxyx b 09 098 1 xbkxy 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 111 11 bkxy iii 07 0 1 05 0 2 05 0 3 11 0 4 11 0 5 08 0 6 09 0 05 12 11 0 100 max FS L y L 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 121 12 解解 1005 0 max FS H y H 5 1 1max H3 1 2max H8 1 3max H 08 0 1 H 07 0 2 H 09 0 3 H 11 0 100 7 965 1 1 100 max FS R y R 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1 1章章 1 131 13 解解 质量块质量块 质量质量m m 弹簧弹簧 刚度刚度c c 阻尼器阻尼器 阻尼系数阻尼系数b b 根据达朗贝尔原理根据达朗贝尔原理 0 FFFF bcm Fbvvdtc dt dv m 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 12 1 解解 2 22 2 证证 略去略去 的第二项的第二项 即可得即可得 mmy3 0 0004 10 n R 01 0 1 100 100mm R R y x y S n n r RRR 1 RRR 4 cd UUU dbcb E RRR R E RRR R E RR RR 22 4 2 R R RE Ucd 2 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 32 3 答答 金属电阻应变片由四部分组成金属电阻应变片由四部分组成 敏感栅敏感栅 基底基底 盖层盖层 黏结剂黏结剂 引线引线 分为金属丝式和箔式分为金属丝式和箔式 其主要特性参数其主要特性参数 灵敏系数灵敏系数 横向效应横向效应 机械机械 滞后滞后 零漂及蠕变零漂及蠕变 温度效应温度效应 应变极限应变极限 疲劳寿疲劳寿 命命 绝缘电阻绝缘电阻 最大工作电流最大工作电流 动态响应特性动态响应特性 2 42 4 答答 L R R m max max 101 0RRm L 2 1 1 0 100 11 1 1 m L RRm4 04 0 max 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 52 5 解解 图 2 32 c 圆桶截面积 622 107 59 rRA 应变片 1 2 3 4 感受的是纵向应变 有 x 4321 应变片 5 6 7 8 感受的是纵向应变 有 y 8765 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 52 5 K U R RRRRU U 44 6251 6251 AE F K U K U K U xyx 1 2 1 22 其中 A 为圆桶的截面积 为泊桑比 E为弹性模量 F为外加负载力 K为灵敏系数 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 52 5 满量程时满量程时 191 0 120 101 210 7 59 1010 0 2 116 3 4321 R AE F KRKRRRR x 057 0191 03 0 18765 RRRRR AE F K U U 1 2 F F 6 46 10037 1 101 2107 59 3 010 2 2 10 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 62 6 解解 当 50 F R2 50 100 F P R R m P xn n R R r 1 1 nn n n rmr r Y Nnn 10 1 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 109876 54321 xxxxx xxxxx RRRRR RRRRR 0 19 08 07 06 0 5 04 0 3 0 2 0 1 0 109876 54321 rrrrr rrrrr 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 62 6 2 7 2 7 略略 1 59 45 33 20 71 35 37 15 3 1 37 10 71 15 33 5 59 5 109876 54321 YYYYY YYYYY 当 500 F R2 0 500 100 F P R R m 1 509 450 129 100 521 350 131 75 21 10 131 50 521 150 129 25 509 5 109876 54321 YYYYY YYYYY 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 82 8 解解 3 1 3000 1000 F P R R m P xn n R R r 1 1 nn n n rmr r Y Nnn 10 1 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 109876 54321 xxxxx xxxxx RRRRR RRRRR 0 19 08 07 06 0 5 04 0 3 0 2 0 1 0 109876 54321 rrrrr rrrrr 1 103 90 79 60 107 70 9 5 13 6 27 10 109 30 79 15 103 10 109876 54321 YYYYY YYYYY 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 92 9 答答 在外界温度变化的条件下 由于敏感栅温 度系数 t 及栅丝与试件膨胀系数 sg 与 之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与 真实应变同数量级的误差 方法 自补偿法 线路补偿法 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 102 10 解解 10 0 003 0 107006 0 5 0 2 25 0 25 0 6 6 252 WEt Fxl x 2 2510 01201 2 0 x kRR 2 1452 25120 031 RRRR 8 942 25120 042 RRRR 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第2 2章章 2 112 11 解解 63 0 5 126 2 WEt Fxl 3 0 350 63 0 5 12 201 2 kRR VmA U 6 312030 2 VU2 7 V R RU U5 17 120 1 3 0 350 4 2 7 4 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 13 1 答答 种类种类 自感式自感式 涡流式涡流式 差分式差分式 变压式变压式 压压 磁式磁式 感应同步器感应同步器 原理原理 自感自感 互感互感 涡流涡流 压磁压磁 3 23 2 答答 差分式灵敏度差分式灵敏度 0 00 2 0 2l SW L 1 22 2 0 0 0 00 2 0 00 2 0 00 2 0 ll l l SW l SW ll SW LLL 1 2 2 000 0 l l l l l L S 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 23 2 单极式传感器灵敏度单极式传感器灵敏度 比较后可见灵敏度提高一倍比较后可见灵敏度提高一倍 非线性大大减少非线性大大减少 3 33 3 答答 相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的 方向方向 即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后 便能输出既反映位移大小便能输出既反映位移大小 又反映位移极性的测量又反映位移极性的测量 信号信号 经过相敏检波电路经过相敏检波电路 正位移输出正电压正位移输出正电压 负负 位移输出负电压位移输出负电压 电压值的大小表明位移的大小电压值的大小表明位移的大小 电压的正负表明位移的方向电压的正负表明位移的方向 1 2 000 0 l l l l l L S 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 43 4 答答 原因是改变了空气隙长度原因是改变了空气隙长度 改善方法是让初始空气隙距离尽量小改善方法是让初始空气隙距离尽量小 同时灵同时灵 敏度的非线性也将增加敏度的非线性也将增加 这样的话最好使用差分式这样的话最好使用差分式 传感器传感器 其灵敏度增加非线性减少其灵敏度增加非线性减少 1 2 2 000 0 l l l l l L S 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 53 5 解解 m R IW m R W I W I L 2 又 n i ii i m RR S l S l R 1 0 00 0 2 256 1 003 0010 010 045 0 003 0015 010 016 0 003 0002 010 045 0 444 1 n i ii i S l R 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 53 5 07 7 1530104 002 0 22 7 00 0 0 S l R H R W L 4 2 2 102 3 256 1 200 H RR W L 3 2 0 2 108 4 07 7256 1 200 空气气隙为零时 空气气隙为2mm时 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 63 6 解解 设设 重写表格如下重写表格如下 最小二乘法做直线拟和最小二乘法做直线拟和 abxy 又有 333 2 ffef bax x 0 30 51 01 52 03 04 05 06 0 f2 5232 5022 4612 4322 4102 3802 3622 3512 343 y 1 66 1 78 2 06 2 31 2 56 3 06 3 54 4 02 4 61 51 0 89 54259 939 6 253 23 133 83 9 2 2 ii iiii xxn yxyxn ak 53 1 89 54259 939 133 833 236 2559 93 2 2 2 ii iiiii xxn yxxyx b 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 63 6 工作特性方程工作特性方程 53 1 51 0 xbaxy bkxy iii 023 0 1 005 0 2 02 0 3 015 0 4 01 0 5 00 0 6 03 0 7 06 0 8 02 0 9 02 0 95 2 06 0 100 max FS L y L 333 2 53 1 51 0 x ef 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第3 3章章 3 73 7 答答 应用场合有低频透射涡流测厚仪应用场合有低频透射涡流测厚仪 探伤探伤 描述转描述转 轴运动轨迹轨迹仪轴运动轨迹轨迹仪 3 83 8 答答 压磁效应压磁效应 某些铁磁物质在外界机械力的作用某些铁磁物质在外界机械力的作用 下下 其内部产生机械应力其内部产生机械应力 从而引起磁导率的改变从而引起磁导率的改变 的现象的现象 只有在一定条件下压磁效应才有单位特性只有在一定条件下压磁效应才有单位特性 但不是线性关系但不是线性关系 应变效应应变效应 导体产生机械变形时导体产生机械变形时 它的电阻值它的电阻值 相应发生变化相应发生变化 在电阻丝拉伸比例极限内在电阻丝拉伸比例极限内 电阻的电阻的 相对变化与应变成正比相对变化与应变成正比 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第4 4章章 4 14 1 解解 差动式电容传感器的灵敏度差动式电容传感器的灵敏度 单极式电容传感器单极式电容传感器 可见差分式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍可见差分式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍 而且非线性也大为减小而且非线性也大为减小 4 0 2 0 0 0 4 0 2 0 2 0 5 0 3 00 3 0 2 0 3 0 2 00 0 0 0 0 00 1 2 1 2 2 11 11 d d d d d c d d d d d s d c k d d d d d d d s d d d d d d d d d d d d d s d d d s d d d s dd s dd s CCC e 4 0 2 00 0 1 d d d d d c d c ke 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第4 4章章 4 24 2 答答 原理原理 由物理学知由物理学知 两个平行金属极板组成的电两个平行金属极板组成的电 容器容器 如果不考虑其边缘效应如果不考虑其边缘效应 其电容为其电容为C C S S 式中式中 为两个极板间介质的介电常数为两个极板间介质的介电常数 S S为两个极板为两个极板 对有效面积对有效面积 为两个极板间的距离为两个极板间的距离 由此式知由此式知 改变电容改变电容C C的方法有三的方法有三 其一为改变介质的介电常数其一为改变介质的介电常数 其二为改变形成电其二为改变形成电 容的有效面积容的有效面积 其三为改变各极板间的距离其三为改变各极板间的距离 而得而得 到的电参数的输出为电容值的增量到的电参数的输出为电容值的增量 这就组成了电这就组成了电 容式传感器容式传感器 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第4 4章章 4 24 2 类型类型 变极距型电容传感器变极距型电容传感器 变面积型电容传感变面积型电容传感 器器 变介电常数型电容传感器变介电常数型电容传感器 电容传感器可用来测量直线位移电容传感器可用来测量直线位移 角位移角位移 振动振动 振幅振幅 尤其适合测温尤其适合测温 高频振动振幅高频振动振幅 精密轴系回精密轴系回 转精度转精度 加速度等机械量加速度等机械量 还可用来测量压力还可用来测量压力 差差 压力压力 液位液位 料面料面 粮食中的水分含量粮食中的水分含量 非金属材非金属材 料的涂层料的涂层 油膜厚度油膜厚度 测量电介质的湿度测量电介质的湿度 密度密度 厚度等厚度等 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第4 4章章 4 34 3 答答 可选用差分式电容压力传感器可选用差分式电容压力传感器 通过测量筒内水通过测量筒内水 的重力的重力 来控制注水数量来控制注水数量 或者选用应变片式压力或者选用应变片式压力 传感器传感器 4 44 4 答答 优点优点 a a温度稳定性好温度稳定性好 b b结构简单结构简单 适应性强适应性强 c c动态响应好动态响应好 缺点缺点 a a可以实现非接触测量可以实现非接触测量 具有平均效应具有平均效应 b b输出阻抗高输出阻抗高 负载能力差负载能力差 c c寄生电容影响大寄生电容影响大 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第4 4章章 4 44 4 输出特性非线性输出特性非线性 电容传感器作为频响宽电容传感器作为频响宽 应用广应用广 非接触测量的非接触测量的 一种传感器一种传感器 在位移在位移 压力压力 厚度厚度 物位物位 湿度湿度 振动振动 转速转速 流量及成分分析的测量等方面得到了流量及成分分析的测量等方面得到了 广泛的应用广泛的应用 使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能 消除消除 和减小边缘效应和减小边缘效应 消除和减小寄生电容的影响消除和减小寄生电容的影响 防防 止和减小外界的干扰止和减小外界的干扰 4 54 5 解解 下页下页上页上页 xw dd wxl C 10 2010 21 2 0 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第4 4章章 4 6 4 6 略略 4 7 4 7 答答 工作原理工作原理 假设传感器处于初始状态假设传感器处于初始状态 即即 且且A A点为高电平点为高电平 即即Ua U Ua U 而而B B点为低电平点为低电平 即即Ub 0Ub 0 差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性 021 CCC xx 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第5 5章章 5 15 1 答答 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电 信号的一种传感器信号的一种传感器 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测 量的一种装置量的一种装置 磁电式传感器具有频响宽磁电式传感器具有频响宽 动态范围大的特点动态范围大的特点 而电感式传感器存在交流零位信号而电感式传感器存在交流零位信号 不宜于高频动不宜于高频动 态信号检测态信号检测 其响应速度较慢其响应速度较慢 也不宜做快速动态也不宜做快速动态 测量测量 磁电式传感器测量的物理参数有磁电式传感器测量的物理参数有 磁场磁场 电流电流 位移位移 压力压力 振动振动 转速转速 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第5 5章章 5 25 2 答答 霍尔组件可测量磁场霍尔组件可测量磁场 电流电流 位移位移 压力压力 振动振动 转速等转速等 霍尔组件的不等位电动势是霍尔组件在额定控制霍尔组件的不等位电动势是霍尔组件在额定控制 电流作用下电流作用下 在无外加磁场时在无外加磁场时 两输出电极之间的两输出电极之间的 空载电动势空载电动势 可用输出的电压表示可用输出的电压表示 温度补偿方法温度补偿方法 a a分流电阻法分流电阻法 适用于恒流源供给控制电流的情况适用于恒流源供给控制电流的情况 b b电桥补偿法电桥补偿法 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第5 5章章 5 35 3 答答 一块长为一块长为l l 宽为宽为d d的半导体薄片置于磁感应强度的半导体薄片置于磁感应强度 为磁场为磁场 磁场方向垂直于薄片磁场方向垂直于薄片 中中 当有电流当有电流I I流过流过 时时 在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UhUh 这种现象称为霍尔效应这种现象称为霍尔效应 霍尔组件多用霍尔组件多用N N型半导体材型半导体材 料料 且比较薄且比较薄 霍尔式传感器转换效率较低霍尔式传感器转换效率较低 受温度影响大受温度影响大 但但 其结构简单其结构简单 体积小体积小 坚固坚固 频率响应宽频率响应宽 动态范动态范 围围 输出电动势变化输出电动势变化 大大 无触点无触点 使用寿命长使用寿命长 可靠性高可靠性高 易微型化和集成电路化易微型化和集成电路化 因此在测量技因此在测量技 术术 自动控制自动控制 电磁测量电磁测量 计算装置以及现代军事计算装置以及现代军事 技术等领域中得到广泛应用技术等领域中得到广泛应用 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第6 6章章 6 16 1 答答 某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形 时时 由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符 号相反的电荷号相反的电荷 当外力去掉后当外力去掉后 恢复到不带电的状恢复到不带电的状 态态 而当作用力方向改变时而当作用力方向改变时 电荷的极性随着改变电荷的极性随着改变 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比 这这 种现象称为正压电效应种现象称为正压电效应 反之反之 如对晶体施加一定如对晶体施加一定 变电场变电场 晶体本身将产生机械变形晶体本身将产生机械变形 外电场撤离外电场撤离 变形也随之消失变形也随之消失 称为逆压电效应称为逆压电效应 压电材料有压电材料有 石英晶体石英晶体 一系列单晶硅一系列单晶硅 多晶陶多晶陶 瓷瓷 有机高分子聚合材料有机高分子聚合材料 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第6 6章章 6 16 1 结构和应用特点结构和应用特点 在压电式传感器中在压电式传感器中 为了提高灵敏度为了提高灵敏度 往往采用往往采用 多片压电芯片构成一个压电组件多片压电芯片构成一个压电组件 其中最常用的是其中最常用的是 两片结构两片结构 根据两片压电芯片的连接关系根据两片压电芯片的连接关系 可分为可分为 串联和并联连接串联和并联连接 常用的是并联连接常用的是并联连接 可以增大输可以增大输 出电荷出电荷 提高灵敏度提高灵敏度 使用时使用时 两片压电芯片上必须有一定的预紧力两片压电芯片上必须有一定的预紧力 以保证压电组件在工作中始终受到压力作用以保证压电组件在工作中始终受到压力作用 同时同时 可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误 差差 保证输出信号与输入作用力间的线性关系保证输出信号与输入作用力间的线性关系 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第6 6章章 6 16 1 因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗 但实但实 际上这是不可能的际上这是不可能的 所以压电传感器不宜作静态测所以压电传感器不宜作静态测 量量 只能在其上加交变力只能在其上加交变力 电荷才能不断得到补充电荷才能不断得到补充 并给测量电路一定的电流并给测量电路一定的电流 故压电传感器只能作动故压电传感器只能作动 态测量态测量 6 26 2 答答 如作用在压电组件上的力是静态力如作用在压电组件上的力是静态力 则电荷会泄则电荷会泄 露露 无法进行测量无法进行测量 所以压电传感器通常都用来测所以压电传感器通常都用来测 量动态或瞬态参量量动态或瞬态参量 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第6 6章章 6 36 3 答答 石英晶体整个晶体是中性的石英晶体整个晶体是中性的 受外力作用而变形受外力作用而变形 时时 没有体积变形压电效应没有体积变形压电效应 但它具有良好的厚度但它具有良好的厚度 变形和长度变形压电效应变形和长度变形压电效应 压电陶瓷是一种多晶铁压电陶瓷是一种多晶铁 电体电体 原始的压电陶瓷材料并不具有压电性原始的压电陶瓷材料并不具有压电性 必须必须 在一定温度下做极化处理在一定温度下做极化处理 才能使其呈现出压电性才能使其呈现出压电性 所谓极化所谓极化 就是以强电场使就是以强电场使 电畴电畴 规则排列规则排列 而电而电 畴在极化电场除去后基本保持不变畴在极化电场除去后基本保持不变 留下了很强的留下了很强的 剩余极化剩余极化 当极化后的铁电体受到外力作用时当极化后的铁电体受到外力作用时 其剩余极化其剩余极化 强度将随之发生变化强度将随之发生变化 从而使一定表面分别产生正从而使一定表面分别产生正 负电荷负电荷 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第6 6章章 6 36 3 在极化方向上压电效应最明显在极化方向上压电效应最明显 铁电体的参数也铁电体的参数也 会随时间发生变化会随时间发生变化 老化老化 铁电体老化将使压电效铁电体老化将使压电效 应减弱应减弱 6 46 4 答答 基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性 以使传感器能用于更广泛的领域以使传感器能用于更广泛的领域 6 5 6 5 略略 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第7 7章章 7 17 1 答答 当用光照射物体时当用光照射物体时 物体受到一连串具有能量的物体受到一连串具有能量的 光子的轰击光子的轰击 于是物体材料中的电子吸收光子能量于是物体材料中的电子吸收光子能量 而发生相应的电效应而发生相应的电效应 如电阻率变化如电阻率变化 发射电子或发射电子或 产生电动势等产生电动势等 这种现象称为光电效应这种现象称为光电效应 7 27 2 答答 吸收性损耗吸收性损耗 吸收损耗与组成光纤的材料的中吸收损耗与组成光纤的材料的中 子受激和分子共振有关子受激和分子共振有关 当光的频率与分子的振动当光的频率与分子的振动 频率接近或相等时频率接近或相等时 会发生共振会发生共振 并大量吸收光能并大量吸收光能 量量 引起能量损耗引起能量损耗 散射性损耗散射性损耗 是由于材料密度的微观变化是由于材料密度的微观变化 成成 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第7 7章章 7 27 2 分起伏分起伏 以及在制造过程中产生的结构上的不均匀以及在制造过程中产生的结构上的不均匀 性或缺陷引起性或缺陷引起 一部分光就会散射到各个方向去一部分光就会散射到各个方向去 不能传输到终点不能传输到终点 从而造成散射性损耗从而造成散射性损耗 辐射性损耗辐射性损耗 当光纤受到具有一定曲率半径的当光纤受到具有一定曲率半径的 弯曲时弯曲时 就会产生辐射磁粒就会产生辐射磁粒 a a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲 b b微弯曲微弯曲 当把光纤组合成光缆时当把光纤组合成光缆时 可能使光纤的可能使光纤的 轴线产生随机性的微曲轴线产生随机性的微曲 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第7 7章章 7 37 3 答答 光导纤维工作的基础是光的全内反射光导纤维工作的基础是光的全内反射 当射入的当射入的 光线的入射角大于纤维包层间的临界角时光线的入射角大于纤维包层间的临界角时 就会在就会在 光纤的接口上产生全内反射光纤的接口上产生全内反射 并在光纤内部以后的并在光纤内部以后的 角度反复逐次反射角度反复逐次反射 直至传递到另一端面直至传递到另一端面 优点优点 a a具有优良的传旋光性能具有优良的传旋光性能 传导损耗小传导损耗小 b b频带宽频带宽 可进行超高速测量可进行超高速测量 灵敏度和线性度好灵敏度和线性度好 c c能在恶劣的环境下工作能在恶劣的环境下工作 能进行远距离信号的传能进行远距离信号的传 送送 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第7 7章章 7 37 3 功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导功能型光纤传感器其光纤不仅作为光传播的波导 而且具有测量的功能而且具有测量的功能 它可以利用外界物理因素改它可以利用外界物理因素改 变光纤中光的强度变光纤中光的强度 相位相位 偏振态或波长偏振态或波长 从而对从而对 外界因素进行测量和数据传输外界因素进行测量和数据传输 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第7 7章章 7 47 4 答答 CCDCCD是一种半导体器件是一种半导体器件 在在N N型或型或P P型硅衬底上生长型硅衬底上生长 一层很薄的一层很薄的SiO2SiO2 再在再在SiO2SiO2薄层上依次序沉积金属薄层上依次序沉积金属 电极电极 这种规则排列的这种规则排列的MOSMOS电容数组再加上两端的输电容数组再加上两端的输 入及输出二极管就构成了入及输出二极管就构成了CCDCCD芯片芯片 CCDCCD可以把光信号转换成电脉冲信号可以把光信号转换成电脉冲信号 每一个脉冲每一个脉冲 只反映一个光敏元的受光情况只反映一个光敏元的受光情况 脉冲幅度的高低反脉冲幅度的高低反 映该光敏元受光的强弱映该光敏元受光的强弱 输出脉冲的顺序可以反映输出脉冲的顺序可以反映 光敏元的位置光敏元的位置 这就起到图像传感器的作用这就起到图像传感器的作用 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 18 1 答答 热电阻传感器分为以下几种类型热电阻传感器分为以下几种类型 铂电阻传感器铂电阻传感器 特点是精度高特点是精度高 稳定性好稳定性好 性性 能可靠能可靠 主要作为标准电阻温度计使用主要作为标准电阻温度计使用 也常被用也常被用 在工业测量中在工业测量中 此外此外 还被广泛地应用于温度的基还被广泛地应用于温度的基 准准 标准的传递标准的传递 是目前测温复现性最好的一种是目前测温复现性最好的一种 铜电阻传感器铜电阻传感器 价钱较铂金属便宜价钱较铂金属便宜 在测温范在测温范 围比较小的情况下围比较小的情况下 有很好的稳定性有很好的稳定性 温度系数比温度系数比 较大较大 电阻值与温度之间接近线性关系电阻值与温度之间接近线性关系 材料容易材料容易 提纯提纯 价格便宜价格便宜 不足之处是测量精度较铂电阻稍不足之处是测量精度较铂电阻稍 低低 电阻率小电阻率小 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 18 1 铁电阻和镍电阻铁电阻和镍电阻 铁和镍两种金属的电阻温度铁和镍两种金属的电阻温度 系数较高系数较高 电阻率较大电阻率较大 故可作成体积小故可作成体积小 灵敏度灵敏度 高的电阻温度计高的电阻温度计 其缺点是容易氧化其缺点是容易氧化 化学稳定性化学稳定性 差差 不易提纯不易提纯 复制性差复制性差 而且电阻值与温度的线而且电阻值与温度的线 性关系差性关系差 目前应用不多目前应用不多 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 28 2 答答 热电动势热电动势 两种不同材料的导体两种不同材料的导体 或半导体或半导体 A A B B串接成一个闭合回路串接成一个闭合回路 并使两个结点处于不同的温并使两个结点处于不同的温 度下度下 那么回路中就会存在热电动势那么回路中就会存在热电动势 有电流产生有电流产生 相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势相应的热电动势称为温差电动势或塞贝克电动势 通称热电动势通称热电动势 接触电动势接触电动势 接触电动势是由两种不同导体的接触电动势是由两种不同导体的 自由电子自由电子 其密度不同而在接触处形成的热电动势其密度不同而在接触处形成的热电动势 它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度它的大小取决于两导体的性质及接触点的温度 而而 与导体的形状和尺寸无关与导体的形状和尺寸无关 温差电动势温差电动势 是在同一根导体中是在同一根导体中 由于两端温由于两端温 度不同而产生的一种电动势度不同而产生的一种电动势 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 28 2 热电偶测温原理热电偶测温原理 热电偶的测温原理基于物理的热电偶的测温原理基于物理的 热电效应热电效应 所谓热电效应所谓热电效应 就是当不同材料的导体组就是当不同材料的导体组 成一个闭合回路时成一个闭合回路时 若两个结点的温度不同若两个结点的温度不同 那么在那么在 回路中将会产生电动势的现象回路中将会产生电动势的现象 两点间的温差越大两点间的温差越大 产生的电动势就越大产生的电动势就越大 引入适引入适 当的测量电路测量电动势的大小当的测量电路测量电动势的大小 就可测得温度的大就可测得温度的大 小小 热电偶三定律热电偶三定律 a a 中间导体定律中间导体定律 热电偶测温时热电偶测温时 若在回路中插入中间导体若在回路中插入中间导体 只要中只要中 间导体两端的温度相同间导体两端的温度相同 则对热电偶回路总的热电动则对热电偶回路总的热电动 势不产生影响势不产生影响 在用热电偶测温时在用热电偶测温时 连接导线及显示连接导线及显示 一起等均可看成中间导体一起等均可看成中间导体 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 28 2 b b 中间温度定律中间温度定律 任何两种均匀材料组成的热电偶任何两种均匀材料组成的热电偶 热端为热端为T T 冷端冷端 为为T T 时的热电动势等于该热电偶热端为时的热电动势等于该热电偶热端为T T冷端为冷端为TnTn时时 的热电动势与同一热电偶热端为的热电动势与同一热电偶热端为TnTn 冷端为冷端为T T0 0 时热时热 电动势的代数和电动势的代数和 应用应用 对热电偶冷端不为对热电偶冷端不为0 0度时度时 可用中间温度定可用中间温度定 律加以修正律加以修正 热电偶的长度不够时热电偶的长度不够时 可根据中间温可根据中间温 度定律选用适当的补偿线路度定律选用适当的补偿线路 c c参考电极定律参考电极定律 如果如果A A B B两种导体两种导体 热电极热电极 分别与第三种导体分别与第三种导体C C 0 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 28 2 参考电极参考电极 组成的热电偶在结点温度为组成的热电偶在结点温度为 T T T T0 0 时时 分别为分别为 和和 那么受相同温度那么受相同温度 下下 又又A A B B两热电极配对后的热电势为两热电极配对后的热电势为 实用价值实用价值 可大大简化热电偶的选配工作可大大简化热电偶的选配工作 在实在实 际工作中际工作中 只要获得有关热电极与标准铂电极配对只要获得有关热电极与标准铂电极配对 的热电动势的热电动势 那么由这两种热电极配对组成热电偶那么由这两种热电极配对组成热电偶 的热电势便可由上式求得的热电势便可由上式求得 而不需逐个进行测定而不需逐个进行测定 误差因素误差因素 参考端温度受周围环境的影响参考端温度受周围环境的影响 0 T TEAC 0 TTEBC 000 TTETTETT E BCACAB 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 28 2 减小误差的措施有减小误差的措施有 a 0a 0o oC C恒温法恒温法 b b 计算修正法计算修正法 冷端温度修正法冷端温度修正法 c c 仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 d d 热电偶补偿法热电偶补偿法 e e 电桥补偿法电桥补偿法 f f 冷端延长线法冷端延长线法 8 3 8 3 见见8 28 2 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 48 4 答答 电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温电阻温度计利用电阻随温度变化的特性来测量温 度度 热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的热电偶温度计是根据热电效应原理设计而成的 前者将温度转换为电阻值的大小前者将温度转换为电阻值的大小 后者将温度转换后者将温度转换 为电动势大小为电动势大小 相同点相同点 都是测温传感器都是测温传感器 精度及性能都与传感精度及性能都与传感 器材料特性有关器材料特性有关 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 58 5 答答 在不平衡电桥中在不平衡电桥中 检流计检流计 改称为改称为 电流计电流计 其作用而不是检查有无电流而是测量电流的大小其作用而不是检查有无电流而是测量电流的大小 可见可见 不平衡电桥和平衡电桥的测量原理有原则上不平衡电桥和平衡电桥的测量原理有原则上 的的 区别区别 利用电桥除可精确测量电阻外利用电桥除可精确测量电阻外 还可测量一还可测量一 些非电学量些非电学量 例如例如 为了测量温度变化为了测量温度变化 只需用一只需用一 种种 热敏组件热敏组件 把它转化为电阻的变化把它转化为电阻的变化 然后用电桥然后用电桥 测量测量 不平衡电桥往往用于测量非电学量不平衡电桥往往用于测量非电学量 此外还此外还 可用于自动控制和远距离联动机构中可用于自动控制和远距离联动机构中 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 68 6 答答 伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流伏安特性表征热敏电阻在恒温介质下流过的电流I I 与其上电压降与其上电压降U U之间的关系之间的关系 当电流很小时不足以引当电流很小时不足以引 起自身发热起自身发热 阻值保持恒定阻值保持恒定 电压降与电流间符合电压降与电流间符合 欧姆定律欧姆定律 当电流当电流I IsI Is时时 随着电流增加随着电流增加 功耗增功耗增 大大 产生自热产生自热 阻值随电流增加而减小阻值随电流增加而减小 电压降增电压降增 加速度逐渐减慢加速度逐渐减慢 因而出现非线性的正阻区因而出现非线性的正阻区abab 电电 流增大到流增大到IsIs时时 电压降达到最大值电压降达到最大值UmUm 此后此后 电流电流 继续增大时继续增大时 自热更为强烈自热更为强烈 由于热敏电阻的电阻由于热敏电阻的电阻 温度系数大温度系数大 阻值随电流增加而减小的速度大于电阻值随电流增加而减小的速度大于电 压降增加的速度压降增加的速度 于是就出现负阻区于是就出现负阻区bcbc段段 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第8 8章章 8 68 6 研究伏安特性研究伏安特性 有助于正确选择热敏电阻的工有助于正确选择热敏电阻的工 作状态作状态 对于测温对于测温 控温和温度补偿控温和温度补偿 应工作于伏应工作于伏 安特性的线性区安特性的线性区 这样就可以忽略自热的影响这样就可以忽略自热的影响 使使 电阻值仅取决于被测温度电阻值仅取决于被测温度 对于利用热敏电阻的耗对于利用热敏电阻的耗 散散 原理工作的场合原理工作的场合 例如测量风速例如测量风速 流量流量 真空等真空等 则应工作于伏安特性的负阻区则应工作于伏安特性的负阻区 8 7 8 7 略略 8 8 8 8 略略 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第9 9章章 9 19 1 答答 核辐射传感器是基于射线通过物质时产生的电离核辐射传感器是基于射线通过物质时产生的电离 作用作用 或利用射线能使某些物质产生荧光或利用射线能使某些物质产生荧光 再配以再配以 光电组件光电组件 将光信号转变为电信号的传感器将光信号转变为电信号的传感器 9 29 2 答答 核辐射传感器可以实现气体成分核辐射传感器可以实现气体成分 材料厚度材料厚度 物物 质密度质密度 物位物位 材料内伤等的测量材料内伤等的测量 但是要注意放但是要注意放 射性辐射的防护射性辐射的防护 9 39 3 答答 可用来检测厚度可用来检测厚度 液位液位 物位物位 转速转速 材料密度材料密度 重量重量 气体压力气体压力 流速流速 温度及湿度等参数温度及湿度等参数 下页下页上页上页图库图库返回返回 第第9 9章章 9 49 4 答答 尽量减小辐射强度尽量减小辐射强度 也要考虑辐射类型和性质也要考虑辐射类型和性质 在实际工作中要采取多种方式来减少射线的照射强在实际工作中要采取多种方式来减少射线的照射强 度和照射时间度和照射时间 如采用屏蔽层如采用屏蔽层 利用辅助工具利用辅助工具 或或 是增加与辐射源的距离等各种措施是增加与辐射源的距离等各种措施 下页下页上页上页图库图库返回返回 第第1010章章 10 110 1 答答 生物传感器是由固化生物物质与适当的换能器组生物传感器是由固化生物物质与适当的换能器组 成的生物传感器系统成的生物传感器系统 具有特异识别生物分子的能具有特异识别生物分子的能 力力 并能检测生物分子与分析物之间的相互作用并能检测生物分子与分析物之间的相互作用 用于微量物质的检测用于微量物质的检测 下页下页上页上页返回返回图库图库 第第1010章章 10 210 2 答答 生物传感器的类型较多生物传感器的类型较多 分类无统一的方法分类无统一的方法 生物传感器可以根据其分子识别元件的敏感物质分生物传感器可以根据其分子识别元件的敏感物质分 为为 酶传感器酶传感器 微生物传感器微生物传感器 组织传感器组织传感器 细胞传细胞传 感器和免疫传感器感器和免疫传感器 还可以根据换能器和测声型生还可以根据换能器和测声型生 物传感器等物传感器等 生物传感器与传统的化学传感器和离线分析技术生物传感器与传统的化学传感器和离线分析技术 如分光光度计或质谱仪等如分光光度计或质谱仪等 相比相比 具有明显的优具有明显的优 势势 如高度特异性如高度特异性 灵敏度高灵敏度高 稳定性好稳定性好 成本低成本低 廉廉 体积小体积小 能在体进行快速实时的连续检测能在体进行快速实时的连续检测 一一 般不需要样品的预处理般不需要样品的预处理 样品用量少样品用量少 响