传感器章节习题答案10.doc

1、10测控复习题c1 传感器基础1 什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两个部分？这两个部分各起什么作用？答：传感器是一种能把特定被测量的信息按一定规律转换成某种可用信号并输出的器件或装置。传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件能直接感受或响应被测量；转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号。2 简述传感器在自动控制系统中的作用。 答：自动控制系统中传感器的主要作用是将被测非电量转换成与其成一定关系的电量，它是自动控制系统的“感官”、“触角”，自动控制系统通过传感器检测到的信息实现对系统的控制。因此，传感器是自动控制系统中得首要部件，是实现现代化测量和自动控制（包括遥

2、感、遥测、遥控）的主要环节，它对于决定自动控制系统的性能起着重要作用。3 传感器有哪些基本特性？答：传感器的基本特性通常可以分为静态特性和动态特性。静态特性是指输入的被测量不随时间变化或随时间缓慢变化时表现的特性。表征传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞、重复性；动态特性是指传感器跟踪输入信号变化的特性，表征传感器动态特性的主要参数有响应速度、频率响应。4 简述传感器的发展方向 答：1)新材料的开发与应用 在原有的半导体、陶瓷材料等基础上，利用新的制造材料来提升传感器性能，提高传感器的产品质量，降低生产成本。2)新制造技术的应用采用精密细微加工技术、蒸镀技术、扩散技术、光刻技

3、术、静电封接技术、全固态封接技术，应用使传感器集成化、超小型化。3)新型传感器的开发利用新的物理效应、化学效应、生物效应开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器的性能，拓展传感器的应用范围提供了新的动力。4)传感器的集成化利用集成技术，将敏感元件、测量电路、放大电路、补偿电路、运算电路等制作在同一芯片上，使传感器体积小、质量轻、生产自动化程度高、制造成本低、稳定性和可靠性高、电路设计简单、安装调试时间短。5)传感器的智能化开发具有自补偿、自诊断、自校正及数据的自存储和分析等功能的智能传感器。6)新一代航天传感器的研究采用新原理、新技术研制新型航天传感器。7)仿生传感器的研究开发模仿人的感觉器官

4、的仿生传感器，如视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、触觉传感器。5.试举出你在日常生活中所遇到的传感器，并说明它的作用。答：略6.时间常数为0.001秒的一阶装置对正弦信号进行测量，要求振幅误差在5%以内，求该装置能够测量的正弦信号的最高频率。解:=0.001 .7f=52.3 .37.用时间常数为0.5的一阶装置进行测量，若被测参数按正弦规律变化，若要求装置指示值的幅值误差小于2%，问被测参数变化的最高频率是多少？如果被测参数的周期是2s和5s，问幅值误差是多少？解：一阶装置,有 今，幅值误差小于2% , 应求出对被测信号：周期是2s,，幅值误差为46.3%周期是5s, ,，幅值

5、误差为15.3%8.设时间常数为5s的温度计，从的室温条件下突然输入的水中，经过15s之后，温度计的指示值为多少度?(77)c2 应变式电阻传感器1 什么是电阻的应变效应？利用应变效应解释金属应变式电阻传感器的工作原理。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。现有一根长度为l，截面积为a，电阻率为的金属丝，如图1所示。图1 金属应变效应未受力时，电阻值为 当金属丝受到拉力f作用时，将引起电阻值发生变化，电阻的相对变化量为，当材料一定时，不发生变化，电阻值的变化仅与金属丝长度和金属丝截面积的变化有关。2弹性元件在应变

6、式电阻传感器中起什么作用？答：弹性敏感元件是电阻式传感器的敏感元件，能直接感受到被测的量的变化。3 简述应变式电阻传感器测量电路的功能。答：由于弹性敏感元件和应变片的应变量一般都很小，电阻值的变化量也很小，不易被观察、记录和传输，需要通过电桥电路将该电阻值的变化量放大，并转换成电压或电流信号。4 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。5 试比较金属应变式传感

7、器和半导体压电式传感器的异同点。答：相同点：两者都是将应变力转换为电阻的变化。不同点：金属应变式传感器是由于导体的长度和半径发生改变而引起电阻值的变化，而半导体应变式传感器是由于其载流子的迁移率发生变化而引起电阻值的变化。6 下图2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，是质量块，是固定端。试分析该传感器的工作原理。图2传感器的结构示意图答：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

8、的加速度的大小。7 用于测量起吊重量的拉力传感器如图3所示。应变片r1、r2、r3、r4贴在等截面轴上，它们组合的电桥电路如图3（b）所示。试由图简述拉力传感器的工作原理。图3测量起吊重量的拉力传感器示意图答：在等截面轴上贴有四个应变片，当没有起吊钩上起吊物时，由r1、r2、r3、r4组成的桥式电路平衡，输出电压为零；当起吊钩上挂上起吊物时，等截面轴将被上下拉伸，使得贴在等截面轴上的轴向应变片（r1和r2）也随之拉伸，这两个电阻的阻值变大，而径向应变片（r3和r4）被压缩，r3和r4的阻值变大，桥式电路失去平衡，输出电压不为零，并且随着起吊物重量的增大，输出电压也线性增大，通过测量桥式电路输出

9、电压的大小，便可知起吊物的重量。8 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？答：电阻应变片产生温度误差的原因：当测量现场环境温度变化时，由于敏感栅温度系数及栅丝与试件膨胀系数之差异性而给测量带来了附加误差。电阻应变片的温度补偿方法：通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。1）电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。电桥补偿法简单易行，而且能在较大的温度范围内补偿，但上面的四个条件不一满足，尤其是两个应变片很难处于同一温度场。 2）应变片的自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片。9 图4所示为等强度梁测力系统，为电阻应变片，应变片灵敏度系数，未受应变时，当试件受力时，应变片

10、承受平均应变，求 （1）应变片电阻变化量和电阻相对变化量。（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3，求电桥 输出电压是多少。 （a） （b）图4 等强度梁测力系统解： （1），解：（2）10 采用阻值r=120灵敏度系数k=2.0的金属电阻应变片与阻值r=120的固定电阻组成电桥，供桥电压为10v。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mv，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？解：由于不知是何种工作方式，可设为n，故可得：mv得n要小于2，故应采用全桥工作方式。11.如图5所示为一直流电桥，供电电源电动势e=3v，r3=r4=100，r1和r2为同型号的电阻应

11、变片，其电阻均为50，灵敏度系数k=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5 000，试求此时电桥输出端电压u0。题5图解：此电桥为输出对称电桥，故/mv12 应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体，直径d=10cm，材料弹性模量e=205109n/m2，用它称50吨重物体，若用电阻丝式应变片，应变片的灵敏度系数s=2，r=120，问电阻变化多少？ 解：因为： 所以： 13.实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片应变片。已知应变电桥的供桥电压e=4v，r1=r2=120，=0.285，应变片的灵敏系数k=2，试求：r1=1.2时，电桥输出电压uo=

12、？解 uo=e/4*r/r1*（1+）=4/4*1.2/120*(1+0.285)=12.85mvc3 电容式传感器1简述电容式传感器的工作原理。答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中，为极板间介质的介电常数，a为两电极互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。当被测量的变化使式中的a、d、三个参量中任一参数发生变化时，电容量c也就随之变化。2 根据电容式传感器的工作原理说明它的分类；电容式传感器能够测量哪些物理参量？答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中，为极板间介质的介电常数，a为两电极互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。在a、d、

13、三个参量中，改变其中任意一个量，均可改变电容量c。固定三个参量中的两个可以做成三种类型的电容传感器：变极距式传感器、变面积式传感器、变介电常数式传感器。电容式传感器不仅用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，还广泛用于压力、差压、液位、物位或成分含量等方面的测量。3电容式传感器的测量电路功能是什么？有哪些类型？ 答：电容式传感器将被测的物理量转换为电容变化，但由于电容变化量很小，不易被观察、记录和传输，因此必须通过测量电路将电容变化量转换成电压、电流或频率信号，随后输出。测量电路的种类很多，主要有：1桥式电路；2调频电路；3脉冲宽度调制电路。4为什么液位检测可以转化为压力检测？ 答：压

14、力与液位成正比，液位高，压力大；液位低，压力小。5 如果盛放液体的容器为金属圆筒型，则只需用一根裸导线即可完成液位的检测。用示意图说明这种情况，并标出电容传感器的位置。 答：如下图所示，裸导线作为电容的一个电极，金属容器壁作为电容的另一电极，两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数1和液面上的介电常数2不同，比如：12，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，值减小，电容量也减小。所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。6简述测量绝缘材料厚度的工作原理，如图6所示。图6 测量绝缘材料厚度的原理图答：如3-19图所示，两金属板构成

15、电容的两极，当被测绝缘材料的厚度发生变化时，两电极间的介电常数发生改变，从而引起电容量的改变。7 简述投入式液位计的工作原理，如图7所示。图7 投入式液位计的结构图答：如图7所示，测量电极外套绝缘套管，被测液体和容器作为另一个电极，三者形成圆筒形电容器，内、外电极的极距是聚四氟乙烯套管的壁厚。当液位发生改变时，电极间的介电常数发生改变，导致电容量发生改变。8 下图8为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中cx为传感器电容，c为固定电容，假设运放增益a=，输入阻抗z=；试推导输出电压u0与极板间距的关系，并分析其工作特点。解:图8式中负号表示输出电压的相位与电源电压反相。上式说明运算放大器的

16、输出电压与极板间距离d线性关系。运算放大器电路解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。但要求zi及放大倍数k足够大。为保证仪器精度，还要求电源电压的幅值和固定电容c值稳定。9.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?答：如图9所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。当动极板移动x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为c=b（a-x）/d=c0-bx/d （1）电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为 可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。图9 直线位移型电容式传感器10.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用

17、变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sintv，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量x=5mm时,电桥输出电压u0。图10解：根据测量电路可得/mv11.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。c0=200pf，传感器的起始电容量cx0=20pf,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即k,zi),rf极大,输入电压u1=5sintv。求当电容传感动极板上输入一位移量x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压u0为多少? 图11解：由测量电路可得 /v1

18、2.如图12所示正方形平板电容器,极板长度a=4cm,极板间距离=0.2mm.若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,。图12解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。 /pf (x的单位为米) /pfc4电感式传感器1说明单线圈电感传感器和差动式电感传感器的主要组成和工作原理。答：单线圈电感传感器主要由铁芯、线圈和衔铁组成。传感器工作时，衔铁与被测物体相连。当被测物体移动时，带动衔铁移动，气隙厚度和导磁面积s随之发生改变，从而引起磁路中磁阻的改变，进而导致线圈自感量发生变化。只要测出电感量的变化，就能确定衔铁（被测物体）位移

19、量的大小和方向。差动式电感传感器由两个电气参数和几何尺寸完全相同的电感线圈共用一个衔铁构成。当衔铁随被测量物体移动而偏离中间位置时，两线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动，总的电感变化量与衔铁移动的距离成正比。通过分析计算可知，差动式电感传感器的灵敏度约为非差动式的两倍，而且线性度较好，灵敏度较高。2 电感式传感器测量电路的主要任务是什么？ 答：作用是将线圈电感的变化转换成电压或电流信号输出。3 什么是电涡流效应？简述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。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

20、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。电涡流式传感器主要由安置于框架上的扁平线圈构成，如图4-22所示。给激励线圈中通以正弦交流电i1时，线圈周围（l）将产生正弦交变磁场h1，使位于此磁场中的金属导体感应出电涡流i2， i2又产生新的交变磁场h2，h2将阻碍原磁场的变化，从而导致线圈内阻抗发生变化。线圈阻抗的变化既与电涡流效应有关，又与静磁学效应有关，即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有关。电涡流传感器正是利用这个定律将传感器与被测金属导体之间距离的变化转换成线圈品质因数、等效阻抗和等效电感三个参数

21、的变化，再通过测量、检波、校正等电路变为线性电压（电流）的变化。4 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。5 电涡流式传感器的主要优点是什么? 解：电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、 应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。6 为什么电感式传感器一般都

22、采用差动形式? 解：差动式结构，除了可以改善非线性，提高灵敏度外，对电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用；作用在衔铁上的电磁力，是两个线圈磁力之差，所以对电磁力有一定的补偿作用，从而提高了测量的准确性7 .如图13所示的差动电感式传感器的桥式测量电路，l1、l2为传感器的两差动电感线圈的电感，其初始值均为l0。r1、r2为标准电阻，u为电源电压。试写出输出电压u0与传感器电感变化量l间的关系。解：输出与输入的关系是若电感增量无穷小，且两个电阻均为r，则： 题13图 8.变磁阻式传感器，铁芯导磁截面积a=1.5cm2，长度=20cm，铁芯相对磁导率=5000，线圈匝数w=3000

23、，若原始气隙0=0.5cm，若=0.1mm： （1）求其灵敏度l/=？ （2）采用差动方式如p35图3-3(b)，其灵敏度l/=？解(1) l/ (2)差动： 时， 时，c5压电式传感器1简述正、逆压电效应。答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，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，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，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。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。2简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。解：电压放

24、大器的应用具有一定的应用限制，压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。优点：微型电压放大电路可以和传感器做成一体，这样这一问题就可以得到克服，使它具有广泛的应用前景。缺点：电缆长，电缆电容cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。不过由于固态电子器件和集成电路的迅速发展， 电荷放大器的优点：输出电压uo与电缆电容cc无关，且与q成正比，这是电荷放大器的最大特点。但电荷放大器的缺点：价格比电压放大器高，电路较复杂，调整也较困难。要注意的是，在实际应用中，电压放大器和电荷放大器都应加过载放大保护电路，否则在传感器过载时，会产生过高的输出电压。3能否用压电传感器测量静态压力

25、？为什么？解：不可以，压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，为了保证压电传感器的测量误差较小，它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，所以不能用来测量静态压力。4压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。5 压电式传感器往往采用多片压电晶体串联或并联方式，若采用并联方式，适合于测量何种信号？答：只适用于测量较高频率动态信号。6图14所示电荷放大器中ca=100 pf，ra=，rf= ，ri= ，cf=10 pf。若考虑引线电容cc 影

26、响，当a0=104时，要求输出信号衰减小于1%，求使用90 pf/m的电缆，其最大允许长度为多少？图14解：因此若满足时，式（6-4）可表示为.7一压电式传感器的灵敏度k110pcmpa，连接灵敏度k2=0.008vpc的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度k3=25mmv，当压力变化p=8mpa时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?解：记录笔在记录纸上的偏移为 s=100.008258=16/mm8某加速度计的校准振动台，它能作50hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度k100mvg，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器

27、放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13v，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。解：此加速度计的灵敏度为 mv/g标定系统框图如下：9 某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度t=0.1mm，圆片半径r=1cm，r=4.5，o=8.73*10-12 f/m；x切型，d11=2.3110-12 c/n。当0.6m pa压力垂直作用于px平面时，求传感器输出电荷q和电极间电压ua的值。解 : q=2qa=2d11*f=2*2.31*10-12*0.6*106*3.1415926*10-4=870.85pf5 c=2ca=20rs/t u=q/c=qa/ca=d11*

28、f*t/0rs=3.48vc6 霍尔传感器 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 试述霍尔传感器主要有哪几方面的应用。答：霍尔传感器主要应用于直流无刷风机、

29、转速检测、无触点开关、汽车点火器、位置控制、隔离检测以及安全报警装置等。3 为什么导体材料和绝缘体材料不宜制成霍尔传感器？答：导体材料的导电率虽然很大，但电阻率很小，不适宜制成霍尔传感器，而绝缘体材料的电阻率很大，但导电率很小，也不适宜制成霍尔传感器，只有半导体材料的电阻率和导电率均适中，适合制成霍尔传感器。4 如图16 所示，简述液位控制系统的工作原理。图16 液位控制系统的工作原理答：根据图16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

30、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。5 霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？解：根据下面这个公式可以得到，霍尔电势还与磁感应强度b, kh为霍尔片的灵敏度,霍尔元件的长度l和宽度b有关。6 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？答：因为导体材料的虽然很大，但很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的虽然很大，但很小，故也不宜做成元件。7 霍尔传感器不等位电势产生的原因有那些?答

31、： 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀; 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等8 某霍尔元件为沿方向通以电流，在垂直面方向加有均匀磁场，传感器的灵敏度系数为，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 解: ，式中kh=rh/d称为霍尔片的灵敏度所以输出的霍尔电势为，因为，式中令rh=-1/（ne），称之为霍尔常数，其大小取决于导体载流子密度,所以浓度= c7 温度传感器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

32、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 简述导体的温度特性。答：若仅有一种材料的导体，则表现出热电阻的特性。当导体温度上升时，导体内部自由电子的热运动加剧，使得自由电子通过导体的阻力增加，导体的电阻值随之增加。 若将两种不同材料的导体串接成一个闭合回路，则表现出热电偶的特性。当两个接点的温度不同时，回路中就会产生热电动势，形成电流，热电动势的大小与两个接点的温度差成正比。4 已知在其特定条件下材料a与铂配对的热电势，材料b与铂配对的热电势，试求出此条件下材料a与材料b配对后的热

33、电势。解：根据热电偶基本定律中的参考电极定律可知，当结点温度为t，t0时，用导体a，b组成的热电偶的热电动势等于ac热电偶和cb热电偶的热电动势的代数和，即：5 pt100和cu50分别代表什么传感器？解：pt100代表铂热电阻传感器，cu50代表铜热电阻传感器。6将一只灵敏度为0.08mv/ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?解:）温度为50 时热电偶输出： 50*0.08=4mv）以参考端为的热电偶输出： 60+4=64mv）故热端温度t=64/0.08=800oc7试比较热电阻与热敏电阻的异同。解：热电阻将温度转换为电阻值大

34、小的热电式传感器,热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻传感器的测量精度高；有较大的测量范围，它可测量200500的温度；易于使用在自动测量和远距离测量中。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。其结构形式可根据实际使用制作成各种形状。热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍等的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形状。热敏电阻具有以下优点：电阻温度系数大，灵敏度高；结构简单；电阻率高，热惯性小；但它阻值与温度变化呈非线性，且稳定性和互换性较差。8试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。答

35、：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合，有0恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法。将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。修正公式为：；四是电桥补偿法。利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化。9用镍铬-镍硅(k)热电偶测量温度，已知冷端温度为40，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mv，求被测点的温度。解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出e(40，0)=1.611mv，根据中间

36、温度定律计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为10已知镍铬-镍硅(k)热电偶的热端温度t800，冷端温度t025，求e(t，to)是多少毫伏?解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得e(800，0)=33.277mv，e(25，0)=1.000mv，故可得 e(800，25)=33.277-1.000=32.277mv11图17是一个为警报器装置的逻辑电路图是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，r是一个阻值较小的分压电阻（1）要做到低温时电铃不响，出现为灾时产生高温，电铃响起在图中虚线处画出接入的斯密特触发器（2）为什么在高温时电铃会响起？（3）为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调的

37、低些，那么r的值应该大一些还是小一些？ 图17c8 光电传感器1 光电式传感器可分为哪几类？分别举出几个例子加以说明。答：光电传感器分为光敏电阻传感器和光敏晶体管传感器。光敏电阻是利用半导体的内光电效应制成的电阻值随入射光强弱的变化而变化的传感器。一般用于光的测量、控制和光电转换。如紫外光敏电阻器主要用于探测紫外线强度； 红外光敏电阻器则广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱、红外通信等国防、科学研究和工农业生产中；可见光光敏电阻器主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门，航标灯、路灯、光电计数器、烟雾报警器、光电跟踪系统等方面。光敏晶体管传感器广泛应用于各种检测技术

38、。除了用于检测光强、光照度外，也用于检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度等。2 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。3 造纸厂经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质

39、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。4 图18 给出了光电式鼠标的外形结构及工作原理图，鼠标内部安置了两个相互垂直的滚轴，分别是x方向的滚轴和y方向的滚轴，这两个滚轴都与一个可以滚动的小球接触，小球滚动时会带动两个滚轴转动，试分析其工作过程。图18光电式鼠标的外形结构和工作原

40、理图答：由题意可知，鼠标内部有一个可以滚动的小球，当鼠标移动时小球会跟着一块滚动。还有两个相互垂直的滚轴与小球接触，小球滚动时会带动两个滚轴转动，这两个滚轴一个用来探测x方向的运动，另一个用来探测y方向的运动。每个滚轴连着一根轴，这个轴又带着一个开孔圆盘。在开孔圆盘的两侧分别装有一个光源和一个光敏元件。当滚轴滚动时，轴和圆盘一块跟着旋转，圆盘外围的间隔孔阻隔了光源发出的光线，因此另一边的光敏元件就接收到了光脉冲，光脉冲的频率和鼠标移动的距离和速度相关。处理芯片读取光敏元件的脉冲并且把它转换成二进制，然后通过鼠标电缆将此二进制数据送给电脑。5 如图19所示，说明光电式传感器工作原理。图19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。6 说明光纤传输的原理。解：光在空间是直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的距