传感器应用习题答案

1、15 .反向串联16 .电阻（率）17 .浓度18 .电阻、电容式19 .电阻值20 .应变效应21 .pL/S22 .调零电桥23 .A/d24 .压电效应25 .极性26 .电荷源38 .半导体39 .垂直、霍尔效应40 .线性型41 .数字信号42 .开/关式传感器43 .积分44 .电压二、判断题1 .（，）2 .（X）3 .（，）4 .（，）5 .（，）一、填空题1 .电2 .输出增量与输入增量3 .频域4 .灵敏度5 .敏感元件6 .信号转换7 .转换原理8 .半导体材料9 .静态特性10 检测系统的输入是否为不随时间变化的恒定信号11 .闭环检测12 .热电效应13 .电流输出型

2、、电压输出型14 .分度表15 .中间导体27 .光电效应28 .减小29 .光电、声音30 .外光电31 .光电池32 .光敏电阻33 .变面积、电容截面积34 .变介电常数、电容的介电常数35 .变极距、电容的极板间间距36 .变介电常数、电容的介电常数37 .多普勒6. (x)7. (V)8. (x)9. (V)10. (x)11. (x)12. (X)13. (x)14. (V)15. (X)16. (V)17. (V)18. (x)19. (x)20. (X)21. (V)22. (V)23. (X)24. (V)25. (V)26. (X)27. (X)28. (V)29. (X)

3、30. (V)31. (x)32. (V)33. (V)34. (V)35. (X)36. (V)37. (X)38. (V)39. (x)40. (V)41. (V)42. (V)43. (V)三、单项选择题1. C2. B3. D4. C5. D6. B7. B8. D9. D10. C11. B12. A13. D14. D15. C16. B17. D18. A19. B20. D21. A22. C23. C24. B25. A26. A27. A28. A29. C30. D31. B32.C33. B34. A35. A四、简答题1 .答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规

4、律转换成可用输出信号的器件或装置。主要由敏感元件、转换元件、测量电路组成。在自动测控系统中，主要完成信息采集的任务。2 .答：主要有半导体材料、高分子材料、智能材料。3 .答：传感器的静态特性是指传感器的输入量为常量或变化极缓慢时其输出与输入之间的关系。主要由线性度、灵敏度、重复性、迟滞性、漂移等技术指标组成。4 .答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等检测系统的组成框图不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图。传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被

5、测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。5 .答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。

6、随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。6 .答：中间导体定律：在热电偶电路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相等，则热电偶产生的总热电动势不变。中间温度定律：在热电偶测量回路中，测量端温度为T,自由端温度为T0,中间温度为TO,则T,TO热电势等于T,TO与TO,TO热电势的代数和。即EAB(T,TO)=EAB(T,TO)+EAB(TO,TO)参考电极定律：已知热电极A、B与参考电极C组成的热电偶在结点温度为(T,T0)时

7、的热电动势分别为EAC(T,T0)、EBC(T,T0),则相同温度下，由A、B两种热电极配对后的热电动势EAB(T,T0)可按下面公式计算：EAB(T,T0)=EAC(T,T0)-EBC(T,T0)7 .答：正温度系数(PTC)热敏电阻：电阻阻值随温度升高而增大的电阻器。负温度系数(NTC)热敏电阻：电阻阻值随温度升高而降低的电阻器。突变型热敏电阻器(CTR):该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低34个数量级，即具有很大负温度系数。8 .答：湿度传感器主要有电阻式湿度传感器和电容式湿度传感器。电阻式湿度传感器一一湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一

8、原理而制成的。电容式湿敏传感器是有效利用湿敏元件电容量随湿度变化的特性来进行测量的，通过检测其电容量的变化值，从而间接获得被测湿度的大小。一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。9 .答：电阻应变片主要根据金属丝的应变效应来测量应力的。应变效应：金属和半导体材料的电阻值随它承受的机械变形大小而发生变化的现场。R=pL4受力后，材料几何尺寸发生变化，电阻率也发生了变化。10 .答：正压电效应：当沿着一定方向对压电材料施力而使它变形时，在它的一定表面上产

9、生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。电荷Q与所施加的力F成正比。逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。具有压电效应的材料主要有：石英晶体、压电陶瓷、压电高分子材料。11 .答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。12 .答：光

10、电效应有三种：外光电效应：在光线的作用下，物体内电子逸出物体表面向外发射的现象。内光电效应：当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化的现象。光生伏特效应：在光线作用下，使物体产生一定方向的电动势的现象。外光电效应代表器件：光电管、光电倍增管内光电效应代表器件：光敏电阻光生伏特效应代表器件：光电池、光敏二极管、光敏三极管13 .答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。它们的电路符号如下图所示：钟3）T-光敏二极管光敏三极管光电池14 .答：发射机与接收机之间的距离发生变化，发射机发射信号的频率与接收机收到信号的频率不同，此现象为多普勒效应。15 .答：磁电式转速传感器的主要

11、主要工作原理是将磁场变化量转变成电量变化输出。当被测物以一定速度转动时，其磁场也以一定频率变化，通过磁传感器测得磁场变化的频率，就可以检测到被测物的转速了。N2N，&16 .答：L=生，当待侧物1移动时，直接导致2、3之间的空气间隙变化，即Rm210式中10的变化，此变化会导致传感器电感的变化，故，此传感器可以将待测位移转变为传感器电感量的变化，检测出电感量的变化，则可知被测物的位移量了。17 .答：半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH,这种现象称为霍尔效应。该电势称霍尔电势。霍尔电动势与霍尔元件的材料、尺寸

12、、流经电流强度I、磁场强度B有关。18 .答：霍尔集成电路主要由线性型和开关型两种。线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。其输出为线性。开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。其输出为开关量。19 .答：直流全桥电路在全桥情况下，灵敏度最大。单臂形式下灵敏度最小。20 .答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。21 .答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适

13、用于直流元件，交流电桥用交流电源,适用于所有电路元件。22 .答：如图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-Ax)/d=C0-b,Ax/d(1)电容因位移而产生的变化量为ccc；bCX-C=C-C0=-x=-C0da其灵敏度为K=xd可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。23 .解：不对，因为仪表的机械零位在0C,正确值为400C。24 .答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。六、综合题25-351 .答：该仪器的灵敏度为S=-2mV/mm2 .

14、答：2.5级时的最大绝对误差值另0205,测量500c时的相对误差为4%;2.0级时的最大绝对误差值为16C,测量500c时的相对误差为3.2%;1.5级时的最大绝对误差值为12C,测量500c时的相对误差为2.4%。因此，应该选用1.5级的测温仪器。3 .解：E(tC,0C)=E(T,30C)+E(30C,0C)=37.724mV+1.156mV=38.88mV查表可得，t=937.5C4 .解：Rt=R0(1+at)=100X(1+4.24X10-3X50)=121Q5.解：6.解：AB端100a7.解：该电路中，体导致其阻值降低,#109为气敏传感器，当室内可燃气体增加时，气敏传感器接触

15、到可燃气使流经蜂鸣器的电流增加，当达到一定浓度时，可直接驱动蜂鸣器报警。8 .解：Uo=-q/CfQzz=dzzFz即Fz=UoCf/dzz=0.4X0.01x10-6+5X10-1=8N9 .解：F=14-6=8N=ma,故a=4m/s2,汽车向右加速运动F=0-20N=-20N=ma,故a=-10m/s2。此时汽车向左加速运动10 .解：(1)RiR4=R2R311.解：单臂时应变为双臂时应变为U。1000时应为U。1000时应为,所以应变为,所以应变为U。U。4210上4=210/V,4210=210，/V；U。时K；U4210/=410上/V,42104二410”/V；(2) R1R4

16、电阻主要产生轴向应变，阻值增大，R2R3电阻主要产生径向应变，阻值减小。全桥时U0=KU，所以应变为1时U。=8*10/v,应变为1000时应为Uo=8父10/V。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。12 .解：当光照强度增加，光敏电阻阻值减小，对a图，其输出电动势增加对b图，其输出电动势减小。13 .解：V1为光敏三极管，其光电流与光照强度成正比。当入射光强度比较小时，V1截止,V2截止，继电器不工作。当入射光强度增加到一定值时，是V1导通，则V2导通，继电器通电工作。如果将V1与Rb2位置上下对调，其结果相反，即如何光强度由小到大时，继电器从截止状态变为导通状态。14 .解：(1)此传感器是一个电位器式传感器，其电压表的示数等于电阻丝CD上电压。设CD距离为x。