...wd......wd......wd...第1章傳感器與檢測技術根基思考題答案l.檢測系統由哪幾局部組成?說明各局部的作用。答：一個完整的檢測系統或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾局部組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能。當然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的局部。以以以下圖給出了檢測系統的組成框圖。檢測系統的組成框圖傳感器是把被測量轉換成電學量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統與被測對象直接發生聯系的部件，是檢測系統最重要的環節，檢測系統獲取信息的質量往往是由傳感器的性能確定的，因為檢測系統的其它環節無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉換成易于測量的電壓或電流信號。通常傳感器輸出信號是微弱的，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。根據需要測量電路還能進展阻抗匹配、微分、積分、線性化補償等信號處理工作。顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統聯系的主要環節，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。2.傳感器的型號有幾局部組成，各局部有何意義?依次為主稱〔傳感器〕被測量—轉換原理—序號主稱——傳感器，代號C；被測量——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。見附錄表2；轉換原理——用一個或兩個漢語拼音的第一個大寫字母標記。見附錄表3；序號——用一個阿拉伯數字標記，廠家自定，用來表征產品設計特性、性能參數、產品系列等。假設產品性能參數不變，僅在局部有改動或變動時，其序號可在原序號后面順序地加注大寫字母A、B、C等，〔其中I、Q不用〕。例：應變式位移傳感器：CWY-YB-20；光纖壓力傳感器：CY-GQ-2。3.測量穩壓電源輸出電壓隨負載變化的情況時，應當采用何種測量方法?假設何進展?答：測定穩壓電源輸出電壓隨負載電阻變化的情況時，最好采用微差式測量。此時輸出電壓認可表示為U0，U0=U+△U，其中△U是負載電阻變化所引起的輸出電壓變化量，相對U來講為一小量。如果采用偏差法測量，儀表必須有較大量程以滿足U0的要求，因此對△U，這個小量造成的U0的變化就很難測準。測量原理如以以以下圖所示：圖中使用了高靈敏度電壓表——毫伏表和電位差計，Rr和E分別表示穩壓電源的內阻和電動勢，凡表示穩壓電源的負載，E1、R1和Rw表示電位差計的參數。在測量前調整R1使電位差計工作電流I1為標準值。然后，使穩壓電源負載電阻R1為額定值。調整RP的活動觸點，使毫伏表指示為零，這相當于事先用零位式測量出額定輸出電壓U。正式測量開場后，只需增加或減小負載電阻RL的值，負載變動所引起的穩壓電源輸出電壓U0的微小波動值ΔU，即可由毫伏表指示出來。根據U0=U+ΔU，穩壓電源輸出電壓在各種負載下的值都可以準確地測量出來。微差式測量法的優點是反響速度快，測量精度高，特別適合于在線控制參數的測量。用微差式測量方法測量穩壓電源輸出電壓隨負載的變化4.某線性位移測量儀，當被測位移由4.5mm變到5.0mm時，位移測量儀的輸出電壓由3.5V減至2.5V，求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為mV/mm5.某測溫系統由以下四個環節組成，各自的靈敏度如下：鉑電阻溫度傳感器：0.45Ω/℃電橋：0.02V/Ω放大器：100(放大倍數)筆式記錄儀：0.2cm/V求：(1)測溫系統的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移4cm時，所對應的溫度變化值。解：〔1〕測溫系統的總靈敏度為cm/℃〔2〕記錄儀筆尖位移4cm時，所對應的溫度變化值為℃6.有三臺測溫儀表，量程均為0~800℃，精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5級，現要測量500℃的溫度，要求相對誤差不超過2.5％，選那臺儀表合理?解：2.5級時的最大絕對誤差值為20℃，測量500℃時的相對誤差為4％；2.0級時的最大絕對誤差值為16℃，測量500℃時的相對誤差為3.2％；1.5級時的最大絕對誤差值為12℃，測量500℃時的相對誤差為2.4％。因此，應該選用1.5級的測溫儀器。7.什么是系統誤差和隨機誤差?正確度和精細度的含義是什么?它們各反映何種誤差?答：系統誤差是指在一樣的條件下，屢次重復測量同一量時，誤差的大小和符號保持不變，或按照一定的規律變化的誤差。隨機誤差則是指在一樣條件下，屢次測量同一量時，其誤差的大小和符號以不可預見的方式變化的誤差。正確度是指測量結果與理論真值的一致程度，它反映了系統誤差的大小，精細度是指測量結果的分散程度，它反映了隨機誤差的大小。8.服從正態分布規律的隨機誤差有哪些特性?答：服從正態分布規律的隨機誤差的特性有：對稱性隨機誤差可正可負，但絕對值相等的正、負誤差出現的時機相等。也就是說f(δ)-δ曲線對稱于縱軸。有界性在一定測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定的范圍，即絕對值很大的隨機誤差幾乎不出現。抵償性在一樣條件下，當測量次數n→∞時，全體隨機誤差的代數和等于零，即。單峰性絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差出現的時機多，即前者比后者的概率密度大，在δ=0處隨機誤差概率密度有最大值。9.等精度測量某電阻10次，得到的測量列如下：R1＝167.95ΩR2＝167.45ΩR3＝167.60ΩR4＝167.60ΩR5＝167.87ΩR6＝167.88ΩR7＝168.00ΩR8＝167.850ΩR9＝167.82ΩR10＝167.61Ω(1)求10次測量的算術平均值，測量的標準誤差σ和算術平均值的標準誤差s。(2)假設置信概率取99.7％，寫出被測電阻的真值和極限值。解：(1)求10次測量的算術平均值，測量的標準誤差σ和算術平均值的標準誤差s。(2)假設置信概率取99.7％，被測電阻的真值為：極限值為：10.試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關系。答：如以以以下圖，電橋各臂的電阻分別為R1、R2、R3、R4。U為電橋的直流電源電壓。當四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋；當R1=R2=R,R3=R4=R’(R≠R’)時，稱為輸出對稱電橋；當R1=R4=R，R2=R3=R’(R≠R’)時，稱為電源對稱電橋。直流電橋電路當電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達式為(1)設電橋為單臂工作狀態，即R1為應變片，其余橋臂均為固定電阻。當R1感受被測量產生電阻增量ΔR1時，由初始平衡條件R1R3=R2R4得，代入式〔1〕，則電橋由于ΔR1產生不平衡引起的輸出電壓為(2)對于輸出對稱電橋，此時R1=R2=R,R3=R4=R’，當R1臂的電阻產生變化ΔR1=ΔR，根據〔2〕可得到輸出電壓為(3)對于電源對稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R’。當R1臂產生電阻增量ΔR1=ΔR時，由式〔2〕得(4)對于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R，當R1的電阻增量ΔR1=ΔR時，由式〔2〕可得輸出電壓為(5)由上面三種結果可以看出，當橋臂應變片的電阻發生變化時，電橋的輸出電壓也隨著變化。當ΔR<<R時，電橋的輸出電壓與應變成線性關系。還可以看出在橋臂電阻產生一樣變化的情況下，等臂電橋以及輸出對稱電橋的輸出電壓要比電源對稱電橋的輸出電壓大，即它們的靈敏度要高。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對稱電橋。在實際使用中為了進一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，R1=R+ΔR,R2=R-ΔR,R3=R+ΔR,R4=R-ΔR，將上述條件代入式(1)得(6)由式(6)看出，由于充分利用了雙差動作用，它的輸出電壓為單臂工作時的4倍，所以大大提高了測量的靈敏度。第2章電阻式傳感器思考題答案1.金屬電阻應變片與半導體材料的電阻應變效應有什么不同?答：金屬電阻的應變效應主要是由于其幾何形狀的變化而產生的，半導體材料的應變效應則主要取決于材料的電阻率隨應變所引起的變化產生的。2.直流測量電橋和交流測量電橋有什么區別?答：它們的區別主要是直流電橋用直流電源，只適用于直流元件，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件。3.熱電阻測量時采用何種測量電路?為什么要采用這種測量電路?說明這種電路的工作原理。答：通常采用電橋電路作為測量電路。為了抑制環境溫度的影響常采用以以以下圖所示的三導線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，如果，則由于環境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。熱電阻的測量電路4.采用阻值為120Ω靈敏度系數K=2.0的金屬電阻應變片和阻值為120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻無窮大。當應變片上的應變分別為1和1000時，試求單臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比照三種情況下的靈敏度。解：單臂時，所以應變為1時/V，應變為1000時應為/V；雙臂時，所以應變為1時/V，應變為1000時應為/V；全橋時，所以應變為1時/V，應變為1000時應為/V。從上面的計算可知：單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂的四倍。5.采用阻值R=120Ω靈敏度系數K=2.0的金屬電阻應變片與阻值R=120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當應變片應變為1000時，假設要使輸出電壓大于10mV，則可采用何種工作方式〔設輸出阻抗為無窮大〕解：由于不知是何種工作方式，可設為n，故可得：mV得n要小于2，故應采用全橋工作方式。6.如以以以下圖為一直流電橋，供電電源電動勢E=3V，R3=R4=100Ω，R1和R2為同型號的電阻應變片，其電阻均為50Ω，靈敏度系數K=2.0。兩只應變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。設等強度梁在受力后產生的應變為5000，試求此時電橋輸出端電壓U0。題6圖解：此電橋為輸出對稱電橋，故/mV7.光敏電阻有哪些重要特性，在工業應用中是假設何發揮這些特性的答：光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內光電效應工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時阻值非常大，相當于斷路，有光照時阻值變得很小，相當于通路。在工業應用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。第3章電容式傳感器思考題答案1.試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度?為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應注意什么問題?答：如以以以下圖是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當動極板移動△x后，覆蓋面積就發生變化，電容量也隨之改變，其值為C=εb〔a-△x〕/d=C0-εb·△x/d〔1〕電容因位移而產生的變化量為其靈敏度為可見增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。直線位移型電容式傳感器2.為什么說變間隙型電容傳感器特性是非線性的?采取什么措施可改善其非線性特征?答：以以以下圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中1為固定極板，2為與被測對象相連的活動極板。當活動極板因被測參數的改變而引起移動時，兩極板間的距離d發生變化，從而改變了兩極板之間的電容量C。設極板面積為A，其靜態電容量為，當活動極板移動x后，其電容量為(1)當x<<d時則(2)由式〔1〕可以看出電容量C與x不是線性關系，只有當x<<d時，才可認為是最近似線形關系。同時還可以看出，要提高靈敏度，應減小起始間隙d過小時。但當d過小時，又容易引起擊穿，同時加工精度要求也高了。為此,一般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數高的物質來改善這種情況。在實際應用中，為了提高靈敏度，減小非線性，可采用差動式構造。3.有一平面直線位移差動傳感器特性其測量電路采用變壓器交流電橋，構造組成如以以以下圖。電容傳感器起始時b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm極距d=2mm，極間介質為空氣，測量電路u1=3sinωtV，且u=u0。試求當動極板上輸入一位移量△x=5mm時,電橋輸出電壓u0。題3圖解：根據測量電路可得/mV4.變間隙電容傳感器的測量電路為運算放大器電路，如以以以下圖。C0=200pF，傳感器的起始電容量Cx0=20pF,定動極板距離d0=1.5mm,運算放大器為理想放大器(即K→∞,Zi→∞),Rf極大,輸入電壓u1=5sinωtV。求當電容傳感動極板上輸入一位移量△x=0.15mm使d0減小時,電路輸出電壓u0為多少?解：由測量電路可得/V5.如圖3-22所示正方形平板電容器,極板長度a=4cm,極板間距離δ=0.2mm.假設用此變面積型傳感器測量位移x,試計算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板間介質為空氣,。解：這是個變面積型電容傳感器，共有4個小電容并聯組成。/pF(x的單位為米)/pF第四章電感式傳感器思考題答案1.影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么答：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是：傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數的對稱性、磁性材料的剩余應力、測量電路零點剩余電動勢等。2.電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響它的主要優點是什么答：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導體的電導率、磁導率、幾何形狀，線圈的幾何參數，鼓勵電流頻率以及線圈到被測導體間的距離等因素影響。電渦流式傳感構造簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強，特別是有非接觸測量的優點，因此在工業生產和科學技術的各個領域中得到了廣泛的應用。3.試說明圖4.12所示的差動相敏檢波電路的工作原理。答：如以以以下圖，設差動電感傳感器的線圈阻抗分別為Z1和Z2。當銜鐵處于中間位置時，Z1=Z2=Z，電橋處于平衡狀態，C點電位等于D點地位，電表指示為零。當銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，則下部線圈阻抗減少，Z2=Z-△Z。如果輸入交流電壓為正半周，則A點電位為正，B點電位為負，二極管V1、V4導通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C點電位由于Z1增大而比平衡時的C點電位降低；而在A-F-D-B支中中，D點電位由于Z2的降低而比平衡時D點的電位增高，所以D點電位高于C點電位，直流電壓表正向偏轉。如果輸入交流電壓為負半周，A點電位為負，B點電位為正，二極管V2、V3導通，V1、V4截止，則在A-F-C-B支中中，C點電位由于Z2減少而比平衡時降低〔平衡時，輸入電壓假設為負半周，即B點電位為正，A點電位為負，C點相對于B點為負電位，Z2減少時，C點電位更負〕；而在A-E-D-B支路中，D點電位由于Z1的增加而比平衡時的電位增高，所以仍然是D點電位高于C點電位，電壓表正向偏轉。同樣可以得出結果：當銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉，輸出為負。4.如以以以下圖的差動電感式傳感器的橋式測量電路，L1、L2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為L0。R1、R2為標準電阻，u為電源電壓。試寫出輸出電壓u0與傳感器電感變化量△L間的關系。解：輸出與輸入的關系是假設電感增量無窮小，且兩個電阻均為R，則：題4圖題5圖5.如以以以下圖為一差動整流電路，試分析電路的工作原理。答：這是簡單的電壓輸出型，動鐵芯移動時引起上下兩個全波整流電路輸出差動電壓，中間可調整零位，輸出電壓與鐵芯位移成正比。這種電路由二極管的非線性影響以及二極管正向飽和壓降和反向漏電流的不利影響較大。第5章熱電偶傳感器習題答案1．什么是金屬導體的熱電效應?試說明熱電偶的測溫原理。答：熱電效應就是兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，回路中就會產生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應進展的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進儀表，就能測量溫度。2．試分析金屬導體產生接觸電動勢和溫差電動勢的原因。答：當A和B兩種不同材料的導體接觸時，由于兩者內部單位體積的自由電子數目不同(即電子密度不同)，因此，電子在兩個方向上擴散的速率就不一樣。現假設導體A的自由電子密度大于導體B的自由電子密度，則導體A擴散到導體B的電子數要比導體B擴散到導體A的電子數大。所以導體A失去電子帶正電荷，導體B得到電子帶負電荷，于是，在A、B兩導體的接觸界面上便形成一個由A到B的電場。該電場的方向與擴散進展的方向相反，它將引起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續進展。當擴散作用與阻礙擴散作用相等時，即自導體A擴散到導體B的自由電子數與在電場作用下自導體B到導體A的自由電子數相等時，便處于一種動態平衡狀態。在這種狀態下，A與B兩導體的接觸處就產生了電位差，稱為接觸電動勢。對于導體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場t、t0中(t>t0)。在導體內部，熱端的自由電子具有較大的動能，向冷端移動，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負電荷。這樣，導體兩端便產生了一個由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續跑到冷端并使電子反方向移動，最后也到達了動態平衡狀態。這樣，導體兩端便產生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動勢。3．簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明它們的實用價值。答：一是勻質導體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料一樣，無論兩接點的溫度假設何，熱電動勢為零。根據這個定律，可以檢驗兩個熱電極材料成分是否一樣，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二是中間導體定律：在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度一樣，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調節器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態金屬中或直接焊在金屬外表進展溫度測量。三是標準電極定律：如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢，則由這兩種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢也就。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算出來。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應熱電動勢的代數和。中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據。4．試述熱電偶冷端溫度補償的幾種主要方法和補償原理。答：熱電偶冷端溫度補償的方法主要有：一是冷端恒溫法。這種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場合，有0℃恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補償導線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質是相當于將熱電極延長。根據中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；三是計算修正法。修正公式為：；四是電橋補償法。利用不平衡電橋產生的電動勢補償熱電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化，工作原理如以以以下圖所示。圖中，e為熱電偶產生的熱電動勢，U為回路的輸出電壓。回路中串接了一個補償電橋。R1~R5及RCM均為橋臂電阻。RCM是用漆包銅絲繞制成的，它和熱電偶的冷端感受同一溫度。R1~R5均用錳銅絲繞成，阻值穩定。在橋路設計時，使R1=R2，并且R1、R2的阻值要比橋路中其他電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻值發生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不多保持不變，從而認為其具有恒流特性。線路設計使得I1=I2=I/2=0.5mA。回路輸出電壓U為熱電偶的熱電動勢e、橋臂電阻RCM的壓降URCM及另一橋臂電阻R5的壓降UR5三者的代數和：當熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時，熱電動勢將會減小。與此同時，銅電阻RCM的阻值將增大，從而使URCM增大，由此到達了補償的目的。自動補償的條件應為5．用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測量溫度，冷端溫度為40℃，用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mV，求被測點的溫度。解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，根據式(5-2-1)計算出再通過分度表查出其對應的實際溫度為℃6．鉑銠10-鉑(S)熱電偶的冷端溫度t0＝25℃，現測得熱電動勢E(t，t0)＝11.712mV，求熱端溫度是多少度?解：由鉑銠10-鉑熱電偶分度表查出E(25，0)=0.161mV，根據式(5-2-1)計算出再通過分度表查出其對應的實際溫度為℃7．鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶的熱端溫度t＝800℃，冷端溫度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表可查得E(800，0)=33.275mV，E(25，0)=1.024mV，故可得E(800，5)=33.275-1.024=32.251mV8．現用一支鎳鉻-康銅(E)熱電偶測溫。其冷端溫度為30℃，動圈顯示儀表(機械零位在0℃)指示值為400℃，則認為熱端實際溫度為430℃，對不對?為什么?正確值是多少?解：不對，因為儀表的機械零位在0℃，正確值為400℃。9．如圖5.14所示之測溫回路，熱電偶的分度號為K，毫伏表的示值應為多少度?答：毫伏表的示值應為(t1-t2-60)℃。10．用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測量某爐溫的測量系統如圖5.15所示，：冷端溫度固定在0℃，t0＝30℃，儀表指示溫度為210℃，后來發現由于工作上的疏忽把補償導線，相互接錯了，問：爐溫的實際溫度t為多少度?解：實際溫度應為270℃，因為接反后不但沒有補償到，還抵消了30℃，故應該加上60℃。圖5.14圖5.15第6章壓電傳感器習題答案1．為什么說壓電式傳感器只適用于動態測量而不能用于靜態測量?答：因為壓電式傳感器是將被子測量轉換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測量為靜態時，很難將電荷轉換成一定的電壓信號輸出，故只能用于動態測量。2．壓電式傳感器測量電路的作用是什么?其核心是解決什么問題?答：壓電式傳感器測量電路的作用是將壓電晶體產生的電荷轉換為電壓信號輸出，其核心是要解決微弱信號的轉換與放大，得到足夠強的輸出信號。3．一壓電式傳感器的靈敏度K1＝10pC／MPa，連接靈敏度K2=0.008V／pC的電荷放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度K3=25mm／V，當壓力變化Δp=8MPa時，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少?解：記錄筆在記錄紙上的偏移為S=10×0.008×25×8=16/mm4．某加速度計的校準振動臺，它能作50Hz和1g的振動，今有壓電式加速度計出廠時標出靈敏度K＝100mV／g，由于測試要求需加長導線，因此要重新標定加速度計靈敏度，假定所用的阻抗變換器放大倍數為1，電壓放大器放大倍數為100，標定時晶體管毫伏表上指示為9.13V，試畫出標定系統的框圖，并計算加速度計的電壓靈敏度。解：此加速度計的靈敏度為mV/g標定系統框圖如下：第7章光電式傳感器1．光電效應有哪幾種?與之對應的光電元件各有哪些?答：光電效應有外光電效應、內光電效應和光生伏特效應三種。基于外光電效應的光電元件有光電管、光電倍增管等；基于內光電效應的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光生伏特效應的光電元件有光電池等。2．常用的半導體光電元件有哪些?它們的電路符號假設何?答：常用的半導體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號如以以以下圖所示：3．對每種半導體光電元件，畫出一種測量電路。答：光敏二極管、三極管及光電池的測量電路如以以以下圖所示。4．什么是光電元件的光譜特性?答：光電元件的光譜特性是指入射光照度一定時，光電元件的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光電元件只對一定波長范圍的人射光敏感，這就是光電元件的光譜特性。5．光電傳感器由哪些局部組成?被測量可以影響光電傳感器的哪些局部?答：光電傳感器通常由光源、光學通路和光電元件三局部組成，如以以以下圖。圖中Ф1是光源發出的光信號，Ф2是光電器件承受的光信號，被測量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號I。光電傳感器設計靈活，形式多樣，在越來越多的領域內得到廣泛的應用。6．模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式?答：模擬式光電傳感器主要有四種。一是光源本身是被測物，它發出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數，如圖a所示。這種型式的光電傳感器可用于光電比色高溫計和照度計；二是恒定光源發射的光通量穿過被測物，其中一局部被吸收，剩余的局部投射到光電元件上，吸收量取決于被測物的某些參數。如圖b所示。可用于測量透明度、混濁度；三是恒定光源發射的光通量投射到被測物上，由被測物外表反射后再投射到光電元件上，如圖c所示。反射光的強弱取決于被測物外表的性質和狀態，因此可用于測量工件外表粗糙度、紙張的白度等；四是從恒定光源發射出的光通量在到達光電元件的途中受到被測物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置。如圖d所示。這種傳感器可用于工件尺寸測量、振動測量等場合。第8章霍爾傳感器習題答案1.什么是霍爾效應答：在置于磁場的導體或半導體中通入電流，假設電流與磁場垂直，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現一個電勢差，這種現象就是霍爾效應，是由科學家愛德文·霍爾在1879年發現的。產生的電勢差稱為霍爾電壓。2.為什么導體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件答：因為導體材料的μ雖然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的ρ雖然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。3.為什么霍爾元件一般采用N型半導體材料答：因為在N型半導體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍爾元件一般采用N型半導體材料。4.霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關系答：霍爾靈敏度與霍爾元件厚度成反比，。5.什么是霍爾元件的溫度特性假設何進展補償答：霍爾元件的溫度特性是指元件的內阻及輸出與溫度之間的關系。與一般半導體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的內阻、輸出電壓等