搜索
练习一一、选择与填空题：1、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。2、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。3、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）4、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型②变极距型③变介电常数型）外是线性的。5、传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。5、热电偶所产生的热电势是由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成。7、光电传感器的理论基础是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池。5.压电式传感器的工作原理是：某些物质在外界机械力作用下使其产生形变，继而形成电荷（场），这种现象称为正压电效应。相反，某些物质在外界电场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。二、简答题：1、简述霍尔电动势产生的原理。答：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Uh。这种现象称为霍尔效应，也是霍尔电动势的产生原理。2、简述热电偶的工作原理。答：热电偶的测温原理基于物理的“热电效应”。所谓热电效应，就是当不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两个结点的温度不同，那么在回路中将会产生电动势的现象。两点间的温差越大，产生的电动势就越大。引入适当的测量电路测量电动势的大小，就可测得温度的大小。3、以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。答：石英晶体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，如对石英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。石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。4、简述电阻应变片式传感器的工作原理答：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。5、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么条件下一般要研究传感器的动态特性？答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。6、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。答：框图如下：测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。输入输出相对真值测量误差测量值7、如图所示，Rt是Pt100铂电阻，分析下图所示热电阻测量温度电路的工作原理，以及三线制测量电路的温度补偿作用。（6分）答：该热电阻测量温度电路由热敏电阻、测量电阻和显示电表组成。图中G为指示电表，R1、R2、R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻。热电阻都通过电阻分别为r2、r3、Rg的三个导线和电桥连接，r2和r3分别接在相邻的两臂，当温度变化时，只要它们的Rg分别接在指示电表和电源的回路中，其电阻变化也不会影响电桥的平衡状态，电桥在零位调整时，应使R4=Ra+Rt0为电阻在参考温度（如0C）时的电阻值。三线连接法的缺点之一是可调电阻的接触电阻和电桥臂的电阻相连，可能导致电桥的零点不稳。三、分析1、分析如图1所示自感传感器当动铁心左右移动（x1,x2发生变化时自感L变化情况。已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。（10分）解：mRIW，mRWIWIL2又niiiixnixiiimSlSlSlSlSlR10000021001空气隙的长度x1和x2各自变，而其和不变，另其他变量都不变故L不变2．常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何?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：光敏二极管光敏三极管光电池3．对每种半导体光电元件，画出一种测量电路。答：光敏二极管、三极管及光电池的测量电路如下图所示。a)光敏二极管测量电路b)光敏三极管测量电路UU0VUU0c）光电池测量电路4.设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。答：液位控制系统原理如图所示，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。储存罐最高位最低位磁铁开关型霍尔片处理电路控制电源电磁阀液体源4．超声波发生器种类及其工作原理是什么?它们各自特点是什么?答：超声波发生器有压电式超声波发生器和磁致伸缩超声波发生器两种。压电式超声波发生器就是利用压电晶体的电致伸缩现象制成的。常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷锆钛酸铅等。在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，而产生超声波，如下图所示，它可以产生几十kHz到几十MHz的高频超声波，产生的声强可达几十W／cm2。u压电片厚度d超声波磁致伸缩超声波发生器把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化，即机械振动，从而产生超声波。磁致伸缩超声波发生器是用厚度为0.1～0.4mm的镍片叠加而成的，片间绝缘以减少涡流电流损失。其结构形状有矩形、窗形等，如下图所示，它只能用在几万Hz的频率范围以内，但功率可达十万W，声强可达几千W／cm2，能耐较高的温度。~~dd磁致伸缩超声波发生器7．根据你已学过的知识设计一个超声波探伤实用装置(画出原理框图)，并简要说明它探伤的工作过程?答：可采用穿透法探伤，原理框图如下图。穿透法探伤是根据超声波穿透工件后的能量变化状况，来判别工件内部质量的方法。穿透法用两个探头，置于工件相对面，一个发射超声波，一个接收超声波。发射波可以是连续波，也可以是脉冲。在探测中，当工件内无缺陷时，接收能量大，仪表指示值大；当工件内有缺陷时，因部分能量被反射，接收能量小，仪表指示值小。根据这个变化，就可以把工件内部缺陷检测出来。发射探头接收探头高频发生器工件放大器显示如果地面下一均匀的自来水直管道某处O发生漏水，水漏引起的振动从O点向管道两端传播，在管道上A、B两点放两只压电传感器，由从两个传感器接收到的由O点传来的t0时刻发出的振动信号所用时间差可计算出LA或LB。AABBOO点点LLAALLBB地地面面LL两者时间差为两者时间差为ΔΔtt==ttAA--ttBB==（（LLAA--LLBB））//vv22vtLLvtLLBA又又LL==LLAA++LLBB，所以，所以简述压电点火元件的工作原理？答：图5-13是利用压电陶瓷制造的发火元件示意图，其工作原理为：当压电陶瓷元件接受机械冲击时，即刻产生高压脉冲电压可达数千伏，瞬间电流可达数万安，并在电极尖端放电而产生电弧。能用于电子打火机、燃灶、导弹引爆器中的点火器的发火元件。如图5-13所示液化气电子点火装置具体操作过程是：当迅速按下手动凸轮开关1时，气阀6打开，同时凸轮凸出部分推动冲击砧2，冲击砧对弹簧3向左压缩，当凸轮凸出部分离开冲击砧时，冲击砧在弹簧弹力作用下，迅速撞击陶瓷压电组件4，压电效应产生，在其两极面上产生大量电荷，通过导线5在尖端放电产生火花，液化气被着火点燃。光纤按工作原理分类可以分为哪几类？按信息传输形式分类可以分为哪几类？答：光纤按工作原理分类可以分为两大类：一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器，称为功能型（FunctionalFiber，缩写为FF）传感器，又称为传感型传感器；另一类是光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化，这类传感器称为非功能型（NonFunctionalFiber，缩写为NFF）传感器，又称为传光型传感器。按信息传输形式分类可以分为：单模光纤和多模光纤。根据你已学过的知识设计一个超声波探伤实用装置(画出原理框图)，并简要说明它探伤的工作过程?答：高频发生器产生高频振荡波，发达后驱动超声波发生器，将超声波发生器和被测工件充分接触，在接触的表面会反射回第一个回波T，一部分超声波继续往前传播，当遇到有砂眼、裂纹等缺陷时，会返回一个波到接收探头F，超声波继续前行遇到工件B面再反射回波B到探头接收器。通过将接收到的回波整形，测量T波到F波的时间差，就可以计算出缺陷离T面的距离。发射探头接收探头高频工件放大器显示图10—7穿透法探伤示意图高频发生器工件缺陷F探头T接收放大TFBB图10—8反射法探伤示意图发生器半导体气敏传感器有哪几种类型？答：半导体气敏传感器按照半导体与气体的相互作用是在其表面，还是在内部，可分为表面控制型和体控制型；按照半导体变化的物理性质，可分为电阻型和非电阻型两种。试叙述表面控制型半导体气敏传感器的工作原理。答：电阻型半导体气敏元件是利用半导体接触气体时，其阻值的改变来检测气体的成分或浓度；而非电阻型半导体气敏传感元件根据其对气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。为什么多数气敏器件都附有加热器？答：无论哪种类型（薄膜、厚膜、集成片或陶瓷）的气敏元件，其内部匀有加热丝，一方面用来烧灼元件表面油垢或污物，另一方面可起加速被测气体的吸、脱作用。加热温度一般为200℃~400℃简述石英晶体和压电陶瓷的工作原理？答：石英晶体属于压电晶体，工作原理是压电效应，对其加力后，会产生纵向压电效应和横向压电效应等。压电陶瓷的是一种经极化处理后的人工多晶铁电体。其工作原理也是压电效应，但要使压电陶瓷产生压电性，必须先对其进行极化处理。什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中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部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱,因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。答：传感器位于信息采集系统之首，属于感知、获取及检测信息的窗口，并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。没有传感技术，整个信息技术的发展就成了一句空话。科学技术越发达，自动化程度越高，信息控制技术对传感器的依赖性就越大。发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关