感測器複習

《感測器原理與應用》習題訓練1

一填空1.通常感測器由（敏感元件、轉換元件、基本轉換電路）三部分組成，是能把外界（非電量）轉換成（電量）的器件和裝置。

2.金屬絲在外力作用下發生機械形變時它的電阻值將發生變化，這種現象稱（應變）效應；半導體或固體受到作用力後電阻率要發生變化，這種現象稱（壓阻）效應。直線的電阻絲繞成敏感柵後長度相同但應變不同，圓弧部分使靈敏度k下降了，這種現象稱為（橫向）效應。

3.螺線管式差動變壓器式感測器理論上講，銜鐵位於中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，我們把這個不為零的電壓稱為（零點殘餘電壓）；利用差動變壓器測量位移時如果要求區別位移方向（或正負）可採用（相敏檢波）電路。

4.把一導體（或半導體）兩端通以控制電流i，在垂直方向施加磁場b，在另外兩側會產生乙個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現象稱（霍爾）效應，這個電動勢稱為（霍爾）電勢。外加磁場使半導體（導體）的電阻值隨磁場變化的現象稱（磁阻）效應。

5.某些電介質當沿一定方向對其施力而變形時內部產生極化現象，同時在它的表面產生符號相反的電荷，當外力去掉後又恢復不帶電的狀態，這種現象稱為（正壓電）效應；在介質極化方向施加電場時電介質會產生形變，這種效應又稱（逆壓電）效應。

6.在光線作用下電子逸出物體表面向外發射稱（外光電）效應；入射光強改變物質導電率的現象稱（光電導）效應；半導體材料吸收光能後在pn結上產生電動勢的效應稱（光生伏特）效應。

7、塊狀金屬導體置於變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內部會產生一圈圈閉合的電流，利用該原理製作的感測器稱（電渦流）感測器；這種感測器只能測量（金屬）物體。

8、不同的金屬兩端分別連在一起構成閉合迴路，如果兩端溫度不同，電路中會產生電動勢，這種現象稱（熱電）效應；若兩金屬型別相同兩端溫度不同，加熱一端時電路中電動勢（e =0）。

9．測量系統的靜態特性指標主要有（線性度、遲滯、重複性、分辨力、穩定性、溫度穩定性、各種抗干擾穩定性等）。

10．霍爾元件靈敏度的物理意義是（表示在單位磁感應強度相對於單位控制電流時的霍爾電勢的大小）。

11．光電感測器的理論基礎是光電效應。通常把光線照射到物體表面後產生的光電效應分為三類。

第一類是利用在光線作用下（光電子逸出物體表面的外光電效應），這類元件有（光電管、光電倍增管）；

第二類是利用在光線作用下（使材料內部電阻率改變的內光電效應），這類元件有（光敏電阻）；

第三類是利用在光線作用下（使物體內部產生一定方向電動勢的光生伏特效應），這類元件有（光電池、光電儀表）。

12．熱電偶所產生的熱電勢是溫差電勢和接觸電勢組成的，其表示式為（eab（t，to）=）。在熱電偶溫度補償中補償導線法（即冷端延長線法）是在（連線導線）和（熱電偶）之間，接入（延長線），它的作用是（將熱電偶的參考端移至離熱源較遠並且環境溫度較穩定的地方，以減小冷端溫度變化的影響）。

13．變氣隙式自感感測器，當街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（①增加②減小③不變）

14．儀表的精度等級是用儀表的（① 相對誤差 ② 絕對誤差 ③ 引用誤差）來表示的。

15. 電容感測器的輸入被測量與輸出被測量間的關係，除（① 變面積型 ② 變極距型 ③ 變介電常數型）外是線性的。

16、感測器是（能感受規定的被測量並按照一定規律轉換成可用輸出訊號的器件或裝置）；感測器通常由直接響應於被測量的（敏感元件），產生可用訊號輸出的**換元件）以及相應的（訊號調節轉換電路）組成。

17、電阻應變片式感測器按製造材料可分為①（金屬）材料和② （半導體）材料。它們在受到外力作用時電阻發生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由（電阻應變效應）形成的，而半導體材料的電阻變化主要是由（壓阻效應）造成的。（半導體）材料感測器的靈敏度較大。

18、測量過程中存在著測量誤差，按性質可被分為（絕對誤差）、（相對誤差）、和（引用誤差）三類，其中（絕對誤差）可以通過對多次測量結果求（平均值）的方法來減小它對測量結果的影響。

19、光電感測器的工作原理是基於物質的光電效應，目前所利用的光電效應大致有三大類：第一類是利用在光線作用下（材料中的電子逸出物體表面的）現象，即（外光電）效應，（光電管、光電倍增管）感測器屬於這一類；第二類是利用在光線作用下（材料電阻率發生改變）的現象，即（內光電）效應，（光敏電阻）感測器屬於這一類；第三類是利用在光線作用下（產生光勢壘）現象，即（光生伏特）效應，（光敏二極體及光敏三極體）感測器屬於這一類。

20、熱電偶所產生的熱電勢是由（兩種導體的接觸）電勢和（單一導體的溫差）電勢組成。其表示式為eab（t，t0）=（）。在熱電偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是用（延長線把連線）導線與熱電偶配接。

它的作用是（將熱電偶的參考端移至離熱源較遠並且環境溫度較穩定的地方，以減小冷端溫度變化的影響）。

21.壓磁式感測器的工作原理是：某些鐵磁物質在外界機械力作用下，其內部產生機械應力，從而引起（極化現象），這種現象稱為（壓磁效應）。

相反，某些鐵磁物質在外界磁場的作用下會產生（機械變形），這種現象稱為（磁致伸縮效應）。

22.磁電式感測器是利用（導體和磁場發生相對運動而在導體兩端）產生感應電勢的。而霍爾式感測器是（利用霍爾元件）在磁場中有電磁效應（霍爾效應）而輸出電勢的。

霍爾式感測器可用來測量（電流），（磁場），（位移），（壓力）。

23.測量過程中存在著測量誤差。絕對誤差是指（測量量與被測量真實值之間的差值）其表示式為（）；相對誤差是指（絕對誤差與被測量真實值的比值），其表示式為（）；引用誤差是（絕對誤差與測量儀表的上量限（滿度）值a的百分比），其表示式為（）。

24.光柵感測器中莫爾條紋的乙個重要特性是具有位移放大作用。如果兩個光柵距相等，即w=0.

02mm，其夾角θ=0.1°，則莫爾條紋的寬度b=（11.43mm）莫爾條紋的放大倍數k=（573.

2）。25.測量系統的靜態特性指標通常用（輸入量與輸出量的對應關係）來表徵。

26. 同位素的原子核在沒有外力作用下自動發生衰變，衰變中釋放出

（α、β、γ、χ）射線，這種現象稱為（核衰變）。

二選擇題

電阻應變片磁敏電阻霍爾元件氣敏感測器溼敏感測器

光電耦合器壓電感測器電容感測器熱敏電阻ccd電荷耦合器

壓阻式感測器光纖感測器磁電感測器光電二極體差動變壓器

熱釋電器件磁敏電晶體電渦流感測器光電池超聲波感測器

熱電偶紅外感測器色敏感測器

正確選擇以上感測器填入以下空內：

1可以進行位移測量的感測器有（光纖感測器、差動變壓器、電阻感測器）；

2可以完成溫度測量的有（熱電偶、熱敏電阻；熱釋電器件）；

3半導體式感測器是（磁敏電阻、霍爾元件、氣敏感測器、壓阻感測器）；

4光電感測器有（光電耦合器、色敏感測器、光纖感測器、光電二極體）；

5用於磁場測量的感測器（霍爾元件、磁敏電晶體）；

6進行振動（或加速度）測量的感測器（磁電感測器、壓電感測器）；

7利用物體反射進行非電量檢測的感測器（超聲波感測器、紅外感測器）；

二、用鎳鉻-鎳矽勢電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計相連線。在某時刻，從電位差計測得熱電熱為-1.19mv，此時電位差計所處的環境溫度為15℃，試求該時刻溫箱的溫度是多少度？

鎳鉻-鎳矽熱電偶分度表

二、問答題：

1、什麼是感測器動態特性和靜態特性，簡述在什麼頻域條件下只研究靜態特就能夠滿足通常的需要，而在什麼頻域條件下一般要研究感測器的動態特性？

答：感測器的特性是指感測器所特有性質的總稱。而感測器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把感測器作為二端網路研究時，輸入輸出特性是二端網路的外部特性，即輸入量和輸出量的對應關係。

由於輸入量的狀態（靜態、動態）不同分靜態特性和動態特性。靜態特性是指當輸入量為常量或變化極慢時感測器輸入-輸出特性。動態特性指當輸入量隨時間變化時感測器的輸入-輸出特性。

可以從時域和頻域來研究動態特性

2、簡述霍爾電勢產生的原理。

答：一塊半導體薄片置於磁感應強度為b的磁場(磁場方向垂直於薄片)中，當有電流i流過時，電子受到洛侖茲力作用而發生偏轉。結果在半導體的後端面上電子有所積累。

而前端面缺少電子，因此後端麵帶負電，前端面帶正電，在前後端麵形成電場，該電場產生的力阻止電子繼續偏轉當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直於電流和磁場的方向上將產生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢uh。

3、分析應變片式感測器在使用單臂電橋測量電路時由於溫度變化而產生測量誤差的過程。

答：在外界溫度變化的條件下，由於敏感柵溫度係數及柵絲與試件膨脹係數（）之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與真實應變同數量級的誤差。

三. 計算

1. 圖為一直流應變電橋，e = 4v， r1=r2=r3=r4=350ω，求：

①r1為應變片其餘為外接電阻， r1增量為△r1=3.5ω時輸出u0=?。

②r1、r2是應變片，感受應變極性大小相同其餘為電阻，電壓輸出u0=?。

③r1、r2感受應變極性相反,輸出u0=?。

④r1、r2、r3、r4都是應變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出u0=?。

解：①②③④

2.石英晶體加速計及電荷放大器測量機械振動，已知加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當機器達到最大加速度時的相應輸出電壓幅值為2v，試求機械的振動加速度(單位g)。

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