传感器重点作业题答案

1-10 对某节流元件开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量,测量数据如下(单位:mm ):

120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40

试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差,并写出其测量结果。

解1:

① 求算术平均值及标准差

mm d D i i 404.1201511151==∑=,mm D d i i s 0327.0)1(115115

1

21=--=∑=σ ② 判断有无粗大误差

用格拉布斯准则,n=15,取置信概率Pa=0.95,得格拉布斯系数G=2.41。

则:mm G s 0788.041.20327.01=?=σ

数据120.30标准差超出,所以剔除。剔除后剩余14个数据计算:

mm d D i i 411.1201412141==∑=,mm D d i i s 0161.0)2(114114

1

22=--=∑=σ 用格拉布斯准则,n=14,取置信概率Pa=0.95,得格拉布斯系数G=2.37。

则:mm G s 0382.037.20161.01=?=σ,经判断无坏值。

③ 计算算术平均值的标准差:mm n s x 0043.0140161

.02===σσ

④ 测量结果:mm d 013.041.12020±= Pa=0.9973

解2:

⑤ 求算术平均值及标准差:(同解1)

⑥ 判断有无粗大误差

用格拉布斯准则,n=15,取置信概率Pa=0.99,得格拉布斯系数G=2.70。

则:mm G s 0883.070.20327.01=?=σ

数据120.30标准差超出,所以剔除。剔除后剩余14个数据计算:

mm d D i i 411.1201412141==∑=,mm D d i i s 0161.0)2(114114

1

22=--=∑=σ 用格拉布斯准则,n=14,取置信概率Pa=0.99,得格拉布斯系数G=2.66。

则:mm G s 0428.066.20161.01=?=σ,经判断无坏值。

⑦ 计算算术平均值的标准差:mm n s x 0043.0140161

.02===σσ

⑧ 测量结果:mm d 013.041.12020±= Pa=0.9973

1-13 测量某电路的电流I=22.5mA ,电压U=12.6V ,标准差分别为σI=0.5mA,σU=0.1V ,求所耗功率P=UI 及其标准差。

解:

mW I U U

P I P U I U I P 69.61.05.225.06.12)()(222222222222=?+?=+=??+??=σσσσσmW UI P 5.2835.226.12=?==

所以所耗功率283.5mW ,标准差6.69mW 。

2-1 什么叫传感器?它由哪几部分组成?

1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

2、传感器由:敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。

3、它们的作用是:

(1)敏感元件:是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;

(2)转换元件:是指传感器中能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;

(3)信号调理与转换电路:由于传感器输出信号一般都很微弱,需要有信号调理与转换电路,进行放大、运算调制等;

(4)辅助的电源:此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。

4、最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成,它感受被测量时直接输出电量,如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成,没有转换电路,如压电式加速度传感器,其中质量块m 是敏感元件,压电片(块)是转换元件。有些传感器,转换元件不只一个,要经过若干次转换。

2-2 什么是传感器的静态特性?它有哪些性能指标?分别说明这些性能指标的含义。

1、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与输入的关系。也即当输入量为常量,或变化极慢时,这一关系就称为静态特性。

2、静态特性性能指标包括:线性度、灵敏度、迟滞、重复性和漂移等。

3、性能指标:

(1)灵敏度:输出量增量Δy 与引起输出量增量Δy 的相应输入量增量Δx 之比。用S 表示灵敏度,即

y S ?=

(2)线性度:传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔL max 与满量程输出值Y FS 之比。线性度也称为非线性误差,用γL 表示,即

(3)迟滞:传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。用γH 表示,迟滞误差又称为回差或变差。即 :

(4)重复性:重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差,常用标准差σ计算,也可用正反行程中最大重复差值ΔR max 计算,即

(5)漂移:传感器的漂移是指在输入量不变的情况下,传感器输出量随着时间变化,此现象称为漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度(一般为20℃)时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示, 即

2-3 什么是传感器的动态特性?它有哪几种分析方法?它们各有哪些性能指标?

1、动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

2、研究动态特性的方法有两种:时域法和频域法。在时域内研究动态特性采用瞬态响应法。输入的时间函数为阶跃函数、脉冲函数、斜坡函数,工程上常输入标准信号为阶跃函数;在频域内研究动态特性采用频率响应法,输入的标准函数为正弦函数。

3、性能指标是:

(1)传感器的时域动态性能指标

? 时间常数τ:一阶传感器输出上升到稳态值的63.2%

称为时间常数; ? 延迟时间t d :传感器输出达到稳态值的50%所需的时间;

%100max ??±=FS L Y L γ%100max ??=FS

H Y H γ%100)3~2(?±=FS R Y σγ%100max ??±

=FS R Y R γt

y y t ?-=

20ξ

?上升时间t r:传感器输出达到稳态值的90%所需的时间;

?峰值时间t p:二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间;

?超调量σ:二阶传感器输出超过稳态值的最大值;

?衰减比d:衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。

(2)频率响应特性指标

?通频带ω0.707:传感器在对数幅频特性曲线上幅值衰减3 dB 时所对应的频率范围;

?工作频带ω0.95(或ω0.90):当传感器的幅值误差为±5%(或±10%)时其增益保持在

一定值内的频率范围;

?时间常数τ:用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小,频带越宽;

?固有频率ωn:二阶传感器的固有频率ωn表征其动态特性;

?相位误差:在工作频带范围内,传感器的实际输出与所希望的无失真输出间的相位差值,

即为相位误差;

跟随角Φ0.707: 当ω=ω0.707时,对应于相频特性上的相角,即为跟随角。

3-1 什么叫应变效应?什么是压阻效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

1、所谓应变效应是指金属导体在外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)时,其电阻值相应发生变化,这种现象称为电阻应变效应。

2、半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。

3、应变式传感器的基本工作原理:当被测物理量作用在弹性元件上,弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变,变换成相应的应变或位移,然后传递给与之相连的应变片,将引起应变敏感元件的阻值发生变化,通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量得大小。

3-2 试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿方法。

1、由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。

2、产生的原因有两个:一是敏感栅的电阻丝阻值随温度变化带来的附加误差;二是当试件与电阻丝材料的线膨胀系数不同时,由于环境温度的变化,电阻丝会产生附加变形,从而产生附加电阻变化。

3、电阻应变片的温度补偿方法通常有:线路补偿和应变片自补偿。

3-4 拟在等截面的悬臂梁上粘贴是个完全相同的电阻应变片,并组成差动全桥电路,试问:

①四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上?(应变片尺寸远小于悬臂梁)

②画出相应的电桥电路图。

1、在悬臂梁力传感器中,一般将应变片贴在距固定端较近的表面,且顺梁的方向上下各贴两片,上面两个应变片受压时,下面两个应变片受拉,并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压灵敏度,又可减小非线性误差。

传感器重点作业题答案

图3-1等截面积悬臂梁

2、差动全桥测量电路

传感器重点作业题答案

图3-2差动全桥测量电路

4-x了解变磁阻式、差动变压器式、电涡流式传感器基本原理和结构及其常用测量电路。

(1)变磁阻式:

基本原理:在铁芯和衔铁之间有气隙,传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时,气隙厚度δ发生改变,引起磁路中磁阻变化,从而导致电感线圈的电感值变化。

结构:由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。

常用测量电路:交流电桥式测量电路变压器式交流电桥相敏检波电路

传感器重点作业题答案

传感器重点作业题答案

传感器重点作业题答案

(2)差动变压器式

基本原理:把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的,并且次级绕组用差动形式连接, 故称差动变压器式传感器。

A. 差动整流电路 : 这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流, 然后将整流的电压或电流的差值作为输出。

B.相敏检波电路 : 输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)通过变压器T1加到环形电桥的一个对角线上。参考信号us 通过变压器T2加到环形电桥的另一个对角线上。

输出信号uo 从变压器T1与T2的中心抽头引出。

(3)电涡流式传感器(互感式)

原理: 根据法拉第定律,当传感器线圈通以正弦交变电流I1时,线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1,使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2,I2又产生新的交变磁场H2。 根据愣次定律, H2的作用将反抗原磁场H1,由于磁场H2的作用,涡流要消耗一部分能量,导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。 线圈阻抗的变化完全取决于被测

金属导体的电涡流效应。

传感器重点作业题答案

测量电路:调频式电路 :传感器线圈接入LC 振荡回路,当传感器与被测导体距离x 改变时,在涡流影响下,传感器的电感变化,将导致振荡频率的变化,该变化的频率是距离x 的函数,即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量,或者通过f-V 变换,用数字电压表测量对应的电压。

调幅式电路:由传感器线圈L 、电容器C 和石英晶体组成。石英晶体振荡器起恒流源的作用,给谐振回路提供一个频率(f0)稳定的激励电流io ,LC 回路输出电压

4-3差动变压器式传感器有哪几种结构形式?各有何特点?

1、把被测的非电量转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器,这种传感器是根据变压器的基本原理制成的,并且次级绕组用差动形式连接,故称差动变压器式传感器。

A B U 2M 1—传感器线圈;2—电涡流短路环f h r μπμρ0=C x L f )(21π=1L 2L E F J K G H 021o o jwL U i Z i w LC =?=?-

2、差动变压器结构形式有:有变隙式、变面积式和螺线管式等,在非电量测量中,应用最多的是螺线管式差动变压器。

3、特点:

(1)变气隙式:灵敏度较高,但随气隙的增大而减小,非线性误差大,为了减小非线性误差,量程必须限制在较小的范围内工作,一般为气隙的1/5一下,用于测量几μm~几百μm的位移。这种传感器制作困难;

(2)变面积式:灵敏度小于变气隙式,但为常数,所以线性好、量程大,使用较广泛;(3)螺线管式:灵敏度低,但量程大它可以测量1~100mm 机械位移,并具有测量精度高、结构简单、性能可靠、便于制作等优点,使用广泛。

4-5 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么?怎样减小和消除它的影响?

1、零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。

(1)产生基波分量的主要原因是:传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称,以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。

(2)造成高次谐波分量的主要原因是:磁性材料磁化曲线的非线性,同时由于磁滞损耗和两线圈磁路的不对称,造成两线圈中某些高次谐波成分不一样,不能对消,于是产生了零位电压的高次谐波。此外,激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰,也会产生高次谐波。

2、减小电感式传感器的零点残余电压的措施

(1)从设计和工艺上保证结构对称性

为保证线圈和磁路的对称性,首先,要求提高加工精度,线圈选配成对,采用磁路可调节结构;其次,应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理,消除残余应力,以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知,磁路工作点应选在磁化曲线的线性段;减少激励电流的谐波成分与利用外壳进行电磁屏蔽也能有效地减小高次谐波。

(2)选用合适的测量线路

另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使传感器零位电压减至极小。

采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向,

传感器重点作业题答案

而且把衔铁在中间位置时,因高次谐波引起的零点

残余电压消除掉。如图,采用相敏检波后衔铁反行

程时的特性曲线由1变到2,从而消除了零点残余电

压。

图4-2相敏检波后的输出特性

(3)采用补偿线路

采用平衡调节网络,这是一种既简单又行之有效的方法。

传感器重点作业题答案

图4-3补偿电路图

传感器重点作业题答案

传感器线圈接入LC 振荡回路,当传感器与被测导体距离x 改变时,在涡流影响下,传感器的电感变化,将导致振荡频率的变化,该变化的频率是距离x 的函数,即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量,或者通过f-V 变换,用数字电压表测量对应的电压。

振荡器的频率为

为了避免输出电缆的分布电容的影响,通常将L 、C 装在传感器内。 此时电缆分布电容并联在大电容C2、C3上,因而对振荡频率f 的影响将大大减小。

(2)调幅式电路

C x L f )(21π=

由传感器线圈L 、电容器C 和石英晶体组成。石英晶体振荡器起恒流源的作用,给谐振回路提供一个频率(f0)稳定的激励电流io ,LC 回路输出电压

式中, Z 为LC 回路的阻抗

当金属导体远离或去掉时,LC 并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo ,回路呈现的阻

L L 的数值随距离x 的变化而变化。因此,

传感器重点作业题答案

检波后, 由指示仪表直接显示出x 的大小。

传感器重点作业题答案

5-1 根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型?各有何特点、适用于什么场合? 1、电容式传感器分为:变极距(变间隙)(δ)型、变面积型(S )型、变介电常数

(εr)型三种基本类型。

2、特点与应用

(1)变极距(变间隙)(δ)型:只有在Δd /d 0很小时,才有C 与Δd 近似的线性关系,所以,这种类型的传感器一般用来测量微小变化量。

(2)变面积型(S )型:传感器的电容量C 与线位移及角位移呈线性关系。测量范围大,可测较大的线位移及角位移。

(3)变介电常数(εr)型:传感器电容量C 与被测介质的移动量成线性关系。常用来检测容器中的液位,或片状结构材料的厚度等。 21||1jwL

Z jwL jwC w LC ==-021o o jwL U i Z i w LC

=?=?-o U Z O

5-x 了解电容式传感器的等效电路。等效电路的谐振频率和工作频率的关系。

等效电路图P92

由等效电路可知,它有一个谐振频率,通常为几十兆赫。当工作频率等于或接近谐振频率时,谐振频率破坏了电容的正常作用。因此,工作频率应该选择低于谐振频率,否则电容传感器不能正常工作。

5-y 了解电容式传感器的几种典型测量电路。

1.调频电路:调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分。当输入量导致电容量发生变化时, 振荡器的振荡频率就发生变化。

可将频率作为测量系统的输出量, 用以判断被测非电量的大小, 但此时系统是非线性的, 不易校正, 因此加入鉴频器, 将频率的变化转换为振幅的变化, 经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。

2.

运算放大器的放大倍数K非常大, 而且输入阻抗Zi很高。运算放大器的这一特点可以使其作为电容式传感器的比较理想的测量电路。

3.二极管双T

传感器重点作业题答案

e是高频电源, 它提供幅值为Ui 的对称方波, VD1、VD2

传感器重点作业题答案

管, R1 = R2 = R, C1、C2为传感器的两个差动电容。当传感器没有输入时, C1 = C2 。

当e为正半周时, 二极管VD1导通、VD2截止, 于是电容C1充电; 在随后负半周出现时, 电容C1上的电荷通过电阻R1, 负载电阻RL放电, 流过RL的电流为I1 。

在负半周内, VD2导通、VD1, 则电容C2充电; 在随后出现正半周时, C2通过电阻R2, 负载电阻RL放电, 流过RL的电流为I2 。根据上面所给的条件, 则电流I1 =I2, 且方向相反, 在一个周期内流过RL的平均电流为零。

4.脉冲宽度调制电路

双稳态触发器处于某一状态, Q=1, A点高电位通过R1对C1充电, 时间常数为τ 1 = R1 C1, 直至F点电位高于参比电位Ur, 比较器A1输出正跳变信号.Q=0(电容器C2上已充电通过VD2迅速放电至零电平)。

?比较器A2输出正跳变信号, 使触发器发生翻转Q=1, 重复前述过程。

5-7 简述差动式电容测厚系统(图5-19)原理(仅说明传感器部分)电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测,器工作原理是在被测带材是上下两侧各置放一块面积相等,与带材距离相等的极板,这样极板与带材就构成了两个电容器C1,C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极,而带材就是电容的另一个极,其总电容为C1+C2,如果带材的厚度发生变化,将引起电容量的变化,用交流电桥将电容的变化测出来,经过放大即可有电表指示测量结果。

6-1 什么叫正压电效应和逆压电效应?什么叫纵压电效应和横压电效应?

1、正压电效应和逆压电效应

(1)正压电效应(顺压电效应)

某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象,同时在它的一定表面上产生电荷,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。这种现象称压电效应。有时人们把这种机械能转换为电能的现象称为正压电效应(顺压电效应)。

(2)逆压电效应(电致伸缩效应)

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。

2、纵压电效应和横压电效应

(1)纵向压电效应

通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”。

(2)横压电效应

把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。

6-4 画出压电元件的两种等效电路,以及对应的两种测量电路。

1、电压源等效电路

传感器重点作业题答案

2、电流源等效电路

传感器重点作业题答案

传感器重点作业题答案

测量电路

传感器重点作业题答案

1.电压放大器(阻抗变换器)

2.电荷放大器

电荷放大器的输出电压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。

7-x 了解磁电感应式传感器工作原理及特点。

工作原理:磁电感应式传感器工作原理(变磁通式、恒磁通式)

变磁通式:

根据电磁感应定律, 当w 匝线圈在变化磁场内运动时, 设穿过线圈的磁通为Φ, 则线圈内的感应电势e 与磁通变化率d Φ/dt 有如下关系: 根据这一原理, 可以设计成变磁通式磁电传感器,又称为磁阻式磁电传感器。用来测量旋转物体的角速度。 根据电磁感应定律

, 当导体在稳恒均匀磁场中,沿垂直磁场方向运动时, 则导体内的感应电势e 为:

图7-1是变磁通式磁电传感器, 用来测量旋转物体的角速度。 基本特性:当测量电路接入磁电传感器电路中, 磁电传感器的输出电流I0为 式中: Rf ——测量电路输入电阻; R —— 线圈等效电阻。

传感器的电流灵敏度为

≈0f f q U U =-c W d e dt

Φ=-e d dx Bl Blv dt dt

Φ===00f f E B LWv I R R R R ==++00I f I B LW S v R R ==+000f f f B LWvR U I R R R ==+00f U f B LWR U S v R R ==+

而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为

当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、机械振动或冲击时, 其灵敏度将发生变化而产生测量误差。 相对误差为

1. 2. 温度误差

7-4 什么是霍尔效应?霍尔电势与哪些因素有关?

1、通电的导体或半导体,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。

2、霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度,其灵敏度与霍尔系数R H 成正比而与霍尔片厚度d 成反比。为了提高灵敏度,霍尔元件常制成薄片形状。

7-5 影响霍尔元件输出零点的因素有哪些?怎样补偿?

1、影响霍尔元件输出零点的因素

当霍尔元件的激励电流为I 时,若元件所处位置磁感应强度为零,则它的霍尔电势应该为零,但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。产生这一现象的原因有:

传感器重点作业题答案

(1)霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上;

传感器重点作业题答案

(2)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;

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(3)激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。

2、不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电势,而实用中要消除不等位电势是极其困难的,因而必须采用补偿的方法。

可以把霍尔元件等效为一个电桥,用电桥平衡来补偿不等位电势。由于A 、 B 电极不在同一等位面上,此四个电阻阻值不相等,电桥不平衡,不等位电势不等于零。此时可根据

A 、

B 两点电位的高低,判断应在某一桥臂上并联一定的电阻,使电桥达到平衡,从而使不等位电势为零。

7-9 要进行两个电压U1、U2乘法运算,若采用霍尔元件作为运算器,请提出设

I I ds dB dL dR γ==+-s B L R

计方案,并画出测量系统的原理图。

设计方案:

A.由Uh=IB/ned=B×I×Kh (霍尔片灵敏度Kh=1/ned)即Uh正比于I和B的乘积,得方案,由U1产生I,由U2产生B,则Uh正比于U1,U2

传感器重点作业题答案

B.利用霍尔元件的输出电压UH与外加磁场B和控制电流I乘积成正比的关系,可构成乘法运算器。这是霍尔元件在数学运算器方面的基本应用。

(1)电流乘法器

霍尔元件的输出电压UH∝I1B,外加磁场可由电流I2产生B∝I2,则有UH∝I1I2,因此霍尔元件可作为电流乘法器。

(2)电压乘法器

I1和I2由电压U1和U2产生,则有UH∝U1U2,因此霍尔元件可作为电压乘法器

8-x 光电效应分为哪两类?

光电效应分为外光电效应和内光电效应

内光电效应:

1. 光电导效应:在光线作用下, 物体的电导性能改变的现象称为光电导效应, 如光敏电阻等就属于这类光电器件。

2. 光生伏特效应:在光线作用下, 能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应, 即阻挡层光电效应, 如光电池、光敏晶体管等就属于这类光电器件。

外光电效应:

在光线作用下, 能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应, 如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。

8-y 了解硅光电池的光照特性。

光照特性:光电池在不同光照度下, 光电流和光生电动势是不同的, 它们之间的关系就是光照特性。

图8-13为硅光电池的开路电压和短路电流与光照的关系曲线。从图中看出, 短路电流在很大范围内与光照强度成线性关系, 开路电压(负截电阻RL无限大时)与光照度的关系是非线性的, 并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。因此把光电池作为测量元件时, 应

传感器重点作业题答案

把它当作电流源的形式来使用, 不能用作电压源。

8-3 光电耦合器分为哪两类?

光电耦合器件分为两类:一类是用于实现电隔离的光电耦合器(又称光电耦合器),另一类是用于检测物体位置或检测有无物体的光电开关(又称光电断续器)。

9-x 按照半导体变化的物理特性,目前半导体气敏传感器可分为哪两种类型?

气敏传感器又分为半导体和非半导体两大类。使用较多的是半导体气敏传感器。

半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时,产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。

9-y 目前半导体湿敏传感器多数是利用传感器的什么电参数随湿度变化来测量湿度的?

(1)氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解, 离子导电率发生变化而制成的测湿元件(2)半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。这些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等, 前三种材料的电阻率随湿度增加而下降, 故称为负特性湿敏半导体陶瓷,最后一种的电阻率随湿度增大而增大,故称为正特性湿敏半导体陶瓷(为叙述方便,有时将半导体陶瓷简称为半导瓷)。

(3)MgCr2O4-TiO2湿敏元件氧化镁复合氧化物-二氧化钛湿敏材料通常制成多孔陶瓷型“湿-电”转换器件, 它是负特性半导瓷,

ZnO-Cr2O3湿敏元件的结构是将多孔材料的电极烧结在多孔陶瓷圆片的两表面上, 并焊上铂引线, 然后将敏感元件装入有网眼过滤的方形塑料盒中用树脂固定而做成的

9-z 半导体色敏传感器测量光色时,对被测光有何要求?

光在半导体中传播时的衰减是由于价带电子吸收光子而从价带跃迁到导带的结果, 这种吸收光子的过程称为本征吸收。硅的本征吸收系数随入射光波长变化的曲线如图9-12所示。由图可见, 在红外部分吸收系数小, 紫外部分吸收系数大。这就表明, 波长短的光子衰减快, 穿透深度较浅, 而波长长的光子则能进入硅的较深区域。

10-x 超声波物位传感器是利用超声波的什么特性制成的?

超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。

如果从发射超声脉冲开始, 到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知, 就可以求出分界面的位置, 利用这种方法可以对物位进行测量。

10-5 已知超声波传感器垂直安装在被测液体介质底部,超声波在被测介质中的传播速度为1460m/s,测得时间间隔为28μs,试求物位高度。

对于单探头来说,超声波从发射器到液面,又从液面反射到探头的时间为

c

h t 2=

则物位高度为 m ct h 44.202

1028146023

=??==-

11-x 根据微波传感器的原理,微波传感器可以分为哪两类?

微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置。由发射天线发出微波,此波遇到被测物体时将被吸收或反射,使微波功率发生变化。若利用接收天线,接收到通过被测物体或由被测物体反射回来的微波,并将它转换为电信号,再经过信号调理电路,即可以显示出被测量,实现了微波检测。 根据微波传感器的原理,微波传感器可以分为反射式和遮断式两类。 1.

反射式微波传感器是通过检测被测物反射回来的微波功率或经过的时间间隔来测量被测量的。通常它可以测量物体的位置、位移、厚度等参数。

2.

传感器重点作业题答案

遮断式微波传感器是通过检测接收天线收到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体或被测物体的厚度、 含水量等参数的。

11-y 微波传感器通常由哪三部分组成?

微波传感器通常由微波发射器(即微波振荡器)、 微波天线及微波检测器三部分组成。

1. 微波振荡器及微波天线

微波振荡器是产生微波的装置。由于微波波长很短,即频率很高(300 MHz ~300 GHz ),要求振荡回路中具有非常微小的电感与电容,因此不能用普通的电子管与晶体管构成微波振荡器。

由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管(管长为10 cm 以上,可用同轴电缆)传输,并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有尖锐的方向性,天线要具有特殊的结构。 2.

电磁波作为空间的微小电场变动而传播,所以使用电流-电压特性呈现非线性的电子元

传感器重点作业题答案

微波液位计原理如图所示。相距为S 的发射天线与接收天线,相互成一定角度。波长为

λ的微波信号从被测液面反射后进入接收天线。接收天线接收到的微波功率的大小将随着被测液面的高低不同而异。

超声波液位计是一种非接触式液位测量仪,测量仪的探头安装在受测液体的上方,探头受电激励后,通过空气向其下的液体发射超声波,超声波被液体反射,回波被探头接收和测量,并被转换为电信号。换能器形式多样,通用性好,

12-x 按照探测机理不同,红外探测器可分为哪两类?

红外探测器是红外传感器的核心。红外探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测红外辐射的。红外探测器的种类很多,按探测机理的不同,分为热探测器和光子探测器两大类。

1. 热探测器

热探测器的工作机理是:利用红外辐射的热效应,探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高,进而使某些有关物理参数发生相应变化,通过测量物理参数的变化来确定探测器

传感器重点作业题答案

所吸收的红外辐射。

特点:热探测器主要优点是响应波段宽,可扩展到整个红外区域,可在常温下工作,使用方便,应用广泛。与光子探测器相比,热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低,响应时间长。

2. 光子探测器

光子探测器的工作机理是:利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用,从而改变电子的能量状态,引起光子效应。

根据光子效应制成的红外探测器称为光子探测器。

通过光子探测器测量材料电子性质的变化,可以确定红外辐射的强弱。

12-y了解红外传感器的用途(至少两类)。

1. 红外测温仪

红外测温仪是利用热辐射体在红外波段的辐射通量来测量温度的。当物体的温度低于1000℃时,它向外辐射的不再是可见光而是红外光了,可用红外探测器检测其温度。

2. 红外线气体分析仪

红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同气体其吸收波段(吸收带)不同

3.红外感应系统

红外感应实际就是根据物体因表面温度不同会发出不同波段的红外光这一特性进行检测的。在红外感应系统中采用热释放电红外传感器。

12-z了解核辐射传感器的用途(至少两类)。

1.核辐射厚度计

它是利用射线穿透物质的能力来制成的检测仪表。它的特点是放射源和核辐射探测器分别置于被测物体的两侧,射线穿过被测物体后射入核辐射探测器。

2.辐射式物位计

可以应用γ射线检测物位。

3.X荧光材料成分分析仪

射到物质上的核辐射所产生的次级辐射称为次级荧光射线,荧光射线的能谱和强度与物质的成分、厚度及密度等有关。利用荧光效应可以检测覆盖层厚度、物质成分、密度和固体颗粒

的粒度等参数。荧光材料成分分析仪具有分析速度快,精度高,应用范围广,成本低,易于操作等优点。

13-x 数字式传感器按照输出信号分类,目前主要那两种类型?

一种是以编码方式产生代码型的数字信号;另一种是输出计数型的离散脉冲信号。

代码型数字传感器又称编码器,它输出的信号是数字代码,每一个代码对应一个输入量的值。这类传感器有绝对式光电编码器和接触式码盘等。计数型数字传感器又称脉冲数字传感器,它输出的脉冲数与输入量成正比。这类传感器有增量式光电脉冲编码器、光栅传感器等。

13-y 说出三种数字式位置检测传感器的名称。

光栅传感器、光电式编码器和感应同步器

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