传感器期末复习题

1.总的来说，传感器主要由敏感元件、转换元件和测量电路组成。

2.根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种。

3.四节式互感式传感器的次级绕组有个。

4.热电偶的热电动势起主要作用的是接触电动势。

5.霍尔元件的霍尔系数与材料的电阻率ρ和电子迁移率μ有关，霍尔元件在尺寸上越薄，灵敏度高。

2.我们学习的电感式传感器有自感式传感器、差动变压器式（互感式）传感器、电涡流式传感器三种。

3.光敏电阻的光电流为亮电流与暗电流只差。

4.根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为变面积式、变极距式和变介电常数三种。

5.互感式传感器的次级绕组是个。

6.光电效应又可分为内光电效应和外光电效应两种。

7.在光照射下，电子吸收光子的能量从键和状态过渡到自由状态，从而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。

8.金属导体放置在磁场中，当通过金属导体的磁通发生变化时，导体内就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，就像水中漩涡那样在导体内转圈，故称之为电涡流。

9.在稳态传感器输出的变化量Δy与引起此变化量的输入变化量Δx的比值叫做传感器的静态灵敏度。

10.热电效应是德国物理学家塞贝克于1823年发现的。

11.为增加磁阻效应，大多数的磁敏电阻制成圆盘结构形状。

12.请写出两个利用光电导效应而制成的光电器件光敏电阻、光电倍增管。

(P90)13.适用于可见光的光电池是 硅光电池 ，适用于红外光的光电池是 硒光电池 ，适用于卫星等太空探测器的光电池是 砷化镓光电池 。

二、名词解释：（本题共5小题，每小题4分，共20分）1.压阻效应：压阻效应是指当半导体受到应力作用时，其电阻率发生变化，这种现象叫压阻效应。

3.霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。

4.中间温度定律：当A 与'A 、B 与'B 材料分别相同且接点温度为T 、n T 、0T 时，根据连接道题定律，可得到该回路的热电势为),(),(),(00T T E T T E T T E n AB n AB AB +=热电偶在温度为T 、0T 时的热电势),(0T T E AB 等于热电偶在),(0T T 、),(0T T n 时相应的热电势),(n AB T T E 与),(0T T E n AB 的代数和，这就是中间温度定律，其中n T 称为中间温度。

（P121）5.光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电阻率变化，这种效应称为光电导效应。

基于这种效应的器件有光敏电阻等。

（光电导效应，是光照变化引起半导体材料电导变化的现象。

）6.电感式传感器：电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、力矩、应变等多种物理量。

（P49）7.直流电桥：激励电源是直流的电桥三、综合题：（本题共3小题，每小题10分，共30分）1. 图示为等强度梁测力系统，R 为电阻应变片，其灵敏系数K=2.1,未受应变时R=120Ω。

当梁受力F 时，应变片电阻变化的平均应变ε=800μm/m ，求（1）应变片电阻变化量ΔR 和电阻相对变化量ΔR/R 。

（2）将电阻应变片R 置于直流电桥的一个桥壁，若电桥供电电压为3V ，求电桥输出电压及电桥的非线性误差。

解： （1）43112.05810 1.6410R K R ε--∆==⨯⨯=⨯，311 1.64101200.1968R k R ε-∆=⋅=⨯⨯=Ω 解：（2）3111123414112344131124113()()()(1)(1)o R R R U E R R R R R R R E R R R R R R R R R E R R R R R R +∆=-+∆++∆=+∆++∆=∆+++ 设桥臂比21R n R =，分母中11/R R ∆可忽略，并考虑到平衡条件3124R R R R =，则上式可写为： 121(1)o R n U En R ∆=+ ()32323 1.6410(1)4.92101n n n n --=⨯⨯⨯+=⨯⨯+ R=1211111R R R R R R +∆+∆-=例题．如系题图1-1所示为等强度梁测力系统，1R 为电阻应变片，应变片灵敏度系数05.2=k ，未受应变时Ω=1201R ，当试件受力F 时，应变片承受平均应变4108-⨯=ε，求（1）应变片电阻变化量1R ∆和电阻相对变化量11/R R ∆。

（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥输出电压是多少。

（a ） （b ）习题图1-1等强度梁测力系统 解： （1）43112.05810 1.6410R K R ε--∆==⨯⨯=⨯，311 1.64101200.1968R k R ε-∆=⋅=⨯⨯=Ω 解：（2）3111123414112344131124113()()()(1)(1)o R R R U E R R R R R R R E R R R R R R R R R E R R R R R R +∆=-+∆++∆=+∆++∆=∆+++ 设桥臂比21R n R =，分母中11/R R ∆可忽略，并考虑到平衡条件3124R R R R =，则上式可写为： 121(1)o R n U En R ∆=+ ()32323 1.6410(1)4.92101n n n n --=⨯⨯⨯+=⨯⨯+2.一电容测微仪，其传感器的圆形极板面积r=55mm 2，工作初始间隙δ=0.4mm ，问：（1）工作时，如果传感器与工作的间隙变化量Δδ=1±μm 时，电容变化量是多少？ （2） 如果测量电路的灵敏度1s =100mV/pF ，读数仪表的灵敏度2s =5格/mV ，在Δδ=1±μm 时，读数仪表的指示值变化多少格？（0ε=8.854*1012-F/m ，r ε=1.0006）例题 有一电容测微仪，其传感器的圆形板极半径r=5mm ，开始初始间隙δ=0.3mm ，问（1）工作时，如果传感器与工件的间隙缩小1μm ，电容变化量是多少？（2）若测量电路灵敏度S 1=100mv/PF ，读数仪表的灵敏度S 2=5格/mv ，上述情况下，仪表的指示值变化多少格？解：δδπξξd r C 220-=∆ 对空气 1=ξ所以： )()103.0()(101)()005.0()(1085.8122362212m m m m F C ---⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆π F 151072.7-⨯=PF F 12101= 所以 PF C 31072.7-⨯=∆(2) 格格）（86.3)(5)(1001072.73=⨯⨯⨯-mv PF mv PF四、问答题（本题共2小题，每小题15分，共30分）1. 通过热电偶的理论可以得到什么结论。

通过热电偶理论可以得到如下几点结论：① 若热电偶两电极材料相同,则无论两接点温度如何,总热电势为零。

② 若热电偶两接点温度相同,尽管A 、B 材料不同,回路中总电势等于零。

③ 热电偶产生的热电势只与材料和接点温度有关,与热电极的尺寸、形状等无关。

同样材的热电极,其温度和电势的关系是一样的。

因此,热电极材料相同的热电偶可以互换。

④ 热电偶A 、B 在接点温度为T1、T3时的热电势,等于此热电偶在接点温度为T1、T2与T2T3两个不同状态下的热电势之和,即EAB （T1,T3）=EAB (T1, T2)+EAB (T2, T3)=eAB（T1）-eAB（T2）+eAB（ T2 ）- eAB（ T3 ）= eAB （T1）- eAB （ T3）（2.4）⑤当热电极A、B选定后,热电势EAB（T,T0）是两接点温度T和T0的函数差,即EAB（T,T0）=f(T)-f(T0) (2.5)2.若按桥臂工作方式不同，直流电桥可分为哪几种？各自的输出电压及电桥灵敏度如何计算？直流电桥：a.单臂电桥时，其输出电压U’。

≈1/4×E×ΔR1/R1 ，灵敏度Sv=1/4×Eb.半桥差动时，其输出电压U’。

= 1/2×E×ΔR1/R1，灵敏度Sv=1/2×Ec.全桥差动时，其输出电压U’。

=E×ΔR1/R1，灵敏度Sv=E3. 光电效应可分为哪三种类型，简单说明传感器的原理并分别列出以之为基础的光电传感器。

答：光电效应可分为：a)外光电效应：指在光的照射下，材料中的电子逸出表面的现象。

光电管及光电倍增管均属这一类。

它们的光电发射极，即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。

b)内光电效应：指在光的照射下，材料的电阻率发生改变的现象。

光敏电阻即属此类。

c)光生伏特效应：利用光势垒效应，光势垒效应指在光的照射下，物体内部产生一定方向的电动势。

光电池是基于光生伏特效应制成的，是自发电式有源器件。

4.箔式应变计与丝式应变计相比有什么优点？答：（1）工艺上能保证线栅的尺寸正确、线条均匀，大批量生产时，阻值离散程度小。

（2）可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长的应变计。

（3）敏感栅截面积为矩形，表面积大，散热好，在相同截面情况下能通过较大的电流。

（4）厚度薄，因此具有良好的可挠性，它的扁平状箔栅有利于形变的传递。

（5）蠕变小，疲劳寿命高。

（6）横向效营小。

（7）便于批量生产，生产效率高。