完整word版传感器与检测技术习题答案 周杏鹏

传感器与检测技术习题答案
第一章
1.1 答：随着我国匸业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。

比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。

为了能够可靠地采集钻井平台钻机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。

在整个新型钻井中共使用r 60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质冃标的感应距离增大到20mm,满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。

1.2
答：自动检测系统组成框图如下:
对于传感器，一般要求是：
①准确性：输出信号必须反映其输入量，即被测量的变化。

因此，传感器的输出与输入关系必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系。

②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。

③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较人的输出信号。

④其他：如iW腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、tt价等.
13 答：功能：
信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放人等，以方便检测系统后续处理或显示。

信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和«•种控制的中枢环节, 其作用和人类的人脑相类似。

区别：
信号调理作用是把信号规恪化，滤除干扰，信号处理则是提収信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。

可以说，信号调理是进行信号处理的基础。

组成：
信号调理：信号放大、信号滤波、A/D转换
信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）等1.4 答：分类见表1J（P8）1.5 答：按照被测参最分类• nJ以分成测最：电TS.热工量、机械最■物性和成分量■光学量、状态最等。

1.6 答：1•不断拓展测量范鬧，提高管检测梢度和町靠性
2重视非接触式检测技术研究
3检测系统智能化
第二章
答：随机误差：检测仪器或者测最过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。

随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通过实验的方法确定、修正和消除。

但是通过足够多的测量比较可以发现随机误S服从某种统计规律。

从而进行消除。

系统谋差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者安装、布置、调整不当: 在测最过程中的温度湿度、气压、电磁干扰等坏境条件发生变化；测S方法不完善、或者测量所依据的理论本身不完善：操作人员视读方式不当等。

系统课差产生的原因和变化规律一般可以通过实验和分析査出，因此系统谋差町以设法确定并消除。

粗大误差：一般由外界®大干扰或者仪器故障或不正确的操作引起•存在粗大误差的测量值一般容易发现，发现后应当立即剔除。

2.2 答.工业检测仪器（系统）常以最犬引用误差作为判断其准确度等级的尺度，仪表准确度习惯上称精度，准确度等级习惯称为精度等级。

人为规定，取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，即用最大引用误差去掉正负号和百分比号后的数字来表
示精度等级。

2.3
答J 20*0.005=0.1 (V)
(V)
表一不仅有更小的绝对误差，并仇其最程对于测最5V 的电压更合理。

2.4 答：q 利科夫准则
X =
27.9500 27.9000
X= 27.972
-0.0220 -0.0720
D=012> q
所系系统存在线性系统误差 阿贝一赫梅晴准则
A=0.0047 b' =0.00166
A=0.0047<cr' J"-l =0,0054
系统中不存在周期性系统误差
2.5
经过标准正态分布变换，|&-凡|<2・8 j5|v2・8 , 经过査表可知
①要求|尺一心|<2・8的概率,
己知标准差cr=1.5
150*0-001=0.15 由计算结果知, 所以选择表一。

28.0300 28.0100 27.9800
27-9400
27-9600
28.0200
28.0000
27,9300
0.0580 0.0380 0-0080 -0-0320 00120 0.0480 0-0280 00420
上£|< 竺 867“87
cr '
5
<p(x) X
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
0.06
0.07
0.08
0D9
X
0 0・5 0.504 0.508 0.512 0516 0.5199 0.5239 0.5279 0,5319 0.5359
0J 0,5398 0.5438 0.5478 0.5517 0.5557 0,5596 0.5636 0,5675 0.5714 05753
0.2 0.5793 0.5832 0.5871 0.591 0.5948 0.6987 0.6026 0.6064 0.6103 06141
0.3 0.6179 0.6217 0.6255 0 6293 0.6331 0.6368 0 6406 0.6443 0.648 06517
0-4 0.6554 0.6591 0.6628 0.6664 0-67 0.6736 0.6772 0.6808 0.6844 06879
0.5 0.6915 0.695 0.6985 07019 07054 07088 07123 07157 0719 0.7224
0・6 07257 07291 07324 07357 07389 07422 07454 07486 07517 07549
07 0758 07611 07642 07673 07703 0.7734 07764 07794 07823 07852
0.8 0.7881 0.791 0.7939 0.7967 0.7995 0.8023 0.8051 0.8078 0.8106 08133
0.9 0,8159 0.8186 0.8212 0.8238 0.8264 0.8289 0.8315 0.834 0.8365 08389
1 0.8413 0.8438 0.8461 0-8485 0.8508 0.8531 0-8554 0.8577 0.8599 08621
n 0.8643 0.8665 0.8686 0.8708 0.8729 0.8749 0.877 0.879 0.881 0.883 1,2 0.8849 0.8869 0,8888 0.8907 0.8925 0.8944 0.8962 0.898 0.8997 09015 1-3 0.9032 0.9049 0,9066 0 9082 0.9099 0-9115 0931 0.9147 0-9162 09177
1.4 0.9192 0 9207 0.9222 0.9236 0.9251 0.9265 0 9278 0.9292 0.9306 09319
15 0,9332 0.9345 0,9357 0.937 0.9382 0,9394 0.9406 09418 0.943 0 9441
1.6 0.9452 0.9463 0.9474 0,9484 0.9495 0.9505 0,9515 0.9525 0.9535 09545
17 0.9554 0.9564 0.9573 0.9582 0.9591 0.9599 0.9608 0.9616 0.9625 0.9633
1,80.9641 0.9648 0,9656 0.9664 0.9671 0.9678 0.9686 0.96930,97 09706
1.9 0.9713 0.9719 0.9726 0.9732 0.9738 0.9744 0.9750.9756 0.9762 09767
在区间概率等
②
按照95%的置信区间概率査找标准正太分布表，得到P=0.975(X=1.96).
由公式I 凡一△ |=x<1.96得到区间应该为［心・1.960■，&)+1.96cr］珂505.2960,514.7040］ C7
2.6
未剔除前X=183 , b = 24.224
当a=0・05, «0(儿")=2・18
I AX* I =[23 42 ,60 3 30 3 ,20,6,12 ,5]
K G (儿d) * <T(-V)=52.81
根据Grubbs准则，将243剔除剔除以后，
X= 176.3, b=14・4
2.7
X =909.8, <7 = 4.045
査找标准正态分布表得到当豐信区间P=0.98, X=233
经过变换得到区间为［909.8-9,4, 909.8+9.41
2.8
答：测量误差总是客观存在的•但足真值一般足无法准确得到的，因此也就不可能准确的知道测最误差的准确值，由此引出测量不确定度的概念。

2.9
答:A类不确定度的评定时应用统i|的方法，一般对同一被测参S进行n次等精度测量得到。

B类不确定度是在测量次数较少・不能用统计方法计算测S结果的不确定度时。

2.10
X=18・18, <7 = 0.42
“A = cr(x) = -= cr(J)=l/3*0.42=0.14(cm)
“c = J H；+«； =0.17(cm) 选取置信率为P=0・95, k=l>65
则U=k* "c =0.28(cm)
该丁件结果为
X“8・2±0.3 (cm) (P=0.95)
3.1
答：测量范闱：是传感器或检测仪器按规定的楮度对被测变量进行测量的允许范帼° 上下限：
测量范W 的最小值和最大值分别称为测量卞限和测最上限。

量程：用来表示测最范W 人小，用测最上限和卜限值的代数差表示。

关系：给出传感器或者检测仪器的测量范M 便值其测屋上卜•限及量程，反之只给出传感 器或者•检测仪器的量程，却无法确定«上下限及测量范附。

3.2
灵敏度：是指测最系统在静态测最时•输岀量的堀最与输入最的增最之比• 分辨力：输出量
发生变化时，输入量的故小变化量
二者不存在必然联系。

3.3 答：冇理论ri 线法、端基法和最小二乘法。

精度最高的足最小二乘法，最差的是理论H 线 法。

3.4
答：对于一阶系统，决定于时间常数:^・对于二阶系统，取决于固冇角频率阻尼比 放人倍数k,对于一个系统而言，延迟时间f 八 上升时间响应时间f 八 峰值时间/p 等, 是一个系统动态性能好坏的反映。

3.5
k
Ar 5' +2 — 5 + 1 驾 ©
幅度特性表达式为
4（1000） = jt
第三章
答: A （6>）=|//（7<y ）|=
帕訝Z2飢訓
k
A(500) =亠孝 1.11R ,误差为11%
V B
4(800) = -4==^ 1.14/: > 误差为14% 7481
25
3.6 答：不失真测量•需要检测系统的频率响应形为:
答：条件：没令加速度、撮动-冲击及室温环境(20±5C°人相对湿度不大于85%.人气压力为(101±7) kPa。

步骤：略(P54)
3.8
3.9 答：主要因素：略(见P57)
可靠牲指标：町靠度、失效率、平均寿命。

第四章
4.1
答：金属电阻丝的应变效应足指金加材料的电阻相对变化与其线应变£成正比的这种效应。

—=[(1 + 2“) + rd - 2“) k = K工金爆电阻丝的应变灵敏度系数是指公式R
中电阻应变量与几何应变屋Z间的比例系数久=(1 + 2“)+ Q(1 - 2“)
2
同理，由教程公式（4・9）知半导体丝材的应变＞｛敏度系数为:
4.2
答：横向效应：将直的金属丝绕成敏感栅后■虽然长度相同，但应变状态不同，应变片敏感 栅的电阻变化要比直的金属线要小；横向效应使得测试的灵敏系数降低了；为了减小横向效 应的影响町采用短接式或£1角式横柵，采用箔式应变片也町右效地克服横向效应的影响。

43
答：电阻应变片温度误差是指当应变片的工作温度变化时应变计的输出会在正常输出基础上 发生偏移的效应。

产生原因主要有两点：（1）温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变。

（2） 试件材料与敏感材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。

补偿方法可采用3中方法：（1）应变片自补偿可采用单线自补偿或者双丝自补偿（2） 桥路补偿法（3）热敏电阻补偿法。

44
答^直流电桥的基本形式如教程P75图4-10所示。

按桥臂丁作方式的不同可分为：单臂工作电桥、双臂工作电桥和全臂工作电桥，分别 如
图木教材4-12. 4-14. 4・15所示。

电压输出计算公式：
—•込=& •込=Kp •込 (1 十打)-R\ ' R\ "心
仇=1 •
单臂工作电桥：
n
其中
R.
X
R' °此公式是忽略次要W 素的简化公式。

双臂工作电桥：
込
览，此公式为精确公式。

%
全臂工作电桥：
•
水X ,此公式为精确公式。

4.6 解：
由图（a ）所示，当更力F 作用梁端部后，梁上表ffiRl 和R3产生正应变电阻变化而 卜•
表面R2和R4则产生负应变电阻变化，其应变绝対值相等。

6F7
£ = -------
bt^E
=兰=矗
R
解：如图（a ）所示等截面悬梁臂，在外F 作用下•悬梁臂产生变形，梁的上表面受
拉应 变，而梁的下表面受压应变。

当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变 片如图（b ）所示粘贴。

/ / / / / /
（a ）等截面悬臂梁
4.5
解：杨氏模量
F
E = M dL
T
(1)
dR ~R
Ke
(2)
K.=岂• E 由公式（1） （2）得：
R
K E U = K
空U bvE
—U =
R
6 X 0. 5 X 9. 8 X 100 . -------------------X 6 =
17. SmV S =
—&
=一勺
£3 =
（C ）测最电路
电阳应变片所构成的差动全桥电路接线如图3-4（ C ）所示，心、R|所受应变方向相同,
心、尺3所受应变方向相同，但与尺1、R ］所受应变方向相反。

该电路可采用桥路补偿法克服温度误差。

4.8 答：①变极距型电容传感器，一般变极板河距离电容式传感器的起始电容在20〜lOOpF 之 间，极板间距离在25〜200啊的范I 制内。

最人位移应小于间距的1/10.故在微位移测量中 应用最广。

② 变面枳型电容式传感器，能够进行力、位移和转角的测量。

③ 变介质型电容式传感器，变介质型电容传感器有较多的结构形式，可以用来测量纸张、绝 缘甫膜等的片度，也町用來测量粮&、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。

4.9 答：电容式传感器的测最电路主要有调频电路、运算放大式电路、二极管双T 形电路、差动 脉冲调宽电路等。

调频电路特点：
（1） 转换电路生成频率信号，可远距离传输不受干扰。

（2） 具有较高的灵敏度，町以测最高至O.Olum 级位移变化最.
（3） 但非线性较筮，町通过鉴频器（频压转换）转化为电压信号后，进行补偿。

运算放大式电路特点：
（1）解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题
应变片
应变片
（b ）应变片粘贴方式
（b ）全桥
要求Zi 及放人倍数足够人
为保证仪器梢度，还要求电源电压的幅值和固定电容稳定 由
于C)(变化小，所以该电路实现起來困难
输入阻抗高(避免液漏人放大倍数大(接近理想放大器) 二极管双T 形电路特点和使用要求
参见本教材P92-P93. 差动脉冲调宽电路待点参见本教材P94。

4.10 答：改变传感器总的电容最，英至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化：使传感器 电容变的不稳定・易随外界因素的变化而变化。

可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术.
4.11 边缘效应便电容传感器的灵敏度降低，而且产生非线性，绝缘结构町消除边缘效应的影响; 屏蔽和电缆，消除寄生电容的影响，抗干扰。

解决办法：1、驱动电缆法：2.整体屏蔽法；3、采用组合式与集成技术・ 4.12 答：釆用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级，且非线性误差人为减小。

由 丁•结构上的对称性，它还能右效地补偿温度变化所造成的误差。

4.13
答：参见本教材P93沖94。

4.14 答：低频时容抗久；较大•传输线的等效电感L 和电阻R 町忽略.而高频时容抗减小，等 效电感和电阻不町忽略，这时接在传感器输出端相当于一个串联谐ttb 右一个谐振频率乙存 血 谐振频率时，串联谐振阻抗最小•电流最大・谐振对传感器的输 出起破
坏作用，使电路不能正常工作。

通常工作频率10MHZ 以上就要考龙电缆线等
效电感4
的影响。

4.15 解^变极距平板型电容传感器输出的线性表达式
(2) (3) (4) (5) 在・当工作频率f *
忽略高阶项非线性表达式为
\C
\d J \d -- =——LI +
C do
线杵度 由题盘得测量允许变化量
△/ =內do = 0. 001/207
4.16
解:
4.17 答^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•其丁作原理是在被测带材 的上下两侧各置放一块面枳柑等，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、C2o 把两块极板用导线连接起來成为一个极，而带材就是电容的另一个极，其总 电容为C1+C2.如果带材的片度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化 测出来，经过放大即町由电表指示测最结果。

4.18 答：电感式传感器种类^ 口感式.涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。

工作 原理：自感.互感、涡流、压磁。

详细参看教材相关章节。

4.19 答：略
△d 4*4*10"-
K — Co __________________________ “ A • 3.6 拿帀拿〃 4*JQ'**3 6*3 14*0 5*1 2*4*10*' 0・707（PF/如）
C ■ — ------ - ------ - ------ ------------ ■ 0.142（PF>
3 6*^*^/ 4噸］0 •3・6*3J 」・O ・5*1O
勺=
4.20
答：略
4.21
解:
.=泌=论旷"5(]0 紳宀沪=L57xZH=157mH
6 O.gxlO"-^
(2)衔铁位移△b+Oamn谢，其电感值
L _ 业
* 5+ABx2 471x10" X25002 x4 x4xlCr& (0・8+2x0.08)x10-3
=1 31X10-\H)=131mH
衔铁位移A5=-CI.08mn]flt»其电感值
4;rxl(r7x25002x4x4xl0"
(03-2x0.08)x10'^
=1.96Xi(r'(H)=196(mH)
故位移A6・±0・Q8m嗣，电感的R大变化M为
(3)线圏的■流电阻
设心十0 06、
--- m m
2 )为野匝线圈的平均长度，则
1.75x10" f 0 06、2500x4x 4+
甞
\
扌X(0.06X WT)2
xlO*
2496(C)
(4)线圈的品质因数
c 应 2威L 2;rx4000xL57xl0・i
Lz = = --- —--------- 7—r ----- —□
R R
249 6(C)
(5)当存在分布电容200PF时，其等救电感1H
L = -------------------------
F 1 一少2£C l
1.57x10-1
-l-|；2;rx4000)^x 1.57x10-^x200x10-^^
=16mH
4.22 答：电涡流效应：有一通以交变电流厶的传感器线圈，其周W产生一个交变磁场使该磁场范M内的被测导体内产生电涡流』2,九将产生一个新磁场H2, H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1,从而导致线圈的电感L、阻抗Z和品质因数Q发生变化。

测量原理：通过等效电路分析，能够引起这三者变化的冈素仃，传感器线圈与导体Z间的距离X,导体的几何形状，导体的材质，控制其中某一个参数改变，余者皆不变，就能构成测最该参数的传感器，例如位移测最、探你材质检测、测厚等。

测最电路：被测最引起变化的电参最有：线圈电感L、阻抗Z、或品质因数Q 值，针对不同参量测量电路有三种：谐振电路、电桥电路、Q值测试电路
4.23 答：特点见本教材P107页第二段。

原理图见本教材P112图4・63・
第五章
答：为固体在某一方向上承受应力时，电阻率发生显苦变化，这种现象称为压阻效应。

单位应力作用卜•电阻率的柑对变化称为压阻系数。

晶向的表示方法有两种，一种是截距法，一种是法线法。

5.2
答：一些离了型晶体电介质，当沿着一定方向受到机械力作用而产生形变时，就会引起它内部正负电荷中心相对位移产生电的极化，从而导致其两个相对表面上出现符号相反的电荷: 当外力去掉后，恢复到不带电状态。

这种现象称为压电效应。

当作用力方向攻变时，电荷的极性也随Z改变，这种将机械能转换为电能的现象称为“正压电效应”。

当在电介质方向施加电厂时，这些电解质也会产生几何形变，这种现彖称为“逆压电效应”.
通常把沿压电晶体电轴方向的力作用卜•产生的压电效应称为“纵向压电效应"而把沿机械轴方向的力作用下产生的压电效应称为“横向压电效应” 5.3 答：石英晶体俗称水晶，有天然和人工之分，天然结构的石英晶体是一个正六边形的晶柱. 其Z轴称为光轴，也成为中性轴，当光线沿此轴通过石英晶体时，无折射；
经过六面体棱线并垂直于光轴的X轴称为电轴，在垂直于此轴的面上压电效应为殳强：
与X轴、Z轴垂£1的Y轴称为机械轴.在电厂的作用下，沿该轴方向的机械形变加明显。

5.4 答：图见图5-15 P128o
肖压电晶体受机械应力作用时，在它的两个极化面上出现极性相反电最相等的电荷。

故斥电器件实际上是一个电荷发生器。

同时它也是一个电容器，晶片上聚集正负电荷的两表面相当于电容的两个极板，极板间物质等效于一种介质。

基于以上分析，压电传感器可以等效为一个与电容相并联的电荷源，也可以等效为一个与电容W 串联的电压源• 5.5 答^参见5.2.2等效电路及测量电路中的第二节测量电路。

5.6 答：压电式加速度传感器主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成.整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。

当加速度传感器和被测量物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，此时力作用压电原件上，冈而产生电荷，当传感器一旦确定，则电荷与加速度成正比。

因此通过测量电路测得电荷的大小，即可知道加速度的犬小。

5.7 答：光照射在物体上就叮以看做足一连串的具右能屋的粒子轰击在物体上，这时物体吸收了光子能量后将引起电效应。

这种因为吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应就称为光电效应.
光电效应町分为外光电效应、内光电效应和阻挡层光电效应三种类型。

基丁外比电效应原理工作的光电器件右光电管和光电倍增怦。

基于内光电效应原理工作的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的光敏二极1?和光敏三极管。

基于阻挡层效应原理工作的）t电器件有光电池。

5.8 答：电容式传感器可分为以卞几种：
变极矩型电容传感器：量程远小于极板间初始距离是.町认为电容的变化最与距离呈线性关系。

变面积型电容式传感器：电容的变化量与面积的变化量呈线性关系。

变介质型电容传感器：电容量的变化与被测介质的移动量呈线性关系。

5.9 答：调频电路：调频测最电路是吧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。

运算放大器式电路：运算放人器的输出电压与极板间距离呈线性关系，从而克服了变间隙式电容传感器的非线性问题•注意的是运算放大器要求貝冇足够大的放大倍数，而且输入阻抗很高a
双T二极管型电路：电源，传感器电容、负載均町同时在一点接地：非线性失真小；电源频率需要稳定：输出电压较高等：
5.10 答：光敏电阻：纯粹电阻元件，阻值随光照增加而减少，无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小：当受到一定波长范W内的光照时，它的阻值急剧减小，电路中的电流迅速光敏二极管：在电路中光敏二极管一般处于反向工作状态，处于反向偏S的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。

当有光照时，在结电场作用h\电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电流，方向与反向电流一致。

光的照度愈人，光电流愈人。

由于无光照时的反偏电流很小，因此）t照时的反方向电流基本与光强成正比。

光敏晶体管具冇两个PN结，可以看成是一个be结为光敏二极管的三极管。

在光照作用下，二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号被三极管放大。

光电池：基于光生伏打特效制成，是自发式有源器件。

它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。

5.11 答：光照强度指单位面枳上所接受可见光的能最。

光电器件的灵敏度町用光照特性来表征，它是指半导体器件产生的光电流（光电压）与光照之间的关系。

光电器件的光谱特性是指相对灵敏度与入射光波长之间的关系，又称为光谱响应。

5.12 答：略。

第六章
6.1 答：磁敏传感器是把磁物理量转换成电信号的传感器•犬多足基丁•載流子在磁场中受洛伦兹力的作用而发生偏转的机理实现对相关物理量的信号检测。

6.2 答：当电流垂直于外磁场通过导体时・在导体的垂直干礎场和电流方向的两个端面之間会出现电势差，这一现彖就是霍尔效应。

尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B。

63 答：激励电极间的电阻值称为输入电阻，霍尔电极输出电势对外部电路来说相当于一个电压源.其电源内阻即为输出电阻。

以上电阻值是在磁感应强度为零、坏境温度为20±5摄氏度时所确定的•实际阻值会随着温度的不同而变化.
6.4 答：当霍尔元件通以额定澈励电流时，如果所处磁感应强度为零，那么它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。

这是测得的空載电势称为不等位电势。

不等位电势M以用不等位电阻表示。

不等位电势就足激励电流流经不等位电阻所产生的电压。

6.5 答:产生不等位电势的原因主要有:银尔电极安装位置不对称或不在通以等电位面上。

此外，材质不均匀、几何尺寸不均匀等原因对不等位电势也肴一定的影响。

补偿：可以把ffi尔元件等效为电桥电路，根据测量判断应在某一桥臂上并连上一定的电Hh
6.6 答:银尔元件与一般半导体期间一样,对温度变化十分敏感。

这是由于半导体材料的电阻率，迁移率，迁移率和載流子浓度等随温度变化的缘故。

霍尔元件的灵敏度桶疏是温度的函数, 它随温度变化将引起霍尔电势的变化。

答：影响温度特性的W素冇半导体材料的电阻率.迁移率和載流了•浓度等。

选用温度系数小的元件或采用恒温措施，还可以采用恒流源供电，减少由于输入电阻随温度变化引起的激励电流变化所带来的印象•此外补偿电路也町以起到作用。

6.8
6.9
6.10 答：湿度是表示兴'（中水汽含量的物理量。

它有两种表示方法。

绝对湿度：指单位体枳人气中水汽的质量。

ffl对湿度：指某一被测气体的绝对湿度与同一温度下水蒸气己达到饱和的气体的绝对湿度之比。

6.11 答：湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的电信号输出的器件或装置，通常是由湿敏元件及转换电路组成。

种类:按输出的电学量可分为电阻型、电容型和频率型等:按照探测功能科分为绝对湿度型、柑对湿度型：按材料可以分为陶瓷式、半导体式和电介质、有机高分子式等；如果按水分子是否渗入固体内可以分为"水分子亲和力型”和"非分子亲和力型”两人类。

6.12 答：半导体气敏传感器足利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。

当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸收式，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附出。

当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时，吸附分子将从器件夺得电子而变成负离了吸附，半导体表面呈现电荷层。

如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。

当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型'（体吸附P 型半导体上时，半导体的我流子减少，电阻值增大。

当还原型气体吸附到N型半导体上时，氧化型气体吸附到P型半导体上时，半导体的载流子增多，电阻值卜'降。

若气体浓度发牛变化•直组织也将变化。

6.13 答：用以将附着在敏感元件表面的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高器件的灵敏度和响应速度。

6.14 答：光在半导体中传播时的衰减，是由于半导体带加点字吸收管子而从价带跃迁到导带的结果，这种吸收比子的过程称为本征吸收。

实验表明，波长短的光子衰减较快，穿透深度较浅，而波长长的光子则能进入硅的较深区域。

通过进一步的分析町以发现，浅的P-N结有较好的的蓝紫光灵敏度，深的P-N结则有利于红外灵敏度的提高。

半导体色敏器件正是利用了这一特性。

半导体色敏传感器相当于两只结构不同的光电二极管的组合。

紫外光部分吸收系数人, 经过很短距离己基本吸收完毕。

冈此浅结的那只光电二极管对紫外光的灵敏度高。

而红外部分吸收系数小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收.因此深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度高-这就是说，在半导体中的不同区域对不同波长分别具有不同的灵敏度。

正是由于这一种特性使得这种器件町以用于不同颜色的识别，也就是町以用来测量入射波长的波长。

半导体色敏传感器具体应用时，应先对色敏器件进行标定，也就是说测定不同波长的光照射卜•器件中两只光电二极管短路电流的比值。