传感器课后答案

第一章1、何为传感器及传感技术？人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称为传感技术。

2、传感器通常由哪几部分组成？通常传感器可以分为哪几类？若按转换原理分类，可以分成几类？传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。

传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。

按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。

3、传感器的特性参数主要有哪些？选用传感器应注意什么问题？传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。

正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。

准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。

稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。

动态参数：时间常数t:在恒定激励理第二章1、光电效应有哪几种？与之对应的光电器件和有哪些？光电传感器的工作原理基于光电效应。

光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管）2、什么是光生伏特效应？光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。

3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器件最为合适。

光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。

（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。

当有光照射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。

不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。

，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。

探测可见光和赤热物时，硅管。

对红外光进行探测用锗管。

光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。

光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。

7、简述光纤的结构和传光原理。

光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？光纤是一种多层介质结构的对称圆柱体，包括纤芯、包层、涂敷套。

传光原理：P62 光线以入射角大于临界从光密介质入射光介质，光线就不会透过其临界面而全部反射到光密介质内部，即发生全反射。

这时光线射入光纤面时与光纤轴的夹角PI/2 减去入射角小于一定值，光线就不会射出光芯，不断在纤芯和包层界面产生全反射而向前传播。

按工作原理，光纤传感器可分为两类：传光型、传感型。

传光型：将光源的光通过光纤装入调制器，使待测信号与光相互作用，导致光的性质发生变化成为调制器，再经光纤送入光探测器经解调后获得被测参数的信息。

其中光纤是不连续的，只起传导功能，而其它敏感元件感觉信息。

传感型：光纤是连续的，它不仅传导光，而且利用它对外界信号的敏感能力和检测功能，使入射光的光学性质发生变化来实现传和感功能。

第三章1、光栅的莫尔条纹有哪几个特性？试说明莫尔条纹的形成原理。

.摩尔光栅的特性有：1 消除光栅线的不均匀误差2 位移的放大特性3 移动特性4 光强与位置关系,摩尔条纹是指两块光栅叠合时,出现光的明暗相间的条纹,从光学原理来讲,如果光栅珊距与光的波长相比较是很大的话,就可以按几何光学原理来进行分析,两块珊距相等的光栅叠合在一起,并使它们的刻线之间的夹角为θ时,这时光栅上就会出现若干条明暗相间的条纹,就是莫尔条纹.2、什么叫细分？什么叫辩向？它们各有什么用途？.当光栅相对移动一个栅距w 时,则莫尔条纹移过一个艰巨B,与门输出一个计数脉冲.这样其分辨率为w,为了能辩分比w 更小的位移量,就鼻血对电路进行处理,使之能在移动一个w 内等间距地输出若干个计数脉冲,这种方法就叫细分.3、简述磁栅测量的工作原理，磁头的形式有哪几种？分别用于哪些场合？动态磁头和静态磁头,动态磁头在磁头与磁尺间相对运动时,才有型号输出,故不使用于速度不均匀时走时停的机床,而静态磁头就是在磁头与磁珊间没有相对运动也有信号输出.4、磁栅测量的信号处理有几种类型？工作原理如何？鉴相处理方式,就是利用输出信号的相位大小来反映磁头的位置或磁尺的相对位置的信号处理方式.奸夫处理方式,就是利用输出信号的幅值大小来反映磁头的位移量或磁尺的相对位置的信号处理方式5、简述编码器的类型及用途。

用于各种位移量的测量,为科学研究和工业生产提供了了对位移量进行精密的检测的手段,需要检测角度变化的场合,广泛用于各种位移量的测量.第四章1、什么叫热电式传感器？它有何作用？答：热电式传感技术是将温度变化转换为电量变化的一种技术，它所利用的传感元器件就是热电式传感器。

热电式传感器应用最为广泛，凡是需要调温、控温、测温的地方都需要用到它。

2、什么是金属导体的“热点效应”？补偿导线的作用是什么？使用补偿导线的原则有哪些？答：在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触点的温度不同时，回路中就要产生热电式，这个物理现象称为热电效应。

补偿导线是用来延伸热电极即移动热电偶的冷端，与显示仪表联接构成测温系统。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃3、电阻式温度传感器有哪几种？它们各有何特点及用途？答：热敏电阻、铂电阻、铜电阻。

铂电阻具有电阻温度系数稳定，电阻率高、线性度好、测量范围宽等特点，被用作工业测温元件和作为温度标准。

铜电阻具有成本低，在-50~150 度范围内呈线性的特点，被用作测量精度要求不高、测量范围不大的场合。

4、简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。

答：中间导体定律，标准电极定律，中间温度定律5、试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。

用热电偶测表面温度要注意哪些问题？答：冷端温度修正法，对于冷端温度不等于零度，但能保持恒定不变的情况可以使用修正法。

电桥补偿法，利用电桥的不平衡电压去消除冷端温度变化的影响。

第五章1、什么叫电阻式传感器、电感式传感器和电容式传感器？答：电阻式传感器是将被测量的非电量转换成电阻的变化量的传感元件，并通过对电阻值的测量电路变换为电压或电流，达到检测非电量的目的。

电感式传感器是将被测量转换成电感或互感变化的传感器。

电容式传感器是两块极板间间隙变化，或是表面积变化，将使电容量改变的传感器。

2 电阻式传感器有哪些类型，各有和优点、缺点？答：电位器式，优点：结构简单，价格便宜，有一定可靠性，输出功能大，使用比较方便；缺点：有滑动触电，可靠性不太好，灵敏度低。

电阻应变片式，优点：应用极广，占世界上所有传感器应用总量83%。

缺点：灵敏度系数较低。

3、电感式传感器有哪些类型，各有和优点、缺点？答：可动铁芯式，改变铁芯导流率式，改变磁路中空气隙式，高频反射涡流式。

优点：结构简单，工作可靠，输出功率较大，不经放大可以直接指示或记录仪表。

可静态、动态测量。

缺点：输出量与电源的频率有密切关系，要求电源频率稳定4、电容式传感器有哪些类型，各有和优点、缺点？答：改变两极板间距d 型，改变极板间覆盖面积S 型，改变极板间介质型。

优点：能检测百分之几微米数量级位移值，能量低、动态响应快、灵敏度高、误差小、不怕高温。

缺点：输出特性非线性，泄露电容的影响将引起误差。

5、简述R、L、C 三种传感器主要用途答：R：主要用于位移、压力、力矩、应变、温度、湿度、辐射热、气流流速、液体流量等物理参数的检测。

L：主要用于里、力矩、压力、位移、速度、厚度、振动等参数检测。

C：主要用于声强、液位、含水量、振动、压力、厚度、位移、角度、加速度、差压、液面、料位、成分含量等参数检测。

第六章1、什么是压电晶体的“压电效应”？叙述压电式传感器的工作原理。

当沿着某些晶体介质的电轴方向施加作用力时，在垂直于电轴线的晶体平面上即产生电荷，当做用力除去时，电荷也随之消失的现象就称为“压电效应”。

压电式传感器的工作原理是基于某些晶体受力后，在其表面产生电荷的压电效应，其刚度大、固有频率高，配上电荷放大器，尤其适合测量迅速变化的参数。

2、压电式传感器测量电路的作用是什么？其核心要解决什么问题？压电式传感器测量电路的前级输入端有足够的阻抗，防止电荷的速度泄露而使测量误差减小。

压电式传感器的前置放大器的两大作用：一是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出，二是把传感器的微弱信号进行放大。

其核心要解决的问题是为了放大器的工作稳定，减小零漂，在反馈电容Cf两端并联一反馈电阻，形成流负反馈，用以稳定放大器的直流工作点。

3、何为“磁阻效应”？磁敏电阻有何作用？当一载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场变化的现象叫做磁阻效应。

磁敏电阻的作用是利用磁敏电阻阻值与磁感应强度的数量关系测量磁感应强度，还可以利用磁敏电阻器阻值的变化，精确地测试出磁场的相对位移。

4、磁敏二极管和磁敏三极管有何特点？适合于什么场合使用？磁敏二极管和磁敏三极管都具有输出信号大、灵敏度高、工作电流小和体积小的特点；都比较适合磁场、转速、探伤等方面的检测和控制。

5、什么是“霍尔效应”？一个霍尔元件在一定的电流控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势的现象叫做霍尔效应。

一个霍尔元件在一定的电流控制下，由公式UH=IB/(ned)知其霍尔电势与电场强度B、金属电板单位体积内电子数n、单位电子所带电荷e 和金属电板的厚度d 等四个因素有关。

6、温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响？如何补偿？温度变化时，霍尔元件的载流子密度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生变化，从而元件产生温度误差产生输出电势误差。

其补偿方式是选用温度系数小的元件、采用恒温措施来减小由电阻随温度变化而引起的激励电流I 变化所带来的影响，或者在电路中用一个分流电阻Rp与霍尔元件的激励电极相并联，即可在霍尔元件的输入电阻因温度升高而增加时，旁边的分流电阻Rp自动的加强分流，减少了霍尔元件的激励电流I，从而达到补偿的目的。