传感器习题答案

1、1-1 何为传感器静态特性？静态特性主要技术指标有哪些？答：当输入量为稳态量或缓慢变化的信号时，输入与输出之间的关系。静态特性主要指标：非线性误差、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。1-2何为传感器动态特性？动态特性主要技术指标有哪些？答：当输入量为随时间变化的信号时，输入与输出的关系。 一阶时间常数、二阶上升时间tr、超调量%、稳定时间tc、峰值时间tp。1-3传感器的精度等级是如何确定的？答：A=×100%，A为最大允许误差，Y满量程,即允许的最大误差相对于测量范围的百分数，表征测量结果的可靠程度。1-4传感器的线性度是怎样确定的？拟和刻度直线有哪

2、几种方法？答：线性度：在规定条件下，传感器的校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值之间的百分比 =±×100%拟合刻度直线：理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点连线平移拟合、最小二乘拟合。1-5 一阶传感器怎样确定输入信号频率范围？答：由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+j),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+()2)1/2,从而确定，进而求出f=/(2).1-6什么是传感器的差动测量方法？有何特点？答：差动测量：两个完全相同的传感器，感受的信号极性相反，那么特性方程分别为; 在差动输出情况下，Y=2()由于消除了x偶

3、次项而非线性误差大大减小，灵敏度提高一倍，零点偏移也消除了。1-7 某温度计测量范围0200，检测测试其最大误差，求其满度相对误差，并根据精度等级标准判断精度等级。解：YFS=200-0=200由A=A/YFS100有A4/2001002。精度特级为2.5级。1-8检定一台1.5级刻度0100Pa压力传感器，现发现50Pa处误差最大为1.4Pa，问这台压力传感器是否合格？解：由及两式得 1.41.5, 所以压力传感器合格。19：解：hmax103985YFS2500250故Hhmax/YFS*100%2%故此在该点的迟滞是2。110：解：因为传感器响应幅值差值在10以内，且W0.5，W0.5/

4、，而w=2f,所以 f=0.5/28Hz即传感器输入信号的工作频率范围为08Hz1-11:解：1切线法：线性度：端基法：线性度：最小二乘法：设y=kx+b线性度：1-12:解：1-13.解：典型二阶振荡环节的拉氏传递函数为：那么输出与输入幅值比：1-14.解：由题意得：因为最小频率为W=0，由书上图1-14知，此时输出的幅频值为Hj/K=1，即Hjw=K1-15. 解：由传感器灵敏度的定义有：K假设采用两个相同的传感器组成差动测量系统时，输出仅含奇次项，且灵敏度提高了2倍，为10mv/m.21：答：1金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。2半导体

5、材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。22：答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料那么正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。23：答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。24：答：因为1金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；2基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随

6、温度增加而长度应变的线膨胀效应，假设它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。25：答：1固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。2受温度影响，会产生零点温度漂移主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起和灵敏度温度漂移主要灵敏度系数随温度漂移引起。3对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻起调零作用、并联电阻主要起补偿作用；对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以到达改变供电回路的桥路电压

7、从而改变灵敏度的。26：答；1直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥；2等臂电桥在RR的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系；第一对称电桥邻臂电阻相等的输出电压等同于等臂电桥；第二对称电桥对臂电阻相等的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。27：解：R120，K2.05，800m/m由*K=R/R8002.0510-61.6410-3R1.64*10-3*1200.1968UEK/4=3*1.6410-3/4=1.23*10-3 (v)2-8：解：此桥为第一对称电桥，由2-25式有UgE(R1+R1

8、R4R2+R2R3)/R1+R1+R2+R22*R3令R3R4E(R1/ RR2/R)/22R1/ RR2/ RER1/ R1+/2*2+1-R1/ R15.397/27.7mv29：解：(1) Ug= ER1+R1R3+R3R2+R2R4+R4/R1+R1+R2+R2R3+R3+R4+R4= ER1/ R+R3/ RR2/RR4/ R/2R1/ RR2/ R2R3/ RR4/ R=2E1 R/R /2+(1-) R/R22.6*10-32*2*1.3*R/R/2+0.7*R/R22+0.7*R/R22*103R/R42.8R/R+R/R2042000-2.8R/RR/R2R/R998.629

9、98.62-4R/R0.0020028059R/R/K0.0010014r=-=-3*10-4(2) :F=ES=0.001*2*1011*0.00196=3.92*105N2-10:解：1贴片习题中图27所示，R3、R2靠近中心处，且沿切向方向，R1、R4靠近圆片边缘处且沿径向贴。位置在使r=t即2 R1 R2 USCR3 R4 E3r2、3UgEK=9(mv)(4) Ugt= ER1+R1tR3+R3tR2+R2tR4+R4t/R1+R1t+R2+R2tR3+R3t+R4+R4t=0(5) UgE K成线性关系211解：1 R1 R2 R14 USCR23 R3 R4U2R/ R=K=K*

10、6bp/Ewt2=2*6*10*9.8*0.1/2*1011*25*10-6*.02=1.176*10-3(3) UgUK=6*1.176*10-3=7.056(mv)(4)有，原因同210题。212：解由226式，263有：2对P型si电阻条在011和01方向余弦分别为：l1=0,m1=,n1=,l2=0,m2=,n2=。所以 213：解10晶向实际上是在10晶面内，但10与晶面110晶面的性质相同，而10晶向的横向为001，它们的方向余弦分别为：l1,m1,n1,l2,m2,n2数值见王化祥P39，所以214：解根据P41的讨论知，瘵四个径向电阻分别两两安装在0.635r半径的外那么的内那

11、么，并安放在电阻长度范围内应力绝对平均值相等的相等的地方，让它们两两分别感受到相等的压应变和拉应变然后再将它们接成惠斯通电桥即可。215：解(1)Uc/Ub=2 (2)Ud/Ub=2(3)Uc/Ub=4216：解：由UgE(R1+R1R4+R4R2R3)/R1+R1+R2R4R4R3和桥路 R1 R2 USC R3 R4U此电路具有最高的灵敏度，在RR的情况下也能进行温度补偿。217：答：压阻式传感器电桥恒压供电可以实现灵敏度温度补偿，而恒流供电可以实现温度补偿。218：(1)对只有纵向电阻的传感器，四个扩散电阻可以两两分别分布在0.635r的两边，使其平均应变等于相等即可。对纵向、横向都有的

12、传感器，可以将横向电阻布置在膜片的中心附近，而纵向电阻布置在边缘附近，只要使它们的电阻的相对应变等大反向就可以了。2 Rl Rt Rl 3-1 电容式传感器有哪些优点和缺点？答：优点：测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制，R/R一般低于1，。而半导体应变片可达20，电容传感器电容的相对变化量可大于100；灵敏度高。如用比率变压器电桥可测出电容，其相对变化量可以大致107。 动态响应时间短。由于电容式传感器可动局部质量很小，因此其固有频率很高，适用于动态信号的测量。机械损失小。电容式传感器电极间吸引力十分微小，又无摩擦存在，其自然热效应甚微，从而保证传感器具有较高的精度。结构简单，适应性强。

13、电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料如玻璃、石英、陶瓷等作绝缘支承，因此电容式传感器能承受很大的温度变化和各种形式的强辐射作用，适合于恶劣环境中工作。电容式传感器有如下缺乏：寄生电容影响较大。寄生电容主要指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。寄生电容的存在不但降低了测量灵敏度，而且引起非线性输出，甚至使传感器处于不稳定的工作状态。 当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。3-2 分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。答：改变传感器总的电容量，甚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

14、变化而变化。可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。3-3 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。34：答：驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线芯线通过1：1放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术。 1：1 内屏蔽层 输出电路 传感器 它能有效地消除芯线与屏蔽层之间的寄生电容。其中，外屏蔽线那么是用来接地以防止其他外部电场干扰，起到一般屏蔽层的作用。内、外屏蔽层之间仍存在寄生电容那么成为1：1放大器的负载，所以，该1：1放大器

15、是一个具有极高输入阻抗同相输入、放大倍数为1、具有容性负载的同性放大器。这种“驱动电缆技术的线路比较复杂，要求也比较高，但消除寄生电容的影响极好，它在传感器输出电容变化只有1PF时仍能正常识别、工作。动3-5答:差动脉冲宽度调制电路通过双稳态出发器的Q端、端依次借R1、R2、D1、D2对差动C1、 C2充放电，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C1、C2调制的方波脉冲。差动电容的变化使充电时间不同，从而使双稳态触发器输出端的方波脉冲宽度不同。因此，A，B两点间输出直流电压USC也不同，而且具有线形输出特性。此外调宽线路还具有如下特点：与二极管式线路相似，不需要附加解调器即能获得直流输出；

16、输出信号一般为100KHZ-1MHZ的矩形波，所以直流输出只需低通滤波器简单地引出。由于低通滤波器的作用，对输出波形纯度要求不高，只需要一电压稳定度较高的直流电源，这比其他测量线路中要求高稳定度的稳频、稳幅交流电源易于做到。3-6 球平面型电容式差压变送器在结构上有何特点？答：利用可动的中央平面金属板与两个固定的半球形状的上下电极构成差动式电容传感器。3-7 为什么高频工作时的电容式传感器其连接电缆不能任意变化？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。3-8

17、 如图3-6所示平板式电容位移传感器。：极板尺寸，间隙，极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；假设极板沿方向移动2mm，求此时电容量。解：由(3-4)式有3-9 如图3-7所示差动式同心圆筒电容传感器，其可动极筒外径为9.8mm。定极筒内径为10mm，上下遮盖长度各为1mm时，试求电容值和。当供电电源频率为60kHz时，求它们的容抗值。解：因为3-10 如图3-8所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，原始极距，极板直径，采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两个电容分别接的电阻后作为电桥的两个桥臂，并接有效值为的电源电压，其频率为，电桥的另两桥臂为相同的固定电容。试求该电容传

18、感器的电压灵敏度。假设时，求输出电压有效值。解：等效电路为： 从结果看，本定义的电压灵敏度是单位电容变化引起的电压变化。即3-11解：1无云母为空气局部与介质局部串联,即23-12解：313：解：由312式知3-14解：零点迁移电容应该是指容器中全部为气体时的电容值即满量程电容值指Cmax全部为液体时的电容值全部为气体时的电容值即315解： 将350式CL和3-51式CH代入参考图322和式357有316解：信号为正半周时，D1、D3导通，负半周时，D2、D4导通等效电路如图1。假设C1C2，那么eAB=USC0.低通滤波器假设C1C2，那么由320式又因为是差动输出，所以由2-23式也可以求

19、出同样的结果。低通滤波器317：解：当电源为正半周时D1、D3导通，D2、D2截止， E2D1C对CH 充电 通过CE的电荷为：q1C0E2E1CEBD3D对C0充电； 电源在负半周时，D2、D2导通, D1、D3截止， CHCD2BCEA 放电 通过CE的电荷为：q2CHE2E1C0DD4A 放电所以在一个周期内通过CE的净电荷量为q= q2q1CHCxE2E1于是通过M表回路在一个周期内释放的电荷为q =CHCxE2E1所以，在一个周期内通过M表的电流的平均值为：Ifq =CHCxE2E1*f=CxE *f,式中f为电源的频率。41：答：差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线

20、圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器那么是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。42：答：差动式电感传感器是利用改变线圈的自感系数来工作的；而差动变压器式虽利用改变原线圈与两个次级差动式副线圈的系数来工作的。43：答：由于差动变压器两个次级组不可能完全一致，因此它的等效电路参数互感M，自感L及损耗电阻R不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使鼓励电流与所产生的磁通相位不同；次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁

21、滞损耗和铁磁饱和的影响，使得鼓励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦主要是三次谐波磁通，从而在次级绕组感应出非正弦磁通的产生过程。同样可以分析，由于磁化曲线的非线性影响，使正弦磁通产生尖顶的电流波形亦包含三次谐波。消除方法：1、从设计和工艺上保证结构对称性；2、选用适宜的测量线路；3、采用补偿线路。44：答：1、由462式可知，增大匝数比可提高灵敏度；2、由461式可知，增大初级线圈电压可提高灵敏度；3、假设在低频率段，可以增加频率来提高灵敏度。45: 答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距

22、为D。而他们与板的上，下外表分别相距X1和X2，这样板厚t=D(X1+X2),当两个传感器在工作时分别测得X1和X2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D对应的设定电压再相减，就得到与板厚相对应的电压值。2Dt12X2x146：解：1对等臂电桥而言，要使电压灵敏度到达最大值，要求aZ1/Z2=1,而USCEZ1(Z3+Z4)Z3(Z1+Z2)/(Z1+Z2)(Z3+Z4)=0.2352V也可以USCE/2*Z/Z=4*10/85/2=0.234(V)47：答：P1/Rm总而2):?3):？4-8：解：R3R4ZL2fl=80*=251.2USCE*Z/Z=6*20/251.2=0

23、.48(V)电路图可以参考图47b。49：解：410：解：411：解当衔铁位于中心位置时，V1V2，Uc=Ud,Ucd=0；当衔铁上移，V1V2，UD<Uc,UcD0；当衔铁下移，V1V2，UDUc,UcD0；当衔铁上移，V1V2，UD<Uc,UcD0i 上移 UeD iR1t t iR2i 下移 UeD iR1t t iR2412：解：1)L<5mm2)、Vmax=KAA=Vmax/K=40/20=2mm3)、413：解：步骤1、将ros=4mm,ris=1.5mm,b=2mm，x1、2=2±0.2mm代入475式得Bx=2.2=? Bx=1.8=?2、再由y=K

24、X+b和Bx=2.2=? Bx=1.8=?代入求出K和b；3、4、51答:1某些电介质，当沿着一定方向对其施加力而使它形迹时，内部产生极低化现象，同时在它的两个外表上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。2不能，因为构成压电材料的电介质，尽管电阻很大，但总有一定的电阻，外界测量电路的输入电阻也不可能无穷大，它们都将将压电材料产生的电荷泄漏掉，所以正压电式不能测量静止电荷。52：1当沿电轴、机械轴的力的作用下，石英晶体在垂直于电轴的平面都会产生压电电荷，沿光轴方向那么不会产生压电效应。2b图在上外表为负电荷，c图上外表为负电荷；d图上外表为正电荷。3通常

25、将沿电轴XX方向的作用力作用下产生的电荷的压电效应称为“纵向电效应；将沿机械轴YY方向的力作用下产生电荷的效应称为“横向压电效应5-3:答：1压电式传感器前置放大器的作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗输出，二是放大压电式传感器的输出弱信号。(2)压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。而电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。因为电压放大器的灵敏度Ce的大小有关，见520式。而由524式知当A0足够大时，

26、CE的影响可以不计。54答：1并联：C2C，q=2q,U=U,因为输出电容大，输出电荷大，所以时间常数，适合于测量缓变信号，且以电荷作为输出的场合。2串联:q=q,U=U,C=C/2, 特点：输出电压大，本身电容小，适合于以电压作为输出信号，且测量电路输出阻抗很高的场合。55答:1电压灵敏度是指单位作用力产生的电压KUU0/F2电荷灵敏度是指单位作用力产生的电荷Kqq0/F3由q0/U0=C知，Kq =CKU511解：1Uxd11Fx/cxd11Fx t/(0rS)2.31*1012*9.8*0.005/(8.85*1012*4.5*5*104)5.68V由520式知UimFmd11/(CC+

27、Ca)= 2.31*1012*9.8/(4*1012+8.85*1012*4.5*5*104/0.005)2.835V512解：该电路的等效电路图如下：6-1二进制码与循环码各有何特点？并说明它们的互换原理。答：当两者需要互换时通过运算电路进行转换循环码转换成二进制码的电路二进制码转换成循环码6-2 试用度、分、秒来表示一个14位码盘的分辨力？并用方框图说明采用什么变换电路才能显示出来？答：6-3 光栅式传感器的根本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？答：根本原理是莫尔条纹原理把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起，并使两者栅线之间保持很小的夹角，于是在近于垂直栅线的方向上出现

28、明暗相间的条纹。特点：精度高，测量范围大，易于实现自动化和数字化6-4 分析光栅传感器具有较高测量精度的原因。答：6-5 某光栅的栅线的密度为100线/mm，要使形成莫尔条纹宽度为10mm，求栅线夹角是多少？答：W=1/100mm Bh=10mm=W/Bh=1/1000=180/1000=0.057度6-6 振弦式传感器属于什么形式的检测系统？主要特点是什么？可用于测量哪些参数？答：振弦式传感器属于数字式传感器。以张紧弦作为敏感元件，其振动固有频率与张紧力有关，当振弦长度确定后，弦振动频率变化量可表示张紧力大小。利用振弦的固有频率与其张力的函数关系，可以作压力、力、力矩、加速度传感器。利用振弦

29、的固有频率与其长度L的函数关系，可以作温度、位移传感器。6-7试分析环境温度变化对振弦式传感器灵敏度的影响。答：由于传感器零件的金属材料膨胀系数的不同，造成了温度误差。为减小这一误差，在零件材料选择上，必须进行适当应力及热老化处理，除尽量考虑到达传感器机械结构自身的热平衡外，并从结构设计和装配技术上不断调整零件的几何尺寸和相对固定位置，以取得最正确的温度补偿结果。实践结果说明，传感器在-10 -55 使用温度范围内时，温度附加误差仅有1.5HzlO。书上没有具体讲述6-8振弦振动鼓励方式有哪几种？说明特点。答：连续鼓励法和间歇鼓励法两种。连续鼓励法由于振弦是被置于磁场中，当振弦中通一窄脉冲电流

30、后，位于磁场中的弦由于电磁感应，振弦将受到一捶直于磁力线的作用力，从而激发振弦作频率等于其自振频率的周期运动。由于阻尼作用，振弦的自振逐渐减弱，必须补充能量使振弦保持连续振动。双线圈方式的优点是可通过高速计数技术或把频率转换成电压或电流方式在一定范围可进行动态应变测量，另一优点是可以使用通用的频率计和数据记录仪即可读取其它制造商的自动谐振传感器的数据。间歇鼓励法要维持振弦持续振动，不断激发振弦。单线圈方式由于在传感器内的电子部件降低到最低限度，传感器的可靠性及耐恶劣环境性都更好一些，同时，由于只采用一个线圈，传感器的体积可以做得很小。此外，由于单线圈振弦仪器只需两芯电缆，总体费用也更廉价。特点

31、书上找不到，网上查的。6-9采取哪些措施可以提高振弦式传感器灵敏度和线性度？答：为提高灵敏度和线性度，振弦的基频应低、弦应短，材料弹性模量应高。可采用差动式振弦传感器。6-10振弦振动传感器测量电路有何特点？可采用哪些方式进行测量？答：振弦传感器的测量电路是一种频率测量线路。测量方法有直接读取法和比较法；6-11为什么采用循环码盘可以消除二进制码盘的粗大误差？答：循环码为无权码，并且相邻区域只有一位发生变化，所以不易产生粗大误差。6-12简述感应同步器的结构及应用场合，并指出鉴相型与调幅型感应同步其工作原理有何不同？答：P126直线感应同步器由滑尺，定尺组成在标准式、窄式，带式中定尺上由均匀分

32、布连续绕组，而正弦与余弦绕组，交替，均匀，不连续地分布在滑尺上。窄式比标准式狭窄，带式比标准式长，由于精度的考虑，优先使用标准式；在三重式中，定尺和滑尺绕组上均有粗、中、细三组平面绕组。定尺的粗、中绕组相对于位垂直方向倾斜不同的角度，滑尺的粗、中绕组与位移方向平行，而细绕组与标准式相同。三组绕组构成三个独立的电器通道，周期分别为4000mm，200mm，2mm；前三种为增量式，后一种为绝对式，可以记录位置。圆感同步定位器由转子与定子构成绕组排布与直线式类似，也有多重式。P131鉴相型：输入正弦与余弦绕组的鼓励电压，频率与幅值都相同，但相位差为pi/2。根据滑尺与定尺的相对位置不同输出的电压在会

33、产生不同的相位变化，根据这一变化计算相应位移。调幅式：输入的鼓励电压频率和相位都相同，但是幅值的比为Sin(a)/cos(a)。输出波形的幅值与位移有关，据此计算位移。6-13 某感应器同步器采用鉴相型测量电路解算被测位移，当定尺节距为0.8mm，鼓励电压为5sin 1500tV 和5cos1500tV时，定尺上的感应电动势为2*0.01cos(1500t+/5)答：cos(1500t+/5)=sin(1500t-3pi/10) 3/10/2*w=0.8*3/20=0.12mmSo(0.12+n*0.8)mm (int n)8-1：答：1在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，那

34、么在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差，这种现象称为霍尔效应。2应该选用半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。3应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择元件的尺寸。8-21不等位电动势U0产生原因由于制造工艺不可能保证将两个霍尔电极对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上;霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不均匀或控制电流极接触不良都将使等位面歪斜，致使两霍尔电极不在同一等位面上而产生不等位电动势。2不等位电动势U0补偿方法工艺上采取措施降低U0，采用补偿电路加以补偿。3为

35、了减小温度误差，除选用温度系数较小的材料如砷化铟外，还可以采用适当的补偿电路。8-3霍尔压力传感器是怎样工作的？说明其转换原理。答：霍尔压力传感器的压力敏感元件弹簧管一端固定，另一端安装霍尔元件。当输入压力增加时，弹簧管伸长，使处于恒定磁场中的霍尔元件产生相应位移，霍尔元件的输出即可反映被测压力的大小。8-4解: 8-5磁敏二极管、三极管根本原理有何区别？磁敏二三极管可以测量哪些参数？答：磁敏二极管的结构是P-I-N型，在本征导电高纯度锗的两端，用合金法制成P区和N区，并在本征区I区的一侧面上设置高复合r区，而r区相对的另一侧面保持为光滑的无复合外表。随着磁场方向及强度的变化，流经I区的电子和

36、空穴在I区的复合程度也随之变化，从而改变了二极管的电流、电阻等特性。NPN型磁敏三极管是在弱P型近本征半导体上用合金法或扩散法形成三个结，即发射结、基极结、集电结。在长基区的侧面制成一个复合速度很高的复合区r。随着磁场方向及强度的变化，由于洛伦兹力作用，载流子运动方向偏转，从而使集电极电流变化。在非电量测量技术领域中，可以测量位移、压力、流量等，也可用于测量恒定和交变磁场强度，交、直流的电流电压，此外，磁敏三极管适合于检测微弱磁场的变化，如漏磁探伤仪等。8-6：答：a.互补式：除可进行温度补偿外，还能提高磁灵敏度。 在同样磁场作用下使用互补和使用单管相比，可使输出电压变化量增大，磁电特性显著改

37、善。 b.差分式：温度补偿和提高灵敏度。 假设输出电压不对称，可适当调整R1和R2，输出特性即可改善。 c.全桥式：工作点取于小电流区，且不宜使用具有负阻特性的管子。四只管子的特性须完全一致。8-71 光电效应分为：外光电效应和内光电效应2外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体外表向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件：光电管和光电倍增管3内光电效应：当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为：光电导效应和光生伏特效应8-8何谓光电池的开路电压及短路电

38、流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式？答：光电池的开路电压即光生电动势，将光电池的外电路断开即可测得。光电池的短路电流，指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的时，流过外接负载的电流。开路电压与照度为非线性关系，而短路电流与照度成线性关系，且受光面积越大，短路电流也越大，所以作为检测元件时要采用短路电流输出形式。8-9答：应采用硅材料制作的光电池，光敏二极管或者光敏三极管。 因为光电池的光谱特性取决与材料，而在0.8-0.9um的光源照射下，正好处在硅光电池的峰值波长0.85um附近，此时他的光谱特性最好。 同样，硅材料的光敏二极管和光敏三极管在0.8-0.9um波长的光源下显示出较好

39、的光谱特性。8-10答：金属氧化物半导体MOS电容电荷耦合器件CCD是由按照一定规律排列的MOS电容阵列组成的。其中金属为MOS结构上的电极，称为“栅极。半导体作为底电极，俗称“衬底。两电极之间夹一层绝缘体，构成电容。所以CCD是一种集成化传感器。MOS管的开启电压是指半导体外表积累的电子浓度等于体内空穴浓度时的栅压。如时钟脉冲低电平不大于开启电压，那么无法有效形成势阱。8-11：答：CCD图像传感器是利用 的CCD的光电转移和电荷转移的双重功能。当一定波长的入射光照射CCD时，假设CCD电极下形成势阱，那么光生少数载流子就积聚到势阱中，其数目与光照时间和光强度成正比。使用时钟控制将CCD的每

40、一位下的光生电荷依次转移出来，分别从同一输出电路上检测出，那么可以得到幅度与各光生电荷成比的电脉冲序列，从而将照射在CCD上的光学图像转移成典型号“图像。传感器输出信号为模拟信号。8-12光电器件光电管：利用光的光电效应制造成的装置，主要用于各种自动控制装置。光电倍增管：是光子技术器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。光敏电阻：利用半导体材料对光的敏感性造成的装置，

41、当无光照射时其电阻较大，当光照射时其电阻较小。当电源电压一定时，电阻变化就会引起电流变化。光敏电阻积较小，价格低，所以应用很广泛。光敏二极管和光敏晶体管光电池：可作为光电探测器，属于太阳能利用领域8-13气体传感器按其功能可分为几种类型？答：气体传感器按其功能可分为检测、报警、监控等几种类型。8-14答：气体传感器的气敏元件都需要在一定的温度下才能正常工作。接触燃烧室传感器的气敏元件需要一定的温度才能发生氧化反响。半导体气体传感器和氧化锆气体传感器的气敏元件也都需要一定的温度才能与检测气体发生相应的物理化学反响，从而完成检测任务。因此需要在检测电路中附加加热器。8-15答：当环境温度降低时，那么负温度热敏电阻R5的阻值增大，使相应的输出电压得到补偿。8-16：答：1分类：二极管湿敏器件和MOSFET湿度敏感器件等。2陶瓷湿敏传感器吸湿快(10s左右)，而脱湿要慢许多，从而产生滞后现象，称为湿滞。当吸附的水分子不能全部脱出时