传感器分析与简答题

2、（8分）分析如下电路当有强光照时输出高电平还是低电平：A．B.A:高电平B：低电平3、（6分）请分别在下图适当位置标出石英晶体在受到图示箭头方向作用力时所产生电荷的极性。（X轴为电轴，Y轴为机械轴）1．检测系统由传感器、测量电路、显示记录装置组成。传感器以一定精度把被测量转换为与之有对应关系的便于测量处理的物理量。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成一定功率的易于测量的电压或电流信号。显示记录装置的作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。2．热电偶补偿导线不仅可节约大量贵金属，减少热电偶回路的电阻，且便于敷设安装。选择应用应用中注意：1）两根补偿导线与热电偶两热极接点必须同温度。2）各补偿导线要与相应热电偶配用，必须在规定温度范围使用，极性正确。3．热电阻电阻温度系数大，在测温范围内具有稳定的物理化学性质，测温线路采用三线制电桥电路，以减小引线电阻受环境温度的影响。热敏电阻灵敏度高、热惯性小、体积小、使用方便，易于实现远距离测量，但热电特性非线性、互换性较差，使用普通电桥电路。热电偶传感器结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小，测量量不需要外加电源，常用测量电路有串联和并联线路。4．（1）压电效应：是指某些压电材料沿一定方向受到外力作用而发生机械变形时，在其表面产生相应电荷，当外力去掉后，电荷也消失的现象。压电传感器利用压电效应可以检测动态力变化、振动、血压、超声变化等。（2）压阻效应：是指某些半导体材料在受到外力作用变形时电阻率发生变化从而引起电阻变化的现象。压阻式传感器利用该效应可测量压力、力、位移等，半导体式应变片利用该效应可测量应变、应力、力、加速度等。1、(6分)何谓传感器？1．将被测非电量转换为便于处理的与之有对应关系的电量的器件2、(6分)简述相敏检波器的作用。将交流检测信号转换为直流检测信号3、(6分)简述金属热电阻采用三线制电桥的原因。热电阻自身阻值变化不大，其引线电阻对输出有较大影响，为使其引线在相邻桥臂采用三线制电桥减小引线电阻影响4、(8分)试设计一个转速测量装置或电子秤并简要说明其原理（只需选择设计一个）。用应变片、悬臂梁、放大器、数字电压表、直流稳压源构成电子秤5、（8分）试简述热电偶补偿导线的作用及使用注意事项。补偿导线可将热电偶冷端拉远，是冷端远离被测物体便于冷端温度恒定。使用时注意在规定的温度范围内使用、与热电偶的热点极相匹配、与热电极的两接点温度要相同。二、分析题（8分）试证明以下电路是否有温度补偿作用。已知初始电桥四臂阻值等,R1,R2,R3为相同型号的应变片,R4为固定电阻。R1,R2,R3如图粘贴在同一实心轴上。答案要点：有部分温度补偿作用1、（6分）简述光电传感器检测电路中常用的光源答案要点：（1）发光二极管（2）钨丝灯泡（3）电弧灯和石英灯（4）激光2、（6分）简述压电传感器前置放大器的作用和种类。答案要点：1、将微弱信号放大2、阻抗匹配电压放大器，电荷放大器3、（6分）简述涡流效应答案要点：利用金属导体在交流磁场中的涡电流效应。如图所示，金属板置于一只线圈的附近，它们之间相互的间距为为δ当线圈输入一交变电流i时，便产生交变磁通量Φ金属板在此交变磁场中会产生感应电流i1，这种电流在金属体内是闭合的，所以称之为“涡电流”或“涡流”。4、（6分）简述光敏电阻暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、光电流的概念答案要点：光敏电阻在不受光照射时的阻值称“暗电阻”，或暗阻，此时流过的电流称“暗电流”；光敏电阻在受光照射时的阻值称“亮电阻”或称亮阻，此时的电流称“亮电流”。而亮电流与暗电流之差即为“光电流”。5．（6分）简述光电效应的分类以及所对应的光电元件答案要点：1、内光电效应光电管1、外光电效应光敏二极管2、光生伏特效应光电池三、分析题（25%）1、⑴请为以下器件选择最基于其原理典型应用（要求一一对应）。⑵以下应用各基于什么效应（只须写出效应名称）。（9分）应变片оо测温热电偶оо测较弱磁场强度压电式传感器оо测动态压力大小涡流传感器оо光控开关霍耳传感器оо测形变大小光敏电阻оо金属探伤应变片：应变效应热电偶：热电效应压电式传感器：压电效应涡流传感器：涡流效应霍耳传感器：霍耳效应光敏电阻：内光电效应2、如图热电阻测温电路（Rt为测温热电阻、R1＇、R2＇、R3＇为热电阻的引线电阻），试回答以下问题（8分）（1）此电路称为什么电路？（2）该电路有什么作用(特点)？答：（1）此电路称为三线制电桥电路（2）由于引线分别处与相邻桥臂该电路能消除引线电阻对输出的影响3、（8分）试设计一个转速测量装置或电子秤并简要说明其原理（只需选择设计一个）。答：利用光电式传感器，在转盘上打孔，将发光管和感光管分别安装在对应的两侧，在转盘转动时，感光管的感光明暗变化，若输出电信号变化频率为f，转盘上的孔数为z则转速为n=60f/z.电子秤用悬臂梁、应变片、直流稳压源、线性放大器、数字电压表构成，梁受压引起贴在梁上的应变片阻值变化，应变片与稳压源构成可调零的四臂全桥，电桥输出电压随称重物体的质量发生线性变化。通过调节电桥的调零电位器和放大器的增益，最终在电压表上显示质量。1、说出对检测系统而言，系统误差、随机误差、精密度、正确度、精确度之间的关系。（4分）系统误差与随机误差一般同时存在，系统误差反映正确度，随机误差反映精密度，精确度为精密度和正确度的综合反映。2、热电阻测温电路接线有何特点？为什么？（4分）三导线1/4电桥热电阻的两根引线的电阻被分配在两相邻的桥臂中，由环境温度变化引起电阻值变化所造成的误差被相互抵消。3、简述热电偶的中间导体定律，有何实用价值？（3分）热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势保持不变。为接入测量仪表提供了依据。4、何为光敏晶体管的光谱特性？如何根据光电元件选择合适的光源？（5分）在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化。若光敏晶体管受某一波长的光照射时，相当灵敏度最大。当波长增大，则频率减小，光子能量减小，不足以激发电子-空穴对，相对灵敏度下降；当波长减小，则频率增大，光波穿透能力减小，只在表面激发电子-空穴对，相对灵敏度也下1、（6分）简述检测系统的组成传感器测量电路显示记录装置2、（6分）简述压电传感器前置放大器的作用和种类。答案要点：1、将微弱信号放大2、阻抗匹配3、电压放大器4、电荷放大器3、（6分）简述传感器采用差动式结构的优点。答案要点：1、减少非线性误差2、增大灵敏度4、（6分）简述压电元件所应具备的性能答案要点：1、转换性能2、电性能3、机械性能4、温度湿度稳定性能5、时间稳定性能5．（6分）简述光电效应的分类以及所对应的光电元件答案要点：1、内光电效应光电管5、外光电效应光敏二极管6、光生伏特效应光电池1．检测系统由哪几部分组成？说明各部分的作用。1．检测系统由传感器、测量电路、显示记录装置组成。传感器以一定精度把被测量转换为与之有对应关系的便于测量处理的物理量。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成一定功率的易于测量的电压或电流信号。显示记录装置的作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。2．电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？．电涡流式传感器的灵敏度主要受被测物体的材料、形状和尺寸等因素影响。一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。为充分利用电涡流效应，平板型被测体的半径应大于线圈半径的1.8倍，圆柱体被测物直径为线圈直径的3.5倍以上。电涡流式传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干扰能力强，特别是有非接触测量的优点。3．压电式传感器测量电路的作用是什么？其核心是解决什么问题？．压电式传感器测量电路的作用是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；把传感器的微弱信号放大。其核心是解决放大器的灵敏度与电缆电容无关的问题。4.什么是霍尔效应？试说明霍尔传感器的应用范围和特点。在置于磁场中的导体或半导体通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。霍尔传感器利用磁场比例特性、电流比例特性和乘法作用，可以测量磁场及与之有关的电量和非电量。如位移、角度、压力、角速度、乘方器等。霍尔传感器结构简单、体积小、频率响应宽、动态范围（输出电势的变化）大、可靠性高、易于微型化和集成电路化。但信号转换效率低、温度影响大，使用于要求转换精度高的场合必须进行温度补偿。6．试比较热电阻、热敏电阻及热电偶三种测温传感器的特点及对测量电路的要求。．热电阻电阻温度系数大，在测温范围内具有稳定的物理化学性质，测温线路采用三线制电桥电路，以减小引线电阻受环境温度的影响。热敏电阻灵敏度高、热惯性小、体积小、使用方便，易于实现远距离测量，但热电特性非线性、互换性较差，使用普通电桥电路。热电偶传感器结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小，测量量不需要外加电源，常用测量电路有串联和并联线路。1、（6分）简述检测系统的组成答案要点：传感器测量电路显示记录装置2、（6分）简述压电传感器前置放大器的作用和种类。答案要点：1、将微弱信号放大2、阻抗匹配7、电压放大器8、电荷放大器3、（6分）简述传感器采用差动式结构的优点。答案要点：1、减少非线性误差2、增大灵敏度4、（6分）简述压电元件所应具备的性能答案要点：1、转换性能6、电性能7、机械性能8、温度湿度稳定性能9、时间稳定性能5．（6分）简述光电效应的分类以及所对应的光电元件答案要点：1、内光电效应光电管9、外光电效应光敏二极管10、光生伏特效应光电池1、简述对检测系统而言，系统误差、随机误差的含义，以及精密度、正确度、精确度各反映那个误差。（5分）答案要点：系统误差是按某种一知的函数规律变化而产生的误差。由正确度体现；随机误差又称偶然误差，他是由未知变化规律产生的误差，由精密度体现；精确度是两者综合反映2、简述霍尔效应答案要点：金属或半导体薄片两端通以控制电流，在与薄片方向上施加磁感应强度为的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势，的大小正比于控制电流和磁感应强度，这一现象称为霍尔效应，3、简述零点残余电动势的概念、及消除方法答案要点：差动变压器的两组二次线圈反向串连，因此，当铁心处在中央位置时，输出信号应为零；但由于线圈非对称性等因素，当铁心处在中央位置时，输出信号应不为零而是一个很小的电压U0,该电压称为零点残余电压。补偿电路分为：电阻补偿、电容补偿和阻容补偿。4、简述热电偶均质导体定律答案要点：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积，长度以及温度分布如何均不产生热电动势。如果热电偶的两根热电极由两种均质导体组成，那么，热电偶的热电动势仅与两接点的温度有关，与热电偶的温度分布无关；5．简述涡流传感器的主要用途和优点答案要点：涡流式电感传感器主要用于位移、振动、转速、距离、厚度等参数测量，它可实现非线性测量。优点是：不受金属表面涂层、油、水等介质的影响；可实现非接触式测量；反应快三、分析题（15%）1、答案要点：光辐射能源本身是被测物由被测物发出的光通量到达电元件上。这种形式的光电传感器可用于光电比色高温计中，它的光通量的强度和光谱的强度分布都是被测温度的函数。2、如图热电阻测温电路（Rt为测温热电阻、R1＇、R2＇、R3＇为热电阻的引线电阻），试回答以下问题（6分）（1）此电路称为什么电路？（2）该电路有什么作用(特点)？答案要点：三导线四分之一电路消除引线电容对测量的影响2、热电阻测温电路接线有何特点？为什么？（4分）3、简述压电传感器前置放大器的作用和种类。（3分）4、何为光敏晶体管的光谱特性？不同光谱特性的光敏元件对光源有何不同要求？（5分）5、简述光电效应的分类以及所对应的光电元件（4分）三导线1/4电桥热电阻的两根引线的电阻被分配在两相邻的桥臂中，由环境温度变化引起电阻值变化所造成的误差被相互抵消。3、答案要点：1、将微弱信号放大2、阻抗匹配电压放大器电荷放大器4、在入射光照度一定时，光敏晶体管的相对灵敏度随光波波长的变化而变化。应根据光谱特性选择相对灵敏度最高时的峰值波长的光作为光源以得到最高的灵敏度。5、答案要点：1、内光电效应光电管；2、外光电效应光敏二极管；3、光生伏特效应光电池6、何谓传感器？其在检测系统中所处的地位如何？（4分）传感器是把被测量变换为另一种与之有确定对应关系的，便于测量的的量的装置。它为整个检测系统中最重要的环节。3、简述光电效应的分类以及所对应的光电元件。（5分）答案要点：1内光电效应光电管外光电效应光敏二极管光生伏特效应光电池4、简述热电偶的参考电极定律，有何实用价值？（5分）答案要点：两种导体A,B分别与参考电极C(或称标准电极)组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得由此可见，只要知道两种导体分别与参考电极组成热电偶