传感器原理及应用 （于彤第4版）单元测验试题及答案 1-传感器概念-17 大作业2-传感器新技术综述

单元测验1

1传感器有哪些作用？举出3种以上的传感器分类方法。

2简述传感器在航空技术中的应用。

3从功能上说，传感器由哪儿部分组成?

4怎样理解“系统的自动化程度越高，对传感器的依赖性就越强”？举例说

明你的观点。

5搜索资料后思考和讨论：在民用航空技术的某具体领域（如民航飞机的起

落架上），使用了什么功能的传感器？

6机电一体化系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？举出一个实例与

之对应。

单元测验1答案

1传感器有哪些作用？举出3种以上的传感器分类方法。

传感器作用一是将被测量转换成电学量以供仪表显示，二是将被测量反馈至

控制器完成自动控制。传感器可以按照原理、被测量、输出信号类型等进行分

类。

传感器把代表机械本体的工作状态、生产过程等工业参数转换成电量，从而

便于采用控制装置使控制对象按给定的规律变化，推动执行机构适时地调整机

械本体的各种工业参数，使机械本体处于自动运行状态，并实行自动监视和自

动保护。传感器是机械本体与控制装置的“纽带”和“桥梁”。

2简述传感器在航空技术中的应用。

随着飞机和发动机性能的提高和安全性增大，需要传感器检测的参数也越来

越多。大型飞机使用的传感器在一百种以上，传感器数量在几千甚至上万个。

机载传感器按功能分类可以分为：飞行状态、飞行姿态信息及其操纵系统工作

参数传感器；导航、定位参数传感器；动力装置及燃油滑油参数传感器；用于

液压系统、电气系统、环控系统、起落架系统、救生系统、安全与防护系统等

工作参数传感器。

3从功能上说，传感器由哪几部分组成？

典型的传感器由敏感元件、转换元件、处理电路、电源等部分组成。

4怎样理解“系统的自动化程度越高，对传感器的依赖性就越强”？举例说

明你的观点。

在自动控制领域中，只有准确的检测才能有精确的控制。

5搜索资料后思考和讨论：在民用航空技术的某具体领域（如民航飞机的起

落架上），使用了什么功能的传感器？

1）倾角传感器测量飞机飞行角度

2）压力传感器保证大气数据精准

3）高度传感器测量飞机飞行高度

4）无人机上的主要传感器

6机电一体化系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？举出一个实例与

之对应。

传感器通常由敏感元件、传感元件和测量转换电路组成，如图1-8所示，

其中，敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分，传感元件（也称转换

元件）指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的信号部分。由于

传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为

容易传输、处理、记录和显示的形式，这一部分称为测量转换电路。

单元测验2

1传感器的主要静态特性有哪些？有哪些特性指标？

2什么是测量？测量有哪些方法？

3汽车发电机能够在汽车运行时，通过传动机构将发动机的动能转换为电

能，它是一个传感器吗？为什么？

单元测验2

1.传感器的主要静态特性有哪些？有哪些特性指标？

（1）线性度：传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

（2）灵敏度（S）指传感器在稳态工作情况卜，传感器输出量增量Ay与被

测量增量盘的比值，即S=Ay/Ar。

（3）分辨力指传感器在规定测量范围内检测被测量的最小变化量的能

力。

（4）迟滞指传感器的正向特性与反向特性的不一致程度。

2.什么是测量？测量有哪些方法？

为获得被测量的值而进行的操作称为测量。测量的过程就是将被测量与标

准量进行比较，从而确定被测量对标准量的倍数。

按测量操作的方法分为两类：直接测量和间接测量。

按照获取被测数据的方法可分为偏差式测量、零位式测量和微差式测量.

3.汽车发电机能够在汽车运行时，通过传动机构将发动机的动能转换为电

能，它是一个传感器吗？为什么？

汽车发电机不是传感器。根据传感器的含义，以测量为目的的转换装置才

能称为传感器，即传感器的输出量与被测量有严格的对应（函数）关系。

阶段测验3

1什么是测量？测量有哪些方法？

2什么是系统误差？系统误差有哪些检验方法？如何减小或消除系统误差?

3随机误差的产生原因和特点是什么？如何减小随机误差对测量结果的影

响？

4用一台0.5级、测量范围是0〜1000C的测温仪表，检测500℃的温度，

求仪表将会引起的最大绝对误差和相对误差。

5有三台测温仪表量程均为600C,精度等级分别为1.5级、2.0级和2.5

级，现要测量500℃的温度，允许的相对误差不超过2.5%,计算说明应选用哪

台仪表（从精度和经济性综合考虑）？

6从误差的出现规律考虑，分析图1.7所示弹击点图中各存在哪种误差？

7现有精度0.5级的300V和精度1.0级、0100V的两只电压表，要测量

80V的电压，选用哪个电压表较好？为什么？

8什么是随机误差？随机误差有什么特征？随机误差产生的原因是什么？

阶段测验3参考答案

1什么是测量？测量有哪些方法？

将被测量与标准量进行比较，从而得出被测量的数值的过程称为测量。测

量方法有直接法、间接法、比较法、微差法等。

2什么是系统误差？系统误差有哪些检验方法？如何减小或消除系统误差？

系统误差是指误差的数值及符号都保持不变、或在条件改变时误差按某一确

定规律变化的一类误差。改进测量设备或引入修正值

3随机误差的产生原因和特点是什么？如何减小随机误差对测量结果的影

响？

由于偶然因素的影响而引起的，在同一条件下多次测量同一量时，误差的

绝对值和符号随机变化。它的特点是随机性，没有一定规律，时大时小，时正

时负，不能预定。由于随机误差具有偶然的性质，不能预先知道，因而也就无

法从测量过程中予以修正或把它消除。但是随机误差在多次重复测量中服从统

计规律，在一定条件下，可以用增加测量次数的方法加以控制C

4用一台0.5级、测量范围是。〜1000C的测温仪表，检测500c的温度，

求仪表将会引起的最大绝对误差和相对误差。

I8.1=1000*0.5%=5℃.

YF[5/500]*100%=1%

5有三台测温仪表量程均为600℃,精度等级分别为L5级、2.0级和2.5

级，现要测量500C的温度，允许的相对误差不超过2.5%,计算说明应选用哪

台仪表（从精度和经济性综合考虑）？

仪表允许的最大绝对误差6』=500*2.5%=12.5℃

1.5级：16ml=600*1.5%=4℃

2.0级：I6ml=600*2%=12℃

2.5级：16」二600*2.5%=15照

应选2.0级仪表。

6从误差的出现规律考虑，分析图L7所示弹击点图中各存在哪种误差？

A-系统误差,3-随机误差,C-疏

失误差

7现有精度0・5级的0~300V和精度1.0级、O^IOOV的两只电压表，要测量

80V的电压，选用哪个电压表较好？为什么？

估算各仪表的误差：

0.5级：13ml=300*0.5%=1.5V

1.0级：13ml=100*1%=1V

看见应选择1.0级、0~100V的电压表。

8什么是随机误差？随机误差有什么特征？随机误差产生的原因是什么？

随机误差是由偶然因素弓起的、其大小和符号随机变化的误差。其特点是

随机性。由于随机误差具有偶然的性质，不能预先知道，因而也就无法从测量

过程中予以修正或把它消除。但是随机误差在多次重复测量中服从统计规律，

在一定条件下，可以用增加测量次数的方法加以控制。

阶段测验4

1与金属热电阻相比，热敏电阻有哪些特点？

2热敏电阻按温度特性分为哪几种？各有什么特点？

3热敏电阻测温电路中，如果电路的电流过大，会有什么后果？为什么？

4为什么热电阻测温电路采用三线制接法？

5热敏电阻测温是否需要采用三线制接法？为什么？

6什么是热电效应？热电偶与热电阻相比较，各有什么特点？

7使用热电偶测温时，为什么需要冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？

8分别说明常用的钳热电阻和铜热电阻的测温范围及特点？

9.热电偶为什么需要进行冷端温度补偿？常用的补偿方法有哪些？

10.用K型热电偶的测温范围是多少？若参考端温度为0℃,工作端为

40℃,求K型热电偶所产生的热电动势？

11己知K型热电偶热端温度为800C,冷端温度为30℃,求热电偶的热电动

势。

12用S型热电偶测量温度，已知冷端温度为20℃,测得热电动势为

11.71mV,求被测温度。

13用K型热电偶测量某炉温，已知冷端温度为30C,测得热电动势为

37.724mV,求被测炉温。

阶段测验4参考答案

1:与金属热电阻相比，热敏电阻的温度系数很高(灵敏度高)、具有非线性特

性，一般用于温度控制而不用于测量温度。

2：热敏电阻分为负温度系数和正温度系数两大类，它们分别具有负的和正的电

阻温度特性。

3：热敏电阻测温电路中电流过大时，会由于电流热效应使传感器发热，造成测

温误差。

4：电路电流过大会使热敏电阻本身发热升温，使其阻值下降

而产生附加的测温误差.

5：查分度表CT(P.235)得R(50)=Q；R(100)=Q.

7：热敏电阻测温无需采用三线制.因为热敏电阻的灵敏度比热电阻大得多

,接线电阻的影响可忽略.

8：①两种不同金属构成闭合回路，当两个接点温度T和To有

差异时，回路中产生正比于温差(T—To)的热电动势E(T,To).

材料结构(核心元件)工作机理零上使用范围

热电偶两种金属组成的热电极热电效应、中间温度定律约1800℃

热电阻温度系数较大的金属丝金属的(正)温度特性约200〜800C

热敏电阻半导体陶瓷烧结体半导体的温度敏感性约300〜400℃

9：①热电偶使用中要求冷端处于0℃环境，但工程现场的

冷端一般不是0℃(并且是变化的)，为能使用分度表，就需要将

冷端等效(补偿)至()℃.

②常用补偿方法：冰浴(冷端恒温)法、计算法、仪表机械零点

调整法、自动补偿(补偿器)法.

10：①查分度表(P.234)知测温范围约是二^℃.

②查分度表(P.234)得E(40,0)=—mV

11：VE(800,0)=E(800,30)+E(30,0).

・・・E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=-_二mV.

所求热电动势为mV.

12：由E(T,0)=E(T,20)+E(20,0)

得E(T,0)=11.71-0.113=11.823mV,再查分度表得

1190℃

13：由E(T,0)=E(T,30)-E(30,0)

得E(T,0)=37.724+1.203=38.927mV,再查分度表得

综合测验

1.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.Omm时，位移测量仪的输出

电压由3.5V减至2.5V,求该仪器的灵敏度。（4'）

2.解答的电阻问题：（1）用的电阻PtlOO测量南极某地温度，在计算时错用

了Cu50的分度表查得温度为140℃,问实际温度是多少？（2）分析图示热线

式气体流量计的测量原理，说明其适用范围。电路图中热线R和R为钳丝。

（共10'）

3.用K型热电偶测量某高炉的温度，已知参考端温度为20℃,测得参考端电

压值为32.068mv,回答以下问题：（共22'）

（1）解释热电偶的测温原理。

（2）计算高炉温度。

（3）解释热电偶冷端温度补偿的意义和方法。

（4）估算K型热电偶的灵敏度。

（5）估算K型热电偶在0〜100C范围内的线性度。

4.传感器的静态参数有哪几种？分别描述定义。（6'）

5.画框图说明热电阻测温系统（仪表）有哪几部分组成，各部分的作用是什

么。（共10'）

6.为什么热电阻的应用一般使用三线制？热敏电阻为什么不需要三线制？（共

12'）

7.比较热敏电阻、热电阻和热电偶三种温度传感器的材料结构、工作原理、使

用特点的异同。（9'）

8.某仪表精度为0.5级（0.5%F-S）,测量范围0~100mA,

（1）求该表正常使用时可能出现的最大误差鼠（以mA计）。

（2）当仪表使用在湖量程的4/5和1/5时，分别计算可能产生的满度相对误

差。

（3）根据计算结果可得出什么结论？（共12'）

9.列举三种常用的测温元件，说明它们的基本特性。（9’）

10.分析图2-58简易高温报警电路的工作原理。（6'）

综合测验答案

1.S=[2.5-3.5]/[5.0-4.5]=-2V/mm

2.-50℃；R构成单臂电桥回路的一部分。气体流过电热丝探头时会使探头冷

却，其冷却呈度与气体的流速成正比，则电热丝出现电阻的变化，电阻变化量

与气体流速成正比，通过电桥作用转换成电压的变化。

3.（1）依据热电效应，两种不同导体构成闭合回路，当两接点温度不同时，回

路中将产生与温差成正比的电动势。固定冷端温度，则根据热电动势即可求取

热端温度值。

(2)查表得E(20,0)=0.798mV计算：E(T,0)=E(T,20)+

E(20,0)=(32.086+0.798)mV=32.042mV,再反杳分度表，可得被测温度为

790℃

（3）实际的冷端不为零度且随环境而变化，需要采取补偿措施才能查取分度

表。方法有：冰浴法、计算法、仪表调整法、电桥法；

⑷根据定义，灵敏度约为S二A/△*二[4,095-0]/[100-0]^0.04mV/℃；

4.静态参数有：灵敏度、分辨力、线性度、迟滞等。

5.热电阻测温系统（仪表）由热电阻传感器、变送器和检测仪表构成。

6.热敏电阻不需要三线制是因为它的温度系数很高，灵敏度足够大。

7.

材料结构温度特性灵敏度线性度测温范围

热电阻金属丝正系数低线性大

半导体烧较小

热敏电阻负系数高非线性

结

热电偶两种导体正系数适中线性大

8.(1)6产100*0.5即0.5mA(3').

(2)—=[0.5/(100*4/5)]*100%=0.625%(3‘).y2=[0.5/

(100*1/5)]*100%=2.5%(3,).

(3)量程使用较充分时误差较小(3’)

单元测验6

一、单选题

1、关于电子秤传感器系统，下面说法错误的是：

2、测力传感器需要将电阻应变片贴在什么元件上：

3、电桥电路的作用是将传感器信号转换为：

4、测力应变电桥中，四臂工作方式的灵敏度是单臂工作方式的()倍:

二、简答题

1、什么是电阻应变效应？

2、在电子秤中，应变片为什么要进行温度补偿？

3、弹性敏感元件的作用是什么？常见的弹性敏感元件有什么形式？

三、论述题

1、分析图示结构测量大气压的原理。

卜壳体2上盖3-膜片

4、5-应变片6-垫片

6应变传感器-单元测验答案

一、单选题

1、正确答案：C

2、正确答案：B

3、正确答案：A

4、正确答案：D

二、简答题

1、导体或半导体受外力变形时，其电阻值发生变化，且电阻变化率正比于材料

的应变量。

2、要点：温度变化会使应变片产生附加的电阻误差。

3、要点：1作用是将力转换成形变量。2柱、环、梁、膜...

三、论述题

1、大气压力作用于膜片3使其变形，使应变片4、5发生形变，变换为电阻

值，经处理电路（电桥）变换为电压输出。

单元测验7

一、填空题

1、常见压电材料有、、等三种。

2、根据压电效应的特点，压电传感器仅适用于力的测量，而

不适合于力的检测。

二、简答题

1、什么是压电效应？以石英晶体为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的。

2、为什么说压电式传感器只适用于动态不，测量而不能用于静态测量？

3、压电传感器的输出信号的恃点是什么？它对放大器有什么要求？

三、论述题

描述图示压电式加速度传感器的工作原理。

1—基座2—电极3—压电晶片4—质量块5—压簧6—壳体

单元测验7-答案

一、填空题

1、

第1空:单晶体

第2空:多晶体

第3空:高分子压电材料

2、

第1空:动态

第2空:静态

二、简答题

1、晶体材料受外力作用产生形变时，其内部发生极化而在其表面出现电荷。

晶体受外力变形时，分子晶格扭曲，内部正负电荷的分布中心发生分离，宏观

上即出现极化现象。

2、压电效应所产生的极化电荷，会瞬间中和而不能静态存在。

3、极化电荷往往很少，体现于信号电压及其微弱。需要高输入阻抗放大器。

三、论述题

压电式加速度传感器的结构图，它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、

基座及外壳组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定c当加速度传感器

和被测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，F=ma式中：F——质量块产生的

惯性力；m---质量块的质量；a加速度。

此惯性力尸作用于压电元件上，因而产生电荷q,当传感器选定后，机为常数，则传

感器输出电荷为

错误!未找到引用源。

单元测验8

1画图说明液位的测量方法有哪些？

2简述图示超声波液位计的工作原理，并解释图中反射小板为什么可以消除

温度带来的测量误差？

V7////^7//7///

单元测验8答案

1.液位的测量方法有电容法、压力（差压）法、超声波法等C

口压力

_______口传感器

2.超声波液位计原理为超声测距。超声波探头测量液位时，在液罐上方安装空

气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得液体的液

面。附加反射小板，其作用是消除波速随温度的变化而造成的测量误差。

单元测验9

一、判断题

1、红外线的频率高于可见光的频率。

2、农业育苗温室大棚利用了红外线的热效应。

3、超声波是指频率高于1MHz的机械波。

4、红外线与超声波的频段没有严格界限，所以电视机遥控器常称为红外遥控或

超声波遥控。

5、热释电红外传感器常用于公共设施安防报警。

二、简答题

1、什么是热释电效应？简述热释电传感器的工作原理。

2、简述红外测温原理及红外测温仪主要结构。

三、论述题

1、观察你的日常生活环境，衣到一个利用热释电的设施（照明或其他控制、测

温、安防等），详述其工作原理和特点。并可根据其缺点进行改进论证。

2、图示为超声波流量测量原理，设超声波在静止流体中传播速度为c,①简要

分析原理；②求流体的流速v；③求管道流体的体积流量Q。

单元测验9答案

一、判断题

1、错误

2、正确

3、错误

4、正确

5、正确

二、简答题

1、

1）热释电效应：温度变化引起热释电晶体正负电荷中心发生位移，自发极

化强度和面束缚电荷发生变化，两个端面之间出现电压变化

2）工作原理：其自发极化强度随温度变化而变化导致面束缚电荷发生变

化，温度达到一定值时自发极化变为0,释放一部分电荷

2、

自然界中，一切温度高于零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射

能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布一一与它的表面温度有着

十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地

测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础C

红外测温由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等

部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪

的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信

号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内部的算法和目标发射率

校正后转变为被测目标的温度值。

三、论述题

1、人体热释电感应开关，检测到移动的人后，打开灯，延时后关灯，若在

关灯前再次检测到人体移动便会从头开始延时关灯；但它有个固有缺点，即它

只能感应移动的人体信号，一旦人静止，它就感应不到了。如何能克服掉这个

缺点？

目标：只要有人存在，不管是否移动，灯一直亮，一旦无人，再延时关

灯；

2、在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头

（F,,3）、（F2,T2）,其中（F”T,）的超声波是顺流传播的，而（Fz,T2）

的超声波是逆流传播的。根据这两束波在流体中传播的速度不同，采用测量两

个接收探头上超声波传播的时间差、相位差和频率差等方法可测出流体的平均

流速，进而推算出流量。

时间差法

设超声波传播方向与流体流动方向的夹角为a,流体在管道内的平均流速

为「超声波在静止流体中的声速为C,管道的内径为九超声波由反射探头件

至接收探头”的绝对传播速度为片=c+vcosa,超声波由反射探头F2至接收探

头丁2的绝对传播速度为％=c-vcosao超声波顺流与逆流传播的时间差为：

J/sinaJ/sina2dvetsa

△，=f2Tl~=~3-

c-vcosac+vcosac-v~cos~a

因为所以

AAr«——ctget

c

2

则v=—tga^t(1)

2d

体积流量约为n^ddtgabt(2)

由式(1)与式(2)可矢L流速口及流量%均与时间差4成正比，而时间

差的测量可用标准脉冲记数器来实现。上述方法被称作时间差法。在这种方法

中，流量与声速c有关，而声速一般随介质的温度变化而变化，因此，将造成

温度漂移。如果采用下述的频率差测量法测量流量，则可以克服温度的影响。

单元测验10

一、简答题

1、生产线上的接近开关一般有哪几种类型？简述各类型的特点。

2、四线式接近开关与三线式的区别是什么？

3、举出可以用霍尔传感器来检测的物理量。

二、论述题

1、查询资料完成一篇不少于200字的短文，描述霍尔开关和干簧管两种传感器

的异同。

2、描述电感接近开关和电容接近开关的异同。

单元测验10答案

一、简答题

1、接近开关一般有电感电容式、涡流式、霍尔式、光电式、超声波式、热释

电式、微波式等。电感电容式可以检测几乎所有•物体，涡流式常用于流水线计

数或测厚，光电式使用灵活，霍尔式主要对磁场敏感，超声波、热释电等形式

用于广技。

2、与三线制接近开关相比，四线制接近开关增加了一个触点，即含有常开和常

闭两种触点。

3、可以用霍尔传感器来检测的物理量有：位置、转速、速度、电流、磁场强度

等

二、论述题

1、干簧管为机械式的磁敏开关，无源器件。其工作原理是磁场磁化其簧片，

使其开启与关断达到开关的效果。但由于是接触式的开关，其工作寿命有限

制，而且运输、安装过程中易损坏。

霍尔元件为电子式的磁敏器件，有源器件。其输出形式有开关型和线性。

利用磁场和霍尔效应达到无接触式控制的目的。由于霍尔元件本身是一颗芯

片，其工作寿命理论上无限制。

2、电感式接近开关是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物

体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变

化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断,这种接近开关所

能检测的物体必须是导电体。

电容式接近开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开

关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物

体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常

数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发

生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于

导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

单元测验11

1、写出你认为可以用霍尔传感器检测的物理量。

2、设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统，实现容器内液位的上下限控制。

单元测验11答案

1、霍尔传感器可以测量的物理量有：力、力矩、应力、压力、位置、位移、转

速、速度、加速度、磁场、电流等。

2、(1)由玻璃连通器原理，对储液罐液位的测量就转换为对连通器中液位的

测量。

(2)确定霍尔IC是开关型的还是线性的。在连通器内设置一磁性浮子，

在玻璃外壁相应高度设置霍尔TCo

(3)当水泵将液体泵入储液罐后，连通器内的液位也相应上升，当磁性浮

子与霍尔IC持平时，霍尔IC的输出突变，表示液位已达到设定高度。该信号

经控制电路使水泵停止运转。

(4)在连通器外壁平行设置一标尺杆，霍尔IC可在标尺杆上移动并固

定，这样就可以控制不同的液位高度了。

卜

工

型

az

Gr

I3

rM—

单元测验12

一、简答题

i、热释电传感器的特性是什么？使用热释电传感器有哪些注意事项?

2、根据电子电路原理，分析判断图示电路是亮通还是暗通电路。

(1)

二、论述题（共2题，50分）

1、测光文具盒是在文具盒上加装测光电路组成的，它不彳且具有文具盒的功

能，又能显示光线的强弱，可指导学生在合适的光线下学习，以保护学生的视

力。测光文具盒的测光电路如图所示。分析该电路的工作原理。

2CR1IVTt3AX3!R*100Q

电路中2CR11为硅光电池作为测光元件，被安装在文具盒的表面，直接感受

光的强弱。VD1,和VD2,为两只发光二极管，用来指示光的强弱。

2、如图所示是一种光敏电阻器控制电路。电路中，R2是光敏电阻器，J是继

电器，VT2是继电器驱动管，RP1是灵敏度调整可变电阻器。

分析电路在光照强弱时的现象，说明电路工作原理。

单元测验12答案

一、简答题

1、热释电传感器对红外光敏感，属于热电型器件。当受到光照时能将光能转换

为热能。使用热释电传感器要注意的事项：1）传感器应离地面2米以上；2）

传感器应远离空调、冰箱、微波炉等温度变化较大的设备；3）传感器的探测范

围内不应有隔屏；4）传感器不能直接面对窗口，否则窗外的热气流会对探测带

来扰动。

2、图（1）电路是亮通电路；图（2）电路是暗通电路。

二、论述题

1、

当光照度很低（如小于lOOlx）时，硅光电池产生的电压较小，VT1管压降

较大或处于截止状态，两个发光二极管VD1和VD2均不亮;当光照度适中（如在

100-2001X之间）时，硅光电池产生的电压增高，VT1压降减小，发光二极管

VD2点亮，表示光照度适中；当光照度过大（如大于2001X）时，硅光电池产生

的电压较高，使VT1的压降变得更小，此时VD1和VD2均被点亮，表示光照太

强了。

2、

（1）光线亮时电路分析

当光线亮时，光敏电阻器R2阻值比较小，这时RP1、RI、R2构成的分压

电压输出电压比较小，即加到VT1基极的直流电压比较低，VT1处于截止状

态，VT2也处于截止状态，继电器J图3・44■种光敏电阻器控制电路中没有电

流，继电器不会动作，常闭触点处于闭合状态，常开触点处于断开状态。

（2）光线暗时电路分析

当光线暗时，光敏电阻器R2阻值比较大，这时RP1、RI、R2构成的分压

电压输出电压比较大，即加到VT1基极的直流电压比较高，高到足以使VT1

处于导通状态，其发射极电压通过R4加到VT2基极，VT2也处于导通状态，

继电器J中有电流，继电器动作，常闭触点处于断开状态，常开触点处于闭合

状态。

改变RP1的阻值可以调节灵敏度，即光线暗到何等程度能使继电器动作。

当RP1阻值减小时，VT1基极直流电压升高，光线稍喑些。R2阻值稍增大些

就能使继电器J动作，所以灵敏度提高了，反之则灵敏度降低。

单元测验13

1、简述接近开关的类型及主要应用。

2、比较电感式接近开关与电容式接近开关的原理和应用领域。

3、流水线产品连续检测中，在高速检测时，分别用光电开关和电感接近开关,

是否可行。

单元测验13答案

1、

接近开关种类包含有：电感式接近开关，电容式接近开关，光电式接近开

关，磁式接近开关四种常用的。接近开关在航空、航天技术以及工业生产中都

有广泛的应用。在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上

都有应用。在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重

地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在测量技术中，如长度，位

置的测量；在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着

大量的接近开关。

2、

电容式接近开关是对任何介质都检测，电感式接近开关只对金属检测。

电感式接近开关是利用导电物体在接近这个能产牛电磁场接近开关时，使

物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变

化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断C这种接近开关所

能检测的物体必须是导电体。

电容式接近开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开

关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物

体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常

数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发

生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于

导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

3、

光电式接近开关可行，因为是非接触测量，响应速度快能满足高速测量要

求；电感接近开关不可行，因为电感元件依靠电磁感应，开关频率低于光电式

开关，所以会受工作频率限制，产品高速通过时，可能会产生“断帧”或开关

发热。

单元测验14

1、解释电位器的负载特性与负载误差，如何减小电位器的负载误差？

2、给出一种电位器式压力传感器的结构原理图，说明其工作过程与特点。

3、根据图示，分析电位器式加速度传感器的工作原理。

4、描述差动变压器的结构和测量原理。

5、简述图示差动变压器测量机构的功能和原理。

单元测验14答案

1、

电位器传感器的突出特点是，用于电阻值的有限性，使得它带负载后与空

载时的电阻比例发生变化。由电路图示意可见，带载与空载下实际的阻值比例

被改变了。要减小电位器的负载误差，应使用尽可能大内阻的负载，以减小负

载对传感器的影响。

翁桑武的电,士百电跻电tixa筋蜡杆性内线

2、

敏感结构一一膜盒

工作机理：被测压力膜盒变形—杠杆位移-----电刷位置----电位器

输出。

特点---简单可靠

3、

敏感结构一一质量块

工作原理：被测加速度一一质量块受压力一一质量块位移一一电刷触点位

移一一电位器输出电阻值。

4、

差动变压器的结构包括一个线框和一个铁心。线框上设置一个原绕组

和两个反向串联的对称副绕组，铁心放在线框中央的圆柱形孔中。原绕组

中施加自交流电压时，两个副绕组产生感百应电动势el和e2,总输出电

压u2=u21-u22^el-e2o当铁心处在中央位置时，el=e2,u2=0。若铁心右

移，则穿过副绕组2的磁度通将比穿过副绕组1的磁通多，于是感应电动

势e2>el,差动变压器输出电压u2不等于零，且输出电压与铁心位移x成

线性关系。用适当的测知量电路测量,可以得到差动变压器输出与位移X成

比例的线性读数。

5、

物理量的变换：压力--膜盒变形--衔铁位移-一差动变压器输出电

压。

单元测验15

1.简述光电式角编码器的主要结构，说明角分辨力与码道数的关系。

2.光栅传感器的工作原理是什么？莫尔条纹有哪些特点？

3.说明光栅传感器细分技术的意义及基本方法。

4.某光栅传感器的光栅常数为100线/mm,未细分时测得条纹计数为1000,则

被测位移是多少？此光栅的分辨力是多少？采用四倍频细分后，计数脉冲仍为

1000,问被测位移为多少？

5.某增量式光电编码器，其码道数n=10,求其角分辨力。要使角分辨力优于

0.1°,码道数至少应是多少？

单元测验15答案

1、

在与被测轴同心的码盘上刻制了按一定编码规则形成的遮光和透光部分的

组合。在码环的一边是发光二极管或白炽灯光源，另一边则是接收光线的光电

器件。码盘随着被测轴的转动使得透过码盘的光束产生间断，通过光电器件的

接收和电子线路的处理，产生特定电信号的输出，再经过数字处理可计算出位

置和速度信息。

角分辨力等于360/2。,其中n为码道数。

2、

（1）莫尔条纹的移动方向和位移与光栅尺的移动和位移有一一对应的关

系；

（2）由于大量刻线而具有消除刻线误差作用

（3）莫尔条纹宽度对对光栅栅距具有放大作用

光栅传感器的核心原理是，根据移动的“条纹数二栅格数”，用计数器对条

纹进行计数，即可得到被测位移。

3、

若以移过的莫尔条纹的数来确定位移量，其最高分辨力为光栅的一个栅

距。为了提高分辨力，采用细分技术，它是在莫尔条纹信号变化的一个周期

内，用电子电路给出若干个计数脉冲，如4倍频和8倍频细分。

4、

被测位移10mm,分辨力为0.01mm,

四倍频细分后被测位移为2.5mm

5、

（1）分辨力是a=360/1024^0.35°

（2）要使角分辨力优于0.1。，即360/2AnW0.1,

当n=ll时,a=0.18°

当n=12时，a=0.09°,

故码道数至少是12.

大作业1-环境量检测方法及传感器（调研报告）

1.课业任务

完成一篇关于“环境量的检测方法与传感器”调研报告（小论文）。

①题目“环境量检测方法与传感器一一XXX的检测”

②内容详实（不要写成产品介绍或产品说明），有必要的图、表

③字数28K字（A4幅面不少于5页）