建筑检测与传感技术学习通超星期末考试答案章节答案2024年

建筑检测与传感技术学习通超星期末考试章节答案2024年某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃，S2=2.0V/mV，S3=5.0mm/V，求系统的总灵敏度。

答案:见书本某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为200mv，求其灵敏度

答案:见书本传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？

答案:传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。分为：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下的输入和输出关系；动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。静态参数包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、稳定性、漂移；线性度是指传感器的输出量y与输入量x之间能否保持理想线性特性的一种度量；灵敏度是传感器对被测量变化的反应能力；在全量程范围内，传感器正反行程最大输出差值的绝对值称为迟滞；重复性表示输入量x按同一方向变化，传感器在全量程范围内重复进行测量时所得到各特性曲线的重复程度；精度反应传感器测量结果与真值的接近程度；分辨率是传感器能够检测到输入量最小变化的能力；稳定性表示在较长时间内传感器对于大小相同的输入量，其输出量发生变化的程度；漂移是指在外界干扰的情况下，在一定的时间间隔内，传感器输出量发生与输入量无关的变化程度，包括零点漂移和温度漂移。什么是传感器？

答案:传感器是一种能感受被测量，并按一定规律将它转换成可用输出信号的器件或装置。/star3/origin/7e6e56e72db871db8f818f06b78c4d4e.png

答案:参考书本压电元件采用垂直x轴切片的两相同石英晶体并联，压电常数d11=2.31×10-12C/N，相对介电常数εr=4.5,截面积A=3cm2厚度h=0.5cm,当沿x轴方向受压力Fx=9.8N时,求压电元件两极片间输出电压。

答案:空简述压电陶瓷特性，作为压电元件比较他与石英晶体有哪些特点？

答案:石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时，没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电陶瓷是一种多晶体。原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理，才能使其呈现出压电性。所谓极化，就是以强电场使“电畴”规则排列，而电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强的剩余极化。当极化后的压电陶瓷受到外力作用时，其剩余极化强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正负电荷。在极化方向上压电效应最明显。压电陶瓷的参数也会随时间发生变化老化，压电陶瓷老化将使压电效应减弱。试述石英晶体X，Y，Z轴的名称是什么？有哪些特征？

答案:电轴：X轴穿过六棱柱的棱线，在垂直于此轴的面上压电效应最强；机械轴：Y轴垂直六棱柱面。在电场作用下，沿该轴方向的机械变形最明显；光轴：Z轴晶体上、下晶锥项点连线重合，也叫中性轴，光线沿该轴通过时，无折射及压电效应。当晶体受到沿X方向的压力作用时，晶体沿X方向将产生收缩，正、负离子相对位置随之发生变化。则在X轴的正向出现正电荷，在Y、Z轴方向则不出现电荷。当晶体受到沿X方向的拉力作用时，则在X轴的正向出现负电荷，在Y、Z方向则不出现电荷。当石英晶体受到沿Y轴方向的压力作用时，在X轴正方向的晶体表面上出现负电荷。同样，在垂直于Y轴和Z轴的晶体表面上不出现电荷。当晶体受到沿Z轴方向的力（无论是压力或拉力）作用时，因为晶体在X方向和Y方向的变形相同，正、负电荷中心始终保持重合，电偶极矩在X、Y方向的分量等于零。所以，沿光轴方向施加力，石英晶体不会产生压电效应。什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么?能否用压电传感器测量静态压力？

答案:某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。压电效应纵向压电效应和横向压电效应。压电材料有：石英晶体、一系列单晶硅、多晶陶瓷、有机高分子聚合材料。结构和应用特点：在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电芯片的连接关系，可分为串联和并联连接，常用的是并联连接，可以增大输出电荷，提高灵敏度。使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力，以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系,因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动态测量。为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？

答案:因为差动形式的灵敏度比单圈式的灵敏度提高一倍，同时也可以减小非线性误差。电容式传感器有哪些类型？

答案:电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。简述光纤的结构和传光原理。光纤传光的必要条件是什么？

答案:光纤是利用光的全反射现象传光的。简述光电倍增管的结构和工作原理

答案:由光电阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成，均封装在一个玻璃管内。工作原理：光电倍增管是利用外光电效应做成的，当入射光通过玻璃窗照射到光电阴极上，阴极受激发向外发射光电子，光电子在外电场的作用下，加速轰击第一倍增极，倍增极受到一定能量的电子轰击时，释放出更多的电子，称为第二电子发射极，如此经过n个倍增极后，光电子就放大了n次，经过放大的二次电子最后被阳极收集，形成阳极电流IA,在负载电阻RL上产生信号电压U0.光敏电阻、光电二极管和光电三极管是根据什么原理工作的？他们的光电特性有何不同？

答案:光敏电阻、光电二极管和光电三极管都是根据内光电效应的原理工作的。不同光敏电阻是不相同的。绝大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，光敏电阻不宜作线性测量元件，一般用作开关式的光电转换器。硅光电二极管的光电特性（光照特性）是线性较好，适合于做检测元件。硅光电三极管的光电特性（光照特性）是在弱光时电流增长缓慢，采用较小的发射区面积，则能提高弱光时的发射结电流密度而使起始时增长变快，有利于弱光的检测。试述光敏电阻、光敏晶体管、光电池的器件结构和工作原理。

答案:解：光敏电阻的结构：绝缘衬底上均匀地涂上一层具有光导效应的半导体材料，作为光电导层，在半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。光敏三极管的结构与一般三极管很相似，只是它的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积。光敏三极管的工作原理是基于内光电效应。

光电池是用单晶硅制成的，在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型杂质而形成一个大面积的PN结，P层很薄，从而使光能穿透到PN结上。由于光线的照射，使P区带正电荷，N区带负电荷，从而在两区之间形成电位差，即构成光电池，若接于外电路中就可产生电流。光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”什么是外光电效应？内光电效应？光生伏特效应？光电导效应？与之对应的光电元件各有哪些?

答案:解：在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，亦称光电发射效应。

通过入射光子引起物质内部产生光生载流子，这些光生载流子引起物质电学性质发生变化，这种现象称为内光电效应。

绝大多数的高电阻率半导体，受光照射吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象，这种现象称为光电导效应。

光照射引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于光电导效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。磁敏元件有哪些？什么是磁阻效应？简述磁敏二极管、磁敏三极管工作原理。

答案:解：磁敏元件有磁电式传感器，霍尔传感器，磁电式磁敏电阻，磁敏二极管和磁敏三极管。将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应，简称磁阻效应。磁敏二极管是利用磁阻效应进行磁电转换的。详细见书中工作原理。当无磁场作用时，由于磁敏三极管基区长度大于载流子有效扩散长度，因此发射区注入的载流子除少量输运到集电区外，大部分通过E-I-B，形成基极电流，基极电流大于集电极电流，所以电流放大倍数β＝IC/IB<1。当存在H+磁场时，由于洛伦兹力的作用，载流子向发射极一侧偏转，从而使集电极电流IC明显下降。当存在H-磁场时，载流子受到洛伦兹力的作用，则向集电极一侧偏转，使集电极电流IC增大。什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？影响霍尔电势的因素有哪些？

答案:当把一块金属或半导体薄片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场方向通过电流，就会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应，所产生的电动势称为霍尔电动势。霍尔电动势的大小正比于激励电流Ic与磁感应强度B，且当Ic或B的方向改变时，霍尔电动势UH的方向也随着改变，但当Ic和的B方向同时改变时霍尔电动势UH极性不变。影响因素：电流的大小，载流子浓度，电子速度，薄片面积。已知热电偶的热电极A为铂铑30，热电极B为铂铑6，标准C为高纯度铂丝，若测得EAB（1084.5℃，0℃）=5.622mV，EAC（1084.5℃，0℃）=13.937mV，求EBC（1084.5℃，0℃）

答案:利用标准电极定律EBC（1084.5℃，0℃）=EAC（1084.5℃，0℃）-EAB（1084.5℃，0℃）=13.937-5.622mV=8.315mV用铜-康铜热电偶测某一温度T，参考端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=2.999mV，又用室温计测出TH=29℃,求被测温度为多少？

答案:查此种热电偶的分度表可知，EAB(29,0)=1.155mV故得

EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，0)=2.999+1.155=4.154(mV)再次查分度表，与4.154mV对应的热端温度T=98℃。为什么在实际应用中要对热电偶进行温度补偿？主要有哪些补偿方法？

答案:热电偶的热电势大小与两结点温度有关，只有当冷端温度恒定时，热电势才是热端温度（被测温度）的单值函数。热电偶的分度表以及分度表刻度的测温仪表都是在冷端温度为0℃时的条件下标定的，而工业现场中热电偶的冷端温度通常靠近被测对象，受周围环境温度变化的影响，因此要准确测得热端的真实温度，就必须采取一些补偿或修正措施。热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是0℃恒温法或冰浴法。这种方法将热电偶的冷端放在

0℃恒温场合；二是补偿导线法。将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。修正公式为：EAB(t,t0)=EAB(t,t1)+EAB(t1,t0)；四是电桥补偿法。利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化；五、软件处理法热电偶有哪些基本定律？

答案:匀质导体定律一是中间导体定律：在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不变。它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量。二是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知。只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来。三是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。什么叫热电阻效应？试述金属热电阻效应的特点和形成原因。

答案:热电阻效应是物质的电阻率随温度变化而变化的特性。金属热电阻传感器进行温度测量的特点是精度高、适于低温测量。大多数金属导体的电阻都随温度变化而变化，在金属中参加导