【導讀】調節(jié)轉換電路組成。叫金屬材料的應變效應。阻敏感元件構成，彈性元件用來感知應變，電阻敏感元件用來將應變的轉換為電阻的變化。礎，來實現(xiàn)非電量檢測的目的。生形變，這種效應又稱電致伸縮效應。并使其輸出電壓與輸入電壓成正比，且其靈敏度不受電纜變化的影響。最大，而使兩個端面出現(xiàn)電勢差最大。

　　

【正文】 的大小與原方線圈的匝數(shù)成（ ①正比 ， ②反比 ，③不成比例 ）， 與副方線圈的匝數(shù)成（ ①正比 ，②反比，③不成比例 ），與回路中磁阻成（ ①正比，②反比， ③不成比例 ）。 傳感器是 能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置 ，傳感器通常由直接響應于被測量的 敏感元件 和產(chǎn)生可用信號輸出的 轉換元件 以及相應的 信號調節(jié)轉換電路 組成。 熱電偶所產(chǎn)生的熱電熱是由 兩種導體的接觸 電熱和 單一導體的溫差 電熱組成。 電阻應變片式傳感器按制造材料可分為 ① _金屬 _ 材料和② ____半導體 __體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中①的電阻變化主要是由 _電阻應 變效應 形成的，而②的電阻變化主要是由 溫度效應 造成的。 半導體 材料傳感器的靈敏度較大。 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感 M的大小與 繞組匝數(shù) 成正比，與 穿過線圈的磁通 _成正比，與磁回路中 磁阻 成反比，而單個空氣隙磁阻的大小可用公式 __ 表示。 兩種導體的接觸 電勢和 單一導體的溫差 電勢組成的，其表達式為 Eab（ T,To）=TBATTBA0 d)(NNln)TT(ek 0 ??????。在熱電偶溫度補償中，補償導線法（即冷端延長線法）是在 連接導線 和 熱電偶 之間，接入 延長線 它的作用是 將熱電偶的參考端移至離熱源較遠并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響 。（ 7 分） ，可分為 線性電位器 和 非線性電位器 。 線性電位器 的理想空載特性曲線具有嚴格的 線性 關系。假定電位器全長為 Xmax，其總電阻為 Rmax，它的滑臂間的阻值可以用Rx= maxRmaxX X ? 來計算。假 定加在電位 器 A 、 B 之 間的電壓 為 Vmax， 則輸出電 壓為Vx= maxVmaxX X ? 。其電阻靈敏度 RI= At )hb(2 ?? 。電壓 靈敏度 RU= At )hb(2I ??? 。（ 7 分） 導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端 產(chǎn)生感應電勢的。而霍爾式傳感器為霍爾元件 在磁場中有電磁效應（霍爾效應）而輸出電勢的。霍爾式傳感器可用來測量 電流 ， 磁場 ， 位移 ，壓力 。（ 6 分） 輸入量與輸出量的對應關系 來表征（ 5分） 變面積式自感傳感器，當銜鐵移動使磁路中空氣縫隙的面積增大時，鐵心上線圈的電感量（ ①增大②減?、鄄蛔?）。 平行極板電容傳感器的輸入被測量與輸出電容值之間的關系中，（ ①變面積型 ②變極距型③變介電常數(shù)型 ）是線性的關系。 在變壓器式傳感器中，原方和副方互感 M 的大小與原方線圈的匝數(shù)成（ ①正比 ②反比 ③不成比例 ） 簡答題 二、用鎳鉻 鎳硅熱電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計相連接。在某時刻，從電位差計測得熱電勢為 ，此時電位差計所處的環(huán)境溫度為 15℃，試求該時刻溫箱的溫度是多少度？（ 20分） 鎳鉻 鎳硅熱電偶分度表 測量端溫度 ℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 熱 電 動 勢 (mv) 20 10 0 +0 +10 +20 2 簡述熱電偶的工作原理。（ 6 分） 答：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應”。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。 3 以石英晶體為例簡述壓電效應產(chǎn)生的原理。（ 6 分） 答：石英晶 體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。 石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。 4 簡述電阻應變片式傳感器的工作原理（ 6 分） 答：電阻應變片的 工作原理是基于電阻應變效應，即在導體產(chǎn)生機械變形時，它的電阻值相應發(fā)生變化。 什么是傳感器動態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動態(tài)特性？（ 10分） 答： 傳感器的特性是指傳感器所特有性質的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡研究時，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡的外部特性，即輸入量和輸出量的對應關系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入 輸出 特 性。動態(tài)特性指當輸入量隨時間變化時傳感器的輸入 輸出特性?？梢詮臅r域和頻域來研究動態(tài)特性 簡述霍爾電動 勢 產(chǎn)生的原理。（ 5 分） 答： 一塊半導體薄片置于磁感應強度為 B 的磁場 (磁場方向垂直于薄片 )中，當有電流 I 流過時，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉。結果在半導體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負電，前端面帶正電，在前后端面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉當兩力相平衡時，電子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應的電勢稱為霍爾電勢 UH。 分析應變片式傳感器在 使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。（ 10 分） 答： 在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù) t? 及柵絲與試件膨脹系數(shù)（ sg ??與 ）之差異性而產(chǎn)生虛假應變輸出有時會產(chǎn)生與真實應變同數(shù)量級的誤差。 二、寄生電容與電容傳感器相關聯(lián)影響傳感器的靈敏度，它的變化為虛假信號影響傳感器的精度。試闡述消除和減小寄生電容影響的幾種方法和原理。（ 15 分） 三、在生產(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時常用渦流傳感器。試 簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實現(xiàn)工藝。（ 15） 1 光纖傳感器的工作原理。（ 4 分） 答：光導纖維工作的基礎是光的全內反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內反射，并在光纖內部以后的角度反復逐次反射，直至傳遞到另一端面。 光纖傳感器利用光導纖維，按其工作原理來分有功能型（或稱物性型、傳感型）與非功能型（或稱結構型、傳光型）兩大類。功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的的波導，而且具有測量的功能。非功能型光纖傳感器其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上 其他敏感元件才能組成傳感器。 什么是傳感器靜態(tài)特性。（ 4 分） 答：傳感器的靜態(tài)特性是指當輸入量為常量或變化極慢時傳感器輸入 — 輸出特性。 三、什么叫做熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明勢電偶測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法（ 10分） 答： ① 熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體） A、 B 串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。因而有電流產(chǎn)生相應的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 ② 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導體的性質及接觸點的溫度，而與導體的形狀和尺寸無關。 ③ 溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。 ④ 熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的“熱電效應”。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。兩點間的溫差越大，產(chǎn)生的電動 勢就越大。引入適當?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。 ⑤ 熱電偶三定律 a 中間導體定律 熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示一起等均可看成中間導體。 b 中間溫度定律 任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為 T，冷端為 0T 時的熱電勢等于該熱電偶熱端為 T 冷端為 nT時的熱電勢與同一熱電偶熱端為 nT ，冷端為 0T 時熱電勢的代數(shù)和。 應用：對熱電偶冷端不為 C00 時，可用中間溫度定律加以修正。 熱電偶的長度不夠時，可根據(jù)中間溫度定律選用適當?shù)难a償線路。 c 參考電極定律 如果 A、 B 兩種導體（熱電極）分別與第三種導體 C（參考電極）組成的熱電偶在結點溫度為（ T，0T ）時分別為 ? ?0,TTEAC ， ? ?0,TTEBC ，那么愛相同溫度下，又 A、 B 兩熱電極配對后的熱電勢為 ? ? ? ? ? ?000 , TTETTETTE BCACAB ?? 實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實際工作中，只要獲得有關熱電極與標準鉑電極配對的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。 ⑥ 誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響 措施： a C00 恒溫法 b 計算修正法（冷端溫度修正法） c 儀表機械零點調整法 d 熱電偶補償法 e 電橋補償法 f 冷端 延長線法 四、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？請詳細推導分流法。（ 10 分） 答： 霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉速等。 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補償方法： a 分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。 b 電橋補償法 五、論述 CCD的工作原理，如何用設計一臺攝像機。 （ 6 分） 答： CCD是一種半導體器件，在 N型或 P 型 硅襯底上生長一層很薄的 SiO2，再在 SiO2 薄層上依次序沉積金屬電極，這種規(guī)則排列的 MOS 電容數(shù)組再加上兩端的輸入及輸出二極管就構成了 CCD 芯片。 CCD 可以把光信號轉換成電脈沖信號。每一個脈沖只反映一個光敏元的受光情況，脈沖幅度的高低反映該光敏元受光的強弱，輸出脈沖的順序可以反映光敏元的位置，這就起到圖像傳感器的作用。 一、 簡答題（ 30 分， 6 分 /題） 從傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性考慮，詳述如何選用傳感器。 答：考慮傳感器的靜態(tài)特性的主要指標，選用線性度大、遲滯小、重復性好、分辨力強、穩(wěn)定性高、抗干擾穩(wěn)定性高的傳 感器?？紤]動態(tài)特性，所選的傳感器應能很好的追隨輸入量的快速變化，即具有很短的暫態(tài)響應時間或者應具有很寬的頻率響應特性。 直流電橋和交流電橋有何區(qū)別？直流電橋的平衡條件是什么？應變片式電阻傳感器、自感式、互感式、渦流式、電容式、熱電阻式傳感器分別可采用哪種電橋作為測量電路？ 答：根據(jù)電源不同分為直流和交流電橋。直流電橋優(yōu)點：高穩(wěn)定度直流電源容易獲得，電橋平衡電路簡單，傳感器至測量儀表的連接導線分布參數(shù)影響小。但是后續(xù)要采用直流放大器，容易產(chǎn)生零點漂移，線路也較復雜。交流電橋在這些方面都有改進。直流電橋平衡條件 ： R1/R2=R3/R4 ， R1R4=R2R3。 以自感式傳感器為例說明差動式傳感器可以提高靈敏度的原理。 解：00020 2l SWL ?? ???????? ??????????? 122)(2 0 00 0020 0020 0020 ll ll SWl SWll SWLLL ??? 差動式靈敏度 :???????? ????????? ?????? ...12 20000 l ll llLS 與單極式傳感器靈敏度???????? ????????? ?????? ...1 20000 l ll llLS 比較 靈敏度提高一倍，非線性大大減少。 光電池的工作原理，指出它應工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。 答： 光電池是基于光生伏特效應制成的，是自發(fā)電式；是有源器件。它有較大面積的 P 一 N 結，當光照射在 P 一 N 結上時則在結的兩端出現(xiàn)電動勢。它 應工作在電壓源狀態(tài)。 按照傳感型（功能型）和傳輸型光纖傳感器的特點應該選用哪種光纖（單模 /多模），為什么？ 答： 功能型 (或稱物性型、傳感型 )光纖不僅作為光傳播的波導而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸?？煞譃檎穹{制型、相位調制型及偏振態(tài)調制型。多模單模皆可 非功能型 (或稱結構型、傳光型 ) 其光纖只是作為傳光的媒介，還需加上其它敏感元件才能組成傳感器。多模。 傳感器的定義和組成框 圖？畫出自動控制系統(tǒng)原理框圖并指明傳感器在系統(tǒng)中的位置和作用。 答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。 傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并