【正文】 。相對濕度是指被測氣體中蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比 ， 一般用符號 RH 表示。 超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質時，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象， 超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質時，隨著傳播距離的增加，其強度因介質吸收能量而減弱。振蕩源在介質中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩，即橫向振蕩和縱向振蕩。 3．紅外線光電開關有哪些優(yōu)越的開關特性？ 答：紅外線光電開關 具有 表面反射率 低、 環(huán)境特性 優(yōu)越、 回差距 35 離 遠、 響應頻率 高、 輸出狀態(tài) 靈活、 檢測方式 多樣、 輸出形式 多等許多優(yōu)越的開 關特性。由于這類傳感器以光子為單元起作用，只要光子的能量足夠，相同數(shù)目的光子基本上具有相同的效果，因此常常稱其為“光子探測器”。因此它的響應時間一般比熱敏型短得多，最短的可達到毫微秒數(shù)量級。這類傳感器主要有熱釋電紅外傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類。由于熱敏元件的響應時間長，一般在毫秒數(shù)量級以上。 34 2．紅外線溫度傳感器有哪些主要類型？它與別的溫度傳感器有什么顯著區(qū)別？ 答： 能把紅 外輻射轉換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器，主要有熱敏型和光電型兩大類。目前已研制出多種光纖傳感器，可用于位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動、水聲、溫度、電壓、電流；磁場、核輻射等方面的測量。 儲 存 罐最 高 位最 低 位磁 鐵開 關 型霍 爾 片處 理 電 路控 制 電 源電 磁 閥液 體 源 第 9 章 新型傳感器 習題答案 1．光纖傳感器的性能有何特殊之處？主要有哪些應用？ 答： 光導纖維傳感器 (簡稱光纖傳感器 )是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。 33 答：液位控制系統(tǒng)原理如圖所示，霍爾元件固定不動，磁鐵與探測桿固定在一起，連接到裝液體的容器旁邊，通過管道與內部連接。 答：可以用霍爾傳感器來檢測的物理量 有力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、轉速、磁場量等等。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。 6. 集成霍爾傳感器有什么特點？ 答：集成霍爾傳感器的特點主要是 取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。負載 RL上的電壓 UL為 UL=[UH0(1+α t) ] RL/[Rv0(1+β t)+RL] (3) 為使 UL不隨溫度變化，可對式 (3)求導數(shù)并使其等于零，可得 RL/Rv0≈ β /α .1≈ β /α (4) 最后，將實際使用的霍爾元件的 α、β 值代入，便可得出溫度補償時的 RL值。這樣，可以不考慮輸入回路的溫度影響。 R LI IR it R vtU Hra ） 基本電路 b ） 等效電路R LUL (2) 利用輸出回路的負載進行補償。很明顯，只有當?shù)谝豁棔r，才能用串聯(lián)電阻的方法減小第二項，實現(xiàn)自補償。根據(jù)溫度特性，元件霍爾系數(shù)和輸入內阻與溫度之間的關系式為 RHt=RH0(1+α t) Rit=Ri0(1+β t) 式中， RHt為溫度為 ｔ 時霍爾系數(shù)； RH0為 0℃ 時的霍爾系數(shù)； Rit為溫度為 ｔ 時的輸入電阻； Ri0為 0℃ 時的輸入電阻； α 為霍爾電壓的溫度系數(shù) , β 為輸入電阻的溫度系數(shù)。下圖是輸入補償?shù)幕揪€路，圖中的四端元件是霍爾元件的符號?；魻栐囟妊a償?shù)姆椒ㄖ饕欣幂斎牖芈返拇?lián)電阻進行補償和利用輸出回路的負載進行補償兩種。 5. 什么是霍爾元件的溫度特性？如何進行補償？ 答： 霍爾元件的溫度特性是指 元件的內阻及輸出與溫度之間的關系。 3. 為什么霍爾元件一般采用 N型半導體材料？ 答：因為 在 N型半導體材料 中， 電子的遷移率比空穴的大，且 μnμ p，所以霍爾元件一般采用 N型半導體材料。 產(chǎn)生的電勢差 稱為霍爾電壓。 第 8 章 霍爾傳感器 習題答案 1. 什么是霍爾效應？ 答： 在置于磁場的導體或半導體中通入電流，若電流與磁場垂直，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差， 這種現(xiàn)象就是霍爾效應，是由科學家愛德文 能將紅外輻射量的變化轉換為電量變化的裝置稱為紅外探測器或紅外傳感器。這種傳感器可用于工件尺寸測量、振動測量等場合。反射光的強弱取決于被測物表面的性質和狀態(tài)，因此可用于測量工件表面粗糙度、紙張的白度等；四是從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達光電元件的途中受到被測物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置。如圖 b 所示。 一是 光源本身是被測物，它發(fā)出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)，如圖 a 所示。光電傳感器設計靈活，形式多樣，在越來越多的 領域內得到廣泛的應用。 5．光電傳感器由哪些部分組成 ?被測量可以影響光電傳感器的哪些部分 ? 答： 光電傳感器通常由光源、光學通路和光電元件三部分組成，如圖所示。 答：光敏二極管、三極管及光電池的測量電路如下圖所示。 2．常用的半導體光電元件有哪些 ?它們的電路符號如何 ? 答：常用的半導體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。 26 第 7 章 光電式傳感器 1．光電效應有哪幾種 ?與之對應的光電元件各有哪些 ? 答：光電效應有外光電效應、內光電效應和光生伏特效應三種。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。 解 ： 某些電介質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。 要注意的是，在實際應用中，電壓放大器和電荷放大器都應加過載放大保護電路，否則在傳感器過載時，會產(chǎn)生過高的輸出電壓。不過由于固態(tài)電子器件和集成電路的迅速發(fā)展， 電荷放大器的 優(yōu)點： 輸出電壓 Uo 與電纜電容 Cc 無關 ， 且與 Q 成正比 ， 這是電荷放大器的最大特點。 優(yōu)點： 微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問題就可以得到克服，使它具有廣泛的應用前景。 解：此加速度計的靈敏度為 10 091 30 ???K mV/g 標定系統(tǒng)框圖如下： 電 壓放 大 器阻 抗變 換 器加 速度 計晶 體 管毫 伏 表 5. 簡述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點。 2．壓電式傳感器測量電路的作用是什么 ?其核心是解決什么問題 ? 答：壓電式傳感器測量電路的 作用是將壓電晶體產(chǎn)生的電荷轉換為電壓信號輸出，其核心是要解決微弱信號的轉換與放大，得到足夠強的輸出信號。熱敏電阻具有以下優(yōu)點： ①電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；②結構簡單；③電阻率高，熱慣性??；但它阻值與溫度變化呈非線性，且穩(wěn)定性和互換性較差。其結構形式可根據(jù)實際使用制作成各種形狀。熱電阻傳感器的 測量精度高；有較大的測量范圍，它可測量－ 200～ 500℃的溫度；易于使用在自動測量和遠距離測量中。 t1ABˊBAˊ+AB+t2Aˊm V6 0 ℃CCABAˊ+ˊB0 ℃m Vt0 圖 圖 11. 試比較 熱電阻與熱敏電阻的異同。 9．如圖 所示之測溫回路，熱電偶 的分度號為 K， 毫伏 表的示值應為多少度 ? 答：毫伏表的示值應為 (t1t260)℃ 。 解：由鎳鉻 鎳硅熱電偶分度表查出 E(40， 0)=， 根據(jù)式(521)計算出 3 0 . 8 2 6 m V1 . 6 3 8 ) m V( 2 9 . 1 8 8E ( t , 0 ) ??? 再通過分度表查出其對應的實際溫度為 10029. 129)( 30 .826700t ?? ??? ℃ 6．已知鉑銠 10鉑 (S)熱電偶的冷端溫度 t0＝ 25℃，現(xiàn)測得熱電動勢 E(t， t0)＝ ，求熱端溫度是多少度 ? 解： 由鉑銠 10鉑熱電偶分度表查出 E(25， 0)=，根據(jù)式(521)計算出 1 1 .8 7 3 m V0 . 1 6 1 ) m V( 1 1 . 7 1 2E ( t , 0 ) ??? 22 再通過分度表查出其對應的實際溫度為 2 1001 1 .8 5 1 )( 1 1. 8 7 31 2 00t ?? ??? ℃ 7．已知鎳鉻 鎳硅 (K)熱電偶的熱端溫度 t＝ 800℃，冷端溫度 t0＝ 25℃，求 E(t， to)是多少毫伏 ? 解：由鎳鉻 鎳