【正文】 半導(dǎo)體器件一樣，受溫度的影響較大，隨著溫度的升高，它的暗電阻與靈敏度都下降的特性。光電池：由于光電池受照射產(chǎn)生電子一空穴對(duì)需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)入射光的調(diào)制頻率太高時(shí)，光電池輸出的光電流將下降。因此在要求快速響應(yīng)或入射光調(diào)制頻率（明暗交替頻率）較高時(shí)，應(yīng)選用硅光敏二極管。盡管不同材料的光敏電阻具有不同的響應(yīng)時(shí)間，但都存在著這種時(shí)延特性，因此，光敏電阻不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合。2. 試比較光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管的性能差異，并簡(jiǎn)述在不同場(chǎng)合下應(yīng)選用哪種元件最為合適。第5章 光電傳感器1. 光電效應(yīng)有哪幾種？分別對(duì)應(yīng)什么光電元件？答：光電效應(yīng)大致可以分為三類：外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。由此可得管道的體積流量為： 電磁流量計(jì)原理簡(jiǎn)圖可以證明，只要管道內(nèi)流速分布均勻，兩電極之間也將產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)： 。圖433.與此相仿，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線。6. 試分析電磁流量計(jì)的工作原理，并推導(dǎo)流量的表達(dá)式。如果液體的密度恒定，則液體加在測(cè)量基準(zhǔn)面上的壓力與液面到基準(zhǔn)面的高度成正比，因此通過(guò)壓力的測(cè)定便可知液面的高度。電感式接近傳感器工作原理是電渦流效應(yīng)，只有在金屬導(dǎo)體內(nèi)才能產(chǎn)生電渦流。振蕩與停振這兩種狀態(tài)經(jīng)檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出。檢測(cè)用敏感元件為檢測(cè)線圈，它是振蕩電路的一個(gè)組成部分，振蕩電路的振蕩頻率為。振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)后向外輸出。3. 電容式、電感式接近傳感器的工作原理是什么？被測(cè)物體是什么材料？為什么？答：電容式接近傳感器的工作原理：電容式接近傳感器是一個(gè)以電極為檢測(cè)端的靜電電容式接近開(kāi)關(guān)，它由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成，平時(shí)檢測(cè)電極與大地之間存在一定的電容量，它成為振蕩電路的一個(gè)組成部分。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，既和線圈的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，還和磁性體與線圈接觸時(shí)的磁性大小及變化率有關(guān)。2. 磁柵位移傳感器的工作原理是什么？答：磁柵位移傳感器由磁尺（磁柵）、磁頭和檢測(cè)電路組成。當(dāng)。當(dāng)主光柵沿著與刻線垂直的方向移動(dòng)一個(gè)柵距W時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B。 莫爾條紋有兩個(gè)重要的特性：（1）位移的方向性：當(dāng)指示光柵不動(dòng)，主光柵左右平移時(shí)，莫爾條紋將沿著指示光柵的方向上下移動(dòng)，查看莫爾條紋的上下移動(dòng)方向，即可確定主光柵左右移動(dòng)方向。圖49 莫爾條紋莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過(guò)而形成的亮帶，它由一系列四棱形圖案組成，圖410中dd線區(qū)所示。第4章 位移、物位傳感器1. 莫爾條紋的含義是什么？其主要特性有哪些？試畫圖分析。3）在檢測(cè)時(shí)傳感器不必和被測(cè)對(duì)象進(jìn)行熱量交換，所以測(cè)量速度快，響應(yīng)時(shí)間短，適于快速測(cè)溫。與接觸式溫度傳感器相比，具有以下特點(diǎn)：1）傳感器與被測(cè)對(duì)象不接觸，不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，故可測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，且可進(jìn)行遙測(cè)。13. 輻射式溫度傳感器的工作原理是什么？有何特點(diǎn)？答：輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。不同分度號(hào)的熱電偶，R1的阻值亦不同。若熱電偶參考端溫度為t0，工作時(shí)應(yīng)使U1≈EAB（t0，0℃）。AD580是一個(gè)三端穩(wěn)壓器，其輸出電壓Uo = 。答：根據(jù)熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差的電路可知儀表的指示為：查分度表可知12. 試分析圖347所示集成溫度傳感器AD590用于熱電偶參考端溫度補(bǔ)償電路的工作原理。圖338熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差CuU3tABAA′B′接線盒1 t1接線盒2 t2接線盒3 t3CuOOOOOO11. 用兩只K型熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差，如圖338所示。（2）如果將A′、B′換成銅導(dǎo)線，此時(shí)熱電偶的冷端溫度即變?yōu)閠1=40℃，此時(shí)儀表的指示為，根據(jù)中間溫度定律即可求得測(cè)量端相對(duì)于0℃的熱電勢(shì)：，查分度表可得被測(cè)點(diǎn)溫度t ≈ 950℃。（1），計(jì)算被測(cè)點(diǎn)溫度t = ?（2）如果將A′、B′換成銅導(dǎo)線，此時(shí)，再求被測(cè)點(diǎn)溫度t = ? （3）將熱電偶直接插到熔融金屬同一高度來(lái)測(cè)量此點(diǎn)的溫度，是利用了熱電偶的什么定律？如果被測(cè)液體不是金屬，還能用此方法測(cè)量嗎？為什么？答：（1）當(dāng)A′、B′為補(bǔ)償導(dǎo)線，Cu為銅導(dǎo)線時(shí)。圖337 熱電偶測(cè)量某一點(diǎn)溫度圖338 熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差測(cè)溫電路原理圖：圖341 一臺(tái)儀表分別測(cè)量多點(diǎn)溫度圖339 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度之和圖340 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)平均溫度圖353 熱電偶測(cè)量煉鋼爐熔融金屬某一點(diǎn)溫度10. 如圖353所示，用K型（鎳鉻鎳硅）熱電偶測(cè)量煉鋼爐熔融金屬某一點(diǎn)溫度，A′、B′為補(bǔ)償導(dǎo)線，Cu為銅導(dǎo)線。9. 熱電偶測(cè)溫線路有幾種？試畫出每種測(cè)溫電路原理圖，并寫出熱電勢(shì)表達(dá)式。但由于補(bǔ)償導(dǎo)線比熱電偶便宜，節(jié)約了測(cè)量經(jīng)費(fèi)。常采補(bǔ)償方法： 0℃冷端恒溫法、冷端恒溫法、補(bǔ)償導(dǎo)線法（延引電極法）、電橋補(bǔ)償法。但在實(shí)際測(cè)量時(shí)，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化而變化，不能保持恒定，因而會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。8. 為什么要對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？常用的補(bǔ)償方法有幾種？補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是什么？連接補(bǔ)償導(dǎo)線要注意什么？答：由于熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃時(shí)測(cè)得的，如果冷端溫度不為零，測(cè)得的熱電勢(shì)就不能直接去查相應(yīng)的分度表。當(dāng)電極材料選定后，兩接點(diǎn)的溫差越大，熱電勢(shì)也就越大。（2）當(dāng)熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相同時(shí)，不論電極材料相同與否，回路總熱電勢(shì)均為零。由于純鉑絲的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，易提純，所以目前常用純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極。這就是在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正，運(yùn)用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)測(cè)溫距離，消除熱電偶自由端溫度變化影響的道理。即中間溫度定律的意義：利用該定律，可對(duì)參考端溫度不為0℃的熱電勢(shì)進(jìn)行修正?？刹捎瞄_(kāi)路熱電偶對(duì)液態(tài)金屬和金屬壁面進(jìn)行溫度測(cè)量，只要保證兩熱電極插入地方的溫度相同即可。含義：中間導(dǎo)體定律在熱電偶電路中接入第三種導(dǎo)體，只要保持該導(dǎo)體兩接入點(diǎn)的溫度相等，回路中總的熱電勢(shì)不變，即第三種導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)沒(méi)有影響。 在總熱電勢(shì)中，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的熱電勢(shì)可表示為 （36）6. 熱電偶的基本定律有哪些？其含義是什么？每種定律的意義何在？并證明每種定律。（2） 單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)對(duì)于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度分別為t、t0，如圖323所示，則導(dǎo)體中的自由電子，在高溫端具有較大的動(dòng)能，因而向低溫端擴(kuò)散；高溫端因失去電子帶正電，低溫端獲得電子帶負(fù)電，即在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生了電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)稱為單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。溫度越高，接觸電勢(shì)也越大。此電場(chǎng)阻止電子進(jìn)一步擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸面的兩側(cè)就形成了穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢(shì)E，如圖322所示。當(dāng)兩種金屬相接時(shí)，將產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。熱電勢(shì)產(chǎn)生的過(guò)程：（1）兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子濃度不同而在接觸面形成的電勢(shì)。組成回路的導(dǎo)體材料不同，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也不一樣，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。答：熱電偶溫度傳感器的工作原理是熱電效應(yīng)。精確測(cè)量時(shí)。四線制恒流源測(cè)量電路，四根導(dǎo)線的電阻r對(duì)測(cè)量都沒(méi)影響。外界引線如果較長(zhǎng)時(shí)，引線電阻的變化會(huì)使測(cè)量結(jié)果有較大誤差，為減小誤差，可采用三線制電橋連接法測(cè)量電路或四線制恒流源測(cè)量電路。因此，只能用于低溫及無(wú)腐蝕性的介質(zhì)中。但電阻率僅為鉑的幾分之一。特點(diǎn)：鉑金屬熱電阻：鉑易于提純、復(fù)制性好，在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，主要用于高精度溫度測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫裝置，測(cè)溫范圍為200～850℃。4. 金屬熱電阻溫度傳感器常用的材料有哪幾種？各有何特點(diǎn)？熱電阻傳感器的測(cè)量電路有哪些？說(shuō)明每種測(cè)量電路的特點(diǎn)。3. 電阻式溫度傳感器的工作原理是什么？有幾種類型？答：電阻式溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量溫度的，即材料的電阻率隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。氣體膨脹式溫度計(jì)：是基于密封在容器中的氣體或液體受熱后體積膨脹，壓力隨溫度變化而變化的原理測(cè)溫的。當(dāng)溫度變化時(shí)，由于兩種金屬線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲，彎曲的程度與溫度的高低成比例的原理工作的。但易破碎，刻度微細(xì)不便讀取，不適于有振動(dòng)和容易受到?jīng)_擊的場(chǎng)合。一般用于低溫和中溫溫度測(cè)量。2. 膨脹式溫度計(jì)有幾種？其工作原理是什么？各有何特點(diǎn)？答：膨脹式溫度計(jì)可分為液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)、氣體膨脹式溫度計(jì)3種類型。測(cè)溫速度快，不存在滯后現(xiàn)象，測(cè)溫范圍不受限制，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、導(dǎo)熱性差、微小目標(biāo)、熱容量小的物體、固體、液體表面的溫度，不影響被測(cè)物環(huán)境溫度。通過(guò)測(cè)量一定距離處被測(cè)物體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定被測(cè)物的溫度。這類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量精度高、價(jià)格便宜、可測(cè)得被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度及物體內(nèi)部某一點(diǎn)的溫度；缺點(diǎn)是：有較大的滯后現(xiàn)象（由于與被測(cè)物熱交換需要一定的時(shí)間），不適于測(cè)量小的物體、腐蝕性強(qiáng)的物體及運(yùn)動(dòng)物體的溫度，并且由于感溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，從而影響被測(cè)環(huán)境溫度的變化，測(cè)溫范圍也受到感溫元件材料特性的限制等。第3章 溫度傳感器1. 溫度的測(cè)量方法有幾種？各有何特點(diǎn)？答：按照感溫元件是否與被測(cè)溫對(duì)象相接處，溫度測(cè)量可以分為接觸式和非接觸式測(cè)溫兩種。所謂壓阻效應(yīng)就是指半導(dǎo)體材料的受外力或應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。要形成電渦流必須具備兩個(gè)條件：（1）存在交變磁場(chǎng)；（2）導(dǎo)體處于交變磁場(chǎng)中。電渦流的存在必然要消耗一部分磁場(chǎng)的能量，從而使激勵(lì)線圈的阻抗發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。21. 電渦流傳感器的工作原理是什么？形成電渦流的兩個(gè)必備條件是什么？ 答：電渦流傳感器的工作原理是電渦流效應(yīng)。20. 電感傳感器的常用的測(cè)量電路有哪些？答：自感式傳感器常用的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有橋式測(cè)量電路、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電路，在自感式傳感器中，用得較多的是橋式測(cè)量電路和調(diào)幅電路。利用電磁感應(yīng)將被測(cè)非電量(如壓力、位移等)轉(zhuǎn)換成電感量的變化輸出，再經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的。當(dāng)動(dòng)極板在原始位置上平移了后，求傳感器電容量的變化及電容相對(duì)變化量。17. 電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路主要有哪些？答：常見(jiàn)的電容式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有橋式電路、調(diào)頻電路、充放電脈沖電路、運(yùn)算放大器電路等。當(dāng)中間極板不受外力作用時(shí)，由于，所以。當(dāng)變化時(shí)，電容量的相對(duì)變化約為 （235） 為了提高測(cè)量的靈敏度，減小非線性誤差，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)?？捎脕?lái)測(cè)量物位或液位，也可測(cè)量位移，可以測(cè)量較大位移的變化。特點(diǎn)：變間隙式電容傳感器：只能測(cè)量微小位移（微米級(jí)）；變面積式電容傳感器：可以測(cè)量較大位移的變化，常為厘米級(jí)位移量。這就是電容傳感器的基本工作原理。當(dāng)A、ε改變時(shí)，電容量C也隨之改變。12. 如圖232b所示電荷放大器等效電路。因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)量時(shí)，放大器的輸入電阻和傳感器的泄漏電阻不可能為無(wú)窮大，因此電荷就會(huì)通過(guò)放大器的輸入電阻和傳感器的泄漏電阻漏掉，所以壓電傳感器不能用于靜態(tài)力測(cè)量。因此在測(cè)量時(shí)，不必考慮傳感器與放大器配套的問(wèn)題，放大器與傳感器可以任意互換。因此電纜可以很長(zhǎng)，可長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米，甚至上千米，靈敏度卻無(wú)明顯損失。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常把電纜長(zhǎng)度定為常數(shù)，使用時(shí)如要改變電纜長(zhǎng)度，則必須重新校正電壓靈敏度值。因此前置放大器也有兩種形式：電電壓放大器壓放大器和電荷放大器。壓電陶瓷的縱向壓電系數(shù)比石英晶體的壓電系數(shù)大得多，所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器靈敏度較高。即在一定的溫度條件下，對(duì)壓電陶瓷施加強(qiáng)電場(chǎng)，使極性軸轉(zhuǎn)動(dòng)到接近電場(chǎng)方向，規(guī)則排列，這時(shí)壓電陶瓷就具有了壓電性，在極化電場(chǎng)去除后，留下了很強(qiáng)的剩余極化強(qiáng)度。因此，雖然每個(gè)單晶具有強(qiáng)的壓電性質(zhì)，但組成多晶后，各單晶的壓電效應(yīng)卻互相抵消了，所以，原始的壓電陶瓷是一個(gè)非壓電體，不具有壓電效應(yīng)。這就是石英晶體壓電效應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)程。在Y方向施加拉力時(shí)，如圖225（d）所示，晶格在y向被拉長(zhǎng)，X向縮短，B面呈現(xiàn)正電荷，A面呈現(xiàn)負(fù)電荷。當(dāng)在X軸向施加拉力時(shí)，如圖225(b)所示，各晶格上的帶電粒子均沿X軸向外產(chǎn)生位移，因而A面呈現(xiàn)正電荷， B面呈現(xiàn)負(fù)電荷。在正常情況下，石英晶體的每一個(gè)晶體單元中，有三個(gè)硅離子和六個(gè)氧離子，正負(fù)離子分布在正六邊形的頂角上，當(dāng)無(wú)外力作用時(shí)，正、負(fù)電荷中心重合，對(duì)外不顯電性。答：石英晶體是一種應(yīng)用廣泛的壓電晶體。用于傳感器的壓電材料或元件可分三類：一類是單晶壓電晶體；另一類是極化的多晶壓電陶瓷；第三類是高分子壓電材料。8. 壓電式傳感器的工作原理是什么？壓電材料有哪些？答：壓電式傳感器的工作原理是壓電效應(yīng)，即某些晶體受一定方向外力作用而發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，相應(yīng)地在一定的晶體表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，外力去掉后，電荷消失。電橋的輸出：（3） 題（2）中，如果感受應(yīng)變的極性相反，且，也就是，此時(shí)電橋?yàn)椴顒?dòng)雙臂電橋（半橋），電橋輸出電壓：此時(shí)電橋。7. 圖288為一直流應(yīng)變電橋。另外還應(yīng)測(cè)量引線和試件之間的絕緣電阻，一般情況下，絕緣電阻為50兆歐即可，對(duì)于高精度測(cè)量，則需在2000兆歐以上。為使應(yīng)變片的工作性能良好，還應(yīng)進(jìn)行一次穩(wěn)定處理，稱為后固化處理，即將應(yīng)變片加溫至比最高工作溫度高10～20℃，但