【正文】 為三類：外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。微處理器控制掃描電路改為Y方向掃描和信號顯示。當(dāng)人們將拿著的手機或平板電腦轉(zhuǎn)為橫向（Y方向）時，XOUT端口和YOUT端口輸出電壓變?yōu)閄OUT＝， YOUT＝。分別接比較器A的正相輸入端和反相輸入端。14. 手機和平板電腦的重力感應(yīng)屏幕橫豎顯示方向轉(zhuǎn)換是如何實現(xiàn)的？答：采用ADXL320雙軸加速度傳感器。答：跌落（失重）狀態(tài)，送入運算放大器比較器進(jìn)行比較，輸出為0V。雙軸加速度傳感器的兩個測力單元分別為X和Y方向，兩個測力單元電容變化量相減，不僅可以測出加速度或靜止時地球引力的大小，還可以測出方向。加速度傳感器殼體可以水平方向固定在被測設(shè)備上，測被測設(shè)備的水平方向加速度；也可以豎直方向固定在被測設(shè)備上，測被測設(shè)備的豎直方向加速度（重力加速度以外）或靜止時受到地球引力（重力）。加速度會使中間極板c向一個固定極板運動，從而使電容變化。上下兩塊極板a、b為固定極板，與加速度傳感器殼體固定成一體。最后都要轉(zhuǎn)換為電壓輸出進(jìn)行測量。圓柱形鐵芯受外力移動時，輸出電壓變化，可測位移方向和距離。差動變壓器式傳感器有多種型式，螺線管式差動變壓器由初級線圈、兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。10. 如圖329所示交流電橋測量電路，靜態(tài)時，Z1=Z2，電感量都是100mH，u0=0V；動態(tài)時，電感最大變化量ΔL=10mH，若uAC=2sinωt(V)時，求動態(tài)最大輸出電壓Uo。答：差動式電容傳感器中間電極不受外力作用時，由于d1=d2=d0,所以C1=C2，則兩電容差值C1C2=0?？梢杂嬎? C0＝εab／d＝3000μF／1000＝3μF， 電容量變化ΔC＝－x C0／a＝－1μF， 靈敏度Kx＝－εb／d＝－100μF／m。8. 已知變面積型電容式傳感器兩極板間距離為10mm，介電常數(shù)ε＝50μF／m，兩極板幾何尺寸一樣，為30 mm20 mm5 mm，在外力作用下，動極板向外移動了10 mm，試求電容量變化ΔC和靈敏度Kx。改變電容器極板面積S，為變面積型電容傳感器，電容變化是線性的，靈敏度為常數(shù)，常用于作用力、角度、長度位移的測量。并聯(lián)接法輸出電荷量大，輸出電容大，時間常數(shù)大，適用于測量緩變信號和以電荷作為輸出量，以及測量電路輸入阻抗較小的場合。壓電元件2片并聯(lián)時，輸出電容為單片的一倍，輸出電壓與單片相同，極板上電荷量增加一倍。試問不同接法輸出電壓、電流或電荷有什么不同？它們分別適合哪一種應(yīng)用場合？答：以2片壓電元件串、并聯(lián)為例。 單晶硅壓電傳感器本身的內(nèi)阻比較大，而輸出能量又比較小，且隨溫度的變化比較大，所以，通常需要加溫度補償和放大電路。單晶硅壓電傳感器單元受到垂直方向上的壓力p時，該壓力進(jìn)入熱塑殼體，作用于單晶硅壓電傳感器管芯，與密封真空室的參考壓力相比較，使輸出電壓大小與壓力p成正比。沿Y軸施加拉伸力時，如圖312（e）所示,晶格離子在Y向被拉長，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軸向施加拉伸力時，如圖312(c)所示，晶格上的粒子均沿X軸向外產(chǎn)生位移，但硅離子和氧離子向外位移大，正負(fù)電荷中心拉開，B面呈現(xiàn)負(fù)電荷，A面呈現(xiàn)正電荷?？梢杂嬎爿敵鲭妷簽? 4. 利用圖312分析石英晶體的壓電效應(yīng)。3. 圖311（d）為應(yīng)變片全橋測量電路，試推導(dǎo)其輸出電壓U0表達(dá)式。在工藝上可按需要制成任意形狀，易于大量生產(chǎn)，成本低廉。缺點是U型應(yīng)變片的圓弧型彎曲段呈現(xiàn)橫向效應(yīng)，H型應(yīng)變片因焊點過多，可靠性下降。屬于體型的有電阻絲柵應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片、應(yīng)變花等。答：電阻應(yīng)變片是把導(dǎo)體的機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻應(yīng)變，通過電阻測量來測量所受的應(yīng)力。應(yīng)仔細(xì)分清不同彈性敏感元件的性能，根據(jù)測量物理量的性質(zhì)、大小、測量條件和測量精度，選用合適的彈性敏感元件。有變換力的彈性敏感元件，例如等截面柱式、圓環(huán)式、等截面薄板、懸臂梁及軸狀等結(jié)構(gòu)。溫度升高到一定值，繼電器K斷開，電加熱器停止加熱。當(dāng)溫度降低時，電阻陡然變小，相當(dāng)于保險絲又恢復(fù)接通了。突變型正溫度系數(shù)熱敏電阻可以做“可恢復(fù)熔絲”。 線性型正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)指數(shù)型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻適用于溫度測量。9. 正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻各有什么特性？各有哪些用途？哪一種熱敏電阻可以做“可恢復(fù)熔絲”？答：正溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，阻值隨溫度的變化有線性型和突變型。選擇R1使U1與EAB（t0,0℃）近似相等。電路工作時，調(diào)整電阻R2使得集成溫度傳感器AD590的隨溫度變化的輸出電流的I1分量為 I1=t0103I1的單位是mA，即1μA／K的電流。答：集成溫度傳感器AD590應(yīng)緊貼熱電偶參考端，處于同一溫度下。被測溫度為120℃時，輸出電壓UR為303mV＋90mV，即393mV。輸出電壓為10V時，被測溫度為80℃。6. 硅二極管測溫電路，如圖225所示。）（2）四個熱電偶并聯(lián)再接測量儀表，可以實現(xiàn)共用一臺儀表測量TTT3和T4的平均溫度。若用四個熱電偶共用一臺儀表測量TTT3和T4的平均溫度，電路又應(yīng)怎樣連接？答：（1）四個熱電偶分別接電子開關(guān)，再接同一臺測量儀表，通過選通電子開關(guān)的辦法，實現(xiàn)分別測量TTT3和T4的溫度。答：在100℃鉑電阻的電阻—溫度特性方程為： Rt=RO[1+At+Bt2+Ct3(t100)]將R0=100Ω、t1=100℃、A= 103/℃、B= 107/℃C= 1012/℃4代入，可計算得到Rt=100［1＋103（100）＋（107）（100）2＋（1012）（100）3（100－100）］＝在+650℃鉑電阻的電阻—溫度特性方程為： Rt=RO(1+At+Bt2)將R0=100Ω、t2=650℃、A= 103/℃、B= 107/℃2代入，可計算得到Rt=100（1＋103650＋1076502）＝333Ω4. 利用分度號Cu100的銅電阻測溫，當(dāng)被測溫度為50℃時,問此時銅電阻Rt值為多大？答： Rt≈R0(1+αt) R0為溫度為0℃時銅電阻值，Cu100為100Ω，α1為常數(shù)；α1=103 ℃1。我國指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶有哪幾種？答：熱電偶主要分普通型熱電偶、鎧裝熱電偶和薄膜熱電偶。答：參考端（自由端）溫度t0=30℃，由分度表21可查得 E(30℃,0℃)=，若測得熱電勢E(t,30℃)= ，則可得E(t,0℃)=E(t,30℃+E(30℃,0℃)= +=再查分度表可知爐溫t=940℃。例如：測量體溫的溫度表用的是水銀材料（精度高，水銀低溫時要凍結(jié)），而家庭使用測量室內(nèi)溫度的溫度計用的是染色酒精（低溫時不凍結(jié)，價格便宜）。6. 傳感器的性能指標(biāo)有哪些？設(shè)計、制造傳感器時應(yīng)如何考慮？試舉例說明？答：傳感器有基本參數(shù)指標(biāo)，例如量程、靈敏度、精度以及動態(tài)特性的頻率特性、上升時間、過沖量等；有環(huán)境參數(shù)指標(biāo)，例如溫度、氣壓、濕度等；有可靠性指標(biāo)，例如壽命、平均無故障時間、絕緣電阻、耐壓等；還有供電方式、外形尺寸、重量、安裝方式等性能指標(biāo)。頻率響應(yīng)法是給傳感器輸入各種頻率不同而幅值相同，初相位為零的正弦函數(shù)的被測量，測量其輸出的正弦函數(shù)輸出量的幅值和相位與頻率的關(guān)系。階躍響應(yīng)法即瞬態(tài)響應(yīng)法，是給傳感器輸入一個單位階躍函數(shù)的被測量，測量其輸出特性。因此，需要傳感器具有良好的動態(tài)特性。它有線性度、靈敏度、重復(fù)性、遲滯現(xiàn)象、分辨力、穩(wěn)定性、漂移等技術(shù)指標(biāo)。按工作原理分類的優(yōu)點是對傳感器的工作原理比較清楚，有利于專業(yè)人員對傳感器的深入研究分析；缺點是不便于使用者根據(jù)用途選用。還有按能量的關(guān)系分類，即將傳感器分為有源傳感器和無源傳感器；按輸出信號的性質(zhì)分類，即將傳感器分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。傳感器的作用是對通常是非電量的原始信息進(jìn)行精確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換為電量，提供給測量電路處理。自動測控系統(tǒng)是完成這一系列技術(shù)措施之一的裝置。其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分?！秱鞲衅骷夹g(shù)與應(yīng)用第3版》習(xí)題參考答案習(xí)題11. 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？ 答：傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 2. 傳感器在自動測控系統(tǒng)中起什么作用？答：自動檢測和自動控制技術(shù)是人們對事物的規(guī)律定性了解、定量分析預(yù)期效果所從事的一系列技術(shù)措施。一個完整的自動測控系統(tǒng)，一般由傳感器、測量電路、顯示記錄裝置或調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置、電源四部分組成。3. 傳感器分類有哪幾種？各有什么優(yōu)、缺點？答：傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種，一種是按被測輸入量來分，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等；另一種是按傳感器的工作原理來分，如電學(xué)式傳感器、磁學(xué)式傳感器、光電式傳感器、電勢型傳感器、電荷傳感器、半導(dǎo)體傳感器、諧振式傳感器、電化學(xué)式傳感器等。按被測輸入量分類的優(yōu)點是比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)其用途選用；缺點是沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機理上有何共性和差異，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。4. 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它由哪些技術(shù)指標(biāo)描述？答：傳感器測量靜態(tài)量時表現(xiàn)的輸入、輸出量的對應(yīng)關(guān)系為靜態(tài)特性。 5. 為什么傳感器要有良好的動態(tài)特性？什么是階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法？ 答：在動態(tài)（快速變化）的輸入信號情況下，要求傳感器能迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)和再現(xiàn)被測信號的變化。測試和檢驗傳感器的動態(tài)特性有瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法。動態(tài)特性優(yōu)良的傳感器的輸出特性應(yīng)該上升沿陡，頂部平直。動態(tài)特性優(yōu)良的傳感器，輸出的正弦函數(shù)輸出量的幅值對于各頻率是相同的，相位與各頻率成線性關(guān)系。在設(shè)計、制造傳感器時應(yīng)根據(jù)實際的需要與可能，在確保主要性能指標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，放寬對次要性能指標(biāo)的要求，以求得高的性能價格比。習(xí)題21. 用K型（鎳鉻—鎳硅）熱電偶測量爐溫時，自由端溫度t0=30℃，由電子電位差計測得熱電勢E(t,30℃)=，求爐溫t。2. 熱電偶主要分幾種類型，各有何特點。普通型熱電偶由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成，是工業(yè)測量上應(yīng)用最多的熱電偶；鎧裝熱電偶耐高壓、反應(yīng)時間短、堅固耐用；薄膜熱電偶適用于各種表面溫度的測量。3. 利用分度號Pt100鉑電阻測溫，求測量溫度分別為t1=100℃和t2=650℃的鉑電阻RtRt2值。代入算得 Rt≈100（1＋10350）＝5. 畫出用四個熱電偶共用一臺儀表分別測量TTT3和T4的測溫電路。（電子開關(guān)可以采用DG801／802超導(dǎo)通電阻（）電子開關(guān)， S端輸入，D端輸出，C端高電平時選通。圖略，可參照圖2－12。當(dāng)被測溫度t為30℃時，輸出電壓為5V，當(dāng)輸出電壓為10V時，問被測溫度為多大？答：溫度每變化1℃。7. 利用如圖228所示集成溫度傳感器測量溫度，如果被測溫度為30℃時，輸出電壓為303mV，問被測溫度為120℃時，輸出電壓UR為多大？答：溫度每變化1℃，輸出電壓變化量為1mV（每1度K與每1℃相同）。8. 分析圖229所示熱電偶參考端溫度補償電路工作原理。AD580是一個三端穩(wěn)壓器，提供穩(wěn)定輸出電壓U0=。這樣在電阻R1上產(chǎn)生一個隨參考端溫度t0變化的補償電壓U1=I1R1。U1與熱電偶輸出電壓EAB（t, t0）串聯(lián)相加后輸入測量儀表，起參考端溫度補償作用，測量儀表顯示的為實際測量溫度值。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻隨溫度升高阻值降低，阻值隨溫度的變化有突變型和負(fù)指數(shù)型。突變型正溫度系數(shù)熱敏電阻和突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻適用于溫控開關(guān)和溫度保護電路。溫度升高到突變值，電阻陡然升高，相當(dāng)于保險絲熔斷。10. 參照冰箱熱敏電阻溫控電路，用熱水器專用溫度傳感器設(shè)計熱水器溫度控制電路？答：如圖，溫度降低到一定值，繼電器K接通，電加熱器加熱。習(xí)題31. 彈性敏感元件的作用是什么？有哪些彈性敏感元件？如何使用？答：彈性敏感元件把力或壓力轉(zhuǎn)換成了應(yīng)變或位移，然后再由傳感器將應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換成電信號。有變換壓力的彈性敏感元件，例如彈簧管、波紋管、波紋膜片、膜盒和薄壁圓筒等，它可以把流體產(chǎn)生的壓力變換成位移量輸出。2. 電阻應(yīng)變片是根據(jù)什么基本原理來測量應(yīng)力的？簡述圖39所示不同類型應(yīng)變片傳感器的特點。金屬電阻應(yīng)變片分體型和薄膜型。圖39所示絲繞式應(yīng)變片粘貼性能好，能保證有效地傳遞變形，性能穩(wěn)定，且可制成滿足高溫、強磁場、核輻射等特殊條件使用的應(yīng)變片。箔式應(yīng)變片優(yōu)點是粘合情況好、散熱能力較強、輸出功率較大、靈敏度高等。半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)大、機械滯后小、頻率響應(yīng)快、阻值范圍寬（可從幾歐～幾十千歐），易于做成小型和超小型；但熱穩(wěn)定性差，測量誤差較大。答：圖311（d）是四個橋臂均為測量片的電路，且互為補償，有應(yīng)變時，必須使相鄰兩個橋