【正文】 指示值為 400℃，則認(rèn)為熱端實(shí)際溫度為 430℃，對(duì)不對(duì) ?為什么 ?正確值是多少 ? 解： 不對(duì)，因?yàn)閮x表的機(jī)械零位在 0℃，正確值為 400℃。 10．用鎳鉻 鎳硅 (K)熱電偶測(cè)量某爐溫的測(cè)量系統(tǒng)如圖 所示，已知：冷端溫度固定在 0℃， t0＝ 30℃，儀表指示溫度為 210℃，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)償導(dǎo)線 BA ??和 ，相互接錯(cuò)了，問： 23 爐溫的實(shí)際溫度 t 為多少度 ? 解： 實(shí)際溫度應(yīng)為 270℃，因?yàn)榻臃春蟛坏珱]有補(bǔ)償?shù)?，還抵消了 30℃，故應(yīng)該加上 60℃。 解：熱電阻將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值大小的熱電式傳感器 ,熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻由電阻體、保護(hù)套和接線盒等部件組成。 熱敏電阻是由一些金屬氧化物，如鈷、錳、鎳等的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，然后采用不同的封裝形式制成 珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形狀。 第 6 章 壓電傳感器習(xí)題答案 1．為什么說壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量而不能用于靜態(tài)測(cè) 24 量 ? 答： 因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y(cè)量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測(cè)量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。 3．一壓電式傳感器的靈敏度 K1＝ 10pC／ MPa，連接靈敏度K2=／ pC 的電 荷 放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度K3=25mm／ V，當(dāng)壓力變化Δ p=8MPa 時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少 ? 解：記錄筆在記錄紙上的偏移為 S=10 25 8=16/mm 4．某加速度計(jì)的校準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)，它能作 50Hz 和 1g 的振動(dòng)，今有壓電式加速度計(jì)出廠時(shí)標(biāo)出靈敏度 K＝ 100mV／ g，由于測(cè)試要求需加長(zhǎng)導(dǎo)線，因此要重新標(biāo)定加速度計(jì)靈敏度，假定所用的阻抗變換器放大倍數(shù)為 1，電壓放大器放大倍數(shù)為 100，標(biāo)定時(shí)晶 25 體管毫伏表上指示為 ，試畫出標(biāo)定系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算加速度計(jì)的電壓靈敏度。 解： 電壓放大器的應(yīng)用具有一定的應(yīng)用限制， 壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時(shí) ，連接電纜不能太長(zhǎng)。 缺點(diǎn)： 電纜長(zhǎng)，電纜電容 Cc 就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。但電荷放大器的 缺點(diǎn)： 價(jià)格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。 6. 簡(jiǎn)述正、逆壓電效應(yīng)。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。反之，如對(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。基于外 光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管等；基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。 它們的電路符號(hào)如下圖所示： 光 敏 二 極 管 光 敏 三 極 管 光 電 池 3．對(duì)每種半導(dǎo)體光電元件，畫出一種測(cè)量電路。 27 a ) 光 敏 二 極 管 測(cè) 量 電 路 b ) 光 敏 三 極 管 測(cè) 量 電 路UU 0VUU0c ） 光 電 池 測(cè) 量 電 路 4．什么是 光電元件的光譜特性 ? 答：光電元件的光譜特性是指 入射光照度一定時(shí)，光電元件的相對(duì)靈敏度隨光波波長(zhǎng)的變化而變化，一種光電元件只對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的人射光敏感，這就是光電元件的光譜特性。圖中 Ф 1是光源發(fā)出的光信號(hào)， Ф 2是光電器件接受的光信號(hào)，被測(cè)量可以是 x1 或者 x2，它們能夠分別造成光源本身或光學(xué)通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號(hào) I。 Ix1x2 x3Φ1Φ2光 源 光 學(xué) 通 路 光 電 元 件 28 6．模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式 ? 答：模擬式光電傳感器主要有四種。這種型式的光電傳感器可用于光電比色高溫計(jì)和照度計(jì)；二是恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測(cè)物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測(cè)物的某些參數(shù)?？捎糜跍y(cè)量透明度、混濁度；三是恒定光源發(fā)射的光通量投射到被測(cè)物上，由被測(cè)物表面 反射后再投射到光電元件上，如圖 c 所示。如圖 d 所示。 c )d )122133a ) 被 測(cè) 量 是 光 源 b ) 被 測(cè) 量 吸 收 光 通 量 c ) 被 測(cè) 量是 有 反 射 能 力 的 表 面 d ) 被 測(cè) 量 遮 蔽 光 通 量1 被 測(cè) 物 2 光 電 元 件 3 恒 光 源a )b )22113 7. 光纖傳感器常用的調(diào)制原理有哪些？ 29 解： 1） 強(qiáng)度調(diào)制 原理 2） 相位調(diào)制原理 3） 頻率調(diào)制原理 4） 偏振調(diào)制 原理 8. 紅外線的最大特 點(diǎn)是什么？什么是紅外傳感器？ 解：紅外線的最大特點(diǎn)是具有光熱效應(yīng)，可以輻射熱量，它是光譜中的最大光熱效應(yīng)區(qū)。 紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成?；魻栐?1879年發(fā)現(xiàn)的。 2. 為什么導(dǎo) 體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？ 答：因?yàn)閷?dǎo)體材料 的 μ 雖然很大，但 ρ 很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的 ρ 雖然很大，但 μ 很小，故也不宜做成元件。 30 4. 霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關(guān)系？ 答：霍爾靈敏度與霍爾元件厚度成反比，nqdKH 1?。與一般半導(dǎo)體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的內(nèi)阻、輸出電壓等參數(shù)也將隨溫度而變化。 1）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。兩個(gè)輸入端串聯(lián)補(bǔ)償電阻 R并接恒電源，輸出端開路。當(dāng)溫度變化 Δ t時(shí)，其增量為 : Δ RH=RH0αΔ t Δ Ri=Ri0βΔ t REIREIR itU Hra ） 基本電路 b ） 等效電路R vt 31 根據(jù)dIBRU HH ?及 I=E/(R+Ri)，可得出霍爾電壓隨溫度變化的關(guān)系式為itHtHH RR EBdRRU ?? 對(duì)上式求溫度的導(dǎo)數(shù)，可得增量表達(dá)式 tRRRUU i iHH ????? )( 0 00 ?? (1) 要使溫度變化時(shí)霍爾電壓不變，必須使 000 ??? RRRii ?? 即 ? ?? )(0 ?? iRR (2) 式 (1)中的第一項(xiàng)表示因溫度升高霍爾系數(shù)引起霍爾電壓的增量，第二項(xiàng)表示輸入電阻因溫度升高引起霍爾電壓減小的量。 將元件的 α、β 值代入式 (2)，根據(jù) Ri0的值就可確定串聯(lián)電阻R的值。上圖為補(bǔ)償原理電路圖，霍爾元件的輸入采用恒流源，使控制電流 Ｉ 穩(wěn)定不變。輸出回路的輸出電阻及霍爾電壓與溫度之間的關(guān)系為 UHt=UH0(1+α t) Rvt=Rv0(1+β t) 32 式中， UHt為溫度為 t時(shí)的霍爾電壓； UH0為 0時(shí)的霍爾電壓； Rvt為溫度為 t時(shí)的輸出電阻； Rv0為０時(shí)的輸出電阻。當(dāng) RL= Rv0時(shí)，補(bǔ)償最好。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。 7. 寫出你認(rèn)為可以用霍爾傳感器來檢測(cè)的物理量。 8. 設(shè)計(jì)一個(gè)采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)。當(dāng)液位達(dá)到控制位置時(shí)霍爾元件輸出控制信號(hào)，通過處理電路和電磁閥來控制液壓閥門的開啟和關(guān)閉，如液位低于控制位置時(shí)開啟閥門，超過控制位置時(shí)則關(guān)閉閥門。光纖傳感器具有靈敏度高，不受電磁波干擾，傳輸頻帶寬，絕緣性能好，耐水抗腐蝕性好，體積小，柔軟等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用前景十分廣闊。 熱敏型是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，其核心是熱敏元件。另外，在加熱過程中，不管什么波長(zhǎng)的紅外線，只要功率相同，其加熱效果也是相同的，假如熱敏元件對(duì)各種波長(zhǎng)的紅外線都能全部吸收的話，那么熱敏探測(cè)器對(duì)各種波長(zhǎng)基本上都具有相同的響應(yīng)，所以稱其為“無(wú)選擇性紅外傳感器”。 光電型是利用紅外輻射的光電效應(yīng)制成的，其核心是光電元件。此外，要使物體內(nèi)部的電子改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，入射輻射的光子能量必須足夠大，它的頻率必須大于某一值，也就是必須高于截止頻率。這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。 4．超聲波有哪些傳播特性 ? 答：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產(chǎn)生。 5. 什么是絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度？ 解： 絕對(duì)濕度是指單位空間中所含水蒸汽的絕對(duì)含量或者濃度或者密度 ， 一般用符號(hào) AH 表示。 第 10 章 信號(hào)處理及抗干擾技術(shù) 習(xí)題答案 1. 對(duì)傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，為什么要采用測(cè)量放大器？ 36 答：因?yàn)闇y(cè)量放大器不但具有很高的放大倍數(shù)，而且具有十分穩(wěn)定的輸出特性，符合傳感器微弱信號(hào)放大