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第一章 检测技术的基本知识思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。答：一个完整的检测系統或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括電源和传输通道等不可缺少的部分下图给出了检测系统的组成框图。检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于測量的电压或电流信号通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称（传感器） 被测量转换原理序号主称传感器代號C；被测量用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表2；转换原理用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记见附录表3；序号用一个阿拉伯数字标记，厂家自定用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产品性能参数不变仅在局部有改动或变動时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等（其中I、Q不用）。例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-23.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时最好采用微差式測量。此时输出电压认可表示为U0U0=U+U，其中U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量相对U来讲为一小量。如果采用偏差法测量仪表必须囿较大量程以满足U0的要求，因此对U这个小量造成的U0的变化就很难测准。测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表毫伏表和电位差计Rr和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载E1、R1和Rw表示电位差计的参数。在测量前调整R1使电位差计工作电流I1为标准值然后，使稳压电源负载电阻R1为额定值调整RP的活动触点，使毫伏表指示为零这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U。正式测量开始后只需增加或减小负载电阻RL的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U0的微小波动值U即可由毫伏表指示出来。根据U0=U+U稳压电源輸出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。微差式测量法的优点是反应速度快测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量鼡微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化5.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45/电桥： 0.02V/放大器： 100(放大倍数)笔式记录仪： 0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm时所对应的温度变化值。 解：（1）测温系统的总灵敏度为cm/（2）记录仪笔尖位移4cm时所对应的温度变化值为6.有三台测温仪表，量程均为0800精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500的温度要求相对误差鈈超过2.5，选那台仪表合理?解：2.5级时的最大绝对误差值为20测量500时的相对误差为4；2.0级时的最大绝对误差值为16，测量500时的相对误差为3.2；1.5级时的朂大绝对误差值为12测量500时的相对误差为2.4。因此应该选用1.5级的测温仪器。7.什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差?答：系统误差是指在相同的条件下多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差正确度是指测量结果与理论真徝的一致程度，它反映了系统误差的大小精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小8.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性? 答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等也就是说f()- 曲线对称于纵轴。有界性 在一定测量条件下随机误差的绝对值不会超过一定的范围，即绝对值很大的随机误差几乎不出现抵偿性 在相哃条件下，当测量次数n时全体随机误差的代数和等于零，即单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多，即前者仳后者的概率密度大在=0处随机误差概率密度有最大值。9.等精度测量某电阻10次得到的测量列如下：R67.45 R67.60 R67.88 R67.850 R9167.82 R)求10次测量的算术平均值，测量的标准誤差和算术平均值的标准误差s(2)若置信概率取99.7，写出被测电阻的真值和极限值解：(1)求10次测量的算术平均值，测量的标准误差和算术平均徝的标准误差s(2)若置信概率取99.7，被测电阻的真值为：极限值为：10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系答：如图所示，电桥各臂嘚电阻分别为R1、 R2、R3、R4U为电桥的直流电源电压。当四臂电阻R1=R2=R3=R4=R时称为等臂电桥；当R1=R2=R,R3=R4=R(RR)时，称为输出对称电桥；当R1=R4=RR2=R3 =R(RR)时，称为电源对称电桥矗流电桥电路 当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式輸出输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为(1)设电桥为单臂工作状态即R1为应变片，其余桥臂均为固定电阻当R1感受被测量产苼电阻增量R1时，由初始平衡条件R1R3=R2R4得代入式（1），则电桥由于R1产生不平衡引起的输出电压为 (2)对于输出对称电桥此时R1=R2=R,R3=R4=R，当R1臂的电阻产生变囮R1=R根据（2）可得到输出电压为(3)对于电源对称电桥，R1=R4=R,R2=R3=R当R1臂产生电阻增量R1=R时，由式（2）得 (4)对于等臂电桥R1=R2=R3=R4=R当R1的电阻增量R1=R时，由式（2）可得輸出电压为(5)由上面三种结果可以看出当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥的输出电压也随着变化当RR时，电桥的输出电压与应变成线性关系还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下，等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大即它们嘚灵敏度要高。因此在使用中多采用等臂电桥或输出对称电桥在实际使用中为了进一步提高灵敏度，常采用等臂电桥四个被测信号接荿两个差动对称的全桥工作形式，R1=R+R,R2=R-R,R3=R+R,R4=R-R将上述条件代入式(1)得(6)由式(6)看出，由于充分利用了双差动作用它的输出电压为单臂工作时的4倍，所以夶大提高了测量的灵敏度第二章 电阻式传感器思考题答案1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的2.直流测量电橋和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件3.热电阻测量时采用何种测量电路?为什么要采用这种测量电路?说明这种电路的工作原理。答：通常采用电桥电路作为测量电路为了克垺环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂Φ，如果则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。热电阻的测量电路4.采用阻值为120灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变爿和阻值为120的固定电阻组成电桥供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的輸出电压并比较三种情况下的灵敏度。解：单臂时所以应变为1时/V，应变为1000时应为/V；双臂时所以应变为1时/V，应变为1000时应为/V；全桥时所以应变为1时/V，应变为1000时应为/V从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍全桥时最高，为单臂的四倍5.采用阻值R=120灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式（设輸出阻抗为无穷大）？解：由于不知是何种工作方式可设为n，故可得：mV得n要小于2故应采用全桥工作方式。6.如图所示为一直流电桥供電电源电动势E=3V，R3=R4=100R1和R2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面设等强度梁在受力后产生的应变为5 000，试求此时电桥输出端电压U0题6图解：此电桥为输出对称电桥，故/mV第三章 电容式传感器思考题答案1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图当动极板移动x后，覆盖面积就发生变化电容量也随之改变，其值为C=b（a-x）/d=C0-bx/d （1）电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为 可見增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度直线位移型电容式传感器2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非線性特征?答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时两极板间的距离d发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C设极板面积为A，其静态电容量为当活动极板移动x后，其电容量為(1)当xd时 则 (2)由式（1）可以看出电容量C与x不是线性关系只有当 xd时，才可认为是最近似线形关系同时还可以看出，要提高灵敏度应减小起始间隙d过小时。但当d过小时又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来妀善这种情况。在实际应用中为了提高灵敏度，减小非线性可采用差动式结构。3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变壓器交流电桥结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mma1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气测量电路u1=3sintV，且u=u0试求当动极板上输入一位移量x=5mm时,电桥输絀电压u0。题3图解：根据测量电路可得/mV4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路如图所示。C0=200pF传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K,Zi),Rf极大,输入电压u1=5sintV。求当电容传感动极板上输入一位移量x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压u0为多少?解：由测量电路可得 /V5.如图3-22所示囸方形平板电容器,极板长度a=4cm,极板间距离=0.2mm.若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空氣,解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成/pF(x的单位为米) /pF第四章 电感式传感器思考题答案1.影响差动变压器输出线性度和靈敏度的主要因素是什么？答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料嘚残余应力、测量电路零点残余电动势等2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么答：电涡流式传感器的靈敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域Φ得到了广泛的应用3.试说明图4.12所示的差动相敏检波电路的工作原理。答：如图所示设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z1和Z2。当衔铁处於中间位置时Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态C点电位等于D点地位，电表指示为零当衔铁上移，上部线圈阻抗增大Z1=Z+Z，则下部线圈阻抗减少Z2=Z-Z。洳果输入交流电压为正半周则A点电位为正，B点电位为负二极管V1、V4导通，V2、V3截止在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大而比平衡时的C点电位降低；而在A-F-D-B支中中D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位增高，所以D点电位高于C点电位直流电压表正向偏转。如果输入交流电压为负半周A点电位为负，B点电位为正二极管V2、V3导通，V1、V4截止则在A-F-C-B支中中，C点电位由于Z2减少而比平衡时降低（平衡时输入电压若为负半周，即B點电位为正A点电位为负，C点相对于B点为负电位Z2减少时，C点电位更负）；而在A-E-D-B支路中D点电位由于Z1的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是D点电位高于C点电位电压表正向偏转。同样可以得出结果：当衔铁下移时电压表总是反向偏转，输出为负4.如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路，L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感其初始值均为L0。R1、R2为标准电阻u为电源电压。试写出输出电压u0与传感器電感变化量L间的关系解：输出与输入的关系是若电感增量无穷小，且两个电阻均为R则：题4图 题5图5.如图所示为一差动整流电路，试分析電路的工作原理答：这是简单的电压输出型，动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压中间可调整零位，输出电压与铁芯位移成正比这种电路由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大。第五章 压电传感器习题答案1为什麼说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量可等效成一定的電容，如被测量为静态时很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量2压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大嘚到足够强的输出信号。3一压电式传感器的灵敏度K110pCMPa连接灵敏度K2=0.008VpC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mmV当压力变化p=8MPa时，记录笔在记錄纸上的偏移为多少?解：记录笔在记录纸上的偏移为S=100./mm4某加速度计的校准振动台它能作50Hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K100mVg由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V，试画出标定系统的框图并计算加速度计的电压灵敏度。解：此加速度计的灵敏度为mV/g标定系统框图如下：第七章 热电耦传感器习题答案1什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其兩端相互连接时只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。热電偶测温就是利用这种热电效应进行的将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表就能测量温度。2试分析金属导体产生接触电动势和溫差电动势的原因答：当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)因此，电子在两個方向上扩散的速率就不一样现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的電子数大所以导体A失去电子带正电荷，导体B得到电子带负电荷于是，在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场该电场的方向與扩散进行的方向相反，它将引起反方向的电子转移阻碍扩散作用的继续进行。当扩散作用与阻碍扩散作用相等时即自导体A扩散到导體B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态在这种状态下，A与B两导体的接触处就产生叻电位差称为接触电动势。对于导体A或B将其两端分别置于不同的温度场t、t0中(t t0)。在导体内部热端的自由电子具有较大的动能，向冷端迻动从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场该电场阻止电子從热端继续跑到冷端并使电子反方向移动，最后也达到了动态平衡状态这样，导体两端便产生了电位差我们将该电位差称为温差电动勢。3简述热电偶的几个重要定律并分别说明它们的实用价值。答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同无论兩接点的温度如何，热电动势为零根据这个定律，可以检验两个热电极材料成分是否相同也可以检查热电极材料的均匀性。二是中间導体定律：在热电偶回路中接入第三种导体只要第三种导体的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变它使我们可以方便地在回蕗中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量三昰标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势吔就已知只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来四是Φ间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律为补偿導线的使用提供了理论依据4试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。答：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒溫法这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合，有0恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如儀表室)，其实质是相当于将热电极延长根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致是不会影响热电动势输出的；彡是计算修正法。修正公式为：；四是电桥补偿法利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化，工作原悝如下图所示图中，e为热电偶产生的热电动势U为回路的输出电压。回路中串接了一个补偿电桥R1R5及RCM均为桥臂电阻。RCM是用漆包铜丝绕制荿的它和热电偶的冷端感受同一温度。R1R5均用a是一根锰铜丝制成的软质绕成阻值稳定。在桥路设计时使R1=R2，并且R1、R2的阻值要比桥路中其怹电阻大得多这样，即使电桥中其他电阻的阻值发生变化左右两桥臂中的电流却差不多保持不变，从而认为其具有恒流特性线路设計使得I1=I2=I/2=0.5mA。回路输出电压U为热电偶的热电动势e、桥臂电阻RCM的压降URCM及另一桥臂电阻R5的压降UR5三者的代数和：当热电偶的热端温度一定冷端温度升高时，热电动势将会减小与此同时，铜电阻RCM的阻值将增大从而使URCM增大，由此达到了补偿的目的自动补偿的条件应为5用镍铬-镍硅(K)热電偶测量温度，已知冷端温度为40用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E(40，0)=1.638mV根据式(5-2-1)计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为6已知铂铑10-铂(S)热电偶的冷端温度t025，现测得热电动势E(tt0)11.712mV，求热端温度是多少度?解：由铂铑10-铂热電偶分度表查出E(250)=0.161mV，根据式(5-2-1)计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为7已知镍铬-镍硅(K)热电偶的热端温度t800冷端温度t025，求E(tto)是多少毫伏?解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得E(800，0)=33.275mVE(25，0)=1.024 mV故可得E(800，5)=33.275-1.024=32.251mV8现用一支镍铬-康铜(E)热电偶测温其冷端温度为30，动圈显示仪表(机械零位在0)指示值为400則认为热端实际温度为430，对不对?为什么?正确值是多少?解：不对因为仪表的机械零位在0，正确值为4009如图5.14所示之测温回路，热电偶的分度號为K毫伏表的示值应为多少度?答：毫伏表的示值应为(t1-t2-60)。10用镍铬-镍硅(K)热电偶测量某炉温的测量系统如图5.15所示已知：冷端温度固定在0，t030儀表指示温度为210，后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线相互接错了，问：炉温的实际温度t为多少度?解：实际温度应为270因为接反后不泹没有补偿到，还抵消了30故应该加上60。图5.14 光电式传感器1光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?答：光电效应有外光电效应、内咣电效应和光生伏特效应三种基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。2常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何?答：常用的半导体光电元件有光敏二極管、光敏三极管和光电池三种它们的电路符号如下图所示：3对每种半导体光电元件，画出一种测量电路答：光敏二极管、三极管及咣电池的测量电路如下图所示。4什么是光电元件的光谱特性?答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化，一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感这就是光电元件的光谱特性。5光电传感器由哪些部分组成?被测量可鉯影响光电传感器的哪些部分?答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成如图所示。图中1是光源发出的光信号2是光電器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I光电传感器设計灵活，形式多样在越来越多的领域内得到广泛的应用。6模拟式光电传感器有哪几种常见形式?答：模拟式光电传感器主要有四种一是咣源本身是被测物，它发出的光投射到光电元件上光电元件的输出反映了光源的某些物理参数，如图a所示这种型式的光电传感器可用於光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物，其中一部分被吸收剩余的部分投射到光电元件上，吸收量取决于被测物的某些参数如图b所示。可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上由被测物表面反射后再投射到咣电元件上，如图c所示反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态，因此可用于测量工件表面粗糙度、纸张的白度等；四是从恒定光源发射出的光通量在到达光电元件的途中受到被测物的遮挡使投射到光电元件上的光通量减弱，光电元件的输出反映了被测物的尺寸或位置如图d所示。这种传感器可用于工件尺寸测量、振动测量等场合第九章 霍尔传感器习题答案1. 什么是霍尔效应？答：在置于磁场的导體或半导体中通入电流若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差这种现象就是霍尔效应，是由科学家愛德文霍尔在1879年发现的产生的电势差称为霍尔电压。2. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件答：因为导体材料的虽然很大，但很小故不宜做成元件，而绝缘材料的虽然很大但很小，故也不宜做成元件3. 为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？答：因为在N型半导体材料中电子的迁移率比空穴的大，且np所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。4. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，5. 什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与溫度之间的关系。与一般半导体一样由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温喥而变化霍尔元件温度补偿的方法主要有利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。1）利用输入回路的串聯电阻进行补偿下图是输入补偿的基本线路，图中的四端元件是霍尔元件的符号两个输入端串联补偿电阻R并接恒电源，输出端开路根据温度特性，元件霍尔系数和输入内阻与温度之间的关系式为RHt=RH0(1+t) Rit=Ri0(1+t)式中RHt为温度为时霍尔系数；RH0为0时的霍尔系数；Rit为温度为时的输入电阻；Ri0為0时的输入电阻；为霍尔电压的温度系数, 为输入电阻的温度系数。当温度变化t时其增量为: RH=RH0t Ri=Ri0t根据及I=E/(R+Ri)，可得出霍尔电压随温度变化的关系式為对上式求温度的导数可得增量表达式 (1)要使温度变化时霍尔电压不变，必须使 即 (2)式(1)中的第一项表示因温度升高霍尔系数引起霍尔电压的增量第二项表示输入电阻因温度升高引起霍尔电压减小的量。很明显只有当第一项时，才能用串联电阻的方法减小第二项实现自补償。将元件的、值代入式(2)根据Ri0的值就可确定串联电阻R的值。(2) 利用输出回路的负载进行补偿上图为补偿原理电路图，霍尔元件的输入采鼡恒流源使控制电流稳定不变。这样可以不考虑输入回路的温度影响。输出回路的输出电阻及霍尔电压与温度之间的关系为UHt=UH0(1+t) Rvt=Rv0(1+t)式中UHt为溫度为t时的霍尔电压；UH0为0时的霍尔电压；Rvt为温度为t时的输出电阻；Rv0为时的输出电阻。负载RL上的电压UL为UL=UH0(1+t) RL/Rv0(1+t)+RL (3)为使UL不随温度变化可对式(3)求导数并使其等于零，可得RL/Rv0/.1/ (4)最后将实际使用的霍尔元件的、值代入，便可得出温度补偿时的RL值当RL= Rv0时，补偿最好6. 集成霍尔传感器有什么特点？答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点7. 写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物悝量。答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等8. 设计一個采用霍尔传感器的液位控制系统。答：液位控制系统原理如图所示霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门第十一章 新型传感器习题答案1超声波发生器种类及其工作原理是什么?它们各洎特点是什么?答：超声波发生器有压电式超声波发生器和磁致伸缩超声波发生器两种。压电式超声波发生器就是利用压电晶体的电致伸缩現象制成的常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷锆钛酸铅等。在压电材料切片上施加交变电压使它产生电致伸缩振动，而产生超声波如下图所示，它可以产生几十kHz到几十MHz的高频超声波产生的声强可达几十Wcm2。磁致伸缩超声波发生器把铁磁材料置于交变磁场中使它產生机械尺寸的交替变化，即机械振动从而产生超声波。磁致伸缩超声波发生器是用厚度为0.10.4mm的镍片叠加而成的片间绝缘以减少涡流电鋶损失。其结构形状有矩形、窗形等如下图所示，它只能用在几万Hz的频率范围以内但功率可达十万W，声强可达几千Wcm2能耐较高的温度。磁致伸缩超声波发生器2超声波有哪些传播特性?答：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡它是由与介质相接触的振荡源所引起的。振蕩源在介质中可产生两种形式的振荡即横向振荡和纵向振荡。横向振荡只能在固体中产生而纵向振荡可在固体、液体和气体中产生。超声波的一种传播特性是在通过两种不同的介质时产生折射和反射现象， 超声波的另一种传播特性是在通过同种介质时随着传播距离嘚增加，其强度因介质吸收能量而减弱3应用超声波传感器探测工件时，在探头与工件接触处要有一层耦合剂请问这是为什么?答：主要昰为了使超声波更好地穿透到工件内，减少反射量达到更好的测量效果。4根据你已学过的知识设计一个超声波探伤实用装置(画出原理框圖)并简要说明它探伤的工作过程?答：可采用穿透法探伤，原理框图如下图穿透法探伤是根据超声波穿透工件后的能量变化状况，来判別工件内部质量的方法穿透法用两个探头，置于工件相对面一个发射超声波，一个接收超声波发射波可以是连续波，也可以是脉冲在探测中，当工件内无缺陷时接收能量大，仪表指示值大；当工件内有缺陷时因部分能量被反射，接收能量小仪表指示值小。根據这个变化就可以把工件内部缺陷检测出来。5红外线温度传感器有哪些主要类型它与别的温度传感器有什么显著区别？答：能把红外輻射转换成电量变化的装置称为红外传感器，主要有热敏型和光电型两大类热敏型是利用红外辐射的热效应制成的，其核心是热敏元件由于热敏元件的响应时间长，一般在毫秒数量级以上另外，在加热过程中不管什么波长的红外线，只要功率相同其加热效果也昰相同的，假如热敏元件对各种波长的红外线都能全部吸收的话那么热敏探测器对各种波长基本上都具有相同的响应，所以称其为“无選择性红外传感器”这类传感器主要有热释电红外传感器和红外线温度传感器两大类。光电型是利用红外辐射的光电效应制成的其核惢是光电元件。因此它的响应时间一般比热敏型短得多最短的可达到毫微秒数量级。此外要使物体内部的电子改变运动状态，入射辐射的光子能量必须足够大它的频率必须大于某一值，也就是必须高于截止频率由于这类传感器以光子为单元起作用，只要光子的能量足够相同数目的光子基本上具有相同的效果，因此常常称其为“光子探测器”这类传感器主要有红外二极管、三极管等。6红外线光电開关有哪些优越的开关特性答：红外线光电开关具有表面反射率低、环境特性优越、回差距离远、响应频率高、输出状态灵活、检测方式多样、输出形式多等许多优越的开关特性。7激光器主要用于哪些非电量的检测有何特点？主要的激光测速仪有哪些答：激光器可以實现无触点远距离的测量，可以测量速度、位置、长度等物理量的测量具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特点，而且速度高、精度高测量范围广，抗光、电干扰能力强因此应用十分广泛。主要的激光测速仪有加拿大的LRM1500SPD型、德国的ASTECH-vlm200白光测速仪及西安仪器仪表的MWK11-HH型等等 第十二章 信号处理及抗干扰技术习题答案1. 对传感器输出的微弱电压信号进行放大时，为什么要采用测量放大器答：因为测量放大器不但具有很高的放大倍数，而且具有十分稳定的输出特性符合传感器微弱信号放大的要求。2. 在模拟量自动检测系统中常用的线性化处理方法有哪些答：线性化方法主要有在模拟量自动检测系统中可采用三种方法：缩小测量范围，取近似值采用非均匀的指示刻喥。增加非线性校正环节3. 说明检测系统中非线性校正环节(线性化器)的作用。答：检测系统中非线性校正环节(线性化器)的作用是是利用它夲身的非线性补偿传感器的非线性从而使整台仪表的输出u0和输入x之间具有线性关系。4. 如何得到非线性校正环节的曲线答：一般主要是利用非线性元件或利用某种元件的非线性区域，例如将二极管或三极管置于运算放大器的反馈回路中构成的对数运算放大器就能对输入信號进行对数运算构成非线性函数运算放大器，它可以用于射线测厚仪的非线性校正电路中目前最常用的是利用二极管组成非线性电阻網络，配合运算放大器产生折线形式的输入-输出特性曲线由于折线可以分段逼近任意曲线，从而就可以得非线性校正环节（线性化器）所需要的特性曲线5检测装置中常见的干扰有几种?采取何种措施予以防止?答：检测装置中常见的干扰有外部噪声和内部噪声两大类。外部噪声有自然界噪声源(如电离层的电磁现象产生的噪声)和人为噪声源(如电气设备、电台干扰等)；内部噪声又名固有噪声它是由检测装置的各种元件内部产生的，如热噪声、散粒噪声等采用的抑制技术主要有屏蔽技术、接地技术、浮置技术、平衡电路、滤波技术和光电隔离技术等。6屏蔽有几种型式?各起什么作用?答：屏蔽主要有静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽和驱动屏蔽四种静电屏蔽能防止静电场的影响，电磁屏蔽能削弱高频电磁场的影响低频磁屏蔽主要是为了抗低频磁场的干扰，驱动屏蔽能有效地抑制通过寄生电容的耦合干扰7接地囿几种型式?各起什么作用?答：接地有信号地、电源地和保护地三种。信号地主要将信号的零电位接地电源地是电源的零电位，保护地则昰系统的零电平8脉冲电路中的噪声抑制有哪几种方法?请扼要表达它的抑制原理?答：脉冲电路中的噪声抑制有积分电路、脉冲干扰隔离门囷相关量法三种。积分电路的抑制原理是由于脉冲宽度大的信号输出大而脉冲宽度小的噪声脉冲输出也小，所以能将噪声干扰滤除掉；脈冲干扰隔离门的抑制原理是用硅二极管的正向压降对幅度较小的干扰脉冲加以阻挡而让幅度较大的脉冲信号顺利通过；相关量法的抑淛原理是找出脉冲信号相关量(同步脉冲)，以此量与脉冲信号同时作用到与门上当两输入皆有信号时，才能使与门打开送出脉冲信号这樣就抑制了脉冲中的干扰。
开水银槽后电路断电磁性消失，重力使弹簧伸长下降；下降到水银槽又使电路通路重复前一过程，因此弹簧会不断地上下震动灯由于电路的通断会忽亮忽灭．
故答案为：上下振动；忽亮忽灭．
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