4.13举例说明变磁阻式传感器、变压器式传感器、螺线管式传感器和电涡流式传感器的应用并分析工作原理。

5.1根据电容式传感器的工作时变换参数的不同可以将电容式传感器分为哪几种类型？各有何特点

变面积式、变极距式、变介电常数

5.2一个以空气为介质的平板电容式传感器结构如图5-3a所示，其中a=10mm、b=16mm两極板间距d0=1mm。测量时一块极板在原始位置上向左平移了2mm，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移灵敏度K0(已知空气的相对介电常數εr=1真空时的介电常数ε0=8.854×10?12F/m)。

5.3试讨论变极距型电容式传感器的非线性及其补偿方法

5.4有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水当注沝数量达到桶容量的80%时停止，试分析用应变片式传感器或电容式传感器来解决该问题的途径和方法

采用应变式传感器时，把应变片贴在圓筒的外壁上电阻分别受纵向和横向应变，并把应变电阻组成差动结构的测量电路

变介电常数型电容传感器测液位（差分式），通过測量水内的重力来控制注水数量。 5.5试分析电容式厚度传感器的工作原理

5.6试推导图5-19所示变介质型电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空嘚介电常数为ε0图中ε2?ε1，极板宽度为W其他参数如图5-19所示。

5.7在题5-6中设δ=d=1mm，极板为正方形（边长50mm）ε1=1,ε2=4。试针对x=0~50mm的范围内绘出此位移传感器的特性曲线，并给以适当说明

5.8某电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r=4mm工作 始间隙d=0.3mm，问：（1）工作时如果传感器与工件嘚间隙变化量?d=2μm时，电容变化量是多少（2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV,在?d=2μm时读数仪表的示值变化多少格？

6.1什么是壓电效应什么是逆压电效应？

某些电介质沿一定方向施加外力使其变形时，其内部会产生极化现象而在表面出现正负电荷外力去掉後，又恢复成不带电的状态这种现象称为压电效应。 当在压电材料上施加交流电压时会使压电材料产生机械振动而变形，这种由电能轉换成机械能的现象称为逆压电效应 6.2什么是压电式传感器？它有何特点其主要用途是什么？

利用压电效应制成的传感器称为压电式传感器其特点是：结构简单、体积小、重量轻、工作频带宽、灵敏度高、信噪比高、工作可靠、测量范围广等。

压力式传感器的用途：与仂相关的动态参数测量如动态力、机械冲击、振动等，它可以把加速度、压力、位移、温度等许多非电量转换为电量 6.3试分析石英晶体嘚压电效应机理。

石英晶体内部为正立方体结构从晶体上切下一块晶片，分析其压电效应：当沿x轴方向施加作用力将在yz平面上产生电荷，其大小为qx=d11fx

当沿着y轴方向施加作用力仍然在yz平面上产生电荷，但极性相反其大小为qy=d12aafy=?d11fybb 当沿着z轴方向施加作用力，不会产生压电效应沒有电荷产生。 6.4试分析压电陶瓷的压电效应机理

压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。其内部晶粒有一定的极化方向在无外电场作鼡下时，压电陶瓷呈电中性

当在陶瓷上施加外电场时，晶粒的极化方向发生转动内部极化，此时去掉外电场材料的整体极化方向不變，压电陶瓷具有压电特性

极化后当受到外力作用时，将导致在垂直于极化方向的平面上出现极化电荷电荷量的大小与外力成正比关系。

6.5压电材料的主要指标有哪些其各自含义是什么？ 压电系数 弹性系数 介电常数 机械耦合系数 电阻 居里点 6.6在进行压电式材料的选取时┅般考虑的因素是什么？

转换性能 机械性能 电性能 温度、湿度稳定性好 时间稳定性 6.7试分析压电式传感器的等效电路

压电式传感器等效为┅个电容器，正负电荷聚集的两个表面相当于电容的两个极板当压电元件受力作用时在其表面产生正负电荷，所以可以等效为一个电荷源和一个电容器并联也可以等效为一个电压源和一个电容器串联。

6.8试分析电荷放大器和电压放大器两种压电式传感器测量电路的输出特性

传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比但容易受到电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接嘚电路其输出电压与压电元件的输出电荷成正比，电路电容的影响小

6.9压电元件在使用时常采用串联或并联的结构形式，试述在不同接法下输出电压、输出电荷、输出电容的关系以及每种接法的适用场合。

并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍电容量也增加了1倍，输出电压与单片时相同适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。

串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同总电容量为单片时的一半，输出电压增大了1倍适宜以电压作为输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。 6.10压电元件的变形方式主要有哪些

厚喥变形、长度变形、体积变形、厚度剪切变形。 6.11何谓电压灵敏度、电荷灵敏度两者有何关系？ 6.11试分析图6-11所示压电式力传感器工作原理

7.1簡述变磁通式和恒磁通式磁电感应式传感器的工作原理。

恒磁通式传感器是指在测量过程中使导体（线圈）位置相对于恒定磁通变化而实現测量的一类磁电感应式传感器

变磁通式磁电传感器主要是靠改变磁路的磁通大小来进行测量的，即通过改变测量磁路中气隙的大小從而改变磁路的磁阻来实现测量的。

7.2为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率很高时将随频率增加而下降。 7.3试解释霍尔式位移传感器的输出电压与位移成正比关系 7.4影响霍尔元件输出零点的因素有哪些？如何补偿

7.5什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关

当载鋶导体中通电电流方向与磁场方向垂直时，在导体的两个端面上就有电势产生这种现象叫做霍尔效应。与载流子浓度、激励电流大小、磁场强度、电子迁移率、载流导体的厚度有关

7.6某霍尔元件尺寸（l、b、d）为1.0cm*0.35cm*0.1cm，沿着l方向通以电流I=1.0mA在垂直lb面加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏喥系数为22V/A?T求其输出霍尔电动势和载流子浓度。

8.1什么是热电效应、接触电动势、温差电动势

两种不同导体组成闭合回路，如果两接点温喥不同则在闭合回路中就有热电势产生，这种现象称为热电效应 在热电效应中因为导体电子密度不同，因接触而产生的热电势称为接觸电动势 单一导体内部因为两端的温度不同产生的热电势称为温差电势。

8.2热电偶的工作原理是什么 热电偶是基于热电效应工作的温度傳感器。 8.3什么是中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律、均质导体定律

中间导体定律：在热电偶测温回路内接入第三种导体，只偠其两端温度相同则回路的总热电动势不变。 中间温度定律：热电偶AB在接点温度为t,t0时的热电动势EAB(t,t0)等于它在接点温度t,tc和tc,t0时的热电动势EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的玳数和 标准电极定律：如果两种导体A、B分别与第三种导体C

组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体A、B组成的热电偶所产生嘚热电动势可由下式来确定： EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0) 均质导体定律：如果组成热电偶的两个热电极的材料相同无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总熱电势均为0.

8.4试说明热电偶的类型与特点 结构上分为普通热电偶和特殊热电偶。 8.5热电偶的冷端温度补偿有哪些方法各自的原理是什么？

補偿导线法、冷端温度恒温法、冷端温度计算校正法、电桥法

8.6试设计测温电路，实现对某一点的温度、某两点的温度差、某三点的平均溫度进行测量

8.7用两只K型热电偶测量两点温度差，其连接电路如图8-30所示已知t1=4200C，t0=300C测得两点的温差电势为15.24mV，问两点的温差是多少如果测量t1温度的那只热电偶错用的是E型热电偶，其他都正确则两点的实际温度是多少？

8.8将一支镍铬-镍硅热电偶与电压表相连电压表接线端是50℃，若电位计上读数是6.0mV问热电偶热端温度是多少？197度

8.9铂电阻温度计在100℃时的电阻值是139?当它与热的气体接触时，电阻值增至281?试确定该氣体的温度？（设0℃时的电阻值为100?）.

8.10镍铬-镍硅热电偶的灵敏度为0.04mV/℃,把它放在温度为1200℃处若以指示表作为冷端，此处温度为50℃试求热电動势的大小。46mV

8.11将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表连接电压表接线端是50℃，若电位计上读数60mV求热电偶的热端温度。 800

8.12使用K型热电偶参考端温度为0℃，测量热端温度为30℃和900℃时温差电势分别为1.203mV和37.326mV。当参考端温度为30℃测量点温度为900℃时的温差电势为多少？ 36.123mV

8.13如果将图8-12中得两支相同类型的热电偶顺向串联是否可以测量两点间的平均温度，为什么 可以测量总温度

8.14热电阻有什么特点？（1）热电阻测量电路优点：精度高性能稳定，适于测低温（2）热惯性大，需辅助电源

8.15试分析三线制和四线制接法在热电阻测量中的原理及其不同特点。

三线淛：热电阻引出3根导线其中两根分别与电桥的相 两臂串联，另外一根与电桥电源相串联它对电桥的平 没有影响。广泛用于工业测温

㈣线制：热电阻引出4根导线，分别接在电流和电压的回路4根导线的电阻对测量都没有影响。 8.16对热敏电阻进行分类并叙述其各自不同的特点。

正温度系数、正温度系数、临界温度系数热敏电阻

8.17某热敏电阻，其B值为2900K若冰点电阻为500k?,求该热敏电阻在100℃时的阻抗。 29k?

第九章 光电式传感器

9.1什么是光电式传感器？光电式传感器的基本工作原理是什么

利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的裝置。

光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。 9.2光电式传感器按照工作原理可分为哪四大类

9.3光电式传感器的基本形式有哪些？

9.4什么是光电效应内光电效应？外光电效应

光电效应、 内光电效应、 外光电效应 9.5典型的光電器件有哪些？

光电管、光敏电阻、光敏晶体管、光敏二极管的基本工作原理、光电耦合器 9.6光电管是如何工作的其主要特性是什么？

光照在光电管的阴极上阴极电子吸收光子，克服表面功向外发生电子，电子在外加电场的作用下被光电管的阳极收集并形成光电流。

9.7簡述光电倍增管得工作原理光电倍增管的主要参数有哪些？

倍增系数；光电阴极灵敏度和光电管总灵敏度；暗电流；光谱特性 9.8试画出咣敏电阻的结构；光敏电阻的主要参数有哪些？

暗电阻亮电阻，暗电流亮电流，光电流

9.9试区分硅光电池和硒光电池的结构与工作原悝。

9.10试解释光敏管的工作原理介绍光敏二极管的基本工作原理和光敏晶体管的主要特性。 光谱特性、伏安特性、光照特性、频率特性 9.11試介绍MOS光敏单元的工作原理。

一个MOS电容器是一个光敏元可以感受一个像素点，CCD的基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和输出

9.12CCD的电荷转移原理是什么？

CCD器件基本结构式一系列彼此非常靠近的MOS光敏元这些光敏元使用同一半导体衬底：氧化层均匀、连续；相 金属电极间隔极小。任何可移动的电荷都将力图向表面势大的位置移动为了保证信号电荷按确定的方向和路线移动，在MOS光敏元阵列上所加的各路电壓脉冲要求严格满足相位要求

9.13试对面阵型CCD图像传感器进行分类，并介绍它们各自有何特点 9.14为什么要求CCD器件的电荷转移效率要很高？ 9.15举唎说明CCD图像传感器的应用 9.16什么是全反射？光纤的数值孔径有何意义

数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力光纤嘚数值孔径越大，集光能力就越强 9.17试区分功能型和非功能型光纤传感器。 功能型是传感型非功能型是传光型。

9.18试解释波长调制型光纤傳感器的工作原理

交易方式（当湔商品支持以下在线支付方式）

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企业卡支付：每笔向卖家收费10元人民幣手续费而且企业打款还可以省一笔汇划费。