传感器与检测技术课后题答案(3)

2018-12-05 21:20

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)的代数和。

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的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,热电偶回路中的总热电势均为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?

补偿导线法、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、某三点的平均温度进行测量。 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?30C,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

0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?,试确定该气体的温度?(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℃,试求热电动势的大小。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1.203 mV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?36.123 mV

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。

三线制:热电阻引出3根导线,其中两根分别与电桥的相邻两臂串联,另外一根与电桥电源相串联,它对电桥的平衡没有影响。广泛用于工业测温。

四线制: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。 29 k?

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)的装置。

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? 反射式、透射式、

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?

内光电效应、外光电效应 9.5典型的光电器件有哪些?

光电管、光敏电阻、光敏晶体管、光敏二极管、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简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试画出光敏电阻的结构;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理。

9.10试解释光敏管的工作原理。介绍光敏二极管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试介绍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;相邻金属电极间隔极小。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压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举例说明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,光纤的数值孔径越大,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传感器的工作原理。 9.19举例说明利用光纤传感器实现温度的测量方法。 9.20试分析二进制码盘和循环码盘的特点。

二进制码盘最大的问题是任何微小的制作误差,都可能造成读数的粗误差。 循环码是无权码,任何相邻的两个数码间只有一位是变化的。 9.21试区别接触式码盘和非接触式码盘的优缺点。

9.22试解释光电编码器的工作原理。

9.23一个8位光电码盘的最小分辨率是多少?如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度至少为0.01mm,则码盘半径应有多大? 1.40625度,0.0245弧度,0.0408mm

9.24利用某循环码盘测得结果为“0110”,其实际转过的角度是多少? 二进制码为0100,90度

9.25试分析脉冲盘式编码器的辨向原理。

9.26计量光栅是如何实现测量位移的?

主光栅与运动部件连在一起,当被测物体运动时,在主光栅、指示光栅后面形成黑白相间的莫尔条纹,条纹宽度和运动部件的位移成正比。

9.27计量光栅中为何要引入细分技术?细分的基本原理是什么? 光栅测量原理是以移过的莫尔条纹数量来确定位移量,其分辨率为光栅栅距。现代测量不断提出高精度的要求,为了提高分辨率,测量比光栅栅距更小的位移量,可以采用细分技术。 细分就是为了得到比栅距更小的分度值,即在莫尔条纹信号变化的一个周期内,发出若干个计数脉冲,以减少每个脉冲相当的位移,相应地提高测量精度。 10.1红外探测器有哪些类型?并说明它们的工作原理。

(1)热探测器:有热敏电阻型、热电阻型、高莱气动型和热释电型 (2)光子探测器

10.2什么是热释电效应?热释电效应与哪些因素有关?

在居里点以下时,由于温度的变化引起铁电体的极化强度改变的现象称为热释电效应。 热释电效应与铁电体材料、敏感面、厚度均有关(等效电容) 10.3什么被称为“大气窗口”,它对红外线的传播有什么影响?

通常把太阳光通过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。

红外线传播过程中通过大气窗口时,会使红外辐射逐渐减弱。 10.4红外敏感元件大致分为哪两类?它们的主要区别是什么?

热探测器:响应波段宽,响应范围为整个红外区域,室温下工作,使用方便。

光子探测器:灵敏度高、响应速度快,具有较高的响应频率,但探测器波段较窄,一般工作于低温

10.5请根据气体对红外线有选择性吸收的特性,设计一个红外线气体分析仪。使其能对气体的成分进行分析。(提示:不同气体对红外线能量的吸收是不同的) 10.6微波的特点是什么?

(1)需要定向辐射装置

(2)遇到障碍物容易反射

(3)绕射能力差

(4)传输特性好,传输过程中受烟雾、灰尘等的影响较小 (5)介质对微波的吸收大小与介质介电常数成正比。 10.7试分析反射式和遮断式微波传感器的工作原理。

(1)反射式:发生天线和接收天线位于检测物体的同一侧, 根据检测物体反射回来的微波信号的功率或微波信号从发出到接收到的时间间隔来实现测量位置和位移等参数。 (2)遮断式:发生天线和接收天线位于检测物体的两边,根据接收天线收到的微波功率的大小来判断发送天线和接收天线之间有无被测物体或位置等。 10.8试分析微波传感器的主要组成及其各自的功能。 微波发生器、微波天线、微波检测器。 10.9微波传感器有何优缺点?

(1)优点:非接触式传感器;波长范围为1m~1mm,有极宽的频谱;频率高、时间常数小、反应速度快;无须进行非电量转换;适合遥测、遥控;不会带来显著的辐射。 (2)缺点:存在零点漂移;测量环境对测量结果影响较大。 10.10举例说明微波传感器的应用。

(1)微波液位计

(2)微波湿度传感器 (3)微波辐射计 (4)微波无损检测仪 (5)微波物位计

(6)微波定位传感器 (7)微波多普勒传感器

10.11超声波在介质中传播具有哪些特性?

(1)超声波有纵波、横波、表面波三种

(2)超声波的传播速度与波长和频率的乘积成正比 (3)满足光的反射和折射定律

10.12超声波传感器主要有哪几种类型?试述其工作原理。

(1)压电式超声波传感器

(2)磁致伸缩式超声波传感器:当超声波作用在磁致伸缩材料上时,引起材料伸缩,从而导致它的内部磁场发生改变。根据电磁感应,磁致伸缩材料上所绕的线圈便获得感应电动势。

10.13在用脉冲回波法测量厚度时,利用何种方法测量时间间隔?t有利于自动测量?若已知超声波在被测试件中的传播速度为5480m/s,测得时间间隔为25?s,试求被测试件的厚

v?t25480?25?102?6度。d???0.0685m

10.14超声波测物位有哪几种测量方式?各有什么特点? (1)单换能器在液体中(2)双换能器在液体中 (3)单换能器在空中(4)双换能器在空中

当换能器位于液体中时,衰减比较小

当换能器位于空气中时,便于安装和维护,当衰减比比较大。 10.15试述时差法测流量的基本原理,存在的问题及改进方法。

通过测量超声波在顺流和逆流中传播的时间差求得流体流速的一种方法。v?c22Lcos??t,测量精度主要取决于时间差的测量精度。同时,超声波声速一般随介质

的温度变化而变化,因此将造成温漂。

10.16超声波用于探伤有哪几种方法?试述反射法探伤的基本原理。 穿透法探伤和反射法探伤。

11.1气敏传感器有哪几种类型?简述电阻式气敏传感器的工作原理。 11.2为什么大多数气敏器件都装有加热器?

11.3气敏传感器一般应用于哪些方面?试举例说明,并阐述其基本原理。 11.4试述电阻式湿敏传感器的基本原理、主要类型及各自特点。 11.5陶瓷式电阻湿敏传感器的导电机理是什么?有何特点?

11.6当对房间内湿度进行控制时,可采用哪些方法?试举例说明,并解释其原理。 12.1简述生物传感器的概念和特点。 12.2简述生物传感器的工作原理。 12.3简述生物传感器的分类方法。 12.4简述生物芯片的种类。 12.5简述生物传感器的发展。 13.1什么是智能传感器? 13.2智能传感器有何特点? 13.3智能传感器如何实现?

13.4如何设计智能传感器? 13.5什么是模糊传感器?

13.6模糊传感器的一般结构是什么? 13.7模糊传感器的基本功能有哪些? 13.8什么是微机电系统?

13.9微机电系统的基本结构是什么? 13.10简要介绍主要的MEMS制造技术。

13.11什么是微传感器?微传感器有何特点? 13.12什么是网络传感器?

13.13网络传感器的基本结构是什么? 13.14网络传感器是如何分类的?

13.15简要介绍IEEE1451网络传感器。 13.16网络传感器的主要发展方向是什么? 14.1试分析检测技术有何重要意义。 14.2什么是测量?

14.3测量方法是如何进行分类的?

14.4简述测量系统的结构。

14.5测量系统是如何分类的,各有何特点? 14.6实现参数检测的一般方法主要有哪些?

14.7针对常见的过程量,简述其主要的检测方法。 14.8简述常见的机械量检测方法。 14.9检测技术的发展趋势是什么? 20.1试画出数据采集系统模型框图。

20.2采样/保持器的主要作用是什么?

20.3自动检测系统的软件主要由哪几部分构成,它们分别起什么作用? 20.4举例说明自动检测系统的设计步骤和方法。 20.5试说明无线传感器网络信息获取的关键技术。 20.6试说明自动检测系统的发展。

20.7以某一检测量为例(如压力、速度等),设计一个自动检测系统,给出其系统组成并说明其工作原理。


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