传感器技术及实训习题答案.doc

1.6 习 题 1．什么是传感器？（传感器定义）是接收信号或刺激并反应的器件，以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成：1）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。2）转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。 3转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？1)灵敏度 灵敏度是指仪表、传感器等装置系统的输出量增量与输入量增量比。 迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度。 5)稳定性 稳定性包含稳定度和环境影响量两个方面。稳定度指的是仪表在所有条件都恒定不变的情况下，在规定的时间内能维持其示值不变的能力. 环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值变化量。 6．动态参数有那些？应如何选择？动态特性是指传感器对时间变化的输入量的响应特性，传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实地再现变化着的输入量能力的反映。传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属电阻的应变效应电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。用电阻应变片组成的半桥、全桥电路比单桥相电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。，式中称为霍尔片的灵敏度。由该式可知，霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度。一个霍尔元件在一定电流作用下，其霍尔电势与磁感应强度成正比，其灵敏度与霍尔常数成正比而与霍尔片厚度成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。 4.霍尔传感器适用于哪些场合？霍尔元件常用材料有哪些？各有什么特点？ 霍尔传感器（霍尔元件和集成霍尔器件）具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，因此被广泛地应用于测量、自动控制及信息处理等领域。 目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料，其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能和线性度都较好，应用最为普遍。 5.温度变化对霍尔元件输出电势有什么影响？如何补偿？ 半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随温度变化，对温度的变化很敏感，霍尔元件的性能参数如输入电阻、输出电阻、霍尔电势等都会随温度的变化而变化，这将给测量带来较大的误差，为了减少这一测量误差，除选用温度系数小的元件或采用恒温措施外，还可以采用适当的方法进行补偿。（1）采用恒流源供电和输入回路并联电阻；（2）采用温度补偿元件（如热敏电阻、电阻丝等）。 6.下图是汽车霍尔点火装置示意图，试说明工作原理。 图3-21 汽车霍尔点火装置示意图 当磁轮鼓不同磁极对应霍尔IC面前时，SL3020霍尔传感器的输出为高、低电平，当输出低电平时，晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。当霍尔IC输出跳变为高电平时，经反相变为低电平，达林顿管开关管截止，切断点火线圈的低压侧电流。由于没有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁场能量在高压侧感应出30~50kV的高电压。 4.7 习题 1.热电阻传感器主要分为几种类型？它们应用在什么不同场合？半导体热敏电阻的主要优缺点是什么？在电路中是怎样克服的？温度变化。热敏电阻体积小、热容量小、响应速度快，能在空隙和狭缝中测量。它的阻值高,测量结果受引线的影响小,可用于远测量。它的过载能力强，成本低廉。但热敏电阻的阻值与温度为非线性关系，所以它只能在较窄的范围内用于精确测量。热敏电阻在一些精度要求不高的测量和控制装置中得到广泛应用。为了克服热敏电阻的非线性，通常我们在电路里用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络。 3.热电偶冷端温度对热电偶的热电势有什么影响？为消除冷端温度影响可采用哪些措施？热电偶冷端补偿方法有很多种