第10章 化学传感器与生物传感器 -习题参考答案.pdfVIP

《传感器技术与应用》教材习题答案

第10章化学传感器与生物传感器习题参考答案

1．总结化学传感器与生物传感器的联系与区别。

答案样例：

（1）区别：

化学传感器是指基于化学反应或物理原理来检测特定化学物质的传感器。

生物传感器是指能够对生物物质敏感并将其转换为可用电信号的传感器。

（2）联系：

生物传感器属于化学传感器的一个子类。

2．简述pH玻璃电极的作用及其应用特性。

答案样例：

+

pH玻璃电极为指示电极，对被测溶液中H活度有响应。在应用时，需要配置参比电

+

极，参比电极对溶液中的H活度无响应，作用是提供已知、恒定的电极电位。通过pH指

示电极和参比电极测量获得电位差，即可以求解被测溶液中的pH值。

3．简述离子敏场效应管的结构特点及其工作原理。

答案样例：

离子敏场效应管与绝缘栅型场效应管相比，绝缘层上方没有金属栅极，是含有待测离子

的溶液。绝缘层与溶液之间是离子敏感膜。则离子敏感膜即为离子敏场效应管传感器的栅

极。离子敏场效应管传感器利用被测溶液中离子的选择作用来改变栅极电位，进而控制漏源

电流的变化，从而实现对被测离子浓度的检测。

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4．简述气敏传感器MQ-3的检测原理，提供基本的应用电路原理图。

答案样例：

MQ-3基本应用电路原理图

MQ-3型气敏传感器也被称为“表面电阻控制型半导体气敏传感器”。其敏感材料为高

活性的金属氧化物半导体，通常为二氧化锡半导体材料。MQ-3型气敏传感器的2、5引脚

在应用时接入的电源是为传感器内部的加热器供电，可以为气敏传感器提供合适的工作温

度，以提高二氧化锡对酒精反应的灵敏度。MQ-3型气敏传感器1和3引脚在器件内部短

接相通，4和6引脚也短接相通，均属于工作引脚。与直流工作激励和串联的负载电阻构

成闭合的测量转换回路。当MQ-3型气敏传感器在工作状态下接触到酒精气体时，二氧

化锡的电阻值将下降。即酒精的浓度与气敏传感器的电阻值成近似反比关系。

5．分析露点温度可以表达空气相对湿度的依据。

答案样例：

根据露点温度的描述性定义可知，当空气相对湿度达到100%时，此时对应的气温即为

露点温度。当空气的水蒸气未达到饱和时，对应的气温一定高于露点温度。因此可以以露点

温度与实际气温的差值来表示空气中水蒸气偏离饱和的程度。因此，露点温度也是表示空气

相对湿度的一个重要指标。

6．简述电阻式、电容式、频率式、压力式四种类型湿敏传感器的工作原理。

答案样例：

（1）电阻式湿敏传感器

电阻式湿敏传感器是通过转换元件将空气中水蒸气含量的变化转换为阻值的变化。

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（2）电容式湿敏传感器

电容式湿敏传感器是通过转换元件将空气中水蒸气的含量变化转换为电容值的变化，

湿度敏感元件作为电介质层。

（3）频率式湿敏传感器

频率式湿敏传感器也称为共振式湿敏传感器，内部含有谐振模块。当被测空气水蒸气含

量发生变化时，会改变谐振模块的谐振频率。

（4）压力式湿敏传感器

压力式湿敏传感器是一种利用空气中水蒸气压力测量湿度的传感器。传感器内部装有

吸湿片。吸湿片内部的水蒸气分压会随着空气湿度的增加而升高。因此可以根据吸湿片内、

外空气的压差来实现对湿度的测量。

7．简述生物敏感膜的作用。

答案样例：

生物敏感膜也称为分子识别元件或生物受体或生物活性物质，用于选择、识别生物信

息，是生物传感器的核心构成。

8．总结至少4项柔性生物传感器技术应用的典型案例。

答案样例：

（1）运动员健康监测：

将柔性生物传感器应用于实时监控运动员的生理指标，如呼吸、心率、肌氧和血乳酸等，

通过收集这些数据，可以帮助教练团队制定科学的训练计划，并预防运动损伤。

（2）智能绷带或电子皮肤

将柔性生物传感器也被设计成皮肤贴片的形式，用于药物输送和健康监测。可定时释放

药物，同时监测药物效果和患者的生理反应，特别适用于慢性病的监护治疗。

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