传感器答案

第1章问题。

1、电子信息专业的主要技术方向是什么？

2、人们是如何感知世界的？

3、五官中，哪些在人们的生产生活中用到的最多？

4、我们周围都有哪些物理量呢？

5、什么是传感器？传感器的组成及分类是怎样的？

1）传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

2）传感器的组成。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

传感器的分类。

a.传感器按照其用途分类。

压敏和力敏传感器。

位置传感器

液面传感器。

能耗传感器

速度传感器。

加速度传感器

射线辐射传感器。

热敏传感器

雷达传感器。

b.传感器按照其原理分类。

电阻、电容、电感传感器。

湿敏、磁敏、气敏、光敏、热敏传感器。

真空度、压电、流量传感器。

生物传感器。

c.传感器按照其输出信号为标准分类。

模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。

开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

6、什么是测量？

测量是以确定量值为目的的一系列操作。所以测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。它可由以下公式表示：

或式中： x——被测量值；

u——标准量，即测量单位；

n——比值（纯数）, 含有测量误差。

7、什么是等精度测量？什么是不等精度测量？

用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量，称为等精度测量。用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。

8、开环、闭环测量系统有什么区别？

开环测量系统开环测量系统全部信息变换只沿着一个方向进行。

闭环测量系统-闭环测量系统有两个通道，一为正向通道，二为反馈通道。

9、测量误差的表示方法有几种？

绝对误差是示值与被测量真值之间的差值。

x=x-l式中： δ绝对误差；

x——测量值；

l——真实值。

相对误差是由绝对误差与真值或实际值之比。

式中： δ相对误差，一般用百分数给出；

δ——绝对误差；

l——真实值。

引用误差引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，即。

式中： γ引用误差；

δ——绝对误差。

10、测量数据中误差出现的规律有哪几种？各有什么特点？

根据测量数据中的误差所呈现的规律，将误差分为三种，即系统误差、随机误差和粗大误差。这种分类方法便于测量数据处理。

1）系统误差对同一被测量进行多次重复测量时，如果误差按照一定的规律出现，则把这种误差称为系统误差。

2）随机误差对同一被测量进行多次重复测量时，绝对值和符号不可预知地随机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。（3）粗大误差明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。

对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。

11、什么是“权”？

在不等精度测量时，对同一被测量进行m组测量，得到m组测量列（进行多次测量的一组数据称为一测量列）的测量结果及其误差，它们不能同等看待。精度高的测量列具有较高的可靠性，将这种可靠性的大小称为“权”。

12、传感器输入---输出静态特性的衡量指标都有哪些？

1）线性度。

传感器的校准曲线与选定的拟合直线的偏离程度称为传感器的线性度，又称非线性误差。

2）灵敏度。

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出改变量与引起此变化的输入改变量之比。常用sn表示灵敏度，其表达式为。

3）迟滞(迟环)

在相同工作条件下做全量程范围校准时，正行程和反行程所得输出输入特性曲线不重合。迟滞用来描述这种不重合的程度。

4）重复性。

重复性是指在相同工作条件下，输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。

第2章问题。

1、水的三态点（三相点）的温度是如何表示的？

1k定义为水的三相点热力学温度的1/273.16，水的三相点，即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度，为273.16k。

2、摄氏温度和华氏温度的关系表达式？

c=5/9(f-32)

c---摄氏温度值。

f---华氏温度值。

3、接触式测温和非接触式测温各有什么特点？

接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相接触，当被测温度与感温元件达到热平衡时，温度敏感元件与被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构简单，工作可靠，精度高，稳定性好，**低廉等优点。

这类测温方法的温度传感器主要有：基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度传感器，基于导体或半导体电阻值随温度变化的电阻式温度传感器，基于热电效应的热电偶温度传感器。非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。

物体辐射能量的大小与温度有关，并且以电磁波形式向四周辐射，当选择合适的接收检测装置时，便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的各种信号，实现温度的测量。

这类测温方法的温度传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤高温传感器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感器的测量滞后和在温度范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但精度较低，使用不太方便。

4、双金属片用于控制温度的工作原理是什么样的？

双金属温度计敏感元件如图所示，他们由两种热膨胀系数不同的金属片组合而成，将两片粘贴在一起，并将其一端固定，另一端设为自由端，自由端与指示系统相连接。当温度由t0变化到t1时，由于ab两者的热膨胀系数不一致而发生弯曲，即双金属片由t0时初始位置ab变化到t1时的相应位置a’b’，最后导致自由端产生一定的角位移，角位移的大小与温度成一定的函数关系，通过标定刻度，即可测量温度。

5、铂热电阻测温的特性是什么？

铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。铂很容易提纯，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。

与其它材料相比，铂有较高的电阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。按iec标准，铂热电阻的使用温度范围为-200~+850℃。

铂热电阻的特性方程为

在-200~0℃的温度范围内：

rt=r0［1+at+bt2+c (t-100) t3］

在0~850℃的温度范围内：

rt = r0(1+at+bt2)

6、半导体热敏电阻分哪几类？各有什么特点？

ntc型、ptc型、ctr型三类。

ptc热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

ntc热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的减小。

临界温度热敏电阻ctr（critical temperature resistor）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数。

7、热敏电阻用于控制三极管的通断电路如何设计？

p32(c)晶体管保护。

8、什么是热电效应？

将两种不同材料的导体a和b串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。

9、什么是帕尔贴效应？什么是汤姆逊效应？

由n、p型材料组成一对热电偶，当热电偶通入直流电流后，因直流电通入的方向不同，将在电偶结点处产生吸热和放热现象，称这种现象为珀尔帖效应。

对单一金属导体，如果两端的温度不同，则两端的自由电子就具有不同的动能。温度高则动能大，动能大的自由电子就会向温度低的一段扩散。失去了电子的这一端就处于正电位，而低温端由于得到电子处于负电位。

这样两端就形成了电位差，称为温差电动势（汤姆逊电动势）。

10、热电动势由哪几部分构成？

总的热电动势包括两个接触电动势和两个温差电动势。

11、热电偶回路总的热电动势的表达式的公式推导。

12、中间导体定律的内容、证明及应用各是什么？

中间导体定律。

如图所示，将a、b构成的热电偶的t0端断开，接入第三种导体c，只要保持第三导体两端温度相同，接入导体c后对回路总电动势无影响。

证明：p39

应用：可以在热电偶的回路中引入各种仪表和连接导线等。

13、e、k、s、b型热电偶各有什么样的特点？

s型：优点：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好，适用于氧化和惰性气氛中。

缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染敏感，***材料昂贵，因此一次性投资较大。

b型：优点：准确度高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长等，适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸汽中；参比端不需进行冷端补偿，因为在0～50℃范围内热电势小于3v。

缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，***材料昂贵。

k型：优点：线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性均好，抗氧化性强，**便宜。能用于氧化性和惰性气氛中。

缺点：k型热电偶不能在高温下直接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中，也不能用于真空中。

e型：该热电偶电动势之大，灵敏度之高属所有标准热电偶之最，宜制成热电偶堆来测量微小温度变化。

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