部分習(xí)題參考答案(傳感器原理及應(yīng)用,第11章)部分習(xí)題參考答案(傳感器原理及應(yīng)用,第11章)部分習(xí)題參考答案(傳感器原理及應(yīng)用,第11章)V:1.0精細(xì)整理，僅供參考部分習(xí)題參考答案(傳感器原理及應(yīng)用,第11章)日期：20xx年X月部分習(xí)題參考答案第11章波與射線式傳感器什么是超聲波其頻率范圍是多少超聲波在通過兩種介質(zhì)界面時，將會發(fā)生什么現(xiàn)象超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用什么效應(yīng)，檢測原理是什么常用的超聲波傳感器（探頭）有哪幾種形式簡述超聲波測距原理。利用超聲波測厚的基本方法是什么已知超聲波在工件中的聲速為5640m/s，測得的時間間隔t為22，試求工件厚度利用EN555集成器件，自行設(shè)計一超聲波傳感器控制的遙控開關(guān)發(fā)射電路，傳感器中心頻率為40kHz，遙控距離10m，繪出電路原理圖，請說明電路工作原理。紅外輻射探測器分為哪兩種類型這兩種探測器有哪些不同試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。敘述熱釋電效應(yīng)，熱釋電元件如何將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵鰺後岆娞綔y器為什么只能探測調(diào)制輻射圖11-39題圖11-39為熱釋電元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，請說明圖中FET是什么元件，Rg與FET在傳感器電路中起到什么作用圖11-39試設(shè)計一個紅外控制的電扇開關(guān)自動控制電路，并敘述其工作原理。什么是放射性同位素輻射強(qiáng)度與什么有關(guān)系試用核輻射測量方法設(shè)計一個測厚儀器系統(tǒng)，請畫出測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖，試說明射線測量物厚的原理。放射性探測器有哪幾種結(jié)構(gòu)如何，各有什么特征答案答：1）超聲波是人耳無法聽到的聲波。人耳聽見的聲波稱機(jī)械波，頻率在16Hz～20kHz，一般說話的頻率范圍在100Hz～8kHz之間，低于20Hz頻率的波稱為次聲波，高于20kHz頻率的波稱超聲波，頻率在300MHz～300GHz之間的波稱為微波。2）超聲波頻率范圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲，答：當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換。答：1）超聲波傳感器主要利用壓電材料（晶體、陶瓷）的壓電效應(yīng)，其中超聲波發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件，將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成接收元件，將超聲波機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號。2)按工作形式簡單超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式，兼用型傳感器是將發(fā)射（TX）和接收（RX）元件制作在一起，器件可同時完成超聲波的發(fā)射與接收；專用型傳感器的發(fā)送（TX）和接收（RX）器件各自獨(dú)立。按結(jié)構(gòu)形式有密封性和開放型，超聲波傳感器上一般標(biāo)有中心頻率（23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz），表示傳感器工作頻率。3)（略)1）通過測得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時間間隔t和超聲波在介質(zhì)中傳播速度，便可以求得待測的厚度或物位。2）解：（略)答：1）紅外探測器主要有兩大類型：熱探測器（熱電型），包括熱釋電、熱敏電阻、熱電偶；光子探測器（量子型），利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下產(chǎn)生光電子效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，其中有光敏電阻、光敏晶體管、光電池等。2）紅外探測器是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的熱電或光電器件，當(dāng)器件吸收輻射能時溫度上升，溫升引起材料各種有賴于溫度的參數(shù)變化，檢測其中一種性能的變化，既可探知輻射的存在和強(qiáng)弱。光量子型紅外探測器是能將紅外輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為電能的光敏器件。3）光子探測器與熱釋電傳感器區(qū)別是，光量子型光電探測器探測的波長較窄，而熱探測器幾乎可以探測整個紅外波長范圍。答：1）熱釋電效應(yīng)首先利用器件溫度敏感特性將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號，這一過程包括了光→熱→電的兩次信息變換過程，而對波長頻率沒有選擇。光→熱→電轉(zhuǎn)換過程中，光→熱階段，物質(zhì)吸收光能，溫度升高；熱→電階段，利用某種效應(yīng)將熱轉(zhuǎn)換為電信號。當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化的鐵電體薄片表面時，薄片溫度升高使極化強(qiáng)度降低，表面電荷減少，釋放部分電荷，所以稱熱釋電。2）溫度一定時因極化產(chǎn)生的電荷被附集在外表面的自由電荷慢慢中和掉不顯電性，要讓熱釋電材料顯現(xiàn)出電特性，必需用光調(diào)制器使溫度變化，并且調(diào)制器的入射光頻率必須大于電荷中和時間的頻率。電路分析：1）FET為場效應(yīng)管2）輸入電阻Rg安裝在管殼中，與FET場效應(yīng)管起到阻抗變換的作用。由于熱釋電傳感器絕緣電阻很高，幾十至幾百兆歐容易引入噪聲，使用時要求有較高的輸入電阻。（略)答：1）具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核稱做核素，凡是原子序數(shù)相同，原子質(zhì)量不同的元素，在元素周期表中占同一位置，稱同位素。2）放射性的強(qiáng)弱稱為放射性強(qiáng)度，一般用單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的次數(shù)來表示，也稱核輻射強(qiáng)度。（略)（略)第12章熱電式傳感器什么是熱電效應(yīng)熱電偶測溫回路的熱電動勢由哪兩部分組成由同一種導(dǎo)體組成的閉合回路能產(chǎn)生熱電勢嗎為什么熱電偶的參比端在實(shí)際應(yīng)用中很重要對參比端溫度處理有哪些方法解釋下列有關(guān)熱電偶的名詞：熱電效應(yīng)、熱電勢、接觸電勢、溫差電勢、熱電極、測量端、參比端、分度表。試比較熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器的特點(diǎn)。某熱電偶靈敏度為℃，把它放在溫度為1200℃處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50℃，試求熱電勢的大小某熱電偶的熱電勢在E(600,0)時，輸出E=mV，若冷端溫度為0℃時，測某爐溫輸出熱電勢E=mV。試求該加熱爐實(shí)際溫度是多少已知鉑熱電阻溫度計0℃時電阻為,100℃時電阻為139Ω，當(dāng)它與某熱介質(zhì)接觸時，電阻值增至281Ω，試確定該介質(zhì)溫度。用分度號為K型鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫度，在未采用冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，儀表顯示500℃，此時冷端為60℃。試問實(shí)際測量溫度為多少度若熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20℃，此時顯示儀表指示多少度什么是集成溫度傳感器P-N結(jié)為什么可以用來作為溫敏元件AD590是哪一種形式輸出的溫度傳感器，可以測量的溫度范圍是多少敘述圖12-23電路工作原理。用AD590設(shè)計一可測量溫度范圍0～100℃的數(shù)字溫度計，畫出電路原理圖。DS18B20智能型溫度傳感器與集成溫度傳感器AD590的工作原理和輸出信號有什么不同如何用DS18B20實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫的答案答：1）兩種不同類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個結(jié)點(diǎn)有溫差時，導(dǎo)體回路里有電流流動會產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。2）熱電偶測溫回路中熱電勢主要是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。3）熱電偶兩個電極材料相同時，無論兩端點(diǎn)溫度如何變化無熱電勢產(chǎn)生。答：1）實(shí)際測量時利用這一性質(zhì)，可對參考端溫度不為零度時的熱電勢進(jìn)行修正。2）因?yàn)闊犭娕嫉姆侄缺砭且詤⒖级薚=0℃為標(biāo)準(zhǔn)的，而實(shí)際應(yīng)用的熱電偶參考端往往T≠0℃答：（略）答：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器特點(diǎn)如下：熱電偶可以測量上千度高溫，并且精度高、性能好，這是其它溫度傳感器無法替代。熱電阻結(jié)構(gòu)很簡單，金屬熱電阻材料多為純鉑金屬絲，也有銅、鎳金屬。金屬熱電阻廣泛用于測量-200～+850℃溫度范圍，少數(shù)可以測量1000℃。熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，外形大小與電阻的功率有關(guān)，差別較大。熱敏電阻用途很廣，幾乎所有家用電器產(chǎn)品都裝有微處理器，這些溫度傳感器多使用熱敏電阻。解：已知：熱電偶靈敏度為℃，把它放在溫度為1200℃處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50℃，則中間溫度為：1200℃-50℃=熱電勢為：℃×1150℃=46或：EAB（T,0）=EAB（T,1200）+EAB（50,0）=1200℃×℃-50℃×℃=46解：已知：熱電偶的熱電勢E（，0）=mV，冷端溫度為0℃時，輸出熱電勢E=mV，熱電偶靈敏度為：K=mV/600=mV/℃該加熱爐實(shí)際溫度是：T=E/K=mV/mV/0℃=℃解：已知：鉑熱電阻溫度計0℃時電阻為，100℃時電阻為139Ω；可通過查表得：當(dāng)電阻值增至281Ω時，介質(zhì)溫度為500℃用分度號為K型鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫度，在未采用冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下，儀表顯示500℃，此時冷端為60℃。試問實(shí)際測量溫度為多少度若熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20℃，此時顯示儀表指示多少度答：1）集成溫度傳感器多采用匹配的差分對管作為溫度敏感元件；2）根據(jù)絕對溫度比例關(guān)系，利用兩個晶體管發(fā)射極的電流密度在恒定比率下工作時，一對晶體管的基極與發(fā)射極（P-N結(jié)）之間電壓差與溫度呈線性關(guān)系進(jìn)行溫度測量。答：1）AD590是典型的電流輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍是-50～+150℃；2）該電路是一溫度控制電路。AD311為比較器，溫度達(dá)到限定值時比較器輸出電壓極性翻轉(zhuǎn)，控制復(fù)合晶體管導(dǎo)通截止，從而控制加熱器電流變化。答