10测控复习题
答：根据图16可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。 如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。 5 霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？ 解：根据下面这个公式可以得到
LUH?KHIBf()
b，霍尔电势还与磁感应强度B, KH为霍尔片的灵敏度,霍尔元件的长度
L和宽度b有关。
6 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？
答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。
7 霍尔传感器不等位电势产生的原因有那些?
答：① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上;
② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀; ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等
38 某霍尔元件l?b?d为1.0?0.35?0.1cm沿l方向通以电流I?1.0mA，在垂直lb面方
向加有均匀磁场B?0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/A.?T，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 解: UH?RHIB?KHIB，式中KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度 dIB，式中令ned所以输出的霍尔电势为UH?22?1?10?3?0.3?6.6?10?3，因为UH??RH=-1/（ne），称之为霍尔常数，其大小取决于导体载流子密度,所以浓度
1?10?3?0.3IB=? ?6.6?10?3?0.1?1.602?10?19UHdq
C7 温度传感器
1什么是热电效应？
答：将两种不同成分的导体组成一个闭合回路，当闭合回路的两个结点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，这种现象称为“热电效应”。 2 比较热电偶与热电阻及热敏电阻的异同点。 答：相同点：都是测量温度参数
不同点：热电偶是将温度的变化转化为电动势输出，而热电阻和热敏电阻则是将温度的
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变化转化为电阻的变化。 3 简述导体的温度特性。
答：若仅有一种材料的导体，则表现出热电阻的特性。当导体温度上升时，导体内部自由电子的热运动加剧，使得自由电子通过导体的阻力增加，导体的电阻值随之增加。
若将两种不同材料的导体串接成一个闭合回路，则表现出热电偶的特性。当两个接点的温度不同时，回路中就会产生热电动势，形成电流，热电动势的大小与两个接点的温度差成正比。
4 已知在其特定条件下材料A与铂配对的热电势EA?Pt(T，To)?13.967mV，材料B与铂配对的热电势EB?Pt(T，To)?8.345mV，试求出此条件下材料A与材料B配对后的热电势。 解：根据热电偶基本定律中的参考电极定律可知，当结点温度为T，T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和，即：
EAB(T,T0)?EAC(T,T0)?ECB(T,T0)?EAC?T,T0??EBC(T,T0)?13.976?8.345?5.631mV
5 Pt100和Cu50分别代表什么传感器？解：Pt100代表铂热电阻传感器，Cu50代表铜热电阻传感器。
6．将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少?
解:１）温度为50℃ 时热电偶输出： 50*0.08=4mV
２）以参考端为０℃的热电偶输出： 60+4=64mV ３）故热端温度T=64/0.08=800oc 7．试比较热电阻与热敏电阻的异同。
解：热电阻将温度转换为电阻值大小的热电式传感器,热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻传感器的测量精度高；有较大的测量范围，它可测量－200～500℃的温度；易于使用在自动测量和远距离测量中。热电阻由电阻体、保护套和接线盒等部件组成。其结构形式可根据实际使用制作成各种形状。
热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍等的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形状。热敏电阻具有以下优点：①电阻温度系数大，灵敏度高；②结构简单；③电阻率高，热惯性小；但它阻值与温度变化呈非线性，且稳定性和互换性较差。
8．试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。
答：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法。这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合，有0℃恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法。将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所(如仪表室)，其实质是相当于将热电极延长。根据中间温度定律，只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致，是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法。修正公式为：
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四是电桥补偿法。利用不平衡电桥产生的电动势补偿热EAB(t,t0)?EAB(t,t1)?EAB(t1,t0)；
电偶因冷端波动引起的热电动势的变化。
9．用镍铬-镍硅(K)热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。
解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E(40，0)=1.611mV，根据中间温度定律计算出
E(t,0)?(29.188?1.611)mV?30.799mV
再通过分度表查出其对应的实际温度为
t?740.0℃
10．已知镍铬-镍硅(K)热电偶的热端温度t＝800℃，冷端温度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?
解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得E(800，0)=33.277mV，E(25，0)=1.000mV，故可得 E(800，25)=33.277-1.000=32.277mV
11图17是一个为警报器装置的逻辑电路图．是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻．
（1）要做到低温时电铃不响，出现为灾时产生高温，电铃响起．在图中虚线处画出接入的斯密特触发器．
（2）为什么在高温时电铃会响起？ （3）为了提高电路的灵敏度，
即将报警温度调的低些，
那么R的值应该大一些还是小一些？
图17
C8 光电传感器
1 光电式传感器可分为哪几类？分别举出几个例子加以说明。
答：光电传感器分为光敏电阻传感器和光敏晶体管传感器。
光敏电阻是利用半导体的内光电效应制成的电阻值随入射光强弱的变化而变化的传感器。一般用于光的测量、控制和光电转换。如紫外光敏电阻器主要用于探测紫外线强度； 红外光敏电阻器则广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱、红外通信等国防、科学研究和工农业生产中；可见光光敏电阻器主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门，航标灯、路灯、光电计数器、烟雾报警器、光电跟踪系统等方面。
光敏晶体管传感器广泛应用于各种检测技术。除了用于检测光强、光照度外，也用于检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度等。
2 光电效应有哪几种？与之对应的光电元件有哪些？
答：光电效应通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种类型。 在光线的作用下，电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电元
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件有光电管和光电倍增管；在光线的作用下，物体的导电性能发生改变的现象称为内光电效应，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻和光敏晶体管等；在光线的作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。
3 造纸厂经常需要测量纸张的“白度”以提高产品质量，请设计一个自动检测纸张“白度”的仪器，要求如下：
a．画出传感器光路图 b．画出转换电路图 c．简要说明工作原理
答：如下图所示，当纸的颜色为白色时，光电传感器输出的电信号经电桥、放大后，与给定色质相比较，两者一致，输出电压为零，；当纸张的颜色不够白时，光敏晶体管收到的光信号会发生变化，其输出的电信号也随之变化，经电桥、放大后，与给定色质相比较就有比较
电压差输出。
4 图18 给出了光电式鼠标的外形结构及工作原理图，鼠标内部安置了两个相互垂直的滚轴，分别是X方向的滚轴和Y方向的滚轴，这两个滚轴都与一个可以滚动的小球接触，小球滚动时会带动两个滚轴转动，试分析其工作过程。
图18 光电式鼠标的外形结构和工作原理图
答：由题意可知，鼠标内部有一个可以滚动的小球，当鼠标移动时小球会跟着一块滚动。还有两个相互垂直的滚轴与小球接触，小球滚动时会带动两个滚轴转动，这两个滚轴一个用来探测X方向的运动，另一个用来探测Y方向的运动。每个滚轴连着一根轴，这个轴又带着一个开孔圆盘。在开孔圆盘的两侧分别装有一个光源和一个光敏元件。当滚轴滚动时，轴和圆盘一块跟着旋转，圆盘外围的间隔孔阻隔了光源发出的光线，因此另一边的光敏元件就接收到了光脉冲，光脉冲的频率和鼠标移动的距离和速度相关。处理芯片读取光敏元件的脉冲并且把它转换成二进制，然后通过鼠标电缆将此二进制数据送给电脑。
5 如图19所示，说明光电式传感器工作原理。
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图19
答：该光电传感器属于被测物遮光型，被测物体置于光源（发射器）和光敏晶体管（接收器）之间，光源发出的光经过被测物时，被遮去其中一部分，使投射到光敏晶体管上的光信号的强度发生改变，输出的电信号发生相应变化。 6 说明光纤传输的原理。
解：光在空间是直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。设有一段圆柱形光纤，它的两个端面均为光滑的平面。当光线射入一个端面并与圆柱的轴线成θi角时，根据斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光纤内折射成θj，然后以θk角入射至纤芯与包层的界面。若要在界面上发生全反射，则纤芯与界面的光线入射角θk应大于临界角φc（处于临界状态时，θr=90o），即:
?k??c?arcsinn2 n1
且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。 7．光纤传感器常用的调制原理有哪些？光纤传感器如何分类？
解：1）强度调制原理2）相位调制原理3）频率调制原理4）偏振调制原理 8．红外线的最大特点是什么？什么是红外传感器？
解：红外线的最大特点是具有光热效应，可以辐射热量，它是光谱中的最大光热效应区。能将红外辐射量的变化转换为电量变化的装置称为红外探测器或红外传感器。红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示系统等组成。
常用的半导体光电元件有哪些?它们的电路符号如何?
答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种。 它们的电路符号如下图所示：
光敏二极管 光敏三极管 光电池
9．对每种半导体光电元件，画出一种测量电路。
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