传感器课后题 答案

第五章

3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。

霍尔效应：将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。

霍尔传感器工作原理：霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uh。霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比。

4.简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。

组成：从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1’电极用于加控制电流，称控制电流，另一对2-2’电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。

电路图：

5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。

答：它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。

7.说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。

原理：石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，在光轴方向时，不产生压电效应。

压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷

的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d

F

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特点：石英晶体：(1) 压电常数小，时间和温度稳定性极好；(2) 机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；(3) 居里点573℃，无热释电性，且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用。

压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作压电器件应用时，这会给压电传感器造成热干扰，降低稳定性。所以，对高稳定

性的传感器，压电陶瓷的应用受到限制。

第六章

3.半导体电阻随温度变化的典型特性有哪几种？

三种：正温度系数（PTC）,负温度系数（NTC），临界温度系数（CTR）。

5.简述热电偶的工作原理。

热电偶是由两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即T>T0，回路中会产生热电势Eab。热电势的大小是由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定的。接触电势是由于不同的金属材料内部的自由电子密度不同，当两种金属材料A、B 接触时，自由电子就要从密度大的金属材料扩散到密度小的金属材料中去，从而产生自由电子的扩散现象。温差电势是在同一金属材料A中，当金属材料两端的温度不同，即T>T0时，两端电子能量就不相同。温度高的一端电子能量大，则电子从高温端向低温端扩散的数量多，最后达到平衡。

7.简述热电偶冷端补偿的必要性，常用冷端补偿有几种方法？并说明补偿原理。

必要性：热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定时，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。

方法：：补偿导线法（实现冷端迁移，降低电路成本）、热电偶冷端温度恒温法、计算修正法、冷端补偿电桥法（利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值。）。

原理：补偿导线在100℃（或200℃）以下的温度范围内，具有与热电偶相同的热电特性，用它连接热电偶可起到延长热电偶冷端的作用。

热电偶冷端温度恒温法：在一个保温瓶里放冰水混合物，1个标准大气压（101.325KPa）的冰和纯水的平衡温度为0℃。在密封的盖子上插上若干支试管，试管的直径应尽量小，并有足够的插入深度。试管底部有少量高度相同的水银或变压器油，若放水银则可把补偿导线与铜导线直接插入试管中的水银里，形成导电通路。不过在水银面上应加少量蒸馏水并用石蜡封结，以防止水银蒸发和溢出。计算修正法：在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0℃，而是环境温度T，这时测量出的回路热电势要小。因此，必须加上环境温度T与冰点T之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。根据连接导体和中间温度则有：E=(T，0)=E(T，T)+E(T，0)。可用室温计测出环境温度T，从分度表查出E(T，0)的值，然后加上热电偶回路热电势E(T，T)，得到E=(T，0)的值，反查分度表即可得到准确的被测温度T值。

第七章

2.简述按测量原理分流量计的种类。

答：节流式检测方法、电磁式检测方法、变面积式检测方法、旋涡式检测方法、声学式检测方法、热学式检测方法。

5.试推导差压式流量计的流量方程，并说明各项参数的物理意义。

答：Qv=1/（1-β4）1/2*CέA0*(2*∆P/ρ1)1/2式子中，C为流量系数，έ为可膨胀性系数，A0为节流件开孔截面积，A0=πd2，β=d/D,为节流件直径比，D为管道直径，d为节流件开孔直径，ρ1为被测流体在1-1处的密度，∆P为节流装置输出的差压。

12.质量流量计有哪几种类型？简述科里奥利质量流量计的工作原理。

类型：直接式质量流量计、间接式质量流量计。

工作原理; 利用流体在直线运动的同时处于一旋转体系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理而制成的一种直接式质量流量仪表。直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测得质量流量、，这就是科里奥利力质量流量计的基本原理。

第八章

1、简述成分分析仪器的基本组成。

答：取样装置、预处理系统、分离装置、检测系统、信号处理系统、显示环节

7、气相色谱仪的分析原理和工作流程是什么？

原理：不同物质在两相即固定相和流动相之间具有不同的分配系数，这些物质同流动相一起运动时，在两相间进行反复多次的分配，使分配系数不同的物质在移动速度上产生显著差异，从而使各组分达到安全分离。如果再配上适当的检测器对分离物质进行定性定量分鉴定，就成为色谱分析法。

工作流程：在气相色谱分析肿，流动相为载气，多数使用氮气，氢气，氦气等气体。载气由高压气瓶供给，经干燥净化装置除去杂质和水分，在经过计量、调节仪表使之以稳定的压力和精确的流量先后进入气化室、色谱柱、检测器，然后放空。被分析试样常用微量注射器打进气化室，当试样为液体时，要经气化室加热使之瞬间气话，成为气体试样。试样呗载气带进色谱柱进行分离，其不同组分将按顺序依次进入检测器。色谱炉是为色谱柱提供恒定或按顺序改变温度环境的装置。检测器将载气中组分含量的多少转换为电信号，经放大后由记录仪器绘制出色谱图。

8、气相色谱仪的定性和定量分析方法有哪些？

答：定性分析就是如何确定每个色谱峰代表何种成分，常用的定性分析方法有：相对保留值法、加入已知物质增加峰高法；

定量分析是测出混合物中各组分的质量分数或质量浓度，常用方法有峰面积测量法（峰高乘半峰宽法、峰高乘平均峰宽法、峰高乘以保留值法、自动积分仪法）、定量校正因子

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