5-3:答：（1）压电式传感器前置放大器的作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗输出，二是放大压电式传感器的输出弱信号。

(2)压电式电压放大器特点是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。

而电荷放大器的特点是能把压电器件的高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，以实现阻抗匹配，并使其输出电压与输入电压成正比，且其灵敏度不受电缆变化的影响。 因为电压放大器的灵敏度Ce的大小有关，见（5－20式）。 而由5－24式知当A0足够大时，CE的影响可以不计。 5－4答：（1）并联：C′＝2C，q′=2q,U′=U,因为输出电容大，输出电荷大，所以时间常数，适合于测量缓变信号，且以电荷作为输出的场合。

（2）串联:q′=q,U′=U,C′=C/2, 特点：输出电压大，本身电容小，适合于以电压作为输出信号，且测量电路输出阻抗很高的场合。

5－5答:（1）电压灵敏度是指单位作用力产生的电压KU＝U0/F （2）电荷灵敏度是指单位作用力产生的电荷Kq＝q0/F （3）由q0/U0=C知，Kq =CKU 5－11解：（1）Ux＝d11Fx/cx

＝d11Fx t/(ε0εrS)

－－－

＝2.31*1012*9.8*0.005/(8.85*1012*4.5*5*104) ＝5.68（V）

由5－20式知Uim＝Fmd11/(CC+Ca)

－－－－

= 2.31*1012*9.8/(4*1012+8.85*1012*4.5*5*104/0.005) ＝2.835（V）

5－12解：该电路的等效电路图如下： V?A0

,RaCCCcca

VscqR?

1?01? C??1?0fRf j?q? ??11?0?? ????j??a?j?1?0f????f ?a? 1??由于＜＜?f0sc ?f

－0q ?sc??c?1?0 af ??很大0

?A?C?A?RV?A?RRACC?A?CCUUAVRCC?A?C－qfA?U?sc?C－U?U?＝U?scscsc?CC??1?A?Cac0?0.13?

7－2：解：（1）把两种不同的导体或半导体材料连接成闭合回路，将它们的两个接点分别置于不同的热源中，则在该回路就会产生热电动势叫热电效应。 （2）热电势由接触电势与温差电势两种组成。

（3）A：组成热电极的必须是不同材料；B两个接点必处于不同的温度场中。 7－3：解：（1）因为热电偶的热电势只有当冷端的温度恒定时才是温度的单值函数，而热电偶的标定时是在冷端温度特定的温度下进行的，为了使热电势能反映所测量的真实温度，所以要进行冷端补偿。

（2）A：补偿导线法B：冷端温度计算校正法C：冰浴法D：补偿电桥法。

7－5（1）A：铂铑－铂热电偶，补偿导线用铜－康铜B：镍铬－镍硅热电偶，补偿导线用铜－康铜C：镍铬－考铜热电偶，补偿导线用其本身D铂铑30－铂铑6热电偶，补偿导线用铜－康铜E：铜－康铜热电偶，补偿导线用。

（2）选择补偿导线的要求是一是热电性能相近，二是价格便宜。 7－6答：①、电阻温度系数大。 ②热容量小

③电阻率大，尺寸小

④在工作范围内，物理和化学性能稳定 ⑤材料的复制性能好，价格便宜。 （2）铂电阻和铜电阻两种。 7－10：解：E＝αt

＝5.267*600/5.257 601.14（°C）

8－1：答：（1）在垂直于电流方向加上磁场，由于载流子受洛仑兹力的作用，则在平行于电流和磁场的两端平面内分别出现正负电荷的堆积，从而使这两个端面出现电势差，这种现象称为霍尔效应。

（2）应该选用半导体材料，因为半导体材料能使截流子的迁移率与电阻率的乘积最大，而使两个端面出现电势差最大。

（3）应该根据元件的输入电阻、输出电阻、灵敏度等合理地选择元件的尺寸。 8－2：答：（1）不等位电势的重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上，可以通过机械修磨或用化学腐蚀的方法或用网络补偿法校正。

（2）在两个控制电极间并联一个电阻，使其满足－26式，也可以用热敏电阻按图8－16进行补偿。

8－3：答：由于弹簧管一端固定，另一端安装霍尔元件，当输入弹簧管的压力增加时，弹簧管伸长，使处于恒定磁场中的霍尔元件发生相应位移，霍尔元件输出电势的大小就反映了被测压力的大小。

8－4：解：由8－10式有

UH＝KHIB ＝1.2*5*0.6 ＝3.6（mV） 由8－9式知

n=1/edKH=1/(1.6*10-19*0.2*10-3*1.2)=2.6*1016(个/M3)

8－7答：（1）分为外光电效应和内光电效应两类； （2）：外光电效应，利用物质吸收光的能量大于物质的逸出功，使电子跑出物体表面，向外界发射的外光电效应。如光电管与光电倍增管。 内光电效应：利用物质吸收光的能量大于物质的禁带宽度，使物质中的电子从健合态过度到自由状态，而使物质的电阻率减小的光电效应。如光敏电阻。 8－8答：（1）光电池的开路电压是指外电路开路时光电池的电动势；短路电流是指外接负载相对于光电池内阻而言是很小的情况下，光电池的输出电流。

（2）因为负载电阻越小，光电流与光照强度的关系越接近线性关系，且线性范围也越宽

「思考题与习题」

9-1 说明光导纤维的组成并分析其传光原理。 9-2 光导纤维传光的必要条件是什么？ 9-3 光纤传感器测量的基本原理是什么？光纤传感器分为几类？举例说明。

9-4

试计算n1?1.48和n2?1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果外部是空气n0?1，试问：对于这种光纤来说，最大入射角?max是多少？

9-5

有一个折射率n=3的玻璃球，光线以60入射到球表面，求入射光与折射光间的夹角是多少？

光纤压力传感器按作用原理分几类？举例说明其应用场合？

光纤温度传感器的特点是什么？按组成形式可分为几种类型？举例说明。

?9-6 9-7

9-8 9-9

说明光纤多普勒流速计测量气液两相流的原理和特点。 光纤数值孔径NA的物理意义是什么？

第10章 综合练习题

[填空练习题]

10-1 （1）传感器静态特性指标主要有--------------、------------、、----------------、-------------等.而其动态特性指

标主要有----------------和----------------两部分.

(2) 传感器的精度A含义是------------------------------------------------,根据精度等级概念,若测得某传感器A=0.48%,则该传感器应定为----------------级精度.

*100%???Y(3) 传感器线度?A含义是--------------------------------------,拟合刻度直线方法有切线法、端基法、最小二乘法三种。

(4) 某电容式位移传感器,当被测位移变化量△X=50?m,相应输出电容变化量△C=25PF,其

maxLF?S?Y平均灵敏度为 ------------- ;用切线法求得线性度为1%.若现采用差动式电容结构,其灵敏度应为-------------,用切线法求得线性度应为-------------..

(5) 传感器的最小检测量是指---------------------------------------而言,最小检测量愈小则表示传感器-------------愈高.

10-2 (1) 金属应变片工作原理是-------------,半导体应变片工作原理是-------------.二者应变灵敏度系数主要区别是-------------------------- --------------------------------------- ---------------------------------------..

(2) 为提高应变片动态测量精度,当被测应变片波长一定时同岁有基长一定时,现有基长分别为10mm和20mm两种应变片,则应选用基长为 ------------------ mm的应变片,方可减小动态误差, (3) 应变式传感器产生温度误差的原因为 ------------------和 ------------------.通常采用的温度补偿方法有------------------ ------------------ ------------------等.

(4)应变片灵敏度系数K的测试条件是------------------------------------.测得的K值大小比应变丝的应变灵敏度系数KS------------------,其原因是------------------------------------.

(5) 为减小温度误差,压阻器件一般采用 ------------------源供电.而器件本身受温度影响要产生 ------------------漂移和------------------漂移.因此要采用温度补偿措施,方法有------------------ ------------------ 等. 10-3 (1) 电容式传感器分布电容的存在对测量的危害性是: ------------------ ------------------ .通常采用消除和减小颁布电容的方法有------------------ ------------------ ------------------ 等.

(2) 平等板式电容传感器,变面积型可用于检测------------------,变间距型可用于检测------------------,而变介质型可用于检测------------------等参数.

C1-C2E的形式时(E为电源电压,C1和C2为差

C1+C2动电容),则其具有的特点是具有温度补偿功能、灵敏度高、非线性误差小。 (4) 运算法测量电容传感器电路具有的特点是: ------------------ 。

(3) 当差动式电容测量电路输出电压为U=

(5) 电容式差压变送器的敏感电容结构是------------------,其主要特点是------------------ ------------------ ------------------ 。

10-4 (1) 差动电感及差动变压器的位移—电压特性均为关于原点对称线性输出-特性,因而测位移存在移动方向判断问题,解决此问题的方法是采用相敏检波电路. (2) 提高差动变压器输出信号电压的措施有: ------------------ ------------------ ------------------等。