式中， 称为霍尔片的灵敏度。

6、根据图7-17，简述霍尔计数装置的工作原理，

(a)

(b)图7-17 霍尔计数装置的工作示意图及电路图

答：霍尔开关传感器SL3501是具有较高灵敏度的集成霍尔元件，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑色金属零件进行计数检测。图7—17是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器时，传感器可输出峰值20 mV的脉冲电压，该电压经运算放大器(μA741)放大后，驱动半导体三极管V(2N5812)工作，V输出端便可接计数器进行计数，并由显示器显示检测数值。

7．应用电容传感器测量金属带材在轧制过程中的厚度。 要求： (1)画出原理图； (2)说明其工作原理。 答(1)

(注：只画出上极板或下极板给两分，同时画出上、下极板给2分。) (2)在带材上下表面各置一块面积相等，与带材距离相等的极板，(1分) 与板材形成两个电容器，把两块极板用导线连接起来，成为一个极板，带材则是一个流动极板，其 C=C上+C下。(1分)

金属带材在向前送进过程中，若厚度发生变化，将引起上、下间隙变化，从而引起C上、C下变化，(1分)将其接入后续测量电路，可得与厚度变化一致的电压信号(或直接从仪表上显示厚度变化)。 8．半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导

致敏感元件阻值变化而制成的。填空图9—1并说明气体接触N型半导体时所产生的器件阻值变化情况。

答：由于空气中的含氧量大体上是恒定的，因此氧的吸附量也是恒定的，器件阻值也相对固定。若气体浓度发生变化，其阻值也将变化。根据这一特性，可以从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度。半导体气敏时间(响应时间)一般不超过1 min。

1、金属丝应变片，

ΔR／R= k×ε=0.01 ，非线性误差半导体应变片，

×ε=0.13﹪ ，非线性误差

电阻变化率 ΔR／2R =0.5﹪ ； 电阻变化率ΔR／R= k

ΔR／2R= 6.5﹪ 。

2．传感器的静态特性指标主要有线性度、线性度、迟滞、重复性、阈值、灵敏度、稳定性、噪声、漂移等，而影响动态特性指标的主要参数是相位、振幅、频率。

3．红外光敏二极管只能接收红外光信号，对＿其他＿ 光没有响应。 4．电容式传感器，变极距型多用于检测＿小位移＿，变面积型主要用于检测＿线位移、角位移，变介电常数型可用于检测液面高度、介质厚度、料位等参数。

5、在弹性范围内金属的泊松系数可表示为金属受力时的 轴向应变 和 径向应变关系，其表达式为 片的灵敏系数为

，金属电阻丝应变

6．半导体材料在光线作用下，入射光强改变物质导电率的现象称光

电导效应，基于这种效应的器件有光敏电阻；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动势的效应称光生伏特效应，基于这种效应的器件有光敏二极管、光敏晶体管、光伏电池。

7．两个不同的金属导体两端分别连在一起构成闭合回路，如果两端温度(T、To)不同时，回路中会产生电动势，这种现象称热电效应；热电势主要由接触电势和温差电势两个部分组成，所以能够产生热电势的必要条件是＿两种金属两端的接触和两端的温差＿。 8. 磁电感应式传感器利用当导体在均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电动势为势可表示为

采用相敏检波电路。

10、半导体应变片的灵敏度比金属电阻应变片的灵敏度要 高 。 11．红外传感器主要有热探测器（热电型）、光子探测器（光子型）两大类型。其中热释电元件通过光→热→电的两次转换过程实现红外检测的。光子探测器是将入射的红外光子直接转变为器件的传导电子或空穴，或同时转变为电子-空穴对。

12、在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。他属于内光电效应。

13、在光线作用下，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。

14、国际电工委员会(IEC)规定了国际统一信号，过程控制系统的模拟直流电流信号为4～20 mA，模拟直流电压信号为1～5 V。 15、频率在称为超声波；频率在MHz～3000 GHz。

能为人耳所闻的机械波，称为声

的机械波，

之间的波，称为微波。

波；低于16 Hz的机械波，称为次声波；高于

。传感器输出电动

9、利用差动变压器测量位移时．如果要求区别位移方向(或正负)可

微波是波长为0.1 m～1 mm的电磁波，对应的波段频率范围为300

第二节 压电式传感器的测量转换电路

一、压电元件的等效电路

压电元件在承受沿敏感轴方向的外力作用时，就产生电荷，因此它相当于一个电荷发生器，当压电元件表面聚集电荷时，它又相当于一个以压电材料为介质的电容器，两电极板间的电容Ca为

(6—2)

式中A ——压电元件电极面面积；δ——压电元件厚度；

压电材料的相对介电常数； ε0--真空的介电常数。

因此，可以把压电元件等效为一个电荷源与一个电容相并联的电荷等效电路，如图6-2所示，压电元件的端电压uo为

如果压电式传感器与二次仪表配套使用时，还应考虑到连接电缆的分布电容Cc。设放大器的输入电阻为Ri，输入电容为Ci，那么完整的等效电路如图6-3所示，图中Ra是压电元件的漏电阻，它与空气的湿度有关。

由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量。

二、电荷放大器

压电式传感器的输出信号非常微弱，一般需将电信号放大后才能检测出来。根据压电式传感器的工作原理及等效电路，它的输出可以是电荷信号也可以是电压信号，因此与之相配的前置放大器有电压前置放大器和电荷放大器两种形式。

因为压电传感器的内阻抗极高，因此它需要与高输入阻抗的前置放大器配合。从图6．3可以看到，如果使用电压放大器，其输入电压导致电压放大器的输入电压与屏蔽电缆线的分布电容Cc及放大器的输入电容Ci有关，它们均是变数，会影响测量结果，故目前多采用性能稳定的电荷放大器(电荷／电压转换器)，如图6—4所示。

图6—4电荷放大器1-压电传感器2-屏蔽电缆线3-分布电容4-电荷放大器 Sc-灵敏度选择开关SR—带宽选择开关 在放大器输入端的密勒等效电容在放大器输出端的密勒等效电容在电荷放大器电路中，Cf在放大器输入端的密勒等效电容

的影响可以忽略，电荷放大器的输出电压仅与输人电荷和反馈电容