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第7章 磁电式传感器1、 某霍尔元件尺寸为l=10mm ，b=3.5mm ，d=1.0mm ，沿l 方向通以电流I=1.0mA ，在垂直于l 和b 的方向上加有均匀磁场B ＝0.3T ，灵敏度为22V/(A·T)，试求输出的霍尔电势以及载流子浓度。
解：输出的霍尔电势为： ）（mV IB K U H H 6.63.0100.1223=⨯⨯⨯==- 由neR d R K H H H 1=，＝可得载流子浓度为： 320319/1084.2101106.12211m ed K n H ⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅=--第8章 光电式传感器8－8当光纤的46.11＝n ，45.12＝n ，如光纤外部介质的10＝n ，求光在光纤内产生全反射时入射光的最大入射角c θ。
解：最大入射角8.91706.0arcsin 45.146.1arcsin 1arcsin2222210==-=-=n n n c θ2、若某光栅的栅线密度为50线/mm ，标尺光栅与指示光栅之间的夹角为0.01rad 。
求：所形成的莫尔条纹的间距。
解：光栅栅距为mm mmW 02.0/501=＝标尺光栅与指示光栅之间的夹角为rad 01.0=θ 莫尔条纹的间距为 mm mmW W B H 201.002.02sin ==≈=θθ＋＋＋－t 1t 2AA BBt 0 t 03、利用一个六位循环码码盘测量角位移，其最小分辨率是多少？如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为0.01mm ，则码盘半径应有多大？若码盘输出数码为“101101”，初始位置对应数码为“110100”，则码盘实际转过的角度是多少？ 解：六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为：rad 098.06.523606===α。
码盘半径应为：mm mmlR 1.0098.001.0===α循环码101101的二进制码为110110，十进制数为54； 循环码110100的二进制码为100111，十进制数为39。
第7章压电式传感器一、单项选择题1、对石英晶体，下列说法正确的是（）。
A. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。
B. 沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。
C. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。
D. 沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。
2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（）A. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好B. 压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好C. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好D. 石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好3、两个压电元件相并联与单片时相比说法正确的是（）A. 并联时输出电压不变，输出电容是单片时的一半B. 并联时输出电压不变，电荷量增加了2倍C. 并联时电荷量增加了2倍，输出电容为单片时2倍D. 并联时电荷量增加了一倍，输出电容为单片时的2倍4、两个压电元件相串联与单片时相比说法正确的是（）A. 串联时输出电压不变，电荷量与单片时相同B. 串联时输出电压增大一倍，电荷量与单片时相同C. 串联时电荷量增大一倍，电容量不变D. 串联时电荷量增大一倍，电容量为单片时的一半5、用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了（）原理。
A.磁阻效应B. 压阻效应C. 正压电效应D.逆压电效应6、压电陶瓷传感器与压电石英晶体传感器的比较是（）。
A．前者比后者灵敏度高 B．后者比前者灵敏度高C．前者比后者性能稳定性好 D．前者机械强度比后者的好7、压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。
A．晶体厚度成反比 B．晶体面积成正比C．作用在晶片上的压力成正比 D．剩余极化强调成正比8、压电式传感器目前多用于测量（）。
A．静态的力或压力 B．动态的力或压力C．位移 D．温度9、压电式加速度传感器是适合测量下列哪种信号（）。
A. 适于测量任意B. 适于测量直流C. 适于测量缓变D. 适于测量动态10、石英晶体在沿机械轴y方向的力作用下会（）。
传感器原理与应用习题-第7章热电式传感器《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第7章热电式传感器7-1 热电式传感器有哪几类？它们各有什么特点？答：热电式传感器是一种将温度变化转换为电量变化的装置。
它可分为两大类：热电阻传感器和热电偶传感器。
热电阻传感器的特点：（1)高温度系数、高电阻率。
(2)化学、物理性能稳定。
(3)良好的输出特性。
(4).良好的工艺性，以便于批量生产、降低成本。
热电偶传感器的特点：（1）结构简单（2）制造方便（3）测温范围宽（4）热惯性小（5）准确度高（6）输出信号便于远传7-2 常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：铂、铜为应用最广的热电阻材料。
铂容易提纯，在高温和氧化性介质中化学、物理性能稳定，制成的铂电阻输出－输入特性接近线性，测量精度高。
铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出－输入特性接近线性，价格低廉。
当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作。
7-3 热敏电阻与热电阻相比较有什么优缺点？用热敏电阻进行线性温度测量时必须注意什么问题？7-4 利用热电偶测温必须具备哪两个条件？答：（1）用两种不同材料作热电极（2）热电偶两端的温度不能相同7-5 什么是中间导体定律和连接导体定律？它们在利用热电偶测温时有什么实际意义？答：中间导体定律：导体A、B组成的热电偶，当引入第三导体时，只要保持第三导体两端温度相同，则第三导体对回路总热电势无影响。
利用这个定律可以将第三导体换成毫伏表，只要保证两个接点温度一致，就可以完成热电势的测量而不影响热电偶的输出。
连接导体定律：回路的总电势等于热电偶电势E AB(T,T0)与连接导线电势E A’B’(Tn,T0)的代数和。
连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的理论基础。
7-6 什么是中间温度定律和参考电极定律？它们各有什么实际意义？答：E AB(T,Tn,T0)=E AB(T,Tn)+E AB(Tn,T0)这是中间温度定律表达式，即回路的总热电势等于E AB(T,Tn)与E AB(Tn,T0)的代数和。
第7章气体分析与湿度检测技术
7.1 气体传感器及应用
气体检测与成分分析的内容：识别气体的种类，测量气体的量。
7.1.1 可检测气体的种类与性质
气体种类：表7.1。
气体性质：表7.2。
7.1.2 气敏传感器
气敏传感器的分类：
利用化学现象的气体传感器，利用物理现象的气体传感器：热传导式、热敏电阻式、红外吸收光谱式等。
半导体气敏传感器：电阻型和非电阻型两大类。
电阻型：表面电阻型，氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO2）等和体电阻型（Fe2O3）系列；非电阻型：MOS场效应管型、二极管型（表面电流型——氢敏传感器）和固体电解质型。
1.表面电阻控制型气体传感器
（1）表面控制型气体传感器的结构
烧结型、薄膜型及厚膜型，其中最为成熟的是烧结型。
烧结型SnO2气体传感器分为直热式和间热式，其结构与符号如图7-1示。
（2）工作特性
①气敏特性遇还原性气体，表面电阻率减小；遇氧化性气体，材料表面电阻率增大。
对可燃性气体更敏感。
最佳工作温度一般为200～500℃范围内。
直热式结构及其优缺点：
间热式结构及其优缺点：
②温湿度特性 SnO2传感器的阻值随温度、湿度上升而有规律地减小。
③初期恢复特性及初期稳定特性
为缩短初期恢复时间和初期稳定时间，在开始使用时，要进行一段时间的高温处理，同时在构成控制电路时应加延时电路。
若将气体敏感膜、加热器和温度测量探头集成在一块硅片上，则构成集成气敏传感器。
（3）主要检测对象甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、酒精、硫化氢等。
2.体电阻控制型气敏传感器
（1）Fe2O3系列主要检测液化石油气、煤气和天然气。
α-Fe2O3对水蒸气和乙醇不灵敏，特别适合做家庭可燃气报警器。
（2）氧气传感器 Nb2O5对氧气敏感。
3.表面电流变化型（略）
MOSFET如3D0H氢敏传感器：Pd-MOSFET、加热电阻、测温二极管组成。
提高工作温度，可提高灵敏度。
4.固体电解质气敏传感器
具有离子导电性而无电子导电性的固体材料称为固体电解质。
用掺杂有CaO、Y2O3等的ZrO2作固体电解质，两侧为多孔质Pt电极，即成为固体电解质气体传感器。
接触氧时，当两侧氧分压不同时两电极间便形成与两侧氧分压强的对数成正比的电动势，氧浓度高的一侧为正。
该电化学电池称为氧浓淡电池。
如图7-5所示为用于测量汽车引擎空燃比的ZrO２-Y2O3氧浓淡电池结构。
7.1.3 气体检测电路（参考）
7.2 湿度传感器及应用
7.2.1 湿度的概念和检测方法
1.气体的湿度大气中水蒸气的含量。
常用湿度量和单位见表7-7。
2.固体的湿度固体的湿度是物质中所含水分的百分数。
含水量、为湿度。
3.湿度检测方法四类：毛发湿度计法，干湿球湿度计法，露点计法，阻容式湿度计法。
7.2.2 湿度传感器
1.湿度传感器的特性参数和符号
（1）特性参数：量程、特性曲线、灵敏度、温度系数、响应时间、湿滞回线、（电源的）电压与频率特性。
（2）湿度传感器的分类：表7-8。
（3）电路符号图7-12
2.电解质湿度传感器
（1）无机电解质湿度传感器：氯化锂。
湿度增大，电阻减小。
（2）高分子电解质湿度传感器：聚苯乙烯磺酸锂、有机季铵盐、聚苯乙烯磺酸铵。
湿度增大，电阻减小。
3.半导体陶瓷湿度传感器
按工艺分为：烧结体型、涂覆膜型、厚膜型、薄膜型及MOS型等。
一般金属半导体氧化物陶瓷，如MgCr2O4-TiO2等具有感湿负特性。
过渡金属氧化物半导体陶瓷，如Fe3O4等，具有感湿正特性。
（1）MgCr2O4-TiO2半导体陶瓷湿敏传感器
结构：图7-13。
测湿范围：1～100%。
使用：每次使用前，通电加热清洗线圈，将湿敏陶瓷片加热至350～400℃，保持10～60s，即可清除污染，停数分钟后，元件电阻方能恢复原值。
（2）ZnO-ZnCr2O4陶瓷湿度传感器上述MgCr2O4陶瓷湿度传感器因阻值过高，难以实现高精度检测。
ZnO-ZnCr2O４湿度传感器的阻值远小于MgCr2O4。
ZnO-ZnCr2O4陶瓷湿度传感器的构造如图7-14所示。
这种传感器不须用加热器，只需
0.5mW的微小功率即可使用。
已广泛应用于轻纺、食品加工、仓库管理、环境保护、家用电器等许多领域。
（3）Mn3O4-TiO2半导体陶瓷温湿敏传感器在氧化铝管上涂敷添加有热固性合成树脂有机溶剂的(Mn3O4)0.7(TiO2)0.3，经高温烧结，即形成具有温湿敏的坚固电阻膜，其阻值较前几种烧结型陶瓷传感器都小(R MAX≈106Ω)。
阻值随湿度增大而线性下降，随温度升高而减小，感温一般不高于400℃。
4.有机物及高分子聚合物湿度传感器
电阻湿度开关特性。
7.2.3 湿敏传感器的应用
1.湿敏传感器应用注意事项
(1)电源选择湿敏电阻必须工作于交流回路中。
(2)线性化一般湿敏元件的特性均为非线性，应将其线性化。
(3)温度补偿通常氧化物半导体陶瓷湿敏电阻湿度温度系数为0.1～0.3。
(4)测湿范围电阻式湿敏元件检测湿度不能超过95％RH。
电容式传感器检测湿度不能超过80％RH。
切勿将湿敏电容直接浸入水中或长期用于结露状态，也不要用手摸或嘴吹其表面。
2.阻容值的测量测量湿度传感器阻值R p和容值C p的三种电路如图10-27所示。
3.加热去污陶瓷元件的加热去污应切实控制在450℃。
4.基本应用电路交流电源湿度检测电路如图7-16所示。
7.2.4 湿度检测与控制电路实例（阅读）。
