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1、题库及参考答案简答题：1、推导变面积型直线位移式电容传感器电容量C与初始电容 0C 及a、b、x间关系式。解： dabC 0 axcd baxad bxaC 1)1()( 02、 分析变隙式自感传感器电感值与间隙、初始电感间关系。解： 020 2 SNL xxLxLxSNxSNL 000000 20 2 11 1)1(2)(2 3、推导热电式传感器回路总电势（当T 0T ， An Bn 时）表达式 dtnneKTdtnneKT TTETETTETETTE TT ABTATTT BBTAT AABBABAB 0000 lnln , 0000 4、说明石英晶体产生压电效应的原因。因为P=ql,q为
2、电荷量，l为正负电荷之间距离。此时正负电荷重心重合，电偶极矩的矢量和等于零，即P1+P2+P3=0，所以晶体表面不产生电荷，即呈中性。当石英晶体受到沿x轴方向的压力作用时，晶体沿x方向将产生压缩变形，正负离子的相对位置也随之变动。此时正负电荷重心不再重合，电偶极矩在x方向上的分量由于P1的减小和P2、P3的增加而不等于零。在x轴的正方向出现负电荷， 电偶极矩在y方向上的分量仍为零，不出现电荷。当晶体受到沿y轴方向的压力作用时， P1增大，P2、P3减小。在x轴上出现电荷，它的极性为x轴正向为正电荷。在y轴方向上仍不出现电荷。如果沿z轴方向施加作用力，因为晶体在x方向和y方向所产生的形变完全相同
3、，所以正负电荷重心保持重合，电偶极矩矢量和等于零。这表明沿z轴方向施加作用力，晶体不会产生压电效应。5、光电倍增管工作原理。（按叙述过程得分）答：各个倍增极上均加上电压，阴极电位最低，从阴极开始，各个倍增极的电位依次升高，阳极电位最高，同时这些倍增电子在一定能量的电子轰击下，能够产生更多的次级电子，由于相邻两个倍增电极之间有电位差，因此，存在加速电场，从阴极打击出的光电子，在电场的加速下，打到第一个倍增电极上，引起二次电子发射，每个电子能从这倍增电极上打出36倍的次级电子，被打出的次级电子再经电场加速后，打在第三个倍增电极上，电子数又增加36倍，如此不断倍增下去，阳极作后收集到的电子数将达到
4、75 1010 倍的光电子。6、为什么只能用半导体材料作霍尔元件，霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的乘积。若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数RH，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。 一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。7、分析串联平面板变介质型电容传感器电容量C与初始电容 0C 及L、 1 、 2 、x间关系式。解： xscxsc 2211 , ， 20 CC LxC LxLscc ccC 1 120 1 12221 211 1 1 1 8、分析变面积型自感传感器电感值与x、初始电感
5、 0L 间关系。解：铁心与衔铁间气隙厚度忽略 )( xab LxALRm ， LbaL 0 （1分） axLL xabNRNxL m 1)( 022 （3分）9、说明光电管工作原理。答：阴极撞在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料，阳极通常用金属丝变成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。当光照射在阴极上时，中央阳极可以收集从阴极上逸出的电子，在外电场作用下形成电流。10、分析电离室工作原理答：在电离室两侧放置相互绝缘的板电极，电极间加适当电压，放射线进入电极间的气体中，在核辐射大作用下，电离室中的气体介质即被电离。离子沿着电场的作用线移动，这时在电离室的电路中产生电离电流，核辐射强度越大，在电离室产生
6、的离子对越多，产生的电流越大11、分析光电耦合器的工作原理答：光电耦合器的发光元件和接收元件都封装在一个外壳内。发光器件通常采用砷化镓发光二极管，其管芯内有一个PN结组成，随着正向电压的增大，正向电流增加，发光二极管产生的光通量也增加。12、推导差动式电容传感器圆柱面结构直线位移型输出C1(x)、C2(x)与位移x间关系。静态时： rRlCCCx ln20 021 ，动态时： lxCxlrRxC 1ln2 02 lxCxlrRxC 1ln2 02 13、证明：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则此两种导体组成的热电偶的热电势已知。 ),( )()(),(),(0 00
7、0 TTE TeTeTTETTE BC BCBCABAC 14、说明压电陶瓷产生压电效应原因。在无外电场作用时，各个电畴在晶体上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的压电陶瓷内极化强度为零.在陶瓷上施加外电场时，电畴的极化方向发生转动，趋向于按外电场方向的排列，从而使材料得到极化。外电场愈强， 就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度，即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致。当外电场去掉后，电畴的极化方向基本趋于原电场方向，即剩余极化强度很大，这时的材料才具有压电特性.如果在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F，如图，陶瓷片将产生压缩形变（图
8、中虚线），片内的正、负束缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。因此，原来吸附在电极上的自由电荷，有一部分被释放，而出现放电荷现象。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状(这是一个膨胀过程)，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。15、说明内光电效应下两种效应定义及各自器件。光电导效应在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。光生伏特效应在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。16
9、、正比计数管工作原理。由圆筒形的阴极和作为阳极的中央芯线组成的，内封有稀有气体、氮气、二氧化碳、氢气、甲烷、丙烷等气体。当放射线射入使气体产生电离时，由于在芯线近旁电场密度高，电子碰撞被加速，在气体中获得足够的能量，碰撞其它气体分子和原子而产生新的离子对；此过程反复进行而被放大，人们将此过程称为气体放大。放大作用仅限于芯线近旁，所以可得到与放射线的入射区域无关的一定的放大倍数。由于放大而产生的阳离子迅速离开气体放大区域而产生输出脉冲。输出脉冲的大小正比于因放射线入射而产生电子、正离子对的数目，而电子、正离子对数正比于气体吸收的放射线的能量。因此，正比计数管可以探测入射放射线的能量。17、分析变
10、介质型电容传感器并联平面板结构dabC 20 axC axdab d bxadxbCCC 2 210 2 212 2121 1 1 18、证明：将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，A、C接点与C、B的接点均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变.（即中间导体定律）),(),()()()(),( 00000 TTeTTeTeTeTeTTE BACABCABABC BTATNNekT ln 00ln0 CTBTNNekT 00ln0 ATCTNNekT dtTT BA 0 )( dtNNekTNNekT TT BAATBTBTAT 000 )(lnln 0 dtTETE TT ABBAA
11、B 0 )(0 0,TTEAB19、光纤传感器的类型及各自特点功能型（缩写为FF）传感器，又称为传感型传感器特点：将“传”和“感”合为一体的传感器非功能型（缩写为NFF）传感器，又称为传光型传感器特点：只“传”不“感”20、如何表示传感器的静态数学模型和动态数学模型? 各自表示的含义是什么.可用幂指数多项式来表示传感器的静态模型，它反映了在静态信号的作用下，传感器的输出量与输入量间的关系。可用微分方程或传递函数来表示传感器的动态模型，它反映了在动态信号的作用下，传感器的输出量与输入量间的关系。21、说明差动变压器式传感器工作原理（需画出差动变压器的电气连接图）。差动变压器的电气连接如图所示，次
12、级线圈S1和S2反极性串连，当初级线圈P加上一定的交流电压Ep时，在次级线圈产生感应电压，其大小与铁芯的轴向位移成比例，把感应电压Es1和Es2反极性连接便得到输出电压Es，当铁芯处在中心位置时Es1Es2，输出电压Es0，当铁芯向上运动时，Es1Es2,22、变间隙平行板电容式传感器的基本特性什么情况下可看成是线性的?其非线性误差是多少? 变间隙平行板电容式传感器的基本特性在 0/dd 1，那么由Uim式可知，理想情况下输入电压幅值Uam为ice mam CCC dFU 8、分析变隙式自感传感器工作原理及当衔铁向上移动时输出电感量。（本小题6分）由磁路基本知识知，线圈自感为 MRNL 2SR
13、 SlSlRF 0 2221112 SSlSlRRR FM 0222111 2 SSlSlNRNL M 022211122 2由于自感传感器的铁芯一般在非饱和状态下，其磁导率远大于空气的磁导率，因此铁芯磁阻远较气隙磁阻小，所以上式可简化为2 02 SNL由上式可见, 线圈匝数确定之后, 只要气隙长度和气隙截面S二者之一发生变化, 传感器的电感量就会发生变化。当衔铁向上移动时, 传感器的气隙长度将减少, 即为=0-, 这时的电感量为9、一应变片的电阻 1200R ， 05.2K ，用作应变为 mm/800 的传感元件。试求：（1） R 与 0/RR （2）若电源电压 V5E ，求其惠斯通测量电桥
14、的非平衡输出电压 0U ？解： 由应变电阻片的灵敏系数 xRRK 0/ 这里 mmx /800 ， 05.2K1200R ，则 得 到 1968.01201080005.2 60 RKR x（3分） 00164.0120/1968.0/ 0 RR（2分）00205.0500164.04141 00 ERRU V 2.05 mV（5分）10、画图说明热点式传感器回路总电势分析过程，并分析温差电势及接触电势产生原因。解：如图所示：由导体材料A、B组成的闭合回路，其接点温度分别为T、T0,如果TT0，则必存在着两个接触电势和两个温差电势，回路总电势： ),(),()()(),( 0000 TTeTT
15、eTeTeTTE BAABABAB BTATNNekT ln 00ln0 BTATNNekT dTTT BA 0 )( 根据电磁场理论得 dTNNekTTE TT BAAB 0 ln),( 0 ，由于NA、NB是温度的单值函数EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0)由公式可得：EAB(T, T0)= EAB(T)-EAB(T0) = EAB(T)-EAB(0)-EAB(T)-EAB(T0) =EAB(T)-EAB(T0)（6分）温差电势：任何一个金属，当其两端温度不同时，两端的自由电子浓度也不同，在两端间会产生电势，即单一导体的温差电势。接触电势：两种导体在温度T中接触时，在接触点产生电势，称接触电势。产生原因：不同金属材料其自由电子密度不同，当两
