测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-7-电子传感器-参考译文及练习答案

1、 26 UNIT 7 电子传电子传感感器器 参考译文参考译文: 7.1 传感器类型传感器类型 工业电子系统主要负责控制或调节不同物理量的值。每个制造操作可能需要不同类型 的控制。作为一个规则，系统可以设计成自动实现这种操作。在实现控制功能之前，必须检 测可变的量。在工业电子系统中，检测通过传感器来实现。传感器是一种器件，能把一种形 式的能量或物理量转换成新的或更为有用的东西。 很大一部分这种器件是把非电气量转化为 电信号值。这里主要讨论电气传感器。 传感器的功能之一是检测，或将物理变化转换成电信号量或值。通常，我们把这里所 指的物理变化称为被测量（measurand） 。被测量代表数值变化、物理量、或由系统测量或检 测的某种形式的能量。例如，牛奶桶中的牛奶温度，容器中的气体压力，或液体流经管道的 速率，它们都是被测量。应当指出，被测量并不一定代表某种形式的能量。某些被测量可能 是定量值。出现在系统中某给定点的项目数量不能代表某种形式的能量。 我们所感兴趣的传感器，一般分成两种，分别为有源器件和无源器件。有源传感器是 在哪些因为某种形式的物理变化而产生电压的器件。 无源传感器通过改变一些

2、物理特性对被 测量做出响应。电阻、电容和电感是有代表性的电气特性。为了让无源传感器发挥作用，这 种传感器必须由外部电源供电。 1. 有源传感器有源传感器 有源传感器描述哪些因为能量或力的变化而产生电压的元件。 这些传感器通常作为一个 电信号的能量来源。信号生成后，经过处理或调整，然后用于某种控制操作。通常，有源传 感器信号被认为与主电源无关。 有源传感器是根据参入其运行的能量转换过程的类型进行分类。 可以用来生成传感器电 压的转换过程有 6 个，其中包括静电的、电化学的、机电的、光伏的、压电的和热电的。目 前， 将静电的和电化学的能量转换方法用于能量传感器的情况并不多， 工业应用中广泛采用 的能量转换过程是机电的、光伏的、压电的和热电的。 2. 无无源传感器源传感器 工业电子系统中使用的大量传感器是无源型的。 这些传感器要想发挥作用， 需要有一个 外部电源。 运行过程是以对电源电压或电流的控制为基础的。 传感器改变电气特性， 如电阻、 电感和电容。通过改变一个或多个这些特性的值来实现控制。 通常， 无源传感器是用被控电气特性来描述的。 在这方面， 我们有光敏电阻、 热敏电阻、 电阻温度

3、检测器、压力电容转换器和线性差动变压器（LVDT） 。被改变的电气特性以及改 变这个特性的方法是传感器运行原理中的重要概念。 7.2 传感器特性传感器特性 现在，让我们看一下可以用于微处理器系统的典型传感器或敏感元件。传感器是测量 某量值、条件、物理变化量或现象的器件。通常，采用传感器的目的，是通过测量确定某特 定被研究现象（量）的大小，传感器测得的值不一定总是定量的。测量是伴随能量转换的信 息传送。然而，从系统中提取能量，而不改变其行为，这是不可能的。所以，所有测量都会 对被测量产生影响。因此，测量是应用物理（能量转换）和应用数据处理（信息传送）的结 27 合。 传感器采用大量的技术，通过这种能量转换提取信息。在压电传感器中，当某些晶体 受机械应力， 能量转换为生成静电荷或电压的变化。 应力由敏感元件和敏感元件连接的机械 构件直接作用于晶体的压缩力、拉伸力或弯曲力产生。 在光导传感技术中，能量转换成半导体材料电阻的变化，这种变化由入射到材料的光 照变化引起。在光照强度传感器中，电阻变化是光照强度变化的结果。在其它传感器中，入 射光变化由运动于光源和光电导材料之间的光闸或蔽光板控制，

4、光闸能和类似压力膜盒或震 动质量块等敏感元件机械连接。 在光伏型传感器中，当不同材料的结点受到光照时，能量被转换成电压的变化，这种 原理可直接用来测量光照强度。 它还和其它机械方法结合用于其它传感器以改变来自光源的 光照强度。 电容式传感器利用能转换成电容变化的能量。由于电容器基本上由用绝缘体、电介质 隔开的二个导体或极板组成， 当敏感元件的位移使一个导电表面向另一个导电表面靠近或偏 离时， 会产生电容的变化。 有些情况下， 移动的平板就是象膜片、 震动质量块这类敏感元件。 在有些这类传感器中，两块平板都静止，变化的是中间介质，如两块极板之间的液体或气体 的比例。 电磁传感器利用可转换成电动势（电压）的能量，这种电动势在没有任何激励的情况 下由磁通变化在导体中产生。 这种传感器是自生信号的， 磁通的变化由磁铁或磁材料和带铁 芯线圈之间的相对运动实现。 在电感式传感器中，能量转换成线圈自感的变化，它常产生于连接或依附在机械敏感 元件上线圈铁芯的位移。电阻式或电位器式传感器也以相同的方式工作。 传感器最常用于测量温度或压力的变化。象液体玻璃温度计和双金属片温度计这类温 度传感器把液体或固体

5、的热膨胀转换为成比例的温度信号。通过监测导电性或电压的变化， 其它传感器使用电阻、二极管、热敏电阻或热电偶测量温度的变化。 7.3 光生伏打电池和光敏电阻光生伏打电池和光敏电阻 大多数光敏的电子器件都叫作光电池。实际上，有两种大不相同的光电池：光生伏打 电池和光敏电阻。现在就这些器件分别阐述如下： 光生伏打电池光生伏打电池 光生伏打电池基本上仅是一个简单的 PN 结，通常是由硅制成的。在构造上它与二极管 基本上相似，不过它的硅是暴露于光的。为了尽可能扩大接触面积，通常是把它展宽成一个 大而薄的片（见图 7-2） 。 当硅面不受光线照射时，没有电流流过电池。当明亮 光线照射在硅面上时，由于所谓光电效应的缘故，便会产 生一个小电压。 当把一个受照明的光生伏打电池与一个负载相接， 电 流就会流过电路。电流的大小依赖于照射在电池表面上的 光亮。光越亮，可得到的电流就越大。 相反，电池的输出电压相对来说，并不取决于光度。 大多数光生伏打电池所产生的电压约在 0.5V 伏量值范围内。 光生伏打电池最明显的应用是作为普通干电池的代用品。当然，单独一个电池的 0.5V 输出对大多数应用来说太低了，因而

6、，它和普通干电池一样，需要将一定数量的光生伏打电 Fig. 7-2 Silicon photovoltaic cell Metal contact Light P-type silicon PN junction N-type silicon Metal contact Load device + - 28 池串联起来形成一个电池组。 如果需要从光生伏打电池输至电路的功率大于光电池所能提供的功率，可将电池接成 并联电池组。 光生伏打电池另一有关用途是作为镍-铬电池组的二次充电器之用。光生伏打电池另一 种常见的应用是用于测光电路。 由于流经光电池的电流是与照射在它表面的光亮成正比， 若 用一毫安表测量这一电流，就可直接显示照明度。毫安表的刻度可按任何合适的单位校准。 光生伏打电池也可用来触发继电器。 光敏电阻光敏电阻 另外一个一般使用的光敏器件称为光敏电阻或光依电阻。正如名称所示的含义，光敏 电阻的阻值是随着照射在它表面上的光度步调一致地改变的。光敏电阻本身不会产生电压。 光敏电阻通常是用硫化镉或硒化镉制成的。 光敏电阻的阻值范围很广经常在 10,000 到 1 的范围内。当光敏电阻置于

7、完全黑暗 无光的场所时刻获得最大阻值典型值约为 1 兆欧（即 1,000,000 欧） 。当光度升高时，阻 值下降。 因为光敏电阻是无结器件，正如一般电阻一样，它们没有固定极性。换言之，它们可 以按照任一方向接入电路而不影响电路的工作。 光敏电阻在电子控制的广泛应用中是一种理想的器件。实际上，在任何电路中，它们 几乎可以很好地用来替换任何一种可变电阻。 在许多应用光生伏打电池的场合，同样也可使用光敏电阻，不过常需增加一个电池组 和另外一个电阻。它们具有对不同光度敏感的优点。 练习答案练习答案: 1. Answer the following questions. (1) A transducer is a device that converts one form of energy or physical quantity into something new or more useful. (2) Active transducers are those devices that generate voltage due to some form of physical chang

8、e. Passive transducers respond to a measurand by altering some physical property. A passive transducer must be energized by an external source in order for it to function. (3) Active transducers are usually used as the energy source of an electrical signal. (4) These methods are electrostatic, electrochemical, electromechanical, photovoltaic, piezoelectric, and thermoelectric. (5) Passive transducers are often described by the electrical property being controlled. (6) In passive transducer opera

9、tional theory, the electrical property being altered and the method of changing this property are important concepts. 2. Replace the underlined parts in the following sentences with words or phrases from the text that best keep the original meanings. (1) Bar coding (条形码) is mainly used for automatic identification today. (primarily) (2) The Hall-effect (霍尔效应) principle is the operational basis of an active transducer that implements the detection of changes in magnetic field strength. (achieves) (3) Thermistors act as an RTD, except they have a negative temperature coefficient and a nonlinear resistance-temperature relationship. (respond) (4) Voltage is induced in a conductor placed in a magnetic field owing to relative motion 29 between the conductor and the field. (due to) (5) A photovoltaic sensor changes light energy directly into electrical energy. (converts) (6) Thermocouples are thermoelectric transducers related to Seeback-effect (塞贝克效应). (involved in) (7) The indu

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