一、計算1圖為一直流恒壓源應(yīng)變電橋，E=4V，R1=R2=R3=R4=350。求：R1為應(yīng)變片，其余為外接電阻，R1增量R1=3.5時的輸出U0=?R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性、大小相同，其余為電阻，電壓輸出U0=?R1、R2感受應(yīng)變極性相反，輸出U0=?R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片，對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?解：2有一吊車的拉力傳感器如圖所示，電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上，已知R1R4標(biāo)稱阻值為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。請畫出應(yīng)變片電橋電路，計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度，R3、R4起什么作用？3一個量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)徑18mm，在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120，靈敏度為2.0，波松比為0.3，材料彈性模量E=2.11011Pa。求：繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化；當(dāng)橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。答：(1)全橋電路如右圖所示(2)圓桶截面積：應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變：應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變：傳感器在滿量程時：(3) 4今有一懸臂梁，如圖所示，在其中部上、下兩面各貼兩片應(yīng)變片，組成全橋，在懸臂梁端部受一向下力F=0.5N，試求此時四個應(yīng)變片的電阻值。已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.1；應(yīng)變片空載電阻R0=120。 答： 5鉑線電阻在20時為10。求50時的電阻。解：R=R0（1+t）中，t=20，R=10，=3010-4/。因此，10=R0（1+3010-420），R=R0（1+3010-450），得R10.86已知某壓力傳感器的測定范圍為010000Pa，輸入特性為：y=10(x0.00007x2+2000)。問這種傳感器能使用嗎？答：dy/dx=100.0014x。導(dǎo)數(shù)值在x7143Pa時為負(fù)，故不能使用。7使用K型熱電偶，基準(zhǔn)接點為0、測量接點分別為30和900時，溫差電動勢分別為1.203mV和37.326mV。當(dāng)基準(zhǔn)接點為30，測溫接點為900時的溫差電動勢為多少？答：現(xiàn)t2=900，t1=30，基準(zhǔn)接點溫度為30，測溫接點溫度為900時的溫差電動勢設(shè)為E，則37.326=1.203+E，所以E=36.123mV。8用銅和康銅分別與鉑相配構(gòu)成熱電偶，熱電勢E銅鉑(100，0)+0.75mV，E康銅鉑(100，0)0.35mV。求E銅康銅(100，0)的熱電勢。9某銅電阻在20時的阻值R2016.28，4.2510-3-1，求該熱電阻在100時的阻值。10已知管徑為120mm，管道內(nèi)水流動的平均速度為1.8m/s，這時水的密度為990kg/m3，確定該狀態(tài)下水的容積流量和質(zhì)量流量。11某電容式液位傳感器由高1.2m，直徑為40mm和8mm的兩個同心圓柱體組成。儲存灌也是圓柱形，直徑為50cm，高為1.2m。被儲存液體的r2.1。計算傳感器的最小電容和最大電容以及當(dāng)用在儲存灌內(nèi)傳感器的靈敏度(Cmax/Vmax，pF/L)。解：12下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計算：1)已知Rt是Pt100鉑電阻()，且其測量溫度為t=50，試計算輸出Rt的值和Ra的值；2)電路中已知R1、R2、R3和E，試計算電橋的輸出電壓VAB。其中（R1=10k，R2=5k，R3=10k，E=5V） 解：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為r2、r3、Rg的三根導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂。當(dāng)溫度變化時，只要r2、r3和Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化不會影響電橋的平衡狀態(tài)。電橋在零位調(diào)整時，應(yīng)使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0）時的電阻值。三線接法的缺點之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點不穩(wěn)。1) Ra=R1-Rt0=5000-100=49002) 二、簡答題、填空題1壓力傳感器測量砝碼數(shù)據(jù)如下，試解釋這是一種什么誤差，產(chǎn)生這種誤差的原因是什么？N(g) 01 23 45正行程(mv)0 1.522.533.5反行程(mv)00.512 2.53.5解：遲滯誤差；靜態(tài)誤差；傳感器本身材料的缺陷造成。2傳感器由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？3什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)？什么是橫向效應(yīng)？答：金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時，它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱電阻應(yīng)變效應(yīng)。固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同，但應(yīng)變不同。圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。4用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？5說明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？6金屬電阻應(yīng)變片由哪四部分組成？分哪幾種？主要特性參數(shù)有哪些？答：金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、引線。分兩種：金屬絲式和箔式。主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應(yīng)特性。7分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。8應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？9電容傳感器有哪些類型？10敘述電容傳感器的工作原理，輸出特性。11為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動形式，差動結(jié)構(gòu)形式的特點是什么？12說明各種電容傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。13差動式電容測厚傳感器系統(tǒng)的工作原理？14推導(dǎo)差動式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。答：.。差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，而且非線性也大為減小。15根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？16總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點，主要應(yīng)用場合以及使用中應(yīng)注意的問題。17什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？有壓電效應(yīng)的材料有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點是什么？能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？答：正壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象，同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，而當(dāng)作用力方向改變時電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：與正壓電效應(yīng)相反，對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機(jī)高分子聚合材料。壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點：在壓電式傳感器中為了提高靈敏度往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個壓電組件，其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)。根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷提高靈敏度。壓電傳感器使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系。因此，需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的。所以，壓電傳感器不宜作靜態(tài)測量，只有在其上加交變力電荷才能不斷得到補充，并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動態(tài)測量。18石英晶體X、Y、Z軸的名稱是什么？有哪些特征？19簡述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點？20簡述電壓式加速傳感器的工作原理？21熱電偶冷端溫度對熱電偶的熱電勢有什么影響?為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？22熱電阻傳感器主要分為幾種類型？答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型：鉑電阻傳感器銅電阻傳感器鐵電阻和鎳電阻。23什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法。24試述熱電偶測溫的基本原理和基本定理。25試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點。答：電阻溫度計利用電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。熱電偶溫度計是根據(jù)熱電效應(yīng)原理設(shè)計而成的。前者將溫度轉(zhuǎn)換為電阻值的大小，后者將溫度轉(zhuǎn)換為電勢大小。相同點：都是測溫傳感器，精度及性能都與傳感器材料特性有關(guān)。26試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性，并說明其用途（p26，圖3-3）。答：伏安特性表征熱敏電阻在恒溫介質(zhì)下流過的電流I與電壓降U之間的關(guān)系。當(dāng)電流很小時，不足以引起自身發(fā)熱，阻值保持恒定，電壓降與電流間符合歐姆定律。當(dāng)電流IIa時，隨著電流增加，功耗增大、產(chǎn)生自熱，阻值隨電流增加而減小，電壓降增加速度逐漸減慢，因而出現(xiàn)非線性的正阻區(qū)ab。電流增大到Ib時，電壓降達(dá)到最大值Um。此后，電流繼續(xù)增大時，自熱更為強(qiáng)烈，由于熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)大，阻值隨電流增加而減小的速度大于電壓降增加的速度，于是就出現(xiàn)負(fù)阻區(qū)bc段。研究伏安特性，有助于正確選擇熱敏電阻的工作狀態(tài)。對于測溫、控溫和溫度補償，熱敏電阻應(yīng)工作于伏安特性的線性區(qū)，這樣就可以忽略自熱的影響，使電阻值僅取決于被測溫度。對于利用熱敏電阻的耗散原理工作的場合，例如測量風(fēng)速、流量、真空等，則應(yīng)工作于伏安特性的負(fù)阻區(qū)。27試述壓力的定義。何謂大氣壓力、絕對壓力、表壓力和真空度？常用壓力儀表？28電容傳感器有哪些類型？29敘述電容傳感器的工作原理，輸出特性。30說明各種電容傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。31在變壓器式傳感器中，原方和副方互感M的大小與繞組匝數(shù)成正比，與穿過線圈的磁通成正比，與磁回路中磁阻成反比。32根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？答：。電容傳感器的應(yīng)用：可用來測量直線位移、角位移、振動振幅，尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。33什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點是什么？能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？答：若作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄露無法進(jìn)行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量。34電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為金屬材料和半導(dǎo)體材料。它們在受到外力作用時電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由電阻應(yīng)變效應(yīng)形成的，而半導(dǎo)體材料的電阻變化主要是由壓阻效應(yīng)造成的。半導(dǎo)體材料傳感器的靈敏度大。35簡述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較它與石英晶體有哪些特點？36簡述壓電式加速傳感器的工作原理？37要測1000左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500左右的高溫呢？答：1000左右溫度用鎳鉻-鎳鋁，鉑銠10-鉑，1500用鉑銠30-鉑銠6。(表4-3)38按流量所使用的單位不同，它可分為哪幾種？常用流量計？39高溫加熱的鋼板為紅色，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時變?yōu)榘咨?，試說明原因。答：與溫度相對應(yīng)，物體放射出具有一定波長分布的光，高溫時，所有波長的能量增大，波長分布的峰值向短波長方向移動。對應(yīng)于黑體的波長分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000的鋼板，波長分布的峰值在近紅外區(qū)域，發(fā)出的光波長在0.6m以上，屬于可視光的紅光區(qū)域，因此看到的光呈現(xiàn)紅色。溫度升高使得波長分布的峰值向短波方向移動。可視光的短波成分增加，可視光所有波長成分混合使鋼板顏色接近白色。40金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱電阻應(yīng)變效應(yīng)；固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。41測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨率、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。42霍爾元件靈敏度的物理意義是表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下和單位控制電流時霍爾原件輸出的霍爾電勢值。UH=KHIB43光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下光電子逸出物體表面的外光電效應(yīng)，這類元件有光電管、光電倍增管；第二類是利用在光線作用下使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng)，這類元件有光敏電阻；第三類是利用在光線作用下使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動勢的光生伏特效應(yīng)，這類元件有光敏二極管、光敏三極管、光電池、光電儀表。44熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是兩種導(dǎo)體的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成的，其表達(dá)式為 。在熱電偶溫度補償中，補償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在連接導(dǎo)線和熱電偶之間接入補償導(dǎo)線(延長線)，它的作用是將熱電偶的參考端(冷端)移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響。45把一導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）兩端通以控制電流I，在垂直電流方向施加磁場B，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會產(chǎn)生一個與控制電流和磁場成比例的電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，這個電動勢稱為霍爾電勢。46外加磁場使半導(dǎo)體（導(dǎo)體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象成磁阻效應(yīng)。47變氣隙式自感型傳感器，當(dāng)銜鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量（增加減小不變）。48儀表的精度等級是用儀表的（相對誤差絕對誤差引用誤差）來表示的。(引用誤差（絕對誤差的最大值/儀表量程）100%)49. 電容傳感器的輸入被測量與輸出量C間的關(guān)系，除（變面積型變極距型變介電常數(shù)型）外是線性的。50差動變壓器式傳感器(P61-64)理論上講，銜鐵位于中心位置時輸出電壓為零，而實際上差動變壓器輸出電壓不為零，這個不為零的電壓稱為零點殘余電壓；利用差動變壓器測量位移時，如果要求區(qū)別位移方向（或正負(fù)）可采用相敏整流電路。51傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件，以及