PAGEPAGE7第一章傳感器基礎(chǔ)l。檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成?說明各部分的作用。答:一個(gè)完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。當(dāng)然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。下圖給出了檢測系統(tǒng)的組成框圖.檢測系統(tǒng)的組成框圖,,因?yàn)闄z測系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差.弱的，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。根據(jù)需要測量電路還能進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、線性化補(bǔ)償?shù)刃盘柼幚砉ぷ?顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié),主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。2。傳感器的型號有幾部分組成，各部分有何意義?依次為主稱（傳感器）被測量—轉(zhuǎn)換原理—序號主稱--傳感器，代號C；2；序號——用一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，廠家自定，用來表征產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性、性能參數(shù)、產(chǎn)品系列等。若產(chǎn)品性能參數(shù)不變,僅在局部有改動或變動時(shí)，其序號可在原序號后面順序地加注大寫字母A、B、C等,（其中I、Q不用）.例：應(yīng)變式位移傳感器：CWY—YB-20;光纖壓力傳感器：CY-GQ—2。3。測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載變化的情況時(shí),應(yīng)當(dāng)采用何種測量方法?如何進(jìn)行？000 答:UU=U+△U，其中△UU來講為一小量。如果采用偏差法U的要求，因此對△UU的變化就很難測準(zhǔn).測量原理如下圖所示000 0 ERw表示電位差計(jì)的參數(shù).在測量前調(diào)整R1I1為標(biāo)準(zhǔn)值。R1RP的活動觸點(diǎn)，使毫伏表指示為零，這相當(dāng)于事先用零位U。正式測量開始后，只需增加或減小負(fù)載電阻RL的值，負(fù)載變動所引起的穩(wěn)壓電UΔU,U=U+ΔU0 下的值都可以準(zhǔn)確地測量出來。微差式測量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，測量精度高,特別適合于在線控制參數(shù)的測量。用微差式測量方法測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負(fù)載的變化44.5mm5.0mm3.5V2。求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為mV/mm5。某測溫系統(tǒng)由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下鉑電阻溫度傳感器: 0.45Ω/℃電橋： 0.02V/Ω放大器： 100(放大倍數(shù))筆式記錄儀： 0。2cm/V求:(1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度;(2）4cm（1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度為cm/℃（2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對應(yīng)的溫度變化值為℃6252.01.5500℃的溫度，2。5％,選那臺儀表合理？2520500℃時(shí)的相對誤差為42.016℃,50031250024%1.57。什么是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差?正確度和精密度的含義是什么?它們各反映何種誤差?,多次重復(fù)測量同一量時(shí),變化的誤差。隨機(jī)誤差則是指在相同條件下，多次測量同一量時(shí)，其誤差的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化的誤差。正確度是指測量結(jié)果與理論真值的一致程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小，精密度是指測量結(jié)果的分散程度，它反映了隨機(jī)誤差的大小.8。服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機(jī)誤差有哪些特性？f(δ）-δ曲線對稱于縱軸。有界性在一定測量條件下，隨機(jī)誤差的絕對值不會超n→∞時(shí)，全體隨機(jī)誤差的代數(shù)和等于零，即。單峰性絕對值小的隨機(jī)誤差比絕對值大的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的機(jī)會多，即δ=0處隨機(jī)誤差概率密度有最大值。9。等精度測量某電阻10次，得到的測量列如下：1 2 3 4 5 R＝16795Ω R＝16745Ω R＝167.60Ω R＝16760Ω R＝167.87Ω R＝1 2 3 4 5 7 8 9 R＝168。00Ω R＝167。850Ω R＝167.82Ω R＝167。617 8 9 （1)求10次測量的算術(shù)平均值，測量的標(biāo)準(zhǔn)誤差σ和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s.(2）若置信概率取99。7％，寫出被測電阻的真值和極限值.解:（1）求10次測量的算術(shù)平均值，測量的標(biāo)準(zhǔn)誤差σ和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差s.(2)若置信概率取99.7%，被測電阻的真值為:極限值為：10.試分析電壓輸出型直流電橋的輸入與輸出關(guān)系。答:R1R2、R3、R4。UR1=R2=R，R3=R4=R’（R≠R’）R1=R4=R，R2=R3=R’（R≠R’)時(shí)，稱為電源對稱電橋。直流電橋電路當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，由于放大器的輸入阻抗很高,所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無窮大，這時(shí)電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達(dá)式為（1)設(shè)電橋?yàn)閱伪酃ぷ鳡顟B(tài),即R為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)R1

感受被測量產(chǎn)生電阻增量ΔR1R1R3R24得，代入式（1R1產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為（2）R1=R2=R,R3=R4=R’R1ΔR1=ΔR，根據(jù)（2）可得到輸出電壓為1對于電源對稱電橋,R1=R4=R,R2=R3=R’R1

(3)臂產(chǎn)生電阻增量ΔR1=ΔR時(shí)，由式(2）得(4）對于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R，當(dāng)R1的電阻增量ΔR1=ΔR時(shí)，由式（2）可得輸出電壓為（5)ΔR<<R時(shí),電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化的情況下,等臂電橋以及輸出或輸出對稱電橋。在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè)被測信號接成兩個(gè)差動對稱的全橋工作形式，R=R+ΔR，R=R-ΔR，R=R+ΔR，R=R—ΔR,將上述條件代入式（1）得1 2 3 4(6）由式(6)看出，由于充分利用了雙差動作用,它的輸出電壓為單臂工作時(shí)的4倍，所以大大提高了測量的靈敏度.第二章電阻式傳感器1。金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同?答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。直流測量電橋和交流測量電橋有什么區(qū)別？件。熱電阻測量時(shí)采用何種測量電路?為什么要采用這種測量電路？說明這種電路的工作原理。答：通常采用電橋電路作為測量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，如果，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。熱電阻的測量電路120ΩK=20120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電壓4V11000輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度.11000/V1/V1000/V；11000/V5R=120ΩK=2。0R=120Ω的固定電阻組成電橋，供橋電10V100010mV，則可采用何種工作方式（無窮大）?解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為n，故可得:mV得n要小于2，故應(yīng)采用全橋工作方式。6.如圖所示為一直流電橋，供電電源電動勢E=3V，R=R=100Ω，R

為同型號的電阻應(yīng)變片,其電阻3 4 1 2均為50Ω,靈敏度系數(shù)K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強(qiáng)度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強(qiáng)度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?000，試求此時(shí)電橋輸出端電壓U。0解：此電橋?yàn)檩敵鰧ΨQ電橋，故/mV

題6圖7。光敏電阻有哪些重要特性,在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的?常大，相當(dāng)于斷路，有光照時(shí)阻值變得很小，相當(dāng)于通路。在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。第三章電容式傳感器意什么問題？答：如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖.當(dāng)動極板移動△x后,覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變,其值為0C=εb（a-△x)/d=C-εb·△x/d (1）0電容因位移而產(chǎn)生的變化量為其靈敏度為可見增加b或減小d均可提高傳感器的靈敏度。直線位移型電容式傳感器為什么說變間隙型電容傳感器特性是非線性的?采取什么措施可改善其非線性特征?答：下圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中1為固定極板,2為與被測對象相連的活動極板.當(dāng)活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時(shí)，兩極板間的距離d發(fā)生變化,從而改變了兩極板之間的電容量C.設(shè)極板面積為A，其靜態(tài)電容量為,當(dāng)活動極板移動x后，其電容量為（1)當(dāng)x〈d時(shí)則 （2)由式(1）Cx不是線性關(guān)系，只有當(dāng)x<<d時(shí)，才可認(rèn)為是最近似線形關(guān)系。同時(shí)還可d過小時(shí).d,提高靈敏度,減小非線性，可采用差動式結(jié)構(gòu).1 2有一平面直線位移差動傳感器特性其測量電路采用變壓器交流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖所示。電容傳感器起b1=b2=b=200mm，a=a=20mmd=2mmu1=3sinωtVu=u.試求當(dāng)動極板上輸入一位移量△x=5mm1 2題3圖解：根據(jù)測量電路可得/mV40=200pF定動極板距離d=15m，運(yùn)算放大器為理想放大器（即→∞,Z→∞)f極大,輸入電壓1=5t。求當(dāng)電容傳感動極板上輸入一位移量△x=0。15mmd0u0為多少？解：由測量電路可得/V5.如圖3-22所示正方形平板電容器，極板長度=4c,極板間距離=。2mx解：這是個(gè)變面積型電容傳感器，共有4個(gè)小電容并聯(lián)組成。/pF(x的單位為米）/pF第四章 電感式傳感1。影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？答:影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是:傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測量電路零點(diǎn)殘余電動勢等.2.電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？,線圈的幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量范圍大、34。12所示的差動相敏檢波電路的工作原理。答：如圖所示，設(shè)差動電感傳感器的線圈阻抗分別為Z1和Z2.當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，Z1=Z2=Z,電橋處于平衡狀態(tài),C點(diǎn)電位等于D點(diǎn)地位,電表指示為零。2當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，則下部線圈阻抗減少，Z2=Z-△Z。如果輸入交流電壓為正半周，則A點(diǎn)電位為正，B點(diǎn)電位為負(fù)，二極管V1、V4導(dǎo)通,V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C點(diǎn)電位由于Z1增大而比平衡時(shí)的C點(diǎn)電位降低；而在A—F—D—B支中中,D點(diǎn)電位由于Z的降低而比平衡時(shí)D點(diǎn)的電位增高，所以D點(diǎn)電位高于C點(diǎn)電位,直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。2如果輸入交流電壓為負(fù)半周,A點(diǎn)電位為負(fù)，B點(diǎn)電位為正,二極管V2、V3導(dǎo)通，V1、V4截止,則在A—F-C-B支中中，CZ2減少而比平衡時(shí)降低（平衡時(shí),輸入電壓若為負(fù)半周,即B點(diǎn)電位為正，A,CBZ2C點(diǎn)電位更負(fù)；而在-E—-BD點(diǎn)電位由Z1的增加而比平衡時(shí)的電位增高，所以仍然是DC點(diǎn)電位,電壓表正向偏轉(zhuǎn)。同樣可以得出結(jié)果:當(dāng)銜鐵下移時(shí)，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負(fù)。21 2 4。如圖所示的差動電感式傳感器的橋式測量電路,L1、L為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為L0.R、R為標(biāo)準(zhǔn)電阻,u為電源電壓。試寫出輸出電壓u與傳感器電感變化量△L21 2 解：輸出與輸入的關(guān)系是若電感增量無窮小，且兩個(gè)電阻均為R，則:題4圖 題5圖5.如圖所示為一差動整流電路，試分析電路的工作原理。答：這是簡單的電壓輸出型,動鐵芯移動時(shí)引起上下兩個(gè)全波整流電路輸出差動電壓，中間可調(diào)整零位，輸出電壓與鐵芯位移成正比。這種電路由二極管的非線性影響以及二極管正向飽和壓降和反向漏電流的不利影響較大.第五章熱電偶傳感器1．什么是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)？試說明熱電偶的測溫原理。答：熱電效應(yīng)就是兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體AB.熱電偶測溫就是利用這種熱電效應(yīng)進(jìn)行的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進(jìn)儀表,就能測量溫度。2．試分析金屬導(dǎo)體產(chǎn)生接觸電動勢和溫差電動勢的原因。AB兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí),（即電子密度不同，AB的自由電子密度，ABBA的電子數(shù)大.A失去電子帶正電荷，導(dǎo)B得到電子帶負(fù)電荷，于是，在ABAB的電場。該電場的方向與擴(kuò)散進(jìn)行的方向相反,.當(dāng)擴(kuò)散作用與阻礙擴(kuò)散作用ABBA的自由電子數(shù)相等時(shí)，便處于一種動態(tài)平衡狀態(tài).在這種狀態(tài)下,AB兩導(dǎo)體的接觸處就產(chǎn)生了電位差,稱為接觸電動勢。對于導(dǎo)AB,tt0中t>t0,導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動，最后也達(dá)到了動態(tài)平衡狀態(tài).這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動勢。3．簡述熱電偶的幾個(gè)重要定律，并分別說明它們的實(shí)用價(jià)值.答:一是勻質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料相同,無論兩接點(diǎn)的溫度如何,熱電動勢為零。根據(jù)這個(gè)定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性.二是中間導(dǎo)體定律:在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測量。三是標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩.,種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計(jì)算出來.t、t0t、tn時(shí)的相應(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。4．試述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)膸追N主要方法和補(bǔ)償原理.答:,0℃恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補(bǔ)償導(dǎo)線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所（)相當(dāng)于將熱電極延長.根據(jù)中間溫度定律,;圖中,e為熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢，U為回路的輸出電壓.回路中串接了一個(gè)補(bǔ)償電橋。R1～R5RCMRCM是用漆包銅絲繞制成的,R1～R5均用錳銅絲繞成,阻值穩(wěn)定。在橋路設(shè)計(jì)時(shí)，使R1=R2，并且R1R2電阻的阻值發(fā)生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不多保持不變，從而認(rèn)為其具有恒流特性。線路設(shè)計(jì)使得I1=I2=I/2=0.5mA?；芈份敵鲭妷篣為熱電偶的熱電動勢e、橋臂電阻RCM的壓降URCM及另一橋臂電阻R5的壓降UR5三者的代數(shù)和：當(dāng)熱電偶的熱端溫度一定,,RCMURCM增大，由此達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康?自動補(bǔ)償?shù)臈l件應(yīng)為用鎳鉻鎳硅(K）熱電偶測量溫度4029。188mV，求被測點(diǎn)的溫度。E(40，0)=1根據(jù)式(5-2—1)再通過分度表查出其對應(yīng)的實(shí)際溫度為℃已知鉑銠10-鉑(S)熱電偶的冷端溫度t0＝25℃，現(xiàn)測得熱電動勢E（t，t0）＝11。712mV，求熱端溫度是多少度?10E（25,0)=0.161mV，根據(jù)式（5-2-1)再通過分度表查出其對應(yīng)的實(shí)際溫度為℃7．已知鎳鉻—鎳硅(K）熱電偶的熱端溫度t＝800℃，冷端溫度t0＝25℃,求E（t，to)是多少毫伏?解：由鎳鉻-E（800,0）=33.275mV,E(25，0)=1.024mV，故可得E（800,5）=33。275-1.024=32.251mV現(xiàn)用一支鎳鉻—康銅(E）30℃，動圈顯示儀表(0℃)指示值為400℃，則認(rèn)為熱端實(shí)際溫度為430℃,對不對？為什么？正確值是多少？解：不對，因?yàn)閮x表的機(jī)械零位在0℃,正確值為400℃。5。14K，毫伏表的示值應(yīng)為多少度?答：毫伏表的示值應(yīng)為（t1-t2—60）℃.用鎳鉻鎳硅(K)515℃，儀表指示溫度為210℃，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)償導(dǎo)線，相互接錯(cuò)了，問：爐溫的實(shí)際溫度t為多少度？解：實(shí)際溫度應(yīng)為270℃,因?yàn)榻臃春蟛坏珱]有補(bǔ)償?shù)?，還抵消了30℃,故應(yīng)該加上60℃。圖5.14 圖5。15第六章電壓傳感器為什么說壓電式傳感器只適用于動態(tài)測量而不能用于靜態(tài)測量？答：因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測量為靜態(tài)時(shí),很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號輸出，故只能用于動態(tài)測量。壓電式傳感器測量電路的作用是什么?其核心是解決什么問題?答：壓電式傳感器測量電路的作用是將壓電晶體產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，其核心是要解決微弱信號的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強(qiáng)的輸出信號。K1＝10pC／MPaK2=0.008V／pC的電荷放大器所用的筆式記K3=25mm／V，當(dāng)壓力變化Δp=8MPa時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少?解：記錄筆在記錄紙上的偏移為S=10×0.008×25×8=16/mm50Hz1g的