第3章常用傳感器及其調(diào)理電路、K阻有什么不同？解：使用材料Pt100鉑K型熱電偶鎳鉻鎳硅（鎳鋁）熱敏電阻半導(dǎo)體材料測溫范圍200℃～+850℃-200℃～+1300℃-100～+300℃線性度線性度較好線性度好非線性大響應(yīng)時間10s~180s級別20ms～400ms級別ms級別在下列幾種測溫場合，應(yīng)該選用哪種溫度傳感器？為什么？電氣設(shè)備的過載保護或熱保護電路；100～800℃，溫度變化緩慢；100～800℃，溫度波動周期在每秒5～10解：Pt熱電阻；測溫范圍符合要求，并且對響應(yīng)速度要求不高100ms200ms的情況熱電偶測溫為什么一定做冷端溫度補償？冷端補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解T為被測端溫度，T為參考端溫度，熱電偶0特性分度表中只給出了T0℃時熱電偶的靜態(tài)特性，但在實際中做到這一點很困難，于是產(chǎn)0生了熱電偶冷端補償問題。目前常用的冷端溫度補償法包括：0℃恒溫法；補償導(dǎo)線法；自動補償法。0t 采用Pt100的測溫調(diào)理電路如圖3-5所示，設(shè)Pt100R=R(1+At)，A=0.0039/℃，三運放構(gòu)成的儀表放大電路輸出送0～3V10ADCI=0～5120t 解：uR

IRAT11031000.00395120.19968V00uk outuR

15.02415倍。0.19968V可分辨的最小溫度為3u3outT IRAk 11031000.003915T max 00 0.5C1 1 1霍爾電流傳感器有直測式和磁平衡式兩種，為什么說后者的測量精度更高？解ICICIC=BSUUk、HH H HIPP ＝B/LN，由UHkHIBB的大小，由安培H·L＝N·ICICkH與溫度有關(guān)，難以實現(xiàn)高精度IIIPP P某磁平衡式霍爾電流傳感器的原邊結(jié)構(gòu)為穿孔式N=1，額定電流為2525mA0～30A的工頻交流電流，檢流電IN阻RM阻值為多大，才能使電阻上的電壓為0～3V？IN解I

IN，

11

251

100011 22

2 I 251032當原邊電流在0-30A變化時，副邊電流變化范圍為0-30mA，故R U 100M I 30mA量哪些物理量？解：傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)關(guān)系式為Zf(,,f,x)fx有關(guān)。Z RR

2M2

jL

2M2

jLeq 1

2R2(L)2

1 2R2(L)2 eq eq由此可知

2 2 2 2M與距離x相關(guān)，可用于測量位移、振幅，厚度等。R R 1 2材質(zhì)判別等。L L 1 2壓電傳感器的等效電路是什么？為什么用壓電傳感器不能測量靜態(tài)力？解：壓電元器件電極表面聚集電荷時，它又相當于一個以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為式中，A——壓電片的面積；r

A C0r a h h——真空介電常數(shù)；0h——壓電元器件厚度；——壓電片的介電常數(shù)；Ca——壓電元器件的等效電容。當壓電元器件受外力作用時，兩表面產(chǎn)生等量的正、負電荷Q，壓電元器件的開路電壓（認為其負載電阻為無窮大）Ua為UQ這樣，可以把壓電元器件等效為一個電壓源U和一個電容器Ca串聯(lián)的等效電路。當壓電傳感器接入測量儀器或測量電路后，必須考慮連接電纜的寄生等效電容Cc，后續(xù)測量電路的輸入電容Ci以及后續(xù)電路（如放大器）的輸入電阻Ri。所以，實際壓電傳感器在測量系統(tǒng)中的等效電路如下圖3.1所示。圖3.1壓電傳感器的等效電路分析為什么壓電傳感器的調(diào)理電路不能用一般的電壓放大器，而要用電荷放大器？解：由于壓電材料等效電路中Ca的存在，壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高且輸出的信號非常微弱，因此對調(diào)理電路的要求是前級輸入端要防止電荷迅速泄漏，減小測量誤差。前置放大器的作用是將壓電式傳感器的高輸出阻抗經(jīng)放大器變換為低阻抗輸出，并將微弱的信號進行放大。3.1壓電傳感器的等效電路，電壓放大器輸出電壓與電容C=CaCi+CcCa和Ci都很小，但Cc會隨連接電纜的長度與形狀而變化，因此放大器的輸出電壓與連基本都采用便于遠距離測量的電荷放大器。使用電場測量探頭應(yīng)注意什么？為什么？解沒有明顯的畸變。磁阻傳感器的基本原理是什么？解：置于磁場中的載流金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，其電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象，稱為磁致電阻變化效應(yīng)，簡稱為磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)制成的元器件稱為磁敏電阻，在磁場中，電流的流動路徑會因磁場的作用而加長，使得材料的電阻率增加。不同？解當有光照射時，在PN結(jié)附近產(chǎn)生光生電子和空穴對，從而形成由N區(qū)指向P增量式光電編碼器的輸出脈沖有何特點？分析辨向電路是如何工作的？解過輸出脈沖區(qū)別出在哪個位置上的增量。辨向原理如圖3-2所示。外縫隙B接至D觸發(fā)器的D端，內(nèi)縫隙A接到觸發(fā)器的CP端。當A超前于B時，觸發(fā)器Q輸出為0，表示正轉(zhuǎn)；而B超前于A，觸發(fā)器輸出Q1，表示反ABQ器，即正轉(zhuǎn)時做加法計數(shù)，反轉(zhuǎn)時做減法計數(shù)。圖3-2增量編碼器辨向原理圖電容傳感器有哪幾類？為什么變間隙式的電容互感器器多采用差動結(jié)構(gòu)？解：電容傳感器分為變氣隙間隙式電容傳感器、變面積式電容傳感器、變介電常數(shù)式電容傳感器。與非差動測量系統(tǒng)相比，差動測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性獲得了很大改善，主要反映在提高靈敏度和減少非線性化誤差兩個方面，同時對減小外界干擾的影響也有較好的作用。采樣變介電常數(shù)式電容傳感器測量液體位置的原理是什么？解：當電容極板之間的介電常數(shù)發(fā)生變化時，電容量也隨之發(fā)生變化，在被測介質(zhì)中放入兩個同心圓筒形極板，大圓筒內(nèi)徑為R2

，小圓筒內(nèi)徑為R。當被測液面在同心圓筒間變化時，傳1感器電容隨之變化：C0——空氣介質(zhì)的電容量X——液體高度。

CC0kxCx為常數(shù)，(1越高。

越大，靈敏度0自感式傳感器有哪幾類？各自什么應(yīng)用特點？解：自感式傳感器分為變間隙型自感傳感器、變面積型自感傳感器、螺管型電感傳感器。螺管型靈敏度較低，但量程大且結(jié)構(gòu)簡單。解：圖3-3阻抗的數(shù)字化測量原理框圖m值，以便得到代表實部（對應(yīng)R）和虛部（對應(yīng)X）的兩個電壓輸出。m3-3Z

ref

經(jīng)移相/2后獲得兩路正交信號：U

cost和zmUcst/UIZ=RX=|Z，zmZ

cos(t+)，通過乘法器有U )Uzm m

costUUzm

[cos(t)cost]m

1UU2zm

[cos(2t)cos]m同理通過乘法器有

U1UUR 2zm

cosU )Uzm m

π/2)

Uzm

[cos(t)costπ/2]

12

Uzm

[cos(2tπ/2)cos(π/2)]U1UX 2

Uzm

sin可見U和U正比于被測阻抗的實部R和虛部X。該測量方法能測量復(fù)阻抗，當然也能測R X量電感和電容的電抗。電路圖，并討論說明三種電橋的靈敏度和線性度。解：與非差動測量系統(tǒng)相比，這種差動測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性獲得了很大改善，主要反映在提高靈敏度和減少非線性化誤差兩個方面，同時對減小外界干擾的影響也有較好的作用。3-4單臂電橋3-5差動半橋而測量電橋的靈敏度大小為

圖3-6差動全橋UKSΔZ/Z0由電橋的輸入/輸出特性，恒壓源供電時測量電橋的靈敏度如下。單臂電橋：E 1KS4 Zconst12Z差動半橋：差動全橋：

0EKS2KSEZ無關(guān)且為常數(shù)，是理想的直線。根據(jù)電路理論分析，由電壓源供電時，不同測量電橋的輸入/輸出特性如下。單臂電橋：ZZ ZZUEZ

14 23Z ZZ差動半橋：差動全橋：

UEZ2Z0UEZZ

1 2 3 40由電流源供電時，單臂電橋：U IZ 14 1+ Z4Z差動半橋：差動全橋：

0U I2U IZ由測量電橋的輸入/輸出關(guān)系可知，無論電流源供電和電壓源供電，差動半橋和差動全橋的ZU特性為理想直線，故線性度為零。解：電壓源供電時，差動全橋：U E1Z1 ZT電流源供電時，差動全橋：

Z0U 由上可見，差動電橋分子中沒有ZT，消除了ZT對被測作用量Z擾量ZT，但比值ZT輸出特性中沒有干擾量ZT，理論上無溫度誤差，所以對溫度干擾量有補償作用。解：圖3-7變壓器式交流電橋圖3-7的交流電橋圖中，當銜鐵向上移動和向下移動相同距離時，其輸出大小相等，方向相反。由于電源電壓是交流，所以盡管式中有正負號，還是無法加以分辨。可采用帶有相敏整流的交流電路，如圖3-8所示。圖3-8相敏整流交流電路當銜鐵處于中間位置時，Z=Z=Z，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓U 0；當銜鐵上移，1 2 0 o1 0 2 使上線圈阻抗增大，Z=Z+Z，而下線圈阻抗減少，Z=ZZ。1 0 2 設(shè)輸入交流電壓UAVD1

、VD4

導(dǎo)通，VD、21VD截止。在A→E→C→B支路中，C點電位由于Z的增大而比平衡時低；在A→F→D→B13支路中，D點電位由于Z2正向偏轉(zhuǎn)。

的減小而比平衡時高，即D點電位高于C點電位，此時直流電壓表設(shè)輸入交流電壓UAVD2

、VD3

導(dǎo)通，VD、1VD4截止。在B→C→F→A支路中，C點電位由于Z2的減小而比平衡時低。在B→D→E→A支路中，D點電位由于Z的增加而比平衡時的電位高。所以仍然是D點電位高于C點電位，1直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。因此只要銜鐵上移，不論輸入電壓是正半周還是負半周，電壓表總是正向偏轉(zhuǎn)，即輸出電壓Uo

總為下正上負。第4章4-1.(1).輸入級：差分輸入放大級，完成共模抑制，差模信號放大。(2).中間級：進一步放大和相位補償。(3).輸出級：為推挽輸出結(jié)構(gòu)，有利于減小輸出電阻，增強帶負載能力。4-2.運放輸入級差分放大電路結(jié)構(gòu)或參數(shù)的不對稱。輸入失調(diào)電壓：為了糾正由參數(shù)不對稱所造成的非零差動輸出，可以在運放的兩個輸偏置電流的差值。集成運放的輸入失調(diào)電壓一般在1~10mV4-3.共模抑制比CMR：是指運算放大器的差模電壓增益與共模電壓增益之比。影響因素：gain，放大器的差模增益；VCM,輸入端的共模電壓；VOUT在輸出端的反應(yīng)。4-4.在-3dB他實際上就等于單位增益帶寬。4-5.電壓擺率：指集成運放在額定負載條件下，輸入一個大幅度的階躍信號時，輸出電壓的最大變化率，單位為V/us。放輸出電壓的最大值與最小值之間。4-6.ABCDE4-7.否4-8.用集成運算放大器能構(gòu)成：比較器，加法器，減法器。用集成乘法第5章電氣測量技術(shù)常用的大電流傳感器有哪幾種？常用的高電壓傳感器有哪幾種？解：大電流傳感器三種：電磁式電流互感器、羅哥夫斯基線圈、光學電流傳感器高電壓傳感器：電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、光學電壓傳感器實際使用中，電磁式CT副邊不能開路，電磁式PT解：abc5-1所示，圖5-1電磁式CT磁芯峰值磁密不同的工作點則可能產(chǎn)生以下后果。①變高的磁密將在開路的二次側(cè)感應(yīng)出很高的電壓，如果峰值磁密進入飽和區(qū)（如圖5-1中的c點，輸出電流波形波峰附近將發(fā)生畸變，對人身和設(shè)備造成危害。②由于鐵芯飽和，使鐵芯損耗增加，溫度急劇升高并損壞絕緣。③將在鐵芯中產(chǎn)生剩磁，使互感器比差和角差增大，準確性大大降低。所以電磁式電流互感器二次側(cè)是不允許開路的。器極易被燒壞。簡述羅氏線圈的自積分和外積分方式的基本原理和應(yīng)用條件。解5-2所M（與電感s構(gòu)成積分電路uo(ti為線圈感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。圖5-2Rogowski線圈等效電路圖根據(jù)圖5-2所示的等效電路，可以列出回路方程為di(t) di(t)u(t)M 1 L Ri(t)u(t)i

sdt s ou(t)i(t)oR式中，M為線圈的互感，MuNS，N為線圈匝數(shù)。l當Ldi(t)Ri(t)u(t)（即L

R）時，上式可近視為sdt s

s sdi(t)M 1

di(t)dt sdtt

i(t)uo(t)RRu(t)M i(t)o L1s11

呈線性關(guān)系且Ls

Rs

R這種測量方法適用于自積分式空心羅氏線圈對高頻信號的測量，即羅氏線圈的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。當RLs

R時，Rogowski線圈近似處于開路工作狀態(tài)，羅氏線圈附邊感應(yīng)電壓幾乎sR

u(t)e(t)Mdi1o dt1Rogowski線圈的感應(yīng)電勢，其大小正比于被測電流對時間RogowskiRogowski線圈信號處理方法。有源積分方式又可分為模擬積分方中低頻段的應(yīng)用。解：電磁系儀表結(jié)構(gòu)有吸引式和排斥式兩種形式。以排斥式為例，固定部分不是永久磁鐵，而是一個筒狀的固定線圈，當固定線圈通入被測電流i定鐵片和另一塊固定在表軸上的可動鐵片，由于兩鐵片同一側(cè)被磁化為同一極性，于是互相排斥，使可動片因受斥力而帶動指針轉(zhuǎn)動。即使在固定線圈通入交流電，兩鐵片仍然在相互排斥。所以這種類型的表是交直流兩用；可以用來測交直流電壓和電流值有效值。磁電系儀表的主要用途是測量直流電壓、直流電流及電阻；利用永久磁鐵的磁場和載流線圈相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的原理而制成。都固定在軸上；電動系儀表的主要用途是來測量交流和直流的電流、電壓和功率明兩表的讀數(shù)之和等于三相負載的有功功率。解：W1的讀數(shù)為

圖5-3兩表法測三相功率接線圖 AC

之間的相位差。

PU I1 AC

cosW2的讀數(shù)為

PU I2 BCB

cos BC

之間的相位差。兩功率表讀數(shù)之和為

PPPU IcosU Icos1 2 ACA BCB)PU1

IAC

cosαUIcos(30)兩功率表讀數(shù)之和為PPP

PU I2 BC))UIcos(30)I

cosUIcos(30ll

cos1 2 ll ll ll160oPPPP讀數(shù)。12 1 2當>60o時，P為正值，P為負值，會反轉(zhuǎn)，因此總的功率P等于P讀數(shù)減去P讀數(shù)。1 2 1 2頻率和周期數(shù)字化測量誤差的主要來源是什么？什么是中介頻率？解dN，Nd最大存在±1個字的量化誤差，與主閘門開啟時間相關(guān)；一個是主閘門開啟時間的相對誤差0，0取決于晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度和整形電路、分頻電路以及主閘門的開關(guān)速度等。fc。第6章數(shù)字化電氣測量技術(shù)試說明快速傅里葉變換）的基本思路和原理。解：有限長序列可以通過離散傅里葉變換（DFT）將其頻域也離散化成有限長序列。例如，對于N點序列x(n)，其DFT變換定義為N1Xn02π

nkk 0,N 1N式中，WN

ejN。而快速傅里葉變換）是計算離散傅里葉變換）的快速算法，將DFT的運算量減少了幾個數(shù)量級。FFT的基本思想是：將大點數(shù)的DFT分解為若干個小點數(shù)DFT的組合，從而減少運算量。WN因子具有以下兩個特性，可使DFT運算量盡量分解為小點數(shù)的DFT運算：①周期性：②對稱性：

W(k+NN

WnkN

WNNW(kN/2) WkN NDFTN＝4X(23X(2)

2n

0 ()2

4 (3W64 4 4 4 4n0(0)(2]0 (1)(3]4 4{(0)(2](1)(3)}04

(周期性)(對稱性)通過合并，可以使乘法的次數(shù)由4次減少到1次，運算量減少。解：設(shè)單一頻率信號為)Asin(ft )0 0A、f0

為信號的幅值、頻率和初相位。0由傅里葉變換理論可知，若要對信號進行頻譜分析，則該信號的持續(xù)時間應(yīng)為無限長。信號的傅里葉變換為X(f)

∞)e

A

(f f)ej

(f f)]∞ 2j 0 0按上式求得的信號x(t)的頻譜是頻點f處的兩根線譜。但在實際工程中只能選擇一段時0間信號進行分析，這就相當于用窗函數(shù)w(t)對信號進行截斷，即x(t)x(t)w(t)w由卷積定理可知，截斷后的信號頻譜為X(f)X(f)W(f)

A0W(f