傳感器原理及應(yīng)用_第三版_(王化祥_(kāi)張淑英_)_課后答案

1、傳感器技術(shù)習(xí)題解答第一章傳感器的一般特性1- 1:答：傳感器在被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出鼠和輸入呈之間的關(guān)系稱為傳感 器的靜態(tài)特性：其主要指標(biāo)有線性度、靈勒、精確度、最小檢測(cè)量和分辨力、遲滯.重復(fù) 性、零點(diǎn)漂移、溫漂。1- 2：答：(1)動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入最的響應(yīng)特性；(2) 描述動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)：對(duì)一階傳感器：時(shí)間常數(shù)對(duì)二階傳感器：固有頻率、阻尼比。1- 3：答：傳感器的精度等級(jí)是允許的最大絕對(duì)誤差相對(duì)于其測(cè)量范圉的百分?jǐn)?shù)，即 A=AA/Y打 *100%1- 4；答：(1)：傳感器標(biāo)定曲線與擬合直線的最人偏差與滿量程輸出值的仃分比叫傳感器 的紐性度：(2)擬合直線的常

2、用求法有：端基法和最小二乘法。1-5：答：由一階傳感器頻率傳遞函數(shù)wQw)=K/(l+j3 t),確定輸出信號(hào)失真、測(cè)童結(jié)果" 所要求精度的工作段,即由B/A二K/(l+(3從而確定3,進(jìn)而求出f二3/(2打).1-6：答：若某傳感器的位移特性曲線方程為yiFo+aix+aSaax斗.讓另一傳感器感受相反方向的位移，其特性曲線方程為y2=ao-aix+a：!x2-a3x3+， 則4尸yiyMXaix+asx斗ak)，這種方法稱為差動(dòng)測(cè)鼠法。其特點(diǎn)輸出信號(hào)中沒(méi)有偶次項(xiàng)，從而使線性范用増大，減小了非線性誤差，靈敏度也提高了一倍，也消除了零點(diǎn)誤差。1- 7：解:Yn=200-0=200由

3、A=A A/Yk*100%有A=4/200 *100% =2%。精度特級(jí)為2.5級(jí)。1- 8：解：根據(jù)精度定義表達(dá)式：A= AA/AyB*100%,由題意可知：A=1.5%, YK=100 所以 AA=A YK=1. 5因?yàn)?1.4V1.5所以 合格。1 9：解：hmax= 103 98 = 5Y=250-0 = 250故 A hmax/YK*100% = 2%故此在該點(diǎn)的遲滯是2%。1- 10：解：因?yàn)閭鞲衅黜憫?yīng)幅值差值在10%以內(nèi)，HWtWO. 5, WWO. 5/t,而w=2 n f, 所以f 二0.5/2 Ji t =8Hz即傳感器輸入信號(hào)的工作頻率范闈為0s8Hz1一11解：(1)切

4、線法如圖所示，在x二0處所做的切線為擬合直線，其方程為：Y=ao+KX,當(dāng) x=0 時(shí)，Y=l,故 ao=b 又因?yàn)?dY/dx = l/(2(l+x)，ZJ) L=1/2=K故擬合直線為：Y=l + x/2最大偏差 A Ymax 在 x二0. 5 處,故 A Ymax=l + 0. 5/2-( 1 + 0. 5) "'=5/4 (3/2) "'=0.025 Y= (1 + 0. 5/2) -1 = 0. 25故線性度 6t= AYmax/ YB*100% =0. 025/0. 25 * 100% =0. 10*100% = 10%(2) 端基法：設(shè)Y的始點(diǎn)

5、與終點(diǎn)的連線方程為Y=a°+KX因?yàn)?x=0 時(shí),Y=l> x二0.5 時(shí).Y= 1.225,所以 E k=0. 225/0. 5=0. 45而由 d(y-Y)/dx=d( (1+x) 1/2-(1+0. 45x) /dx=_0. 45+1/ (2 (1 + x) "')=0 有 -0.9 (1 + x) "+l = 0(1/0.9) '=l+xx=0. 234A Ymax= (1 + x) "=(l+0 45x) |口“二 1 11 1053=0. 0047Y=l+0. 45*0. 5-1 = 0. 225$*= A Ymax/

6、YK* 100% =0. 0047/0. 225 * 100% =2. 09%(3) 最小二*法X,00. 10.20.30.40.57111. 0481.0951. 1401. 1831.225X；00. 010.040. 090. 160. 25XiYi00. 10480. 2190. 3420. 4730.612求合x(chóng)y1. 751Xi的合1. 5Xi平方的合0. 55Yi的合6. 691Xi合的平方2. 25_ 2(藝”尸工兀一工必工£刀必*工兀-沱(?！?刀尢)-吃£1.751*1.5-6.691*0.552.6265-3.68, °由公式久= 1.00

7、3452.25-6*0.55-1.05,6.691*1.5 一6*1.75110.0365一 10.506k = 0.46952.25-6*0.55-1.05，= 1.0034+ 0.4695 那 x由 d(y-Y)/dx=d( (1 + x) "-(1. 0034+0. 4695*7)/dx二-0. 4695+1/(2 (14-x) "')=0 有 x二1/(0. 939):-l=0. 134AYmax= (1 + x) 1/2-(l. 0034+0. 4695x) |> 2,i=l. 065-1. 066=0. 001Yk=1. 0034+0. 4695X

8、-1. 0034=0. 23551二A Ymax/ YK * 100% =0. 001/0. 235 * 100% =0. 0042 * 100% =0. 42%1一12:解：此為一階傳感器，其微分方程為ay/dx+aoy=box所以 時(shí)間常數(shù)t =6/%二10sK=b0/a<>=5*10"6V/Pa13：解：由幅頻特性有:112、=0.947J(0.64j +0.7056<1000；(1000丿丿=一 arctail111:解：由題意知:2 77 761-036=-arctanl.3125心)LT心)L心)L<3%岡為最小頻率為W=0,由圖1J4知，此時(shí)輸出

9、的幅頻值為I H (jw) | ZK=1, 即 | H (jw) | =K<3%22、0.97 <1-©maxCO max V= 9.36心1勸20.97+ 4g( 、22 CO max1- 15 解：由傳感器靈敏度的定義育：K= = 5/nvl unA.v 10/P?z若采用兩個(gè)相同的傳感器組成差動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，輸出僅含奇次項(xiàng)，且靈敏度提高了 2倍, 為 20mv/ U m.第二章 應(yīng)變式傳感器2- 1：答：(1)金屬材料在受到外力作用時(shí)，產(chǎn)t機(jī)械變形.僅其BL值發(fā)t變化的現(xiàn)象叫金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。(2)半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，具電阻率發(fā)生明顯變化,這種現(xiàn)象稱為壓阻效

10、應(yīng).2- 2：答：相同點(diǎn)：它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致材料的電阻發(fā)生變化 所：不同點(diǎn)：金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相?duì)變化為輔：而半導(dǎo)體 材料則世好相反，其應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變導(dǎo)致的電陰率的相對(duì)變化為主，而機(jī)械形變?yōu)檩o。2- 3：答：金屬應(yīng)變片單位應(yīng)變引起的應(yīng)變片電陰的相對(duì)變化叫金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)； 它與金屬絲應(yīng)變靈敏度函數(shù)不同，應(yīng)變片由丁由金屬絲彎折而成,具有橫向效應(yīng),使其靈敏 度小于金屬絲的靈敏度。2- 4：答：因?yàn)?1)金屬的電阻本身具有熱效應(yīng)，從而使其產(chǎn)生附加的熱應(yīng)變：(2)基底材料、應(yīng)變片、粘接劑、孟板等都存在隨溫度增加而長(zhǎng)度應(yīng)變的線膨脹效應(yīng)，若

11、它們齊口的線膨脹系數(shù)不同，就會(huì)引起附加的由線膨脹引起的應(yīng)變：常用的溫度補(bǔ)償法仃單 絲自補(bǔ)償，雙絲組合式自補(bǔ)償和電路補(bǔ)償法。2-5：答：(1)固態(tài)壓阻器件的特點(diǎn)是：屬于物性型傳感器,是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子 技術(shù)制成的爪阻式傳感器,具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、精度高易集成化、微型化等特點(diǎn)(2) 受溫度影響，會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)溫度漂移(主要是由于四個(gè)橋臂電阻及其溫度系數(shù)不一致引 起)和靈敏度溫度漂移(主要壓阻系數(shù)隨溫度漂移引起)。(3) 對(duì)零點(diǎn)溫度漂移可以用在橋臂上串聯(lián)電阻(起調(diào)零作用)、并聯(lián)電阻(主要起補(bǔ)償作用)： 對(duì)靈敏度漂移的補(bǔ)償主要是在電源供電回路里串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)的二極管，以達(dá)到改變供電回 路的橋

12、路電壓從而改變靈敏度的。2-6：答；(1)直流電橋根據(jù)橋臂電阻的不同分成：等臂電橋、第一對(duì)稱電橋和第等臂電 橋：(2)等U電橋在R>>AR的情況下，橋路輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系：第一對(duì)稱電橋(鄰 臂電阻相等)的輸出電壓等同于等臂電橋：第二對(duì)稱電橋(對(duì)臂電阻相等)的輸出電壓 的大小和靈敏度取決于鄰臂電阻的比值，當(dāng)k小于1時(shí)，輸出電壓、線性度均優(yōu)于等臂 電橋和第一對(duì)稱電橋。2- 7：解:己知 R=l?0Q, K=205, e =800um/m由 £ *K=AR/R = 800*2.05* 10'6=l 64*1(T3AR=1 64*10-3*120=0 1968QU=

13、EK £ /4=3*1.64* 10-3/4=l 23*1O3 (v)1 8：解：此橋?yàn)榈谝粚?duì)稱電橋，由225式有Ug=E( (Ri+ARi) &一 (R2+AR2)Ra)/ (Ri+AR1+R2+AR2)2*R3)(令 Rj=R4)=E(ARi/R a R2/R)/ (2 (2 十 AR1/R+ AR2/R) =E AR1/R (1+U ) / (2* (2+ ( 1 U ) AR1/R) =15 397/2=7 7 (mv)2- 9：解：(1) Ug=E (Ri+ARi) (R3+AR3) - (R2+AR2)(R4+AR4) / (R1+AR1+R2+ R2XR3+ R

14、3+R4+ Rj) )= E Ri/ R+ R”R- A R2ZR ARVR/( (2+ R"R+ R?/R (24-AR3/R+AR4/R) =2E1+ U AR/R /2+(1-U)AR/R22. 6*10m=2*2*1. 3* A R/R/2+0 7* A R/R22+0 7*AR/R2=2*103AIR=44-2 8AR/R+ ( AR/R) 20=4- (2000-2.8) AR/R+ ( AR/R) 2(AR/R-998 6) 2=998 62-4A R/R=0 0020028059e = A R/R/K = 0 0010014c r=- U £ =-3*10h

15、(2) F= £ ES=0. 001*2*10u*0. 00196=3. 92*10*N2- 10:解：(1)貼片習(xí)題中圖2 7所示，R$、R,靠近中心處，且沿切向方向，R、R,靠 近圓片邊緣處且沿徑向貼。位置在使一£r=£ t即3代-/)(/-3+)Srl4 = _(2)二 才=(3)*10'4(/£ = 0-5)Ug=EeK=9(mv)(4) Ugt= E (Ri+ARlt) (Rj+ARjt) 一 (R+AR) (R4+AR4t) / ( (Ri+A Ru+RyF A R) (R3+A R3t+R4+ A Rit) ) =0(5) Ug=E

16、 Ke成線性關(guān)系2- 11 解：(1)(2) AR/R=K e =K*6bp/Ewt-2*6*10*9. 8*0. l/2*10ll*25*10V 02=1. 176*10(3) Ug=U £ K=6*l. 176*10_,=7. 056 (mv)(4) 有，原因同2-10題。2- 12：解由 226 式.2-63 有：5廣 (】+")/； - (1 + 3“)牙= 3*O.1*1Q6*1-28 *(5*10七 j -(1 + 3 *0.28)*(4.1 7*1 0"3J8*(0.15*10=0- 1 1(2)対P型si電阻條在011 和0 1 方向余弦分別為：h

17、=O,mi= 了= ,m= 了= ,b=0,m2= ,n2= =。所以V2 V2兀/=兀11一2"1-兀2一兀44(人加1) +14勿)+(勿加1)=加 + 心 + ?！?=6.6 -1.1 + 138.1 = ?182 27T/ 二 7Ti2 + 2(7Tii - 7T1? 7144 (fe/2)+ (2初 j + (71 加2)=7111一兀44 = 一1°22 + 13.8 = -88.4竺7?處萬(wàn)-11 6 兀/3+兀0廣-71.8*10*41.6*10 =2.986*1()-兀6+兀0 廣一88.4水10 叫 41.6*10-3.677*1()72-13；解110

18、晶向?qū)嶋H上是在（110）晶面內(nèi)，但（110與晶面（110）晶面的性質(zhì)相同,而110晶向的橫向?yàn)?01,它們的方向余弦分別為：h,mi,m,b,m2,n2數(shù)值見(jiàn)王化祥P妙 所2-14：解根據(jù)P41的討論知，瘵四個(gè)徑向電阻分別兩兩安裝在0635r半徑的外則的內(nèi)則， 并安放在電阻長(zhǎng)度范鬧內(nèi)應(yīng)力絕對(duì)平均值相等的相等的地方，讓它們兩兩分別感受到柑等的 壓應(yīng)變和拉應(yīng)變?nèi)缓笤賹⑺鼈兘映苫菟雇姌蚣纯伞? 15：解(l)Uc/Ub=2(2) UdAJb=2(3) UcAJb=42-16：解:由 Ug=E( (Ri+ARi) (R4+AR4) 一 (R2R3)/ (Ri+ARi+R) (R4+AR4+R3)和橋

19、路此電路具有最高的靈敏度，在R>>ar的情況下也能進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2-17：答：壓阻式傳感器電橋恒圧供電可以實(shí)現(xiàn)靈敏度溫度補(bǔ)償，而恒流供電可以實(shí)現(xiàn)溫 度補(bǔ)償。AT?= 7l/87lr8f=8/2-18： (1)對(duì)只有縱向電阻的傳感器，四個(gè)擴(kuò)散電阻可以兩兩分別分布在06351的兩邊，使 具平均應(yīng)變等于相等即可。對(duì)縱向、橫向都有的傳感器，可以將橫向電阻布置在膜片的中心 附近，而縱向電阻布置在邊緣附近，只要使它們的電阻的相對(duì)應(yīng)變等人反向就可以了。Ri Rt Ri.M MMA/?ThSTltSr-StAT?AT?迢(l+“) (3+“).詐筆(1 + “)產(chǎn)(3 + “忘(1 + "

20、;)” =(3 + “)牙第三章電容式傳感器習(xí)題3- 1電容式傳感器有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)吊范用人。金屬應(yīng)變絲由于應(yīng)變極限的限制，AR/R 一般低于1%,。而半 導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá)20%,電容傳感器電容的相對(duì)變化量可大于100%； 靈敏度高。如用比率變壓器電橋可測(cè)出電容，其相對(duì)變化量可以人致10一7。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短。由于電容式傳感器可動(dòng)部分質(zhì)量很小，因此其固有頻率很高，適用 于動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)最。 機(jī)械損失小。電容式傳感器電極間吸引力十分微小，又無(wú)摩擦存在，其自然熱效應(yīng) 甚微，從而保證傳感器具有較高的精度。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)。電容式傳感器一般用金屬作電極，以無(wú)機(jī)材料（如玻璃、石英'

21、 陶瓷等）作絕緣支承，I用此電容式傳感器能承受很大的溫度變化和備種形式的強(qiáng)輻射作用， 適合于惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感器有如下不足： 寄生電容彫響較人。寄生電容主要指連接電容極板的導(dǎo)線電容和傳感器本身的淤漏電 容。寄生電容的存在不但降低了測(cè)量靈敏度，而且引起非線性輸出，甚至使傳感器處于不穩(wěn) 定的工作狀態(tài)。 當(dāng)電容式傳感器用于變間隙原理進(jìn)行測(cè)量時(shí)具有非線性輸出待性。3- 2分布和寄生電容的存在對(duì)電容傳感器有什么彫響？ 一般采取哪些措施可以減小其彤響。 答：改變傳感器總的電容量，其至有時(shí)遠(yuǎn)大于應(yīng)該傳遞的信號(hào)引起的電容的變化；使傳感器 電容變的不穩(wěn)定，易隨外界因素的變化而變化?？梢葬娙§o電屏蔽措施和

22、電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)。3- 3如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？答：釆用可以差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，可以使非線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級(jí)。3- 4：卜驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)是指?jìng)鞲衅魈?hào)后邊轉(zhuǎn)換輸出電路間引線采用雙氐屏蔽電8L而且其 內(nèi)屏蔽層與信號(hào)傳輸線（芯線）通過(guò)1： 1放大器實(shí)現(xiàn)等電位，由于屏蔽電纜線上有隨傳感 器輸出信號(hào)變化而變化的信號(hào)電壓，所以稱之為“電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)”。它能有效地消除芯線與屏蔽層之間的奇生電容。其中，外屏蔽線則是用來(lái)接地以防止其他外部電場(chǎng)干擾，起到一般屏蔽層的作用。內(nèi)、外屏 蔽層之間仍存在寄生電容則成為1: 1放人器的負(fù)裁，所以，該1: 1放人器是一個(gè)其有極高 輸入阻抗(同相輸入)、放人倍數(shù)為1、只有

23、容性負(fù)載的同性放人器。這種"驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù) 的紅路比較復(fù)雜，耍求也比較高，但消除寄生電容的影響極好，它在傳感器輸出電容變化只 有1PF時(shí)仍能正常識(shí)別、工作。動(dòng)35答差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路通過(guò)雙穩(wěn)態(tài)出發(fā)器的Q端、Q端依次借R、R2. Di、D：對(duì)差動(dòng) 6、C?充放電，在雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩輸出端各口產(chǎn)生一寬度受C、C?調(diào)制的方波脈沖,差動(dòng)電容的變化使充電時(shí)間不同，從而使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端的方波脈沖寬度不同。因此, A, B兩點(diǎn)間輸出直流電壓Use也不同，而且貝有線形輸出特性。此外調(diào)寬線路還貝有如 下特點(diǎn)：與二極管式線路相似，不需要附加解調(diào)器即能獲得直流輸出；輸出信號(hào)一般為 100KHZJMHZ

24、的矩形波，所以直流輸出只需低通濾波器簡(jiǎn)單地引出。由于低通濾波器的作 用，對(duì)輸出波形純度要求不高，只需要一電壓穩(wěn)定度較高的直流電源，這比其他測(cè)量線路中 要求高穩(wěn)定度的穩(wěn)頻、穩(wěn)幅交流電源易于做到。3- 6球一平面型電容式差壓變送器在結(jié)構(gòu)上有何特點(diǎn)？答：利用可動(dòng)的中央平面金屬板與兩個(gè)固定的半球形狀的上下電極構(gòu)成差動(dòng)式電容傳感器。3- 7為什么高頻工作時(shí)的電容式傳感器其連接電纜不能任意變化？答：因?yàn)檫B接電纜的變化會(huì)導(dǎo)致傳感器的分布電容、等效電感都會(huì)發(fā)生變化，會(huì)使等效電容 等參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致了傳感器的使用條件與標(biāo)定條件發(fā)生了改變，從而改變了傳感 器的輸入輸出特性。3- 8如圖3-6所示平板式電容

25、位移傳感器。已知：極板尺寸a =b=4mm ,間隙 = 0.5勿z 極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度：若極板沿x方向移動(dòng)2mm,求此時(shí)電容臺(tái)。解：由(34)式有K = j 4 *40， = 0 707(FF/c刃)a *3 6*?r * d 4 *1 0_ * 3 6 * 3 14 * 0 5*1= L4 “ 0 2 = 0.14 2(")了 OS P 4 *1 0 * 3 6 * 3 14 * 0 5 *1 03- 9如圖37所示差動(dòng)式同心圓筒電容傳感器，其可動(dòng)極筒外徑為9 8mm。定極筒內(nèi)徑為10mm,卜.下遮蓋長(zhǎng)度各為1mm時(shí)，試求電容值6；和q。當(dāng)供電電源頻率為60kH

26、z時(shí)，求它們的容抗值。 解：因?yàn)閏 _2o<2* 3 1 4 * 8 85 tlO-1J*l*lO-3 一”".吩唱-=1-1 ,“一 9.65046 *10込-9.650462穴疋 2*3.14*60*10 *2-75 *103- 10 圖38所示，在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變極距電容傳感器，己知原始極距 g=g = Q25 嘰 極板直徑29=38.2,采用電橋電路作為其轉(zhuǎn)換電路，電容傳感器 的兩個(gè)電容分別接人的電阻后作為電橋的兩個(gè)橋臂，并接勺效值為q = 60?的電源電壓，其頻率為/= 4007,電橋的另兩橋臂為相同的固定電容（7=0.001/lo試求該電容傳感器的電壓靈

27、敏度。若46=10“加時(shí).求輸出電壓有效值。解：等效電路為：Nc4（Zl + ANd）-乙3（乙2十 A2）心H鈴H喲= 1.2（幻從結(jié)果看，本定義的電壓靈敏度是單位電容變化引起的電壓變化。即（乙2 + 乙）（乙+ Nm）311解：（1）無(wú)云母C=x（） =86.8 PF為空氣部分叮介質(zhì)部分串聯(lián),即c； c；+c；r?Y加10dV=>Cz = 15197dYa x*r c _ xV 86.8? 1 Q（2）= Go C1 =0.175Co_ 86.8-99.2 = 0 428 = 14.28%86.8=>C = 194.5Ar _ G_C； _ 152-194.5 a 一- 152

28、= 0.2796=28%32解： CK =Pg(/rl6/3- 13：解：Fh 3-12 式知iC= = £巴"=8"'T0 ：8*10 =7.O8*O_9 = 7.08(/ zw) 必 dio"1U3- 14解：零點(diǎn)遷移電容應(yīng)該是指容器中全部為氣體時(shí)的電容值8271H 13.27*2*20*1 ()_12即 Q=型一 =230.07 PF5 刀4.2In In=5d3*10滿量程電容值指ACxnax =全部為液體時(shí)的電容值一全部為氣體時(shí)的電容值即 5 £#=今(£液-£ J= 2“*2舊10(39.82-13.27

29、) = 460.32111 111d3*10?一15解：將3-50式Cl和3-51式Ch代入r- CfCh rCrCo CCoCo Ca參考圖3-22和式3 57有小eM WdCACrCo CCoyr tin rd/1 _ ro yF RQCo=1111.8KPhPd°/in么I" Qr(A-A)?一16 解: 信號(hào)為正半周時(shí)，Di、D3導(dǎo)通，負(fù)半周時(shí)，D?、D4導(dǎo)通等效電路如圖1。若 Ci = S 則 eAB=Usc = O若CiHC2，則由3-20式幾謎HkillS=（1 打）2 A z；又因?yàn)槭遣顒?dòng)輸出，所以u(píng)+=由2-23式也可以求出同樣的結(jié)果。3 17：解:當(dāng)電源

30、為正半周時(shí)Di、Da導(dǎo)通,D2、D?截止,E2-D1-C-對(duì)Ch充電通過(guò)Ce的電荷為：qi = Co (Eij-Ei)I -*Ce-*B-*D3-*D 對(duì) Co 充電；電源在負(fù)半周時(shí)，Dh D2導(dǎo)通,Di、D3截止，ChC-*D2B-Ce-*A 放電通過(guò) Ce 的電荷為：q2=CH (E?-Ei) C0-D-D4-A放電所以在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)Ce的凈電荷量為q= (q2-qi)= (CH-Cx) (E3-Ei)于是通過(guò)M表回路在一個(gè)周期內(nèi)釋放的電荷為q = (Ch Cx) (E?Ei)所以，在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)M表的電流的平均值為：I = Fq= (Ch-Cx) (E2Ei)ACxA E*f,式中f

31、為電源的頻率。4- 1：答：電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電屋電測(cè)的一種裝置。根據(jù)轉(zhuǎn) 換原理不同，可分為口感式和互感式兩種；根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同，可分為氣隙型利螺管型兩種: 氣隙式電感傳感器的主要特性是靈敏度和線性度，行程小。螺管式電感傳感器靈敏度低，但 線性范圍大，易受外部磁場(chǎng)干擾，線圈分布電容大。4- 2:答：差動(dòng)式電感傳感器是利用改變線圈的自感系數(shù)米工作的：而差動(dòng)變壓器式則是利 用改變?cè)€圈與兩個(gè)次級(jí)差動(dòng)式副線圈的互感系數(shù)來(lái)工作的。4- 3：答：由于差動(dòng)變床器兩個(gè)次級(jí)紐不町能完全一致，因此它的等效電路參數(shù)(互感M, 口感L及損耗電阻R)不可能相同，從而使則個(gè)次級(jí)繞組的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)

32、值不等。又因初級(jí)線圈 中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的冇在等因素，使激勵(lì)電流與 所產(chǎn)生的磁通相位不同；次諧波分量主要由導(dǎo)磁材料逆化曲線的非線性引起。由于磁滯損耗 利鐵磁飽和的影響，使得激勵(lì)電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非止弦(主要是三次諧波)磁 通，從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦磁通的產(chǎn)生過(guò)程。同樣可以分析，由磁化曲線的非線性 影響，使正弦磁通產(chǎn)生尖頂?shù)碾娏鞑ㄐ?亦包含三次諧波) 1、基波分量2,高次諧波 消除方法：(1) 、從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)対稱性；(2) 、選用合適的測(cè)量線路：(3) 、采用補(bǔ)償線路。4- 4：答：(1).由4一62式可知，增大匝數(shù)比可提高靈敏度；(2

33、) 、由4一61式可知，増大初級(jí)線圈電壓可提高靈敏度：(3) 、若在低頻率段，可以增加頻率來(lái)提高靈敏度。4- 5:答：特點(diǎn):渦流式傳感器測(cè)童范國(guó)人.靈敏度高,佶構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)以及可以 非接觸測(cè)量等特點(diǎn)；示意圖：被測(cè)板1的上，下各裝一個(gè)傳感器探頭2,其間距為D。而他們與板的上，下表面分 別相距X和X，這樣板厚t=D- (X/X2),當(dāng)兩個(gè)傳感器在工作時(shí)分別測(cè)得X,和X,轉(zhuǎn)換成電壓值 后相加。相加后的電圧值與兩傳感器距離D對(duì)應(yīng)的設(shè)定電壓再相減，就得到與板厚相對(duì)應(yīng)的 電壓值。4- 6：解：(1)對(duì)等臂電橋而言，要使電壓靈敏度達(dá)到最人值，要求a=Z1/Z2=l,=400,230© =2

34、*3.14a400丘=85 32CUse=EZi(Z3+Z4)-Z3(Z!+Z2)/(Zi+Z2)(Z3+Z4)=0 2352 (V) 也可以 Usc=E/2* A Z/Z=4* 10/85/2=0.234(7)47：答：P O = 1/Rmjtt”、“2>>“0又.P .=PP 并P .2):?3)：?4-8：解：R3=R4=Z= oL=2 n fl=80* n =251. 2 QUsc=E* A Z/Z=6*20/251.2=0 48(V)電路圖可以參考圖4一7 (b)o4-9：解:(/)/="-2 5*l(f-0.785HRm中0-2000*4* p* °

35、7 *1.5* (f(2): L： = 4U=34H4-10：解:QZ= 3L=3必4Z= ft) 心Rni,rrU4 心 U4J UZ' ie 2N !Rm 2Rm R£KD4-11：解(1) 當(dāng)銜鐵位于中心位豐時(shí)，Vi=V2, Uc=Ud,Ucd=0： 當(dāng)銜鐵上移，Vi>V2, Ud<Uc,UcD>0：當(dāng)銜鐵下移，V1<V2，Ud>Uc,UcD<0；(2) 當(dāng)銜鐵上移，V1>V2, Ud<Uc,Ucd>0412：解：l)L<5mni2) 、VkKATAhVmMx/KHO/JgZmm3) 、2T=40msaT =

36、20>nsn/=y =*(j = 50HZ413：解：步驟 1、將(1=401111,1=1.5mm,b=2mm Xi2=2±0 2min)代入 475 式得 B | x=22=? B | “8=92、再由尸KX+b和BlRhBlmh代入求出K利b：3、“梓_75)_丿=o求出 再求出ABmaxdxAo4、5 = 'Ez ='Ey= 0.67%YFS Em S _ jffx=225 1答（1）某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘恿Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象. 同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷：當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這 種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)

37、。（2）不能，因?yàn)闃?gòu)成壓電材料的電介質(zhì)，盡管電阻很大，但總有一定的電阻，外界測(cè)最電 路的輸入電S1也不可能無(wú)窮人，它們都將將壓電材料產(chǎn)生的電荷泄漏掉，所以止壓電效應(yīng)式 不能測(cè)量靜態(tài)信號(hào)。5- 2： （1）肖沿電軸、機(jī)械軸的力的作用下，石英晶體在垂直于電軸的平面都會(huì)產(chǎn)生樂(lè)電電 荷，沿光軸方向則不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。（2）b圖在上表面為負(fù)電荷，（c）圖上表面為負(fù)電荷；（d）圖上表面為正電荷.（3）通常將沿電軸X-X方向的作用力作用下產(chǎn)生的電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向電效應(yīng)，：將沿機(jī)械軸Y-Y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”5- 3:答：(1)床電式傳感器前置放人器的作用：一是把斥電式傳感器

38、的高輸出阻抗變換為低 輸出阻抗輸出，二是放大壓電式傳感器的輸出弱信號(hào)。C)壓電式電壓放大器特點(diǎn)是把壓電器件的高輸出阻抗變換為傳感器的低輸出阻抗，并保持 輸出電壓與輸入電壓成正比。而電荷放人器的特點(diǎn)是能把斥電器件的高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電床源， 以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電壓成止比，II其靈敏度不受電纜變化的影響。因?yàn)殡妷悍糯笃鞯撵`敏度Ce的大小有關(guān)，見(jiàn)(5-20式)。而由5-24式知當(dāng)Ao足夠大時(shí)，Ce的影響可以不計(jì)。5 4答：(1)并聯(lián):C' =2C, q =2q,U二U,因?yàn)檩敵鲭娙荽?輸出電荷大,所以時(shí)間常 數(shù)，適合于測(cè)量緩變信號(hào)，且以電荷作為輸出的場(chǎng)合。(

39、2) 串聯(lián):q二CL.U'二U,C二C/2,特點(diǎn)：輸出電壓大，本身電容小，適合于以電壓作 為輸出信號(hào)，且測(cè)量電路輸出阻抗很高的場(chǎng)合。5 5答：(1)電壓靈敏度是指單位作用力產(chǎn)生的電壓Ku=Uo/F(2) 電荷靈敏度是指單位作用力產(chǎn)生的電荷心=9昨(3) 由 qo/Uo=C 知，Kq =CKu5- 11 解:(1) Ux = diiFx/cx= dnFxt/(£0eIS)= 2.31*10_12*9 8*0.005/(8 85*10_12*4 5*5*10_4)= 5.68 (V)由 5-20 式知 UHn=Fmdii/(Cc+C.)= 2 31*10 1片9.8/(4*10

40、12+8 85*10 12*4 5*5*10 4/0 005)= 2.835 (V)iiC=(1+Ao)Cfj®q總J + wc.+ c,+ (i +A)cJU.= A.VZ 由于 <<aCt一 A .qC.+ C<+(i + A)C(Uc一 qc7c. + c.(1 +A o)Cf0.13%ii1.59KHZi7- 2：解：（1）把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料連接成閉合回路，將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置 于不同的熱源中，則在該回路就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)叫熱電效應(yīng)。（2）熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)兩種組成。（3）A：組成熱電極的必須是不同材料：B兩個(gè)接點(diǎn)必處于不同的溫度場(chǎng)中.7

41、3：解：（1）因?yàn)闊犭娕嫉臒犭妱?shì)只育卅冷端的溫度恒定時(shí)才是溫度的單值函數(shù)，而熱電 偶的標(biāo)定時(shí)是在冷端溫度特定的溫度下進(jìn)行的，為了使熱電勢(shì)能反映所測(cè)量的真實(shí)溫度，所 以要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。（2） A：補(bǔ)償導(dǎo)線法B：冷端溫度計(jì)算校正法C：冰浴法D：補(bǔ)償電橋法。7- 5 （1） A：鉗佬一鉗熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用銅一康銅B：銀銘一線硅熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用 銅一廉銅C：銀倂一考銅熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用其本身D鉗鉉30鉗鋰6熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用 銅一康銅E：銅一康銅熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用。（2）選擇補(bǔ)償導(dǎo)線的要求是一是熱電性能相近，：是價(jià)格便宜。7 6答：、電阻溫度系數(shù)大。 熱容量小 電阻率大，尺寸小 在工作范用內(nèi)，物理和

42、化學(xué)性能穩(wěn)定 材料的復(fù)制性能好，價(jià)格便宜。（2）鉗電阻和銅電阻兩種。7 10：解：E= a t=、.267*600/、2、7601.14 （° C）8 1：答：（1）在垂直r電流方向加上磁場(chǎng)，由丁墩流子受洛侖茲力的作用，則在平行丁電 流和磁場(chǎng)的兩端平面內(nèi)分別出現(xiàn)正負(fù)電荷的堆積，從而使這兩個(gè)端面出現(xiàn)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象 稱為霍爾效應(yīng)。（2）應(yīng)該選用半導(dǎo)體材料，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料能使截流子的遷移率與電阻率的乘枳最人，而 使兩個(gè)端面出現(xiàn)電勢(shì)差最大。（3）應(yīng)該根據(jù)元件的輸入電阻、輸出電阻、靈敏度等合理地選擇元件的尺寸。8- 2：答：（1不等位電勢(shì)的朿要起因是不能將霍爾電極焊接在同一等位面上，可以通過(guò)

43、機(jī) 械修磨或用化學(xué)腐蝕的方法或用網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法校止。（2）在兩個(gè)控制電極間并聯(lián)一個(gè)電阻，使其滿足一26式，也可以用熱敏電阻按圖8-16進(jìn) 行補(bǔ)償。8- 3：答：由于彈簧管一端固定，另一端安裝霍爾元件，當(dāng)輸入彈簧管的壓力增加時(shí)，彈簧 管伸長(zhǎng)，使處于恒定磁場(chǎng)中的霍爾元件發(fā)生相應(yīng)位移，霍爾元件輸出電勢(shì)的人小就反映了被 測(cè)壓力的大小。8- 4：解：由8-10式有Uh=KhIB= 1.2*5*0 6= 3.6 （mV）由8-9式知n=l/edKH=l/（l 6*10"19*0 2*W3*1 2）=2 6*1016（個(gè)/M3）8 7答：（1）分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類：（2）：外光電效應(yīng)，利用物

44、質(zhì)吸收光的能量人丁物質(zhì)的逸出功，使電子跑出物體表面，向外 界發(fā)射的外光電效應(yīng)。如光電管與光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)：利用物質(zhì)吸收光的能童大于物質(zhì)的禁帶寬度，使物質(zhì)中的電子從健合態(tài)過(guò)度到 口由狀態(tài)，而使物質(zhì)的電阻率減小的光電效應(yīng)。如光敏電阻。8 8答：（1）光電池的開(kāi)路電壓是指外電路開(kāi)路時(shí)光電池的電動(dòng)勢(shì)：短路電流是指外接負(fù) 載相對(duì)于光電池內(nèi)阻而言是很小的情況下，光電池的輸岀電流。（2）W為負(fù)栽電阻越小，光電流與光照強(qiáng)度的關(guān)系越接近線性關(guān)系，線性范闈也越寬思考題與習(xí)題9- 1說(shuō)明光導(dǎo)纖維的組成并分析其傳光原理。9- 2光導(dǎo)纖維傳光的必要條件是什么？9- 3光纖傳感器測(cè)屋的基本原理是什么？光纖傳感器分為

45、兒類？舉例說(shuō)明。9- 4試計(jì)算坷=1.48和勺=1.46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果外部是空氣勺=1,試問(wèn)：對(duì)于這種光纖來(lái)說(shuō)，最大入射角嘔是多少？9- 5有一個(gè)折射率的玻璃球，光線以60°入射到球表面，求入射光與折射光間的夾角是多少？9- 6光纖壓力傳感器按作用原理分兒類？舉例說(shuō)明其應(yīng)用場(chǎng)合？9-7光纖溫度傳感器的待點(diǎn)是什么？按組成形式可分為兒種類型？舉例說(shuō)明。9-89-9說(shuō)明光纖多普勒流速計(jì)測(cè)最氣液兩相流的原理和特點(diǎn)。 光纖數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？第10章綜合練習(xí)題填空練習(xí)題10- 1 (1)傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)主要有.等而其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)主要有和兩部分.(2)傳感器的梢度A

46、含義是.根據(jù)精度等級(jí)概念，若測(cè)得某傳感器A=048%,則該傳感器應(yīng)定為級(jí)精度.傳感器線度5 A含義是二_：上墜=擬介刻度直線方法有切線法、端基法、最 小二乘法三種。(4) 某電容式位移傳感器，當(dāng)被測(cè)位移變化量ZkX二50“加，相應(yīng)輸出電容變化量(：二25PF,其 平均靈敏度為 :用切線法求衍線性度為1%.若現(xiàn)采用差動(dòng)式電容結(jié)構(gòu),其靈敏度應(yīng)為，用切線法求得線性度應(yīng)為.傳感器的最小檢測(cè)最是指而言，最小檢測(cè)鼠愈小則表示傳感器愈高10- 2 (1)金屬應(yīng)變片工作原理是，半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是二者應(yīng)變靈敏度系數(shù)主要區(qū)別是.(2) 為提高應(yīng)變片動(dòng)態(tài)測(cè)呈精度，當(dāng)被測(cè)應(yīng)變片波長(zhǎng)一定時(shí)同歲有基長(zhǎng)一定時(shí),現(xiàn)有基長(zhǎng)

47、分別為10mm和20mm兩種應(yīng)變片，則應(yīng)選用基長(zhǎng)為mm的應(yīng)變片,方可減小動(dòng)態(tài)誤差，(3) 應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生溫度誤差的原因?yàn)楹屯ǔ２捎玫臏囟妊a(bǔ)償方法冇等.(4) 應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K的測(cè)試條件是測(cè)得的K值大小比應(yīng)變絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)Ks，其原因是為減小溫度誤差，壓阻器件一般采用源供電而器件本身受溫度影響要產(chǎn)生漂移和漂移因此要采用溫度補(bǔ)償措施,方法有等.10- 3 (1)電容式傳感器分布電容的存在對(duì)測(cè)量的危害性是:通常釆用消除和減小頒布電容的方法有等.C)平等板式電容傳感器，變面積型可用于檢測(cè)，變間距型可用于檢測(cè)，而變介質(zhì)型可用于檢測(cè)等參數(shù)C1-C2 當(dāng)差動(dòng)式電容測(cè)量電路輸出電壓為U二E的形式時(shí)(E

48、為電源電壓.C1和C2為差C1+C2動(dòng)電容)，則JtAYf的特點(diǎn)是冇溫度補(bǔ)償功能、靈敏度高、非線性誤差小。(4) 運(yùn)算法測(cè)鼠電容傳感器電路具有的特點(diǎn)是：.(5) 電容式差壓變送器的敏感電容結(jié)構(gòu)是，其主要特點(diǎn)是10- 4 (1)差動(dòng)電感及差動(dòng)變壓器的位移一電壓特性均為關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱線性輸出特性，因而測(cè)位移存仕移動(dòng)方向判斷問(wèn)題，解決此問(wèn)題的方法是采用相敏愉波電路. 提高差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)電壓的措施有：等。(3) 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是：等，消除和減小的方法有：等.(4) 電渦流檢測(cè)線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用線圈，當(dāng)被測(cè)材料靠近它時(shí)，利用線圈變彳進(jìn)行測(cè)鼠. 電渦流傳感器應(yīng)用方式可分為兩大類：即按不

49、同可分為和它主要用于檢測(cè)等參數(shù).10- 5 (1)壓電元件的原理是效應(yīng)，它的主耍特點(diǎn)是甘前常使用的壓電材料有等. 壓電式傳感器對(duì)測(cè)量信號(hào)無(wú)響應(yīng)，其被測(cè)信號(hào)頻帶上限取決于頻帶下限取決于(3) 壓電元件測(cè)雖電路采用前置放大器的目的是：目前經(jīng)常應(yīng)用的前置放大器有和兩種.(4) 若單片壓電片等效電容為C,輸出電荷為q,輸出電壓為U.則將相同兩片串接后其總參數(shù) C'為也,q'為為遼若改為兩片并接后，其總參數(shù)C'為2C,q為組IT為E 石英爪電兀件的縱向壓電效應(yīng)是&方向的作用九在垂直于X軸的 電極面上產(chǎn)星電荷: 而橫向壓電效應(yīng)是y方向的作用力在垂克于x軸的電極面上產(chǎn)生電荷.

50、10- 6 (1)編碼器按組成原理可分為式、式式等。編碼器按用途不同可分和分別用于檢測(cè)和參數(shù)。(2) 光柵傳感器是根據(jù)原理制成的。是由組成的，主要用于檢測(cè)等參數(shù)。(3) 莫爾條紋的寬度比由和決定。一般調(diào)節(jié)莫爾條紋寬度主婆釆用的方法是o(4) 振弦式傳感器采用系統(tǒng)，其輸出為信號(hào)。主要用于檢測(cè)等參數(shù)。(5) 振弦傳感器的固有頻率f。與弦線的等參數(shù)有關(guān)。為改善其輸出f-T特性的非線性，可采用等方法。10-7 (1)熱電偶的工作原理是效應(yīng)，熱電勢(shì)包括和兩種，能產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件是。(2) 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是對(duì)選擇補(bǔ)償導(dǎo)線的要求是o(3) 熱電阻測(cè)溫的原理是，一般目前常用的熱電阻有、等。(4) 熱敏電阻按溫度系數(shù)分為、三種，熱敏電阻本身溫度取決于、_ _兩個(gè)因素。(5) 熱敏電阻用于測(cè)溫元件時(shí)，其工作電流要求為，應(yīng)該工作在伏一一安曲線的區(qū)域，原因是o10-8 (1)霍爾元件由于采用了半導(dǎo)體材料,元件才有實(shí)用價(jià)值，它是一個(gè)匹端尤件，一般 可用于檢測(cè)磁場(chǎng);電流或電斥;功率等參數(shù)。_(2) 霍爾元件的不等位誤差是指而言。其產(chǎn)生的原因?yàn)椤⒌?，減小不等位電勢(shì)的方法有、等。(3) 光電效應(yīng)分為三類即：效應(yīng)，相應(yīng)的器件有：效應(yīng)，相應(yīng)的器件有:效應(yīng)，相應(yīng)的器件有O(4) 光電池的原理足利用光牛伏特效應(yīng)。從光照特性可以看出其開(kāi)路電壓與照度為韭線 性關(guān)系，而短路電流與照