檢測(cè)與傳感技術(shù)思考題答案

1、第一章思考題和習(xí)題參考答案11 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？它們的相互作用及相互關(guān)系如何？答：傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電化學(xué)量的裝置，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等，此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須有輔助電源，因此信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及所需的電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。12 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有那些性能指標(biāo)？分別說(shuō)明這些指標(biāo)的含義？答：傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量

2、的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入與輸出的關(guān)系。靈敏度是輸入量Dy與引起輸入量增量Dy的相應(yīng)輸入量增量Dx之比。傳感器的線(xiàn)性度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間數(shù)量關(guān)系的線(xiàn)性程度。遲滯是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坑尚〉酱螅ㄕ谐蹋┘拜斎肓坑纱蟮叫。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線(xiàn)不重合的現(xiàn)象。重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線(xiàn)不一致的程度。漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱(chēng)為漂移。精度是評(píng)價(jià)系統(tǒng)的優(yōu)良程度。13 什么是測(cè)量值的絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差？答：絕對(duì)誤差可定義為測(cè)量值與真值之差，實(shí)際相對(duì)誤差的定義式為絕對(duì)誤差與真值的百分比。引用誤差是儀表中通

3、用的一種誤差表示方法。它是相對(duì)于儀表滿(mǎn)量程的一種誤差，又稱(chēng)滿(mǎn)量程相對(duì)誤差。14 什么是測(cè)量誤差？測(cè)量誤差有幾種表示方法？它們通常適用于什么場(chǎng)合？答：測(cè)量誤差是測(cè)得值減去被測(cè)量的真值。有五種表示方法：絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、基本誤差、引用誤差、附加誤差。對(duì)工程技術(shù)及科學(xué)研究中，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量的可靠性至關(guān)重要，不同的場(chǎng)合對(duì)測(cè)量結(jié)果的可靠性要求也不同。例如：在量值傳遞、經(jīng)濟(jì)核算、產(chǎn)品檢驗(yàn)場(chǎng)合應(yīng)保證測(cè)量結(jié)果有足夠的準(zhǔn)確度。15 什么是隨機(jī)誤差？產(chǎn)生隨機(jī)誤差的原因是什么？如何減小隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響？答：隨機(jī)誤差是指在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量被測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化著的誤差。

4、隨機(jī)誤差是由很多不便掌握或暫時(shí)未能掌握的微小因素，如電磁場(chǎng)的微變，零件的摩擦、間隙，熱起伏，空氣擾動(dòng)，氣壓及濕度的變化，測(cè)量人員感覺(jué)器官的生理變化等，對(duì)測(cè)量值的綜合影響所造成的。16什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差可分為哪幾類(lèi)？系統(tǒng)誤差有哪些檢驗(yàn)方法？如何減小和消除系統(tǒng)誤差？答：在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量被測(cè)量時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，按一定規(guī)律（如線(xiàn)性、多項(xiàng)式、周期性等函數(shù)規(guī)律）變化的誤差稱(chēng)為系統(tǒng)誤差。前者為恒值系統(tǒng)誤差，后者為變值系統(tǒng)誤差。對(duì)于系統(tǒng)誤差，首先要查找誤差根源，并設(shè)法減小和消除，而對(duì)于無(wú)法消除的恒值系統(tǒng)誤差，可以在測(cè)量結(jié)果中加以修正。17 什么是粗大誤差？如何判斷測(cè)量數(shù)

5、據(jù)中存在的粗大誤差？答：超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱(chēng)為粗大誤差，這類(lèi)誤差的發(fā)生是由于測(cè)量者疏忽大意，測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)或環(huán)境條件的突然變化等引起的。18 什么是間接測(cè)量、直接測(cè)量和組合測(cè)量？答：用按已知標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x器，對(duì)某一未知量直接進(jìn)行測(cè)量，得出未知量的值，這類(lèi)測(cè)量稱(chēng)為直接測(cè)量。對(duì)幾個(gè)被測(cè)量有確切函數(shù)關(guān)系的物體物理量進(jìn)行直接測(cè)量，然后通過(guò)已知函數(shù)關(guān)系的公式、曲線(xiàn)或表格，求出該未知量，這類(lèi)測(cè)量稱(chēng)為間接測(cè)量。在測(cè)量中，使各個(gè)未知量以不同的組合形式出現(xiàn)（或改變測(cè)量條件來(lái)獲得這種不同的組合），根據(jù)直接測(cè)量和間接測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)，通過(guò)解一組聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)值，這類(lèi)測(cè)量稱(chēng)為組合測(cè)量。第二章思考題和

6、習(xí)題參考答案2-1 什么叫應(yīng)變效應(yīng)?利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。答：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“應(yīng)變效應(yīng)”。應(yīng)變式傳感器主要用來(lái)測(cè)量物體的受力，由測(cè)量電路求出電阻的變化量，再求出應(yīng)變，從而求出物體所受的力。2-2 試述應(yīng)變片溫度誤差的概念、產(chǎn)生原因和補(bǔ)償辦法。答：由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差，稱(chēng)為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面。（1）電阻溫度系數(shù)的影響。（2）試件材料和電阻絲材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)的影響。補(bǔ)償方法：（1）線(xiàn)路補(bǔ)償法。（2）應(yīng)變片的自補(bǔ)償法。這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具

7、有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片（稱(chēng)之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片）來(lái)補(bǔ)償?shù)摹?-3 什么是直流電橋？若按不同的橋臂工作方式分類(lèi)，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計(jì)算？答：直流電橋是測(cè)量小電阻的一種電路，分為單臂電橋、半橋和全橋。半橋輸出電壓為單臂電橋的2倍，全橋輸出電壓為半橋的2倍。2-4 擬在等截面的懸臂梁上粘貼4個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片，并組成差動(dòng)全橋電路，試問(wèn)： 4個(gè)應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁上？ 畫(huà)出相應(yīng)的電橋電路圖。答：相對(duì)橋臂的一對(duì)電阻粘貼在懸臂梁的同一表面，而另一對(duì)電阻粘貼在懸臂梁的另一表面相對(duì)的位置。2-5 圖2-5為一直流應(yīng)變電橋。圖中E = 4V，R1 = R2 = R3 = R4 = 120W

8、，試求：R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為DR1 = 1.2W時(shí)，電橋輸出電壓Uo為多少？R1、R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓Uo為多少？ 題中，如果R2與R1感受應(yīng)變的極性相反，且DR1 = DR2 = 1.2W，電橋輸出電壓Uo為多少？解：=V U0=0V=V圖2-14 題2-6圖2-6 圖2-14為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K = 2.05，未受應(yīng)變時(shí)，R1 = 120W。當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變e = 800mm/m，試求： 應(yīng)變片電阻變化量DR1及電阻相對(duì)變化量D

9、R1/R1。 將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及電橋非線(xiàn)性誤差。 若要減小非線(xiàn)性誤差，應(yīng)采取何種措施?分析其電橋輸出電壓及非線(xiàn)性誤差大小。解：=V=可以采用全橋的方式，輸出電壓為單臂電橋的4倍，即4.92×10-3V2-7 在題2-6條件下，如果試件材質(zhì)為合金鋼，線(xiàn)膨脹系數(shù)bg = 11 ´ 106/，電阻應(yīng)變片敏感柵材質(zhì)為康銅，其電阻溫度系數(shù)a = 15 ´ 106/，線(xiàn)膨漲系數(shù)bs = 14.9 ´ 106/。當(dāng)

10、傳感器的環(huán)境溫度從10變化到50時(shí)，所引起的附加電阻相對(duì)變化量(DR/R )t為多少?折合成附加應(yīng)變et為多少?解： =15×10-6+2（11×10-614.9×10-6）×40=2.88×10-6第三章思考題和習(xí)題參考答案3-1 根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為哪幾種類(lèi)型？每種類(lèi)型各有什么特點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？答：變極距型電容傳感器, 一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20100pF之間，極板間距離在25200mm的范圍內(nèi)。最大位移應(yīng)小于間距的1/10，故在微位移測(cè)量中應(yīng)用最廣。變面積型電容式傳感器, 能夠進(jìn)行力、位移和轉(zhuǎn)

11、角的測(cè)量。變介質(zhì)型電容式傳感器，變介質(zhì)型電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，可以用來(lái)測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來(lái)測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度。3-2 如何改善單極式變極距型傳感器的非線(xiàn)性？ 答：采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)即可大大降低非線(xiàn)性誤差。3-3 如圖3-7所示為電容式液位計(jì)測(cè)量原理圖。請(qǐng)為該測(cè)量裝置設(shè)計(jì)匹配測(cè)量電路，要求輸出電壓Uo與液位h之間呈線(xiàn)性關(guān)系。答：，C與h成線(xiàn)性關(guān)系，采用調(diào)頻式、運(yùn)算放大器式和環(huán)形二極管充放電法皆可。3-4 有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器，如圖3-5所示，其中a = 8mm，b = 12mm，兩極板間

12、距離為1mm。一塊板在原始位置上平移了5mm后，求該傳感器的位移靈敏度K（已知空氣相對(duì)介電常數(shù)e =1F/m，真空時(shí)的介電常數(shù)e0 = 8.854×10-12F/m）。 解：3-5 圖3-11為電容式傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=R=40kW，RL=20kW。e=10V，f=1MHz，C1=10pF，C2=10pF，C1=1pF。求UL的表達(dá)式及對(duì)應(yīng)上述已知參數(shù)的UL值。解：M=UL=U f M(C1C2)=10×1×106×2×10-12×V3-6 差動(dòng)電容式傳感器接入變壓器交流電橋，當(dāng)變壓

13、器二次側(cè)兩繞組電壓有效值均為U時(shí)，試推導(dǎo)電橋空載輸出電壓Uo與Cx1、Cx2的關(guān)系式。若采用變極距型電容傳感器，設(shè)初始截距均為d0，改變d后，求空載輸出電壓Uo與d的關(guān)系式。解：3-7 簡(jiǎn)述差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)的工作原理。 答：電容測(cè)厚傳感器是用來(lái)對(duì)金屬帶材在軋制過(guò)程中厚度的檢測(cè)，其工作原理是在被測(cè)帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)成為一個(gè)極，而帶材就是電容的另一個(gè)極，其總電容為C1+C2，如果帶材的厚度發(fā)生變化，將引起電容量的變化，用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y(cè)出來(lái)，經(jīng)過(guò)放大即可由電表指示測(cè)量結(jié)果。第4章

14、思考題及習(xí)題參考答案4.1 說(shuō)明差動(dòng)變磁阻式電感傳感器的主要組成、工作原理和基本特性。答：差動(dòng)變隙式電感傳感器由兩個(gè)相同的電感線(xiàn)圈和磁路組成, 測(cè)量時(shí), 銜鐵通過(guò)導(dǎo)桿與被測(cè)位移量相連, 當(dāng)被測(cè)體上下移動(dòng)時(shí), 導(dǎo)桿帶動(dòng)銜鐵也以相同的位移上下移動(dòng), 使兩個(gè)磁回路中磁阻發(fā)生大小相等, 方向相反的變化, 導(dǎo)致一個(gè)線(xiàn)圈的電感量增加, 另一個(gè)線(xiàn)圈的電感量減小, 形成差動(dòng)形式。差動(dòng)式電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求兩個(gè)導(dǎo)磁體的幾何尺寸和材料完全相同、兩個(gè)線(xiàn)圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸等方面均應(yīng)完全一致。差動(dòng)式結(jié)構(gòu)除了可以改善線(xiàn)性、提高靈敏度外，對(duì)溫度變化、電源頻率變化等影響也可以進(jìn)行補(bǔ)償，從而減少了外界影響造成的誤差。4.2

15、已知變氣隙電感傳感器的鐵芯截面積S=1.5cm2，磁路長(zhǎng)度L=20cm，相對(duì)磁導(dǎo)率1=5000，氣隙0=0.5cm，=±0.1mm，真空磁導(dǎo)率0=4×10-7H/m，線(xiàn)圈匝數(shù)W =3000，求單端式傳感器的靈敏度L/。若將其做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，靈敏度將如何變化？解：方法1：當(dāng)銜鐵上移時(shí)，傳感器氣隙減小，即=0，則此時(shí)輸出電感為當(dāng)/0<<1時(shí)（臺(tái)勞級(jí)數(shù)）：可求得電感增量L和相對(duì)增量L/L0的表達(dá)式，即對(duì)上式作線(xiàn)性處理，即忽略高次項(xiàng)后，可得單端式傳感器的靈敏度： 差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的靈敏度是單端式傳感器的靈敏度的2倍。方法2：?jiǎn)味耸絺鞲衅鞯撵`敏度L/=169.56 差動(dòng)結(jié)構(gòu)

16、形式的靈敏度是單端式傳感器的靈敏度的2倍。4.3差動(dòng)變壓器式傳感器的零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響？答：零點(diǎn)殘余電壓主要由基波和高次諧波組成?；óa(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)、幾何尺寸不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線(xiàn)圈中感應(yīng)電勢(shì)都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波，其產(chǎn)生的原因是磁性材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性(磁飽和、磁滯)。零點(diǎn)殘余電壓的克服辦法主要是提高次級(jí)兩繞組的對(duì)稱(chēng)性(包括結(jié)構(gòu)和匝數(shù)等)，另外輸出端用相敏檢測(cè)和采用電路補(bǔ)償方法，可以減小零點(diǎn)殘余電壓影響。4.4根據(jù)螺管型差動(dòng)變壓器的基本特性，說(shuō)

17、明其靈敏度和線(xiàn)性度的主要特點(diǎn)。答：差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由一個(gè)初級(jí)線(xiàn)圈、兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈和插入線(xiàn)圈中央的圓柱形鐵芯等組成。差動(dòng)變壓器傳感器中的兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈反相串聯(lián)，并且在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線(xiàn)圈分布電容的理想條件下，當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈感應(yīng)電壓大小相等、方向相反，差動(dòng)輸出電壓為零，但實(shí)際情況是差動(dòng)變壓器輸出電壓往往并不等于零。差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓，它的存在使傳感器的輸出特性不經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致，使傳感器的靈敏度降低，分辨率變差和測(cè)量誤差增大。4.5概述差動(dòng)變壓器的應(yīng)用范圍，并說(shuō)明用差動(dòng)變壓器式傳感器檢測(cè)振動(dòng)的基本原理。答：差

18、動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測(cè)量，也可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。圖為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)示意圖。它由懸臂梁和差動(dòng)變壓器構(gòu)成。測(cè)量時(shí)，將懸臂梁底座及差動(dòng)變壓器的線(xiàn)圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測(cè)振動(dòng)體相連，此時(shí)傳感器作為加速度測(cè)量中的慣性元件，它的位移與被測(cè)加速度成正比，使加速度測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰频臏y(cè)量。當(dāng)被測(cè)體帶動(dòng)銜鐵以x(t)振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致差動(dòng)變壓器的輸出電壓也按相同規(guī)律變化。4.6什么叫電渦流效應(yīng)？怎樣利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量？答：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生旋

19、渦狀的感應(yīng)電流，該旋渦狀的感應(yīng)電流稱(chēng)為電渦流。電渦流位移計(jì)是根據(jù)高頻反射式渦流傳感器的基本原理制作的。電渦流位移計(jì)可以用來(lái)測(cè)量各種形狀試件的位移量，如圖所示，當(dāng)被測(cè)物體的位置發(fā)生變化時(shí)，傳感器與金屬導(dǎo)體之間的距離發(fā)生改變，從而引起渦流的大小發(fā)生變化，傳感器線(xiàn)圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z發(fā)生變化。通過(guò)與傳感器配用的測(cè)量電路測(cè)出阻抗Z的變化量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該物體位移的測(cè)量。4.7簡(jiǎn)述電渦流式傳感器的工作原理、特性、和基本結(jié)構(gòu)。答：根據(jù)電渦流效應(yīng)原理制成的傳感器稱(chēng)為電渦流式傳感器。將一個(gè)通以正弦交變電流I1，頻率為f，外半徑為r的扁平線(xiàn)圈置于金屬導(dǎo)體附近，則線(xiàn)圈周?chē)臻g將產(chǎn)生一個(gè)正弦交變磁場(chǎng)H1，使金

20、屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流I2，I2又產(chǎn)生一個(gè)與H1方向相反的交變磁場(chǎng)H2，由于磁場(chǎng)H2的作用，渦流要消耗一部分能量，導(dǎo)致傳感器線(xiàn)圈的等效阻抗發(fā)生變化。而電渦流效應(yīng)既與被測(cè)體的電阻率、磁導(dǎo)率以及幾何形狀有關(guān)，還與線(xiàn)圈的幾何參數(shù)、線(xiàn)圈中激磁電流頻率f有關(guān)，同時(shí)還與線(xiàn)圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān)。如果保持上述其他參數(shù)不變，而只使其中一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化，則傳感器線(xiàn)圈的阻抗Z就僅僅是這個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)。通過(guò)與傳感器配用的測(cè)量電路測(cè)出阻抗Z的變化量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該參數(shù)的測(cè)量。利用電渦流傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移、材料厚度、金屬表面溫度、應(yīng)力、速度以及材料損傷等進(jìn)行非接觸式的連續(xù)測(cè)量，并且這種測(cè)量方法具有靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬

21、、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn)。4.8電渦流式傳感器測(cè)厚度的原理是什么？具有哪些特點(diǎn)？答：圖示的是應(yīng)用高頻反射式電渦流傳感器檢測(cè)金屬帶材厚度的原理框圖。S1和S2與被測(cè)帶材表面之間的距離分別為x1和x2。若帶材厚度不變，則被測(cè)帶材上、下表面之間的距離總有x1+x2=常數(shù)的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為2Uo，數(shù)值不變。如果被測(cè)帶材厚度改變量為d，則兩傳感器與帶材之間的距離也改變一個(gè)d，兩傳感器輸出電壓此時(shí)為2Uo±U，U經(jīng)放大器放大后，通過(guò)指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測(cè)帶材的厚度。高頻反射式電渦流測(cè)厚儀在帶材的上、下兩側(cè)對(duì)稱(chēng)地設(shè)置了兩個(gè)特性完

22、全相同的渦流傳感器S1和S2，可以克服帶材不夠平整或運(yùn)行過(guò)程中上、下波動(dòng)的影響。第五章 思考題和習(xí)題參考答案一、答: 當(dāng)晶體材料受到壓力或拉力作用而發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，在其表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)去掉外力作用時(shí)，晶體表面電荷又消失，這一現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)；當(dāng)在晶體上加上交流電壓時(shí)，晶體材料將在某個(gè)方向上產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，即產(chǎn)生伸縮變形，這一現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。二、答：石英晶體是單晶體，各向異性。晶體上產(chǎn)生電荷的極性與受力的方向有關(guān)；壓電陶瓷是一種人工合成的多晶體壓電材料。其內(nèi)部是由無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)微的單晶組成的，每個(gè)晶粒具有一定的極化方向，壓電陶瓷要具有壓電效應(yīng)，必須要有外加電場(chǎng)和壓力的共同作用。三、答：利用石英晶體或

23、壓電陶瓷材料的壓電效應(yīng)制成的傳感器，叫壓電傳感器。壓電式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、靈敏度高、工作可靠、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)。適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)的測(cè)量，但不適用于靜態(tài)測(cè)量。既可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，也可將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。它的主要用途：用于與力相關(guān)的動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量，如動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊、振動(dòng)等，它可以把加速度、壓力、位移、溫度等許多非電量轉(zhuǎn)換為電量。四、答：壓電式加速度傳感器主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。當(dāng)傳感器與被測(cè)物體一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，由于彈簧的剛度相當(dāng)大，而質(zhì)量塊的質(zhì)量相對(duì)較小，可認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小，因此，質(zhì)量塊與傳感器基座感受到相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反

24、的慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力為傳感器輸出的電荷與作用力成正比，即 因此，只要測(cè)得傳感器輸出的電荷量Q大小，即可知加速度的大小。第六章 思考題和習(xí)題參考答案一、答：因?yàn)榇烹娛絺鞲衅魇抢脤?dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)原理而制成的。它能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，因此，它是一種有源傳感器。二、答：有恒磁通式和變磁通式兩種。兩種傳感器均是由工作線(xiàn)圈和磁體兩部分組成。（1）恒磁通式傳感器結(jié)構(gòu)組成如圖所示（圖略）。當(dāng)線(xiàn)圈和磁體兩部分發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中便產(chǎn)生出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。（2）變磁通式傳感器結(jié)構(gòu)組成如圖所示（圖略）。在工作時(shí)，由于磁路的磁通大小不斷變化，線(xiàn)圈中便產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)

25、電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。三、答： 磁電式傳感器不需要供電電源，電感式傳感器需要電源電路，；磁電式傳感器可以直接把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電感式傳感器是先把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈的L或M的變化，然后通過(guò)測(cè)量電路再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)；磁電式傳感器電路簡(jiǎn)單，而電感式傳感器的電路較復(fù)雜。能夠測(cè)量位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等。四、答：當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端產(chǎn)生電壓，這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。它是由通電半導(dǎo)體簿片和磁場(chǎng)構(gòu)成，主要用于電磁、壓力、加速度和振動(dòng)方面的測(cè)量。五、答：與霍爾元件中的電流和磁場(chǎng)有關(guān)；由于霍爾元件多是用半導(dǎo)體材料制成的，所以霍爾電動(dòng)勢(shì)受溫度影響較大。六、答：有位移、轉(zhuǎn)速、壓力、加速度等

26、。 霍爾元件在額定控制電流作用下，若元件不加外磁場(chǎng)，輸出的霍爾電壓的理想值應(yīng)為零，但由于存在電極的不對(duì)稱(chēng)、材料電阻率不均衡等因素，霍爾元件會(huì)輸出電壓，該電壓稱(chēng)為不等位電壓U，其值與輸入電壓、電流成正比。U一般很小，不大于1mV.七、答：測(cè)量微位移、測(cè)量轉(zhuǎn)速、接近開(kāi)關(guān)、構(gòu)成金屬計(jì)數(shù)器等。第七章 思考題和習(xí)題參考答案7-1 光電效應(yīng)有那幾種？相對(duì)應(yīng)的光電器件各有哪些？答：外光電效應(yīng)在光線(xiàn)的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)。基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管和光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)在光線(xiàn)作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)可以分為

27、一下兩大類(lèi)：光電導(dǎo)效應(yīng)，光生伏特效應(yīng)?；趦?nèi)光電效應(yīng)的器件有：光敏電阻、光電池、光敏二極管、光敏晶體管7-2 試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)各有什么特點(diǎn)？答：1、光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒(méi)有極性，無(wú)光照時(shí)，光敏電阻阻值（暗電阻）很大，電路中的電流（暗電流）很小。光敏電阻具有光譜特性。光敏電阻的暗電阻阻值一般在兆歐數(shù)量級(jí)，亮電阻阻值在幾千歐以下。光敏電阻對(duì)紅外線(xiàn)敏感，適宜于紅外光譜區(qū)工作。2、 光敏二極管和光敏晶體管光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明的玻璃外殼中，可以直接受到光的照射，光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)，

28、當(dāng)沒(méi)有光照射時(shí)，反向電流很小；當(dāng)光線(xiàn)照射在PN結(jié)上，形成光電流。處于導(dǎo)通狀態(tài)。光敏晶體管發(fā)射極一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積。大多數(shù)光敏晶體管的基極無(wú)引出線(xiàn)，當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時(shí)，集電極就是反向偏壓，當(dāng)光照射便會(huì)有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管具有放大作用。適合于開(kāi)關(guān)狀態(tài)或位式信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換。3、光電池光電池在有光線(xiàn)作用時(shí)實(shí)質(zhì)就是電源，光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)的一個(gè)面，例如P型面時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就會(huì)產(chǎn)生一對(duì)自由電子和

29、空穴，電子空穴對(duì)從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。光電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來(lái)使用，不宜作電壓源。7-3 光電耦合器分為哪兩類(lèi)？各有什么用途？光電耦合器件是由發(fā)光元件（如發(fā)光二極管）和光電接收元件合并使用，以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途不同，它又可以分為實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測(cè)有無(wú)物體的光電開(kāi)關(guān)。7-4 試述光電開(kāi)關(guān)的工作原理（擬定光電開(kāi)關(guān)用于自動(dòng)裝配流水線(xiàn)上工作的計(jì)數(shù)裝置檢測(cè)系統(tǒng)）。光電開(kāi)關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，同時(shí)加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出“開(kāi)”、“關(guān)

30、”信號(hào)的器件。當(dāng)不透明的物體位于或經(jīng)過(guò)它們之間時(shí)，會(huì)阻斷光路，使接收元件接收不到來(lái)自發(fā)光元件的光，這樣就起了檢測(cè)的作用。7-5 光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？?duì)光纖及入射光的入射角有什么要求？光在光纖中的傳輸基于光的全內(nèi)反射。為滿(mǎn)足光在光纖內(nèi)全內(nèi)反射，光入射到光纖端面的入射角qi應(yīng)滿(mǎn)足：7-6 光纖數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？對(duì)NA的取值大小有什么要求？數(shù)值孔徑（NA）：數(shù)值孔徑是表征光纖集光本領(lǐng)的一個(gè)重要參數(shù)，即反映光纖接收光亮的多少。其意義是：無(wú)論光源的發(fā)射功率有多大，只有入射角處于2C 的光椎角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。第八章 思考題和習(xí)題答案8-1 超聲波在介質(zhì)中傳播具有哪些特性? 答：當(dāng)超聲波由

31、一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同，在介質(zhì)界面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，傳播方式有縱波、橫波和表面波，在不同介質(zhì)中傳播衰減也不同。8-2 超聲波物位測(cè)量有幾種方式?各有什么特點(diǎn)? 答：傳感器可分為單換能器和雙換能器。單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個(gè)換能器，而雙換能器的傳感器發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器擔(dān)任。超聲波發(fā)射和接收換能器可設(shè)置在液體介質(zhì)中，讓超聲波在液體介質(zhì)中傳播，由于超聲波在液體中的衰減比較小，所以即使發(fā)射的超聲脈沖幅度較小也可以傳播。超聲波發(fā)射和接收換能器也可以安裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，這種方式便于安裝和維修，但超聲波在空氣中的衰

32、減比較厲害。 8-3 簡(jiǎn)述超聲波傳感器測(cè)量流量的工作原理，并推導(dǎo)出數(shù)學(xué)表達(dá)式。 答：超聲波在流體中傳播時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可以求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。 如果在流體中設(shè)置兩個(gè)超聲波傳感器，它們既可以發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在上游，一個(gè)裝在下游，其距離為L(zhǎng)，如圖8-6所示。如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為t1，逆流方向的傳播時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為c，流體流動(dòng)速度為v，則一般來(lái)說(shuō)，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，因此超聲波傳播時(shí)間差為流體的流速為： 8-4 已知超聲波傳感器垂直安裝在被測(cè)介質(zhì)底部，

33、超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s，測(cè)得時(shí)間間隔為28ms，試求物位高度。解：h=第九章 思考題和習(xí)題參考答案9-1 簡(jiǎn)述氣敏元件的工作原理，氣敏傳感器的組成。答：半導(dǎo)體氣敏傳感器一般由3部分組成：敏感元件、加熱器和外殼。半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，被吸附的分子首先在表面物性自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處（化學(xué)吸附）。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的親和力（氣體的吸附和滲透特性）時(shí)，吸附分子將從器件奪得電子而變成負(fù)離

34、子吸附，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層。從而使半導(dǎo)體的電阻阻值發(fā)生變化。9-2 為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器?加熱方式有哪些？答：加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧等燒掉，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。加熱器的溫度一般控制在200400左右。加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種9-3 什么叫濕敏電阻?濕敏電阻有哪些類(lèi)型?各有什么特點(diǎn)？答：濕敏電阻是指元件的阻值隨大氣中水蒸氣質(zhì)量的變化而變化的電阻。常用濕敏電阻有氯化鋰濕敏電阻、半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻。第十章 思考題和習(xí)題參考答案10-1 紅外探測(cè)器有哪些類(lèi)型？說(shuō)明它們的工作原理。答：紅外探測(cè)器的種類(lèi)很多，按探測(cè)機(jī)理的不同，分為熱

35、探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi)。熱探測(cè)器的工作機(jī)理是：利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測(cè)器的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使某些有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)量物理參數(shù)的變化來(lái)確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。光子探測(cè)器的工作機(jī)理是：利用人射光輻射的光子流與探測(cè)器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱(chēng)為光子效應(yīng)。10-2 什么是放射性同位素？輻射強(qiáng)度與什么有關(guān)系？答：具有相同的核電荷數(shù)Z而有不同的質(zhì)子數(shù)A的原子所構(gòu)成的元素稱(chēng)同位素。放出射線(xiàn)的同位素稱(chēng)為放射性同位素。放射源的強(qiáng)度是隨著時(shí)間按指數(shù)定理而減低的，即 J=J0elt式中：J0開(kāi)始時(shí)的放射源強(qiáng)度；J經(jīng)過(guò)時(shí)間為t以

36、后的放射源強(qiáng)度；l放射性衰變常數(shù)。10-3 試說(shuō)明a、b、g射線(xiàn)的特性。答：a射線(xiàn)的電離效應(yīng)、透射效應(yīng)和散射效應(yīng)都有應(yīng)用，但以電離效應(yīng)為主，用a 粒子來(lái)使氣體電離比其他輻射強(qiáng)得多。a 粒子的射程長(zhǎng)度在空氣中為幾厘米到十幾厘米。b射線(xiàn)與a射線(xiàn)相比，透射能力大，電離作用小。與b射線(xiàn)相比，g射線(xiàn)的吸收系數(shù)小，它透過(guò)物質(zhì)的能力最大，在氣體中的射程為幾百米，并且能穿透幾十厘的固體物質(zhì)，其電離作用最小。10-4 試說(shuō)明用b射線(xiàn)測(cè)量物體厚度的原理。答：在檢測(cè)中主要是根據(jù)b輻射吸收來(lái)測(cè)量材料的厚度、密度或重量，根據(jù)輻射的反射來(lái)測(cè)量覆蓋層的厚度，利用b粒子很大的電離能力來(lái)測(cè)量氣體流的。10-

37、5 如圖10-4所示的紅外線(xiàn)氣體分析儀中，什么要設(shè)置濾波氣室？答：設(shè)置了濾波氣室，其目的是為了消除干擾氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。所謂干擾氣體，是指與被測(cè)氣體吸收紅外線(xiàn)波段有部分重疊的氣體，如CO氣體和CO2在4mm5mm波段內(nèi)紅外吸收光譜有部分重疊，則CO2的存在對(duì)分析CO氣體帶來(lái)影響，這種影響稱(chēng)為干擾。為此在測(cè)量邊和參比邊各設(shè)置了一個(gè)封有干擾氣體的濾波氣室，它能將與CO2氣體對(duì)應(yīng)的紅外線(xiàn)吸收波段的能量全部吸收，因此左右兩邊吸收氣室的紅外能量之差只與被測(cè)氣體（如CO）的濃度有關(guān)。10-6 試用核輻射原理設(shè)計(jì)一個(gè)物體探傷儀，并說(shuō)明其工作原理。答：可以利用穿透法也可以利用反射法，穿透法是根據(jù)射線(xiàn)穿透被

38、測(cè)工件后能量的變化狀況來(lái)判斷工件內(nèi)部質(zhì)量的方法。在探測(cè)中，當(dāng)工件內(nèi)部無(wú)缺陷時(shí)，探測(cè)器接受的射線(xiàn)強(qiáng)，儀表指示值大，當(dāng)工件內(nèi)部有缺陷時(shí)，因部分射線(xiàn)被吸收，探測(cè)器接受到的射線(xiàn)弱，儀表指示值小。第11章 思考題及習(xí)題參考答案11.1 微波傳感器有哪些特點(diǎn)？微波傳感器如何分類(lèi)？答：微波具有下列特點(diǎn)：定向輻射的裝置容易制造；遇到各種障礙物易于反射；繞射能力差；傳輸特性好，傳輸過(guò)程中受煙霧、火焰、灰塵、強(qiáng)光的影響很小；介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)。根據(jù)微波傳感器的原理，微波傳感器可以分為反射式和遮斷式兩類(lèi)。11.2 微波無(wú)損檢測(cè)是如何進(jìn)行測(cè)量的？答：微波無(wú)損檢測(cè)是綜合利用微

39、波與物質(zhì)的相互作用，一方面微波在不連續(xù)界面處會(huì)產(chǎn)生反射、散射、透射，另一方面微波還能與被檢材料產(chǎn)生相互作用，此時(shí)的微波場(chǎng)會(huì)受到材料中的電磁參數(shù)和幾何參數(shù)的影響，通過(guò)測(cè)量微波信號(hào)基本參數(shù)的改變即可達(dá)到檢測(cè)材料內(nèi)部缺陷的目的。11.3什么是熱電效應(yīng)？熱電阻溫度傳感器和熱電偶各有何特點(diǎn)？答：將兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路，如圖所示。當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，則在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。熱電偶傳感器是工業(yè)中使用最為普遍的接觸式測(cè)溫裝置。熱電偶具有性能穩(wěn)定、測(cè)溫范圍大、信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。熱電偶能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且輸出直流電壓信號(hào)

40、，使得顯示、記錄和傳輸都很容易。熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑熱電阻的特點(diǎn)是在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，精度高、穩(wěn)定性好、電阻率較大、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)比鉑高，電阻與溫度的關(guān)系R-t曲線(xiàn)幾乎是線(xiàn)性的，并且銅價(jià)格便宜、易于提純、工藝性好。因此，在一些測(cè)量精度要求不高、測(cè)溫范圍不大且溫度較低的測(cè)溫場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫。11.4為什么用熱電偶測(cè)溫時(shí)要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？常用的補(bǔ)償方法有哪些？答：當(dāng)熱電偶材料選定以后，熱電動(dòng)勢(shì)只與熱端和冷端溫度有關(guān)

41、。因此只有當(dāng)冷端溫度恒定時(shí)，熱電偶的熱電勢(shì)和熱端溫度才有單值的函數(shù)關(guān)系。此外熱電偶的分度表是以冷端溫度為0作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的，而在實(shí)際使用過(guò)程中，冷端溫度往往不為0，所以必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行處理，以消除冷端溫度的影響。對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理的方法主要有冷端0恒溫法、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法、補(bǔ)償電橋法和冷端溫度修正法。11.5用分度號(hào)為Pt100的鉑熱電阻測(cè)溫，當(dāng)被測(cè)溫度分別為100和650時(shí)，求鉑熱電阻的阻值Rt1和Rt2分別為多大？答：查分度號(hào)為Pt100的鉑熱電阻分度表可知，當(dāng)被測(cè)溫度分別為100和650時(shí)，鉑熱電阻的阻值Rt1和Rt2分別為60.25、329.51。11.6求用分度號(hào)為Cu100的銅

42、熱電阻測(cè)量50溫度時(shí)的銅熱電阻的阻值。答：查分度號(hào)為Cu100的銅熱電阻分度表可知，當(dāng)被測(cè)溫度為50時(shí)，銅熱電阻的阻值為121.4。11.7用K型熱電偶(鎳鉻-鎳硅)測(cè)量爐溫，已知熱電偶冷端溫度為T(mén)0=30，EAB(30，0)=1.203mV，用電子電位差計(jì)測(cè)得EAB(T，30)37.724 mV。求爐溫T。解： EAB(T，0)=EAB(T，T0)EAB(T0，0) 37.7241.20338.927 mV查K型熱電偶(鎳鉻-鎳硅)分度表可知，爐溫T為940.311.8 光柵傳感器的組成及工作原理是什么？答：光柵是一種在基體上刻制有等間距均勻分布條紋的光學(xué)元件。光柵主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭

43、兩部分組成。讀數(shù)頭和標(biāo)尺光柵之間有相對(duì)移動(dòng)時(shí)，光柵上就會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這就是莫爾條紋。當(dāng)光柵每移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W時(shí)，莫爾條紋也跟著移動(dòng)一個(gè)條紋寬度BH，如果光柵作反向移動(dòng)，條紋移動(dòng)方向也相反。兩塊光柵相對(duì)移動(dòng)時(shí)，從固定點(diǎn)觀(guān)察到莫爾條紋光強(qiáng)的變化近似為余弦波形變化，這種正弦波形的光強(qiáng)變化照射到光電元件上，即可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)關(guān)于位置的正弦變化。光柵讀數(shù)頭實(shí)現(xiàn)了位移量由非電量轉(zhuǎn)換為電量，為了辨別位移的方向，進(jìn)一步提高測(cè)量的精度，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示的目的，必須把光柵讀數(shù)頭的輸出信號(hào)送入數(shù)顯表作進(jìn)一步的處理。11.9 什么是光柵的莫爾條紋？莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生的？它具有什么特點(diǎn)？答：兩塊柵距相等的

44、光柵疊合在一起，并使它們的刻線(xiàn)之間的夾角為時(shí)，這時(shí)光柵上就會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這就是莫爾條紋。莫爾條紋的形成是由兩塊和光柵的遮光和透光效應(yīng)形成的。莫爾條紋有如下幾個(gè)重要特性：消除光柵刻線(xiàn)的不均勻誤差位移的放大特性移動(dòng)特性光強(qiáng)與位置關(guān)系11.10 試述光柵傳感器中莫爾條紋的辨向和細(xì)分的原理。答：圖示為辨向的工作原理和它的邏輯電路。在相隔BH/4的位置上安裝兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位差/2的電信號(hào)U01和U02，經(jīng)過(guò)整形后得到兩個(gè)方波信號(hào)U'01和U'02，從圖中波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以看出，在光柵向A方向移動(dòng)時(shí)，U'01經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖(如圖中實(shí)線(xiàn)所示)正好發(fā)生在

45、U'02的“1”電平時(shí)，從而經(jīng)與門(mén)Y1輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。而U'01經(jīng)反相微分后產(chǎn)生的脈沖(如圖中虛線(xiàn)所示)則與U'02的“0”電平相遇，與門(mén)Y2被阻塞，沒(méi)有脈沖輸出。在光柵作A方向移動(dòng)時(shí)，U'01的微分脈沖發(fā)生在U'02為“0”電平時(shí)，故與門(mén)Y1無(wú)脈沖輸出；而U'01反相微分所產(chǎn)生的脈沖則發(fā)生在U'02的“1”電平時(shí)，與門(mén)Y2輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。因此，U'02的電平狀態(tài)可作為與門(mén)的控制信號(hào)，來(lái)控制U'01所產(chǎn)生的脈沖輸出，從而就可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)的方向正確地給出加計(jì)數(shù)脈沖和減計(jì)數(shù)脈沖。BB、A、A1、2光電元件 3指示光柵 4莫爾

46、條紋 光柵移動(dòng)方向； 對(duì)應(yīng)的莫爾條紋移動(dòng)方向所謂細(xì)分，就是在莫爾條紋信號(hào)變化一個(gè)周期內(nèi)，發(fā)出若干個(gè)脈沖，以減小脈沖當(dāng)量。細(xì)分方法有機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分兩類(lèi)。電子細(xì)分法中常用的四倍頻細(xì)分法，這種細(xì)分法也是許多其它細(xì)分法的基礎(chǔ)。在上述辨向原理中可知，在相差BH/4位置上安裝兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位相差/2的電信號(hào)。若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四個(gè)依次相差/2的信號(hào)，從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。11.11 二進(jìn)制碼與循環(huán)碼各有何特點(diǎn)？說(shuō)明它們相互轉(zhuǎn)換的原理？答：采用二進(jìn)制編碼器時(shí), 任何微小的制作誤差, 都可能造成讀數(shù)的粗誤差。循環(huán)碼是一種無(wú)權(quán)碼, 從任何數(shù)變到相鄰數(shù)時(shí), 僅有一位編碼發(fā)生變化。只要適當(dāng)限制各碼道的制造誤差和安裝誤差, 不會(huì)產(chǎn)生粗誤差。按四位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對(duì)照表, 可以找到循環(huán)碼和二進(jìn)制碼之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為: Rn=CnRi=CiCi+111.12