《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)及儀表》習(xí)題解答

1、嚴(yán)正聲明：孫傳友是高等教育出版社出版的?現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)及儀表?第1版和第2版教材及其習(xí)題解答的唯一著作權(quán)人。該教材的習(xí)題解答僅供讀者和網(wǎng)友下載閱讀。任何其他人將該習(xí)題解答的內(nèi)容冠以其他文檔名稱(chēng)以自的己名義在任何網(wǎng)站發(fā)布，都侵犯了作者的著作權(quán)，如不自行刪除，必將承當(dāng)侵權(quán)的后果和法律責(zé)任。?現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)及儀表?第2版習(xí)題解答孫傳友 編第1章 1-1答：錢(qián)學(xué)森院士對(duì)新技術(shù)革命的論述中說(shuō)：“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)三局部組成。測(cè)量技術(shù)那么是關(guān)鍵和根底。如果沒(méi)有儀器儀表作為測(cè)量的工具，就不能獲取生產(chǎn)、科學(xué)、環(huán)境、社會(huì)等領(lǐng)域中全方位的信息，進(jìn)入信息時(shí)代將是不可

2、能的。因此可以說(shuō)，儀器技術(shù)是信息的源頭技術(shù)。儀器工業(yè)是信息工業(yè)的重要組成局部。1-2答：同非電的方法相比，電測(cè)法具有無(wú)可比較的優(yōu)越性：1、便于采用電子技術(shù)，用放大和衰減的方法靈活地改變測(cè)量?jī)x器的靈敏度，從而大大擴(kuò)展儀器的測(cè)量幅值范圍(量程)。2、電子測(cè)量?jī)x器具有極小的慣性，既能測(cè)量緩慢變化的量，也可測(cè)量快速變化的量，因此采用電測(cè)技術(shù)將具有很寬的測(cè)量頻率范圍(頻帶)。3、把非電量變成電信號(hào)后，便于遠(yuǎn)距離傳送和控制，這樣就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)測(cè)量。4、把非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，不僅能實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的數(shù)字顯示，而且更重要的是能與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，便于用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的微機(jī)化和智能化。

3、1-3答：各類(lèi)儀器儀表都是人類(lèi)獲取信息的手段和工具。盡管各種儀器儀表的型號(hào)、原理和用途不同，但都由三大必要的局部組成：信息獲取局部、信息處理局部、信息顯示局部。從“硬件方面來(lái)看，如果把常見(jiàn)的各類(lèi)儀器儀表“化整為零地解剖開(kāi)來(lái)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它們內(nèi)部組成模塊大多是相同的。從“軟件方面來(lái)看，如果把各個(gè)模塊“化零為整地組裝起來(lái)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的整機(jī)原理、總體設(shè)計(jì)思想、主要的軟件算法也是大體相近的。這就是說(shuō)，常見(jiàn)的各類(lèi)儀器儀表盡管用途、名稱(chēng)型號(hào)、性能各不相同，但它們有很多的共性，而且共性和個(gè)性相比，共性是主要的，它們共同的理論根底和技術(shù)根底實(shí)質(zhì)就是“檢測(cè)技術(shù)。常見(jiàn)的各類(lèi)儀器儀表只不過(guò)是作為其“共同根底的“檢

4、測(cè)技術(shù)與各個(gè)具體應(yīng)用領(lǐng)域的“特殊要求相結(jié)合的產(chǎn)物。1-4答：“能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件或裝置或“能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件或裝置叫做傳感器。能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為傳感器能夠接受和轉(zhuǎn)換的非電量(即可用非電量)的裝置或器件，叫做敏感器。如果把傳感器稱(chēng)為變換器，那么敏感器那么可稱(chēng)作預(yù)變換器。敏感器與傳感器雖然都是對(duì)被測(cè)非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但敏感器是把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量，而不是象傳感器那樣把非電量轉(zhuǎn)換成電量。1-5答：目前，國(guó)內(nèi)常規(guī)常用的檢測(cè)儀表與系統(tǒng)按照終端局部的不同，可分為以下三種類(lèi)型：1、普通模擬式檢測(cè)儀表根本上由模擬傳感器、模擬測(cè)量電路、和模擬顯示器三局部組成，如題1-5圖1所

5、示。題1-5圖12、普通數(shù)字式檢測(cè)儀表根本上由模擬傳感器、模擬測(cè)量電路、和數(shù)字顯示器三局部組成，如題1-5圖2所示。按照顯示數(shù)字產(chǎn)生的方式，普通數(shù)字式檢測(cè)儀表又可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換式和脈沖計(jì)數(shù)式兩種類(lèi)型。題1-5圖23、微機(jī)化檢測(cè)儀表其簡(jiǎn)化框圖題1-5圖3所示。微機(jī)化檢測(cè)儀表通常為多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能巡回檢測(cè)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)或多種被測(cè)參數(shù)的靜態(tài)量或動(dòng)態(tài)量。每個(gè)測(cè)量對(duì)象都通過(guò)一路傳感器和測(cè)量通道與微機(jī)相連，測(cè)量通道由模擬測(cè)量電路又稱(chēng)信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)字測(cè)量電路又稱(chēng)數(shù)據(jù)采集電路組成。傳感器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電量，測(cè)量通道對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入微機(jī)進(jìn)行必要的處理后，由顯示器顯示出

6、來(lái)，并由記錄器記錄下來(lái)。在某些對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，如果被測(cè)參數(shù)超過(guò)規(guī)定的限度時(shí)，微機(jī)還將及時(shí)地起動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。題1-5圖3第2章2-1 解：靈敏度為。2-2 求：(1)測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值。 解：1測(cè)溫系統(tǒng)的總靈敏度為 cm/2記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度變化值為:2-3 解：據(jù)公式解此方程得2-4 解：據(jù)公式2-1-18，二階傳感器的幅頻特性為：。當(dāng)時(shí)，無(wú)幅值誤差。當(dāng)時(shí)，一般不等于1，即出現(xiàn)幅值誤差。由題意知，要確定滿(mǎn)足也就是滿(mǎn)足的傳感器工作頻率范圍。解方程，得；解方程，得，。由于，根據(jù)二階傳感器的特性曲線(xiàn)可知，上面三個(gè)解

7、確定了兩個(gè)頻段，即0和。前者在特征曲線(xiàn)的諧振峰左側(cè)，后者在特征曲線(xiàn)的諧振峰右側(cè)。對(duì)于后者，盡管在該頻段內(nèi)也有幅值誤差不大于3，但是該頻段的相頻特性很差而通常不被采用。所以，只有0頻段為有用頻段。由可得，即工作頻率范圍為0。2-5 解：據(jù)題意知，阻尼比，代入公式得幅頻特性為，故測(cè)量頻率為600Hz時(shí)幅值比為據(jù)公式得相位差為同理可得測(cè)量頻率為400Hz時(shí)幅值比和相位差分別為0.99和33.7°2-6解： 按式2-3-6)求此電流表的最大引用誤差 2.01.5即該表的根本誤差超出1.5級(jí)表的允許值。所以該表的精度不合格。但該表最大引用誤差小于2.5級(jí)表的允許值，假設(shè)其它性能合格可降作2.5

8、級(jí)表使用。2-7 解：據(jù)公式23計(jì)算，用四種表進(jìn)行測(cè)量可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差分別為：A表%=1.5%V=0.45VB表%=1.5%V=0.75VC表%=1.0%V=0.50VD表%=0.2%V=0.72V四者比較可見(jiàn)，選用A表進(jìn)行測(cè)量所產(chǎn)生的測(cè)量誤差較小。第3章3-1答：線(xiàn)繞式電位器的電阻器是由電阻系數(shù)很高的極細(xì)的絕緣導(dǎo)線(xiàn)，整齊地繞在一個(gè)絕緣骨架上制成的。在電阻器與電刷相接觸的局部，導(dǎo)線(xiàn)外表的絕緣層被去掉并拋光，使兩者在相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中保持可靠地接觸和導(dǎo)電。電刷滑過(guò)一匝線(xiàn)圈，電阻就增加或減小一匝線(xiàn)圈的電阻值。因此電位器的電阻隨電刷位移呈階梯狀變化。只要精確設(shè)計(jì)絕緣骨架尺寸按一定規(guī)律變化，如圖3-

9、1-2(b)所示，就可使位移電阻特性呈現(xiàn)所需要的非線(xiàn)性曲線(xiàn)形狀。由31-2(a)可見(jiàn)，只有當(dāng)電刷的位移大于相鄰兩匝線(xiàn)圈的間距時(shí)，線(xiàn)繞式電位器的電阻才會(huì)變化一個(gè)臺(tái)階。而非線(xiàn)繞式電位器電刷是在電阻膜上滑動(dòng)，電阻呈連續(xù)變化，因此線(xiàn)繞式電位器分辨力比非線(xiàn)繞式電位器低。3-2 解：據(jù)公式3-1-4，對(duì)于空載電位器，其輸出電壓與輸入位移呈線(xiàn)性關(guān)系，由上式可見(jiàn)，電位器靈敏度的提高幾乎是完全依靠增加電源電壓來(lái)得到。但是電源電壓不可能任意增加，它是由電位器線(xiàn)圈的細(xì)電阻絲允許的最大消耗功率P決定的。所以，允許的電源電壓為 由題意知，L=4mm，x=1.2mm，代人公式3-1-4計(jì)算得，電位器空載輸出電壓為 3-3

10、 答：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k是指應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件外表上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比，而應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)k0是指應(yīng)變電阻材料的阻值的相對(duì)變化與應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變之比。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：kk0，究其原因除了黏結(jié)層傳遞應(yīng)變有損失外，另一重要原因是存在橫向效應(yīng)的緣故。應(yīng)變片的敏感柵通常由多條軸向縱柵和圓弧橫柵組成。當(dāng)試件承受單向應(yīng)力時(shí)，其外表處于平面應(yīng)變狀態(tài)，即軸向拉伸x和橫向收縮y。粘貼在試件外表的應(yīng)變片，其縱柵承受x電阻增加，而橫柵承受y電阻卻減小。由于存在這種橫向效應(yīng)，從而引起總的電阻變化為，按照定義，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為，因，橫向效應(yīng)系數(shù)，故。3-4解：應(yīng)變片用導(dǎo)線(xiàn)連接到測(cè)量系統(tǒng)的前后，

11、應(yīng)變片的應(yīng)變量相同，都為 應(yīng)變片用導(dǎo)線(xiàn)連接到測(cè)量系統(tǒng)后，導(dǎo)線(xiàn)電阻將使應(yīng)變電阻的相對(duì)變化減小，從而使應(yīng)變片的靈敏度降低為 3-5 解：將題中給出的參數(shù)值，代人書(shū)上的公式3-1-23，計(jì)算得由溫度變化引起的附加電阻相對(duì)變化為：。折合成附加應(yīng)變?yōu)椤?-6 解：由題知 W100=R100 /R0 =1.42，代入公式3-1-26，計(jì)算得電阻溫度系數(shù)為當(dāng)溫度為50時(shí)，代入公式3-1-26計(jì)算得，此時(shí)的電阻值為 當(dāng)Rt=92W時(shí)，代入公式3-1-26計(jì)算得，此時(shí)的溫度值為 3-7 解：T0 =0=273K，R0 =500kW；T=100=373K，代人公式3-1-30計(jì)算得熱敏電阻的阻值為3-8答：采用金

12、屬材料制作的電阻式溫度傳感器稱(chēng)為金屬熱電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)熱電阻。一般說(shuō)來(lái)，金屬的電阻率隨溫度的升高而升高，從而使金屬的電阻也隨溫度的升高而升高。因此金屬熱電阻的電阻溫度系數(shù)為正值。采用半導(dǎo)體材料制作的電阻式溫度傳感器稱(chēng)為半導(dǎo)體熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)熱敏電阻。按其電阻溫度特性，可分為三類(lèi)：(1)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)；(2)正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)；(3)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTC)。因?yàn)樵跍囟葴y(cè)量中使用最多的是NTC型熱敏電阻，所以，通常所說(shuō)的熱敏電阻一般指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。3-9 答：題3-9圖是日本生產(chǎn)的某電冰箱溫控電路。該電冰箱的溫控范圍由窗口 題3-9圖比較器的窗口電壓和決定。調(diào)節(jié)電位器

13、可調(diào)整。圖中為熱敏電阻，當(dāng)溫度上升時(shí)，減小，升高。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時(shí)，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端為低電平，R端為高電平，Q輸出端為高電平，晶體管導(dǎo)通，繼電器J線(xiàn)圈通電而動(dòng)作，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)制冷。冰箱內(nèi)溫度降低。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時(shí)，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端為高電平，R端為低電平，Q輸出端為低電平，晶體管截止，繼電器線(xiàn)圈失電而動(dòng)作，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)位，電冰箱壓縮機(jī)停機(jī)。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時(shí)，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端和R端均為高電平，RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或繼續(xù)停機(jī)。 3-10答：氣敏電阻是利用半導(dǎo)體陶瓷與氣體接觸而電阻發(fā)生變化的效應(yīng)制成的氣敏元件。氣敏電阻都附有

14、加熱器，以便燒掉附著在探測(cè)部位處的油霧、塵埃，同時(shí)加速氣體的吸附，從而提高元件的靈敏度和響應(yīng)速度。半導(dǎo)瓷氣敏電阻元件一般要加熱到200400，元件在加熱開(kāi)始時(shí)阻值急劇地下降，然后上升，一般經(jīng)210分鐘才到達(dá)穩(wěn)定，稱(chēng)之為初始穩(wěn)定狀態(tài)，元件只有在到達(dá)初始穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測(cè)。3-11 答：下列圖為一個(gè)簡(jiǎn)易的家用有害氣體報(bào)警電路。圖中變壓器次級(jí)繞組為氣敏電阻QM-N6提供加熱器電源。變壓器初級(jí)中心抽頭產(chǎn)生的110V交流電壓，加到由1k電位器、氣敏電阻和蜂鳴器串聯(lián)組成的測(cè)量電路。當(dāng)CO等復(fù)原性有害氣體的濃度上升時(shí)，氣敏電阻減小，流過(guò)蜂鳴器的電流增大，當(dāng)有害氣體的濃度使蜂鳴器的電流增大到一定值時(shí)，

15、蜂鳴器就鳴叫報(bào)警。調(diào)整電位器可調(diào)整蜂鳴器靈敏度，即產(chǎn)生報(bào)警的有害氣體最低濃度。圖中氖燈LD用作電源指示。為防止意外短路，變壓器初級(jí)安裝了0.5A的保險(xiǎn)絲。3-12解：圖3-1-18中電表為電流表，其中電流為： 為電流表滿(mǎn)量程為負(fù)特性濕敏電阻。濕度。濕度測(cè)量范圍 RH RH，Rd為濕度 RH時(shí)RX的值，因要求即，所以增大可減小，即擴(kuò)大測(cè)濕量程 RH。3-13答：測(cè)濕電路通常為濕敏電阻構(gòu)成的電橋電路。如果采用直流電源供電，濕敏電阻體在工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)離子的定向遷移和積累，致使元件失效或性能降低，因此所有濕敏電阻的供電電源都必須是交流或換向直流(注意：不是脈動(dòng)直流)。3-14 答：溫度變化時(shí)，電阻應(yīng)

16、變片的電阻也會(huì)變化，而且，由溫度所引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎具有相同數(shù)量級(jí)，如果不采取溫度補(bǔ)償措施，就會(huì)錯(cuò)誤地把溫度引起的電阻變化當(dāng)作應(yīng)變引起的電阻變化，即產(chǎn)生“虛假視應(yīng)變。把兩個(gè)承受相同應(yīng)變的應(yīng)變片接入電橋的相對(duì)兩臂，并不能補(bǔ)償溫度誤差。從表3-1-1所列圖3-b計(jì)算公式可知，電橋輸出電壓為，由此可見(jiàn)，溫度引起的電阻變化也影響電橋輸出電壓，此時(shí)，從電橋輸出電壓測(cè)出的應(yīng)變并不是真實(shí)應(yīng)變，而是，其中包含有虛假視應(yīng)變即溫度誤差。3-15 解：一個(gè)應(yīng)變片接入等臂電橋，屬于單臂工作的情況，將3-1-19式代入3-1-36式得 1由上式可見(jiàn)，電源電壓越高，輸出電壓越大，但是電源電壓受應(yīng)

17、變片允許電流的限制，由題意知，應(yīng)變片允許工作電流是15mA，因此鼓勵(lì)電源電壓應(yīng)選為 代入1式計(jì)算得，電橋輸出電壓為5mV時(shí)鋼制試件上應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?3-16 答：據(jù)公式3圖3-2-1c所示電容傳感器的初始電容為如果空氣隙減小了，那么電容值變?yōu)殡p層介質(zhì)差動(dòng)式變極距型電容傳感器的電容與動(dòng)極板位移的關(guān)系式為 題3-17圖 3-17 答：題3-17圖所示為變介質(zhì)式電容傳感器，設(shè)極板寬為，長(zhǎng)為。極板間無(wú)介質(zhì)塊時(shí)的電容為，極板間有介質(zhì)塊時(shí)的電容為，上式說(shuō)明傳感器電容與介質(zhì)塊位移x成線(xiàn)性關(guān)系。3-18題3-18圖解：由題3-18圖和題中參數(shù)可求得初始電容 C1=C2=C0=eS/d=e0pr2/d0 變壓器

18、電橋輸出端電壓 其中Z1 ,Z2 分別為差動(dòng)電容傳感器C1 ,C2 的阻抗.，將公式3-2-9代入上式計(jì)算得 3-19答：自感傳感器有三種類(lèi)型：變氣隙式、變面積式和螺管式。變氣隙式靈敏度最高，螺管式靈敏度最低。變氣隙式的主要缺點(diǎn)是：非線(xiàn)性嚴(yán)重，為了限制非線(xiàn)性誤差，示值范圍只能較??；它的自由行程受鐵心限制，制造裝配困難。變面積式和螺管式的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的線(xiàn)性，因而示值范圍可取大些，自由行程可按需要安排，制造裝配也較方便。此外，螺管式與變面積式相比，批量生產(chǎn)中的互換性好。由于具備上述優(yōu)點(diǎn)，而靈敏度低的問(wèn)題可在放大電路方面加以解決，因此目前螺管型自感傳感器的應(yīng)用越來(lái)越多。3-20 解：設(shè)紙頁(yè)厚度為，

19、磁導(dǎo)率為，其磁阻遠(yuǎn)大于鐵心和銜鐵的磁阻，因此據(jù)公式35可推得，題3-20圖所示自感式傳感器的自感為，電流表的讀數(shù)為可見(jiàn)電流表的讀數(shù)與紙頁(yè)厚度成線(xiàn)性關(guān)系。3-21 解：將題中參數(shù)代人書(shū)上的公式3-3-2，分別計(jì)算鐵芯磁路磁阻和氣隙磁阻，計(jì)算結(jié)果證明，鐵芯磁路磁阻遠(yuǎn)小于氣隙磁阻，因此該變隙式電感傳感器的電感可采用書(shū)上的公式3-3-5近似計(jì)算。由公式3-3-6和3-3-7可知，當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，傳感器的電感變化為 將公式3-3-6代人上式得，變隙式電感傳感器的靈敏度為 據(jù)題意知：A1.5cm2，。代人上式計(jì)算得變隙式電感傳感器的靈敏度為假設(shè)將其做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，那么靈敏度為單一式的兩倍，且線(xiàn)性度也會(huì)得到

20、明顯改善。3-22答：由自感傳感器的等效電路圖3-3-3可見(jiàn)，自感傳感器工作時(shí)，并不是一個(gè)理想的純電感L，還存在線(xiàn)圈的匝間電容和電纜線(xiàn)分布電容組成的并聯(lián)寄生電容C。更換連接電纜后，連接電纜線(xiàn)分布電容的改變會(huì)引起并聯(lián)寄生電容C的改變，從而導(dǎo)致自感傳感器的等效電感改變，因此在更換連接電纜后應(yīng)重新校正或采用并聯(lián)電容加以調(diào)整。3-23答：差動(dòng)自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的相同點(diǎn)是都有一對(duì)對(duì)稱(chēng)的線(xiàn)圈鐵心和一個(gè)共用的活動(dòng)銜鐵，而且也都有變氣隙式、變面積式、螺管式三種類(lèi)型。不同點(diǎn)是，差動(dòng)自感式傳感器的一對(duì)對(duì)稱(chēng)線(xiàn)圈是作為一對(duì)差動(dòng)自感接入交流電橋或差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成電壓。而差動(dòng)變壓器式傳感器

21、的一對(duì)對(duì)稱(chēng)線(xiàn)圈是作為變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈，此外，差動(dòng)變壓器式傳感器還有初級(jí)線(xiàn)圈差動(dòng)自感式傳感器沒(méi)有，初級(jí)線(xiàn)圈接鼓勵(lì)電壓，兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈差動(dòng)連接，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成差動(dòng)輸出電壓。3-24答：圖(a)和圖(b)的輸出電流為Iab=I1-I2，圖(c)和圖(d)的輸出電壓為Uab=Uac-Ubc。當(dāng)銜鐵位于零位時(shí)，I1I2,Uac=Ubc，故Iab=0,Uab=0;當(dāng)銜鐵位于零位以上時(shí)，I1>I2，Uac>Ubc，故Iab>0，Uab>0;當(dāng)銜鐵位于零位以下時(shí)，I1<I2,Uac<Ubc,故Iab<0,Uab<0。因此通過(guò)Iab和Uab的正負(fù)可判別銜鐵移動(dòng)方向

22、。又因?yàn)镮ab和Uabde 大小與銜鐵位移成正比，因此通過(guò)Iab和Uab的大小可判別銜鐵位移的大小。調(diào)整圖中電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，可以使差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的電路對(duì)稱(chēng)，在銜鐵居中即位移為零時(shí)，圖3-電路輸出電流或電壓為零。3-25 題3-25圖1解：題3-25圖1中為平衡電阻。在Ui的正半周，,即，題3-25圖1中二極管D1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止，題3-25圖1等效為題3-25圖2(a),由圖可見(jiàn)， (1)(a) (b)題3-25圖2在Ui的負(fù)半周，,即，題3-25圖1中二極管D2和D4導(dǎo)通，D1和D3截止，題3-25圖1等效為題3-25圖2 (b),由圖可見(jiàn)， (2)當(dāng)時(shí)，由式和都可得

23、，。當(dāng)時(shí)，式中括號(hào)項(xiàng)為正，而也為正，故；式中括號(hào)項(xiàng)為負(fù)，而也為負(fù)，故。因此由式和都可得，。同理，當(dāng)時(shí)，由式和都可得，。單向脈動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)阻容濾波后得到直流輸出電壓。的正負(fù)決定于銜鐵位移的方向，的大小決定于銜鐵位移的大小。3-26答：溫度變化時(shí)，金屬的電阻率會(huì)發(fā)生變化，據(jù)公式3，將使渦流的滲透深度隨之變化，據(jù)公式3可知，這將使透射式渦流傳感器接收線(xiàn)圈中的感應(yīng)電壓隨溫度變化。為了防止溫度變化產(chǎn)生的電壓變化同金屬板厚度變化產(chǎn)生的電壓變化相混淆，采用渦流傳感器測(cè)量金屬板厚度時(shí)，需要采取恒溫措施或考慮溫度變化的影響。3-27答：其主要優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量。反射式渦流傳感器常用于測(cè)量物體位移、距離、振動(dòng)

24、和轉(zhuǎn)速、溫度、應(yīng)力、硬度等?？勺龀山咏_(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器、探傷裝置等；還可以判別材質(zhì)。透射式渦流傳感器常用于測(cè)量金屬板厚度。3-28答：相同點(diǎn)：都包含有產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的傳感器線(xiàn)圈鼓勵(lì)線(xiàn)圈和置于該線(xiàn)圈附近的金屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體內(nèi)，都產(chǎn)生環(huán)狀渦流。不同點(diǎn)：反射式渦流傳感器只有產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)的傳感器線(xiàn)圈，金屬板外表感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)原鼓勵(lì)磁場(chǎng)起抵消削弱作用，從而導(dǎo)致傳感器線(xiàn)圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)都發(fā)生變化。而透射式渦流傳感器有兩個(gè)線(xiàn)圈：發(fā)射線(xiàn)圈鼓勵(lì)線(xiàn)圈L1、接收線(xiàn)圈L2，分別位于被測(cè)金屬板的兩對(duì)側(cè)。金屬板外表感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在接收線(xiàn)圈L2中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此感應(yīng)電壓與金屬板厚度有關(guān)。第4章4-1答

25、：相同點(diǎn)：都有線(xiàn)圈和活動(dòng)銜鐵。不同點(diǎn)：圖4-1-1(a)磁電式傳感器的線(xiàn)圈是繞在永久磁鋼上，圖3-3-1(a)自感式傳感器的線(xiàn)圈是繞在不帶磁性的鐵心上。自感式傳感器的線(xiàn)圈的自感取決于活動(dòng)銜鐵與鐵心的距離，磁電式傳感器線(xiàn)圈的感應(yīng)電壓取決于活動(dòng)銜鐵的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)銜鐵不動(dòng)時(shí)，氣隙磁阻不變化，線(xiàn)圈磁通不變化，線(xiàn)圈就沒(méi)有感應(yīng)電壓，因此后者可測(cè)量靜位移或距離而前者卻不能。4-2答：根據(jù)電磁感應(yīng)定律，磁電感應(yīng)式傳感器的線(xiàn)圈感應(yīng)電壓與線(xiàn)圈磁通對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比，而實(shí)現(xiàn)磁通變化有兩種方式：活動(dòng)銜鐵相對(duì)磁鐵振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈相對(duì)磁鐵振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩種方式產(chǎn)生的感應(yīng)電壓都與振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的速度成正比，因此磁電感應(yīng)式傳感器

26、又叫做速度傳感器。由圖4-可見(jiàn)，在磁電感應(yīng)式傳感器后面接積分電路可以測(cè)量位移，后面接微分電路可以測(cè)量加速度。因?yàn)槲灰剖撬俣鹊姆e分，而加速度是速度的微分。4-3答：磁電感應(yīng)式傳感器有兩種類(lèi)型結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式。相同點(diǎn)：都有線(xiàn)圈、磁鐵、活動(dòng)銜鐵。不同點(diǎn)：變磁通式是線(xiàn)圈和永久磁鐵(俗稱(chēng)磁鋼)均固定不動(dòng)，與被測(cè)物體連接而運(yùn)動(dòng)的局部是利用導(dǎo)磁材料制成的動(dòng)鐵心(銜鐵)，它的運(yùn)動(dòng)使氣隙和磁路磁阻變化引起磁通變化，而在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，因此變磁通式結(jié)構(gòu)又稱(chēng)變磁阻式結(jié)構(gòu)。在恒磁通式結(jié)構(gòu)中，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電勢(shì)是由于永久磁鐵與線(xiàn)圈之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生的。這類(lèi)結(jié)構(gòu)有兩種：一種是線(xiàn)圈不

27、動(dòng)，磁鐵運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為動(dòng)鐵式，另一種是磁鐵不動(dòng)，線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為動(dòng)圈式。4-4答：不能。因?yàn)楫?dāng)作用于壓電元件上的力為靜態(tài)力即時(shí)，據(jù)公式4-2-20可知，壓電元件產(chǎn)生的電流為零，據(jù)公式(4-2-25)和(4-2-29)式也可知，壓電傳感器輸出電壓也為零。與電容充放電的過(guò)程一樣，靜態(tài)力產(chǎn)生的電荷會(huì)通過(guò)負(fù)載電阻和壓電元件本身的漏電阻放電而泄漏掉，因而該電荷在壓電傳感器電容上形成的電壓也很快衰減至零。所以不管采用電壓放大還是電荷放大，壓電式傳感器都不能測(cè)量頻率極低的被測(cè)量，特別是不能測(cè)量靜態(tài)參數(shù)(即=0)，因此壓電傳感器多用來(lái)測(cè)量加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力。4-5答：由(4-2-18)和(4-2-28)式可知，連

28、接電纜電容Cc改變會(huì)引起C改變,進(jìn)而引起靈敏度改變，所以當(dāng)更換傳感器連接電纜時(shí)必須重新對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，這是采用電壓放大器的一個(gè)弊端。由(4-2-31)式可見(jiàn)，在采用電荷放大器的情況下，靈敏度只取決于反應(yīng)電容CF，而與電纜電容Cc無(wú)關(guān)，因此在更換電纜或需要使用較長(zhǎng)電纜(數(shù)百米)時(shí)，無(wú)需重新校正傳感器的靈敏度。因此，壓電式傳感器多采用電荷放大器而不采用電壓放大器。4-6答：串聯(lián)使壓電傳感器時(shí)間常數(shù)減小，電壓靈敏度增大，適用于電壓輸出、高頻信號(hào)測(cè)量的場(chǎng)合；并聯(lián)使壓電傳感器時(shí)間常數(shù)增大，電荷靈敏度增大，適用于電荷輸出、低頻信號(hào)測(cè)量的場(chǎng)合。4-7答：設(shè)壓電晶體的介電常數(shù)為，圖4-2-8中每片壓電片的電

29、容為，據(jù)(4-2-13)、4-2-15式，每片壓電片的電壓為上下壓電晶片串聯(lián)時(shí)總電荷與單片相同，總電壓為單片的兩倍即；上下壓電晶片并聯(lián)時(shí)總電壓與單片相同，總電荷為單片的兩倍即4-8解： ，。， ，據(jù)公式4-2-21，4-9解：根據(jù)4-2-12式 ，或 。，。4-10 答：據(jù)(4-式和定積分性質(zhì)可知中間溫度定律證畢。據(jù)(4-式和對(duì)數(shù)性質(zhì)、定積分性質(zhì)可知 4-11 解：圖4-3-7可簡(jiǎn)化為題4-12圖(a)。我們仿照書(shū)上介紹的“巡游一周法， 從熱端出發(fā)沿回路一周，按照遇到的導(dǎo)體和溫度的順序，依次寫(xiě)出各接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)，并將它們相加起來(lái)便是圖(a)中整個(gè)回路的總熱電勢(shì)： 1依據(jù)公式4-3-3和對(duì)數(shù)

30、的性質(zhì)，很容易證明： (2) 3因，故(2)、3式代入1式并整理可得： 4補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)滿(mǎn)足公式4-3-12)的條件，將4-3-12)式代入上式，并引用中間溫度定律4-3-8)式，可得 5從以上推導(dǎo)過(guò)程可以看出，圖4-3-7即題4-12圖(a) 中補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)AB滿(mǎn)足公式43-12)的條件，故可將熱電偶的冷端延伸，而保證整個(gè)回路的熱電勢(shì)仍然不變。 題4-12 圖如果改用普通的銅導(dǎo)線(xiàn)來(lái)延伸熱電偶的冷端，如圖題4-12 圖(b)所示，那么整個(gè)回路的熱電勢(shì)為：6依據(jù)積分的性質(zhì)可知 ， 7依據(jù)公式4-3-3和對(duì)數(shù)的性質(zhì)，很容易證明： 87、8式代入6式得 9從以上推導(dǎo)過(guò)程可以看出，普通的銅導(dǎo)線(xiàn)不能用來(lái)延伸熱電偶

31、的冷端。4-12解：由題意可知：50，或，。4-13 解：采用與其相配的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，將公式4-3-13代入公式4-3-9得，儀表測(cè)得的電壓為 從K型熱電偶的分度表上查得對(duì)應(yīng)400和20的熱電勢(shì)，代入上式計(jì)算得 假設(shè)錯(cuò)用了分度號(hào)為E的熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，那么儀表測(cè)得的電壓為 查E型和K型熱電偶的分度表上對(duì)應(yīng)400、30和20的熱電勢(shì)，代入上式計(jì)算得 儀表指示的變化為 4-14答：不可接反。因?yàn)閳D4-3-9中補(bǔ)償電橋的電壓為，毫伏表讀數(shù)為如果4V直流電源的極性接反，那么補(bǔ)償電橋的電壓也會(huì)改變極性，即，此時(shí)。4-15 解：由題意知，此題所求解的補(bǔ)償電橋就是書(shū)上圖4-3-10所示電路。而且，題中給出了：

32、銅電阻Rt的電阻溫度系數(shù)=0.004/,熱電偶的電壓溫度系數(shù)/，T0=50時(shí)。代入書(shū)上公式4-3-27計(jì)算，直接求得可調(diào)電阻的阻值RS 或代入公式4-3-26計(jì)算得 因?yàn)槭?100之間變化時(shí)的平均值，故據(jù)此計(jì)算出的RS要比按分度表查出的計(jì)算出的RS精確度低一些。4-16 解：因?yàn)樵摐囟蕊@示儀表是按照鎳鉻鎳硅熱電偶分度表刻度的，所以只有在冷端溫度為0的情況下，儀表顯示的溫度才與實(shí)際溫度相符。查鎳鉻鎳硅熱電偶分度表可知，500對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)是20.640mV。由此我們可推斷：既然顯示儀表指示溫度為500，說(shuō)明此時(shí)儀表所加的電壓為20.640mV。因?yàn)榇藭r(shí)冷端溫度是60而不是0，所以此時(shí)儀表所加的電壓

33、應(yīng)該是而不是。將儀表測(cè)得的=20.640mV，和查表得到的=2.436mV代入公式4-3-9計(jì)算得再反查鎳鉻鎳硅熱電偶分度表，與此熱電勢(shì)=23.076mV對(duì)應(yīng)的溫度在557和558中間即557.5。這個(gè)溫度值才是實(shí)際的溫度值，因此此時(shí)儀表顯示的溫度誤差為500-557.5=-57.5。如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20，此時(shí)儀表所加的電壓將變?yōu)?，將前面?jì)算得的=23.070mV和查表得到的=0.798mV代人公式4-3-9計(jì)算得 再反查鎳鉻鎳硅熱電偶分度表可知，此電壓加到儀表上，儀表顯示溫度將是與對(duì)應(yīng)的溫度值，應(yīng)當(dāng)在538與539中間約538.4，而此時(shí)的實(shí)際溫度依然是557.5，因此

34、此時(shí)儀表顯示的溫度誤差為538.4-557.5=-19.1。通過(guò)以上計(jì)算比照可見(jiàn)，冷端溫度降低時(shí)，顯示儀表的指示溫度值更接近實(shí)際溫度值。 4-17答：基于光電效應(yīng)原理工作的光電轉(zhuǎn)換元件稱(chēng)為光電器件或光敏元件。光電效應(yīng)一般分為外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)，相對(duì)應(yīng)的光電器件也有以下三種類(lèi)型：、光電發(fā)射型光電器件，有光電管符號(hào)見(jiàn)圖4-2和光電倍增管符號(hào)見(jiàn)圖4-4b；、光導(dǎo)型光電器件，有光敏電阻符號(hào)見(jiàn)圖4-6，、光伏型光電器件，有光電池符號(hào)見(jiàn)圖4-12。4-18答：有種常見(jiàn)形式。、透射式，可用于測(cè)量液體、氣體和固體的透明度和混濁度；、反射式，可用于測(cè)量外表粗糙度等參數(shù)；、輻射式，可用于光電高溫計(jì)

35、和爐子燃燒監(jiān)視裝置；、遮擋式，可用于測(cè)量物體面積、尺寸和位移等參量；、開(kāi)關(guān)式，可用于開(kāi)關(guān)，如光電繼電器；計(jì)數(shù)，將光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖進(jìn)行產(chǎn)品計(jì)數(shù)或是測(cè)量轉(zhuǎn)速等；編碼，利用不同的碼反映不同的參數(shù)。4-19答：光電器件輸出的光電流與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系I=F()為光譜特性。在同樣的電壓和同樣幅值的光強(qiáng)度下，當(dāng)以不同的正弦交變頻率調(diào)制時(shí)，光電器件輸出的光電流I或靈敏度S與入射光強(qiáng)度變化頻率f的關(guān)系I=F1(f)或S=F2(f)稱(chēng)為頻率特性。光譜特性對(duì)選擇光電器件和輻射能源有重要意義。當(dāng)光電器件的光譜特性與光源輻射能量的光譜分布協(xié)調(diào)一致時(shí)，光電傳感器的性能較好，效率較高。在檢測(cè)時(shí)，光電器件的最正確靈敏度最好

36、在需要測(cè)量的波長(zhǎng)處。選用光電元件時(shí)，應(yīng)考慮其頻率特性是否能適應(yīng)于入射光強(qiáng)度變化的情況。也就是說(shuō)，光電元件的頻率響應(yīng)特性的上限頻率應(yīng)遠(yuǎn)高于入射光強(qiáng)度變化的頻率。4-20 答：將題3-9圖的電冰箱溫控電路這樣改裝：熱敏電阻改為光敏電阻，并與串聯(lián)電阻互換位置，壓縮機(jī)改為路燈。4-21答：由公式(4-5-13)可見(jiàn)，增大或減少霍爾片控制電流可增大或減少霍爾式鉗形電流表的靈敏度；圖4-5-7中被測(cè)電流導(dǎo)線(xiàn)如果在硅鋼片圓環(huán)上繞幾圈，電流表靈敏度便會(huì)增大幾倍。用這種方法可成倍地改變霍爾式鉗形電流表的靈敏度和量程。4-22 解：輸出的霍爾電勢(shì)為：由可得載流子濃度為：4-23答：如圖4-5-9所示，由于工藝上的

37、原因，很難保證霍爾電極、裝配在同一等位面上,這時(shí)即使不加外磁場(chǎng)，只通以額定鼓勵(lì)電流I，在兩電極間也有電壓U0輸出，這就是不等位電壓。U0的數(shù)值是由、兩截面之間的電阻R0決定的，即U0=IR。此外霍爾元件電阻率不均勻或厚度不均勻也會(huì)產(chǎn)生不等位電壓。不等位電壓是霍爾傳感器的一個(gè)主要的零位誤差，其數(shù)值甚至?xí)^(guò)霍爾電壓，所以必須從工藝上設(shè)法減小，并采用電路補(bǔ)償措施。補(bǔ)償?shù)母舅枷胧前丫匦位魻栐刃橐粋€(gè)四臂電橋，如圖4-5-所示。不等位電壓相當(dāng)于該電橋在不滿(mǎn)足理想條件R1=R2=R3=R4情況下的不平衡輸出電壓。因而一切使橋路平衡的方法均可作為不等位電壓的補(bǔ)償措施。圖4-5-所示為三種補(bǔ)償方案，圖

38、(a)是在阻值較大的臂上并聯(lián)電阻，圖(b)(c)是在兩個(gè)臂上同時(shí)并聯(lián)電阻，顯然方案(c)調(diào)整比較方便。4-24答：不能。因?yàn)闊崦綦娮鑂t具有負(fù)溫度系數(shù)，在圖4-5-13(a)中，當(dāng)溫度升高時(shí)，Rt減小，流過(guò)霍爾元件的控制電流增大，從而使霍爾元件輸出電壓增大，這就可補(bǔ)償負(fù)溫度系數(shù)的隨溫度升高而減小的作用。如果把圖4-5-13(a)中熱敏電阻換成金屬電阻絲，因?yàn)榻饘匐娮杞z具有正溫度系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，金屬電阻絲電阻增大，流過(guò)霍爾元件的控制電流減小，從而使霍爾元件輸出電壓也減小，這只能補(bǔ)償正溫度系數(shù)的使隨溫度升高而增加的作用，不能補(bǔ)償負(fù)溫度系數(shù)的使隨溫度升高而減小的作用。如果圖4-5-13(b)中金

39、屬電阻絲換成熱敏電阻Rt，當(dāng)溫度升高時(shí)，Rt減小，流過(guò)Rt電流增大，流過(guò)霍爾元件的控制電流減小，從而使霍爾元件輸出電壓減小，這也只能補(bǔ)償正溫度系數(shù)的使隨溫度升高而增加的作用，不能補(bǔ)償負(fù)溫度系數(shù)的使隨溫度升高而減小的作用。第5章5-1答：相同點(diǎn)：磁敏二極管和磁敏三極管都是PN結(jié)型的磁敏元件，都有本征區(qū)I，本征區(qū)I的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，其一個(gè)側(cè)面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的外表處容易使電子空穴對(duì)復(fù)合而消失，稱(chēng)為r(recombination)面(或r區(qū))，不同點(diǎn)：磁敏二極管的結(jié)構(gòu)是在高阻半導(dǎo)體芯片(本征型)I兩端，分別制作P、N兩個(gè)電極，形成P-I-N結(jié)。當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場(chǎng)作用時(shí)，外加正偏壓，那么

40、有大量的空穴從P區(qū)通過(guò)I區(qū)進(jìn)入N區(qū)，同時(shí)也有大量電子注入P區(qū)，形成電流。當(dāng)磁敏二極管受到外界磁場(chǎng)H+(正向磁場(chǎng))作用時(shí)，電子和空穴受到洛倫茲力的作用而向r區(qū)偏轉(zhuǎn)，由于r區(qū)的電子和空穴復(fù)合消失速度比光滑面I區(qū)快，因此形成的電流因復(fù)合速度快而減小。當(dāng)磁敏二極管受到外界磁場(chǎng)H-(反向磁場(chǎng))作用時(shí)，電子空穴對(duì)受到洛倫茲力作用向光滑面偏轉(zhuǎn)，電子空穴的復(fù)合率明顯減小，因而形成的電流變大。磁敏二極管反向偏置時(shí)，僅流過(guò)很微小電流，幾乎與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。磁敏三極管的結(jié)構(gòu)是在弱P型近本征半導(dǎo)體本征區(qū)I上，用合金法或擴(kuò)散法形成三個(gè)結(jié)，即發(fā)射結(jié)、基極結(jié)、集電結(jié)。當(dāng)磁敏三極管未受到磁場(chǎng)作用時(shí)，基極電流大于集電極電流，使=Ic

41、/Ib<1。受到正向磁場(chǎng)(H+)作用時(shí)，洛侖茲力使載流子偏向發(fā)射結(jié)的一側(cè)，導(dǎo)致集電極電流顯著下降，當(dāng)反向磁場(chǎng)(H-)作用時(shí)，載流子向集電極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使集電極電流增大。5-2 題5-2 圖 簡(jiǎn)易高斯計(jì)電路圖解：圖中左側(cè)虛線(xiàn)框內(nèi)是兩對(duì)互補(bǔ)的磁敏二極管，四只溫度特性一致的磁敏二極管按磁場(chǎng)極性互相相反組成磁敏橋作為探頭，探頭通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與機(jī)身插接。插接開(kāi)關(guān)為量程選擇開(kāi)關(guān)，接入8個(gè)不同的電阻，得到8個(gè)不同的量程。兩只晶體管組成差分放大電路。沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)(H0)，磁敏橋平衡無(wú)輸出。加磁H+時(shí)，磁敏橋有輸出電壓加在差分對(duì)管基極上，集電極電位發(fā)生變化，有電流通過(guò)電表。使表針指示所測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度值。當(dāng)加磁場(chǎng)H-時(shí)，

42、由于磁場(chǎng)方向與H+加時(shí)相反，表針向“0位置反方向偏轉(zhuǎn)。5-3 題5-3圖 光敏二極管光控開(kāi)關(guān)電路解：題5-3圖(a)是亮通光控電路。當(dāng)有光照射時(shí)，光敏二極管的阻值變小，VT1、VT2導(dǎo)通，繼電器K工作，從而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖(b)是暗通光控電路，當(dāng)有光照射時(shí)，光敏二極管的阻值變小。VT1、VT2截止，繼電器K不工作；只有當(dāng)無(wú)光照時(shí)，VT1、VT2才導(dǎo)通，繼電器工作。5-4 解：采用圖51-16(a)所示溫敏硅二極管電橋和測(cè)量放大器及數(shù)字電壓表組成的數(shù)字溫度計(jì)電路如題5-4圖所示。 題5-4圖 采用溫敏硅二極管電橋的數(shù)字溫度計(jì)電路圖中測(cè)量放大器輸出電壓為 據(jù)公式51-5)可知， 調(diào)節(jié)電位器，使，從

43、而使時(shí)，。完成調(diào)零后，測(cè)量放大器輸出電壓為 再調(diào)節(jié)電位器，使時(shí)，。這樣就使數(shù)字電壓表DVM讀數(shù)1mV代表1溫度，100mV代表100。5-5 題5-5圖解：圖中求和放大器輸出電壓為因熱電偶正極接地，故,據(jù)公式,代入上式得 調(diào)節(jié)電位器R4,使,從而使時(shí)，完成調(diào)零后，輸出電壓為 選取適當(dāng)?shù)?、，使，此時(shí)輸出電壓為 調(diào)節(jié)電位器，使，從而使。5-6 解：該說(shuō)明書(shū)上提供的TMP35用于熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)碾娐啡珙}5-6圖所示。 題5-6圖據(jù)公式52-7和TMP35說(shuō)明書(shū)，圖中電壓輸出型集成溫度傳感器TMP35的輸出電壓分壓產(chǎn)生的冷端補(bǔ)償電壓為 1將，代入1式計(jì)算得 2據(jù)TMP35說(shuō)明書(shū)，K型熱電偶的塞貝克(S

44、eebeck)系數(shù)，代入公式4-3-17得K型熱電偶的熱電勢(shì)為 3因此同相放大器輸入電壓為 4據(jù)TMP35說(shuō)明書(shū)，當(dāng)T=250時(shí)，K型熱電偶的熱電勢(shì)。為了使T=0250時(shí)，同相放大器輸出電壓為02.50V, 同相放大器的放大倍數(shù)為 調(diào)節(jié)電位器RP,使T=250時(shí)，同相放大器輸出電壓為2.50V。5-7 解：該說(shuō)明書(shū)上提供的AD592用于熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)碾娐啡珙}5-7圖所示。 題5-7圖據(jù)公式52-5)和AD592，圖中電流輸出型集成溫度傳感器AD592輸出電流在電阻R上形成的補(bǔ)償電壓為 1該補(bǔ)償電壓與熱電偶熱電勢(shì)相加成為同相放大器輸入電壓： 2依據(jù)疊加原理，放大器輸出電壓為 3將1、2式代入3

45、式，整理得 4AD592的，。選擇電阻R,，使 5選定熱電偶的類(lèi)型后，將該型熱電偶的塞貝克(Seebeck)系數(shù) 代人上式可計(jì)算得所需的電阻值。例如K型熱電偶的塞貝克(Seebeck)系數(shù)，代入上式計(jì)算得。調(diào)節(jié)電位器RP，使基準(zhǔn)電壓源AD1403提供的2.5V穩(wěn)定電壓分壓產(chǎn)生的滿(mǎn)足調(diào)零條件： 6將5式和6式代入4式得 7 根據(jù)所需的輸出電壓靈敏度S.，可依據(jù)7式計(jì)算出的放大器放大倍數(shù)和相應(yīng)的增益電阻RG1、RG2 。 5-8 解：滿(mǎn)度輸出電壓的典型值為 滿(mǎn)度輸出電壓的最大值為 滿(mǎn)度輸出電壓的最小值為 5- 9 答：據(jù)公式(6-2-9) H在0100%RH范圍時(shí)，對(duì)應(yīng)的為098.93%RH。代入

46、公式(6-2-8)計(jì)算得=V5-10答：線(xiàn)性集成霍爾傳感器的輸出電壓與輸入的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線(xiàn)性關(guān)系，因此常用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度或能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的其他非電量。這些非電量是連續(xù)變化的模擬量。開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器的輸出只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，常用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的有或無(wú)，也可用來(lái)測(cè)量能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)的其他開(kāi)關(guān)型非電量。第6章6-1答：有三條碼道。碼盤(pán)上最外圈碼道上只有一條透光的狹縫，它作為碼盤(pán)的基準(zhǔn)位置，所產(chǎn)生的脈沖將給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位(清零)信號(hào)；中間一圈碼道稱(chēng)為增量碼道，最內(nèi)一圈碼道稱(chēng)為辨向碼道。這兩圈碼道都等角距地分布著m個(gè)透光與不透光的扇形區(qū)，但彼此錯(cuò)開(kāi)半個(gè)扇形區(qū)即90

47、76;/m。所以增量碼道產(chǎn)生的增量脈沖與辨向碼道產(chǎn)生的辨向脈沖在時(shí)間上相差四分之一個(gè)周期，即相位上相差90°。增量碼道產(chǎn)生的增量脈沖的個(gè)數(shù)用于確定碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，辨向脈沖與增量脈沖的相位關(guān)系用于確定碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。6-2答：因?yàn)橹鞴鈻叛貣啪€(xiàn)垂直方向(即x軸方向)移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W，莫爾條紋沿y軸正好移動(dòng)一個(gè)條紋間距HH>>W，光電元件的輸出電壓變化一個(gè)周期，光柵辯向電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)，采用電子細(xì)分技術(shù)后，主光柵移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W，細(xì)分電路將產(chǎn)生m個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，光柵的分辨率即一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)代表的位移就從W變成W/m。光柵的柵距一般為0.010.1mm，電子細(xì)分?jǐn)?shù)在1260甚至

48、更多，因此光柵傳感器能測(cè)量很微小的位移。光柵傳感器中有兩個(gè)相距四分之一莫爾條紋間距的光電元件，這兩個(gè)光電元件的輸出信號(hào)u1和u2的相位差正好等于/2。當(dāng)位移反方向時(shí)，正向位移時(shí)原來(lái)相位超前的那個(gè)光電元件的輸出信號(hào)的相位，就從相對(duì)超前變?yōu)橄鄬?duì)遲后，這就會(huì)使相關(guān)的辨向電路控制計(jì)數(shù)器從脈沖加計(jì)數(shù)變成脈沖減計(jì)數(shù)，因此計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果反映位移正負(fù)兩抵后的凈位移。6-3答：長(zhǎng)光柵所允許的移動(dòng)速度受光敏二極管響應(yīng)時(shí)間的限制故6-4 解：六位循環(huán)碼碼盤(pán)測(cè)量角位移的最小分辨率為：。碼盤(pán)半徑應(yīng)為：循環(huán)碼101101的二進(jìn)制碼為110110，十進(jìn)制數(shù)為54；循環(huán)碼110100的二進(jìn)制碼為100111，十進(jìn)制數(shù)為39

49、。碼盤(pán)實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度為：。6-5 答：莫爾條紋寬度為因?yàn)闃?biāo)尺光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾條紋就移動(dòng)一個(gè)條紋寬度H的距離,所以當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)100微米時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)的距離為6-6答：相鄰正弦繞組與余弦繞組的間距為(n/2+1/4)W。相鄰正弦繞組和正弦繞組，相鄰余弦繞組與余弦繞組的間距都為n倍節(jié)距W。6-7答：感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)對(duì)位移的分辨率是由節(jié)距W和細(xì)分?jǐn)?shù)m決定的，因此要提高位移分辨率，就要選用節(jié)距W小的感應(yīng)同步器和增大細(xì)分?jǐn)?shù)m。6-8答：感應(yīng)同步器設(shè)置正弦繞組與余弦繞組是為了能在測(cè)量位移大小的同時(shí)還能判別位移的方向。6-9試分析環(huán)境溫度變化，對(duì)振弦式傳感器靈敏度的影響。解： 在溫度變化時(shí)，

50、振弦的有效長(zhǎng)度也隨之變化： 式中t和分別為溫度和溫度膨脹系數(shù)，為溫度時(shí)的弦長(zhǎng)。由于振弦的截面積很小，可認(rèn)為當(dāng)溫度變比時(shí)其截面積A不變。振弦的應(yīng)力=F/A代人教材上公式5-3-3得振弦的振蕩頻率可表示為 取振弦式傳感器靈敏度，那么由上式可得 由上式可見(jiàn)，溫度增加，振弦靈敏度降低。6-10答：振弦、振筒兩種頻率式傳感器的共同的特點(diǎn)是都由振動(dòng)體、激振器、拾振器和放大振蕩電路組成一個(gè)反應(yīng)振蕩系統(tǒng)，作為振動(dòng)體的振弦、振筒都是用具有導(dǎo)磁性的恒彈性合金制成，當(dāng)激振器使振動(dòng)體振動(dòng)時(shí)，磁路的磁阻交替變化，在拾振器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的變化頻率等于振動(dòng)體振動(dòng)頻率。它們共同的工作原理是，被測(cè)非電量如力、壓力、密度等使振動(dòng)體振動(dòng)頻率即拾振器感應(yīng)電壓的頻率改變，因此測(cè)量拾振器感應(yīng)電壓的頻率就可測(cè)出被測(cè)非電量。第7章7-1 答：光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱(chēng)光纖，由透光的纖芯和包層以及不透光的尼龍外套組成。纖芯內(nèi)傳播的光入射到纖芯和包層的交界面時(shí)，由于纖芯的折射率比包層的折射率大，只要入射角1大于臨界角c，即，光就不會(huì)穿過(guò)兩個(gè)介質(zhì)的分界面，而只會(huì)完全反射回來(lái)，這種只有反射沒(méi)有透射的情況稱(chēng)為全反射。在光纖的入射端，光線(xiàn)從空氣(折射率為n0=1)中以入射角射入光纖纖芯，當(dāng)入射角時(shí)，就會(huì)使1