傳感器課后習(xí)題答案2013

1、第第1 1章章| 1.1 1.1 某位移傳感器，在輸入量變化某位移傳感器，在輸入量變化5 mm5 mm時，輸出電壓變時，輸出電壓變化為化為300 mV,300 mV,求其靈敏度。求其靈敏度。解：解：| 1.2 1.2 某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度為：節(jié)的靈敏度為：S S1 1=0.2mV/=0.2mV/、S S2 2=2.0V/mV=2.0V/mV、S S3 3=5.0mm/V=5.0mm/V，求系統(tǒng)的總的靈敏度求系統(tǒng)的總的靈敏度。解：解：601051030033XUkCmmSSSS/20 . 50 . 22 . 0321下

2、頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|1.3 1.3 測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：測得某檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下： a)a)試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度； b)b)用用C C語言編制程序在微機(jī)上實現(xiàn)。語言編制程序在微機(jī)上實現(xiàn)。解：解：bkxy)(bkxyiii22)(iiiiiixxnyxyxnk222)()(iiiiiiixxnyxxyxb68. 0k25. 0b下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0第第1 1章章|1.31.3 擬合直線靈敏度擬合直線靈敏

3、度 0.68,0.68,線性度線性度 7%7%25. 068. 0 xy%7535. 0%100maxFSLyL238. 0135. 0216. 0311. 04126. 05194. 06下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第1 1章章|1.4 1.4 某溫度傳感器為時間常數(shù)某溫度傳感器為時間常數(shù) T=3s T=3s 的一階系統(tǒng)，的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的溫差的1/31/3和和1/21/2所需的時間。所需的時間。解：設(shè)溫差為解：設(shè)溫差為R,R,測此溫度傳感器受幅度為測此溫度傳感器受幅度為R R的階躍響應(yīng)的階躍響應(yīng)為為(

4、 (動態(tài)方程不考慮初態(tài)動態(tài)方程不考慮初態(tài)) ) )1 (3/teRty當(dāng)3Rty時22. 132ln3t當(dāng)2Rty時08. 221ln3t下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第1 1章章|1.5 1.5 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時，在某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時，在t=0t=0時，輸出為時，輸出為10mV;t10mV;t時，輸出為時，輸出為100mV;100mV;在在t=5st=5s時，時，輸出為輸出為50mV,50mV,試求該傳感器的時間常數(shù)。試求該傳感器的時間常數(shù)。解：此題與爐溫實驗的測飛升曲線類似解：此題與爐溫實驗的測飛升曲線類似: :)1 (9010/Ttety由

5、505 y51. 895ln5T下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第1 1章章|1.8 1.8 什么是傳感器的靜特性？有哪些主要指標(biāo)？什么是傳感器的靜特性？有哪些主要指標(biāo)？答：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時，傳感器的答：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第1 1章章|1.11 1.11 試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度：1)1)理論（絕

6、對）線性度，給定方程為理論（絕對）線性度，給定方程為y=2.0 x;y=2.0 x;2)2)端點(diǎn)線性度；端點(diǎn)線性度；3)3)最小二乘線性度。最小二乘線性度。下頁下頁上頁上頁返回返回x123456y2.204.005.987.910.1012.05圖庫圖庫第第1 1章章|1.111.11解：解： 理論線性度：理論線性度： 端點(diǎn)線性度：端點(diǎn)線性度： 由兩端點(diǎn)做擬和直線由兩端點(diǎn)做擬和直線 中間四點(diǎn)與擬合直線誤差：中間四點(diǎn)與擬合直線誤差：0.17 0.16 0.21 0.080.17 0.16 0.21 0.08 所以，所以，%4 . 005.126205.12%100maxFSLyL23. 097.

7、 1xy下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫%74. 105.1221. 0%100maxFSLyL第第1 1章章|1.111.11最小二乘線性度：最小二乘線性度：所以，所以，98. 110541.208212191623.422154.1826)(22iiiiiixxnyxyxnk09. 010559. 9212191654.1822123.4291)()(222iiiiiiixxnyxxyxb09. 098. 1xbkxy下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第1 1章章13. 01)(bkxyiii07. 0105. 0205. 0311. 0411. 0508. 06%09. 005.1211

8、. 0%100m axFSLyL)(bkxyiii07. 0105. 0205. 0311. 0411. 0508. 06%09. 005.1211. 0%100maxFSLyL|1.111.11)(bkxyiii07. 0105. 0205. 0311. 0411. 0508. 06%09. 005.1211. 0%100maxFSLyL下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫%08. 105.1213. 0%100maxFSLyL第第2 2章章|2.2 2.2 如圖如圖F1-1F1-1所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不所示電路是電阻應(yīng)變儀中所用的不平衡電橋的簡化電路，圖中平衡電橋的簡化電路，圖中R R

9、2 2=R=R3 3=R=R是固定電阻，是固定電阻，R R1 1與與R R4 4是電阻應(yīng)變片，工作時是電阻應(yīng)變片，工作時R R1 1受拉，受拉，R R4 4受壓，受壓， R表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的變化量。表示應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變后，電阻值的變化量。當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時當(dāng)應(yīng)變片不受力，無應(yīng)變時R=0，橋路處于平，橋路處于平衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去了衡狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變片受力發(fā)生應(yīng)變時，橋路失去了平衡，這時，就用橋路輸出電壓平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應(yīng)變片表示應(yīng)變片應(yīng)變后的電阻值的變化量。試證明應(yīng)變后的電阻值的變化量。試證明: U Ucdcd=-(E/2)(R/R)=-(

10、E/2)(R/R)下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.22.2證：證： 略去略去 的第二項，即可得的第二項，即可得RRR1RRR4cdUUUdbcbERRRRERRRRERRRR2242RRREUcd2下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.32.3說明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片說明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？有哪些主要特性參數(shù)？答：答：金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、粘結(jié)劑、引線。分為金屬絲式和箔式。蓋層、粘結(jié)劑、引線。分為金屬絲式和箔式。 其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效

11、應(yīng)、機(jī)械其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應(yīng)特性。命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應(yīng)特性。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章| 2.5 2.5 一個量程為一個量程為10kN10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm,20mm,內(nèi)徑內(nèi)徑18mm,18mm,在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個沿周向粘貼，應(yīng)在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為變片的電阻值均為120

12、120,靈敏度為靈敏度為2.0,2.0,波松比為波松比為0.3,0.3,材料彈性模量材料彈性模量E=2.1E=2.110101111PaPa。要求：。要求：1)1) 繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；2)2) 計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化；計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化；3)3) 當(dāng)橋路的供電電壓為當(dāng)橋路的供電電壓為10V10V時，計算傳感器的輸出時，計算傳感器的輸出電壓。電壓。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.52.5解：解：圖 2-32(c)圓桶截面積622107 .59rRA應(yīng)變片 1,2,3,4 感受的是縱向應(yīng)變,有x4

13、321應(yīng)變片 5,6,7,8 感受的是縱向應(yīng)變,有y8765下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.52.5解：解：下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.52.5KURRRRRUU4462516251AEFKUKUKUxyx12122其中 A 為圓桶的截面積,為泊桑比,E 為彈性模量,F 為外加負(fù)載力,K 為靈敏系數(shù).下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.52.5滿量程時：滿量程時：191. 0120101 . 2107 .5910100 . 211634321RAEFKRKRRRRx057. 0191. 03 . 018765RRRRRAEFKUU12

14、FF64610037. 1101 . 2107 .593 . 010 . 2210下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章|2.9 2.9 應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么？溫度誤差的方法是什么？答：答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)t及柵絲與試件膨脹系數(shù)（sg與）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時會產(chǎn)生與真實應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。方法：自補(bǔ)償法 線路補(bǔ)償法下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第2 2章章| 2.10 2.10 今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應(yīng)今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應(yīng)變片，組成

15、全橋，如圖變片，組成全橋，如圖F1-5F1-5所示。該梁在其懸臂梁一端所示。該梁在其懸臂梁一端受一向下力受一向下力F=0.5N,F=0.5N,試求此時這四個應(yīng)變片的電阻值。已試求此時這四個應(yīng)變片的電阻值。已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù)知：應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.1;K=2.1;應(yīng)變片空載電阻應(yīng)變片空載電阻R R0 0=120=120。下頁下頁上頁上頁返回返回cmWcmlFWEtxlx625)(62lxPaEmmt21107035圖庫圖庫|2.102.10解：解：10. 0)003. 0(107006. 05 . 0)225. 025. 0(66252WEtFxlx2 .2510. 01201 . 20 x

16、kRR2 .1452 .25120031RRRR8 .942 .25120042RRRR下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第3 3章章|3.1 3.1 電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理是什么？是什么？答：答：種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器磁式、感應(yīng)同步器 原理：自感、互感、渦流、壓磁原理：自感、互感、渦流、壓磁下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|3.2 3.2 推導(dǎo)差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極推導(dǎo)差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。式相比較。答：答：差動式靈敏度：差動式靈敏

17、度：000202lSWL122)( 2000002000200020llllSWlSWllSWLLL .1220000lllllLS下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫單極式傳感器靈敏度：單極式傳感器靈敏度：比較后可見靈敏度提高一倍，非線性大大減少。比較后可見靈敏度提高一倍，非線性大大減少。.120000lllllLS|3.2 3.2 推導(dǎo)差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極推導(dǎo)差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極式相比較。式相比較。答：答：000202lSWL下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫)(1100001lllllllLL, l 02000200012)(2lWSllWSLLL12000200l

18、lllWSlllL00lll0對上式作線性處理，對上式作線性處理，忽略高次項忽略高次項llLL00100lLlLS.3020001 llllllLL時，當(dāng)10ll泰勒級數(shù)：忽略高次項忽略高次項,單極式傳感器靈敏度：單極式傳感器靈敏度： .120000lllllLSv 差動式原理：差動式原理： 差動變隙式由兩個相差動變隙式由兩個相同的線圈和磁路組成。同的線圈和磁路組成。 當(dāng)被測量通過導(dǎo)桿使當(dāng)被測量通過導(dǎo)桿使銜鐵上下位移時，兩個回銜鐵上下位移時，兩個回路中磁阻發(fā)生大小相等、路中磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，形成差方向相反的變化，形成差動形式。動形式。 .13020001llllllLL .13

19、020002llllllLL)(202001llWSL)(202002llWSL002lLS .250300012llllllLLLL第第3 3章章|3.4 3.4 分析分析變間隙式變間隙式電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？并說明如何改善？答：答：從上式可知從上式可知L與與之間是非線性關(guān)系之間是非線性關(guān)系,銜鐵位移引起銜鐵位移引起的氣隙變化的氣隙變化,原因是改變了空氣隙長度原因是改變了空氣隙長度變間隙式電感傳感器的測量范圍變間隙式電感傳感器的測量范圍L0與靈敏度與靈敏度S及線及線性度相矛盾性度相矛盾, 為了減小非線性誤差為了減小非線性誤差, 實際測量中廣實

20、際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。泛采用差動變隙式電感傳感器。改善方法是讓初始改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加，空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加，這樣的話最好使用差動式傳感器，其靈敏度增加非線這樣的話最好使用差動式傳感器，其靈敏度增加非線性減少。性減少。 .1220000lllllLS下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫lswRwLm20022第第3 3章章|3.5 3.5 圖圖F1-7F1-7所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設(shè)鐵心及銜鐵的相對磁

21、導(dǎo)率為及銜鐵的相對磁導(dǎo)率為10104 4，空氣的相對磁導(dǎo)率，空氣的相對磁導(dǎo)率為為1 1，真空的磁導(dǎo)率為，真空的磁導(dǎo)率為4 41010-7-7H Hm m-1-1, ,試計算氣試計算氣隙長度為零及為隙長度為零及為2mm2mm時的電感量。圖中所注尺寸時的電感量。圖中所注尺寸單位均為單位均為mm.mm.下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第3 3章章|3.53.5解：解：mRIW，mRWIWIL2又niiiimRRSlSlR100002256. 1003. 0010. 010045. 0003. 0015. 010016. 0003. 0002. 010045. 04441niiiiSlR下頁下頁上頁

22、上頁返回返回圖庫圖庫第第3 3章章|3.53.507. 71530104002. 02270000SlRHRWL422102 . 3256. 1200HRRWL3202108 . 407. 7256. 1200空氣氣隙為零時：空氣氣隙為2mm時：下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第3 3章章|3.7 3.7 簡述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能簡述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場合。的應(yīng)用場合。|答：答：電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng)P62P62，有有高頻反射式、低頻透射式高頻反射式、低頻透射式電渦流傳感器兩種電渦流傳感器兩種，應(yīng)用場合：利用高頻反射測量，應(yīng)用場合：利用高頻反射測量金屬物體的

23、位移、振動等參數(shù)的測量；金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量；有低頻透射渦流有低頻透射渦流測厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運(yùn)動軌跡軌跡儀。測厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運(yùn)動軌跡軌跡儀。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第3 3章章|3.8 3.8 簡述壓磁效應(yīng)，并與應(yīng)變效應(yīng)進(jìn)行比較。簡述壓磁效應(yīng)，并與應(yīng)變效應(yīng)進(jìn)行比較。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫答：答：壓磁效應(yīng)：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力的作壓磁效應(yīng)：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起磁導(dǎo)率的改用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起磁導(dǎo)率的改變的現(xiàn)象。只有在一定條件下壓磁效應(yīng)才有單位特變的現(xiàn)象。只有在一定條件下壓磁效應(yīng)才有單位特性，但不是

24、線性關(guān)系。性，但不是線性關(guān)系。 應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相應(yīng)發(fā)生變化。在電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻的相對變化與應(yīng)變成正比。相對變化與應(yīng)變成正比。第第4 4章章| 4.1 4.1 推導(dǎo)差動式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳推導(dǎo)差動式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。感器相比較。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|解：差動式電容傳感器的靈敏度解：差動式電容傳感器的靈敏度: : 單極式電容傳感器：單極式電容傳感器： 可見差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，可見差動式電容傳感器的靈

25、敏度比單極式提高一倍，而且非線性也大為減小。而且非線性也大為減小。 40200040202050300302030200000000121221111dddddcdddddsdckdddddddsdddddddddddddsdddsdddsddsddsCCCe 4020001dddddcdcke第第4 4章章|4.2 4.2 根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，根據(jù)電容傳感器的工作原理說明它的分類，電容傳感器能夠測量哪些物理參量？電容傳感器能夠測量哪些物理參量？下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫答：原理：由物理學(xué)知，兩個平行金屬極板組成的電容器。答：原理：由物理學(xué)知，兩個平行金屬極板組成的電容

26、器。如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為C=S/d 式中式中為兩個極為兩個極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個極板對有效面積，為兩個極板對有效面積，d為兩為兩個極板間的距離。個極板間的距離。由此式知，改變電容由此式知，改變電容C的方法有三：的方法有三： 其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)；其二為改變形成電容的有效其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數(shù)的輸面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數(shù)的輸出為電容值的增量出為電容值的增量 這就組成了電容式傳感器。這就組成了電容式傳感器。第第4 4章章|4.24.

27、2 類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器、變介電常數(shù)型電容傳感器。器、變介電常數(shù)型電容傳感器。 電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量。還可用來測量壓力、差轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、料的涂層、油膜厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等厚度等 C下

28、頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第4 4章章|4.4 4.4 總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場合總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場合以及使用中應(yīng)注意的問題。以及使用中應(yīng)注意的問題。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫4.4答：答：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a溫度穩(wěn)定性好溫度穩(wěn)定性好 b結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng) c動響應(yīng)好動響應(yīng)好 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：a可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng) b輸出阻抗高、負(fù)載能力差輸出阻抗高、負(fù)載能力差 c寄生電容影響大寄生電容影響大第第4 4章章|4.44.4輸出特性非線性：輸出特性非線性： 電容傳感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測量的電容傳

29、感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測量等方面得到了振動、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。 使用時要注意保護(hù)絕緣材料的的絕緣性能；消除使用時要注意保護(hù)絕緣材料的的絕緣性能；消除和減小邊緣效應(yīng)；消除和減小寄生電容的影響；防和減小邊緣效應(yīng)；消除和減小寄生電容的影響；防止和減小外界的干擾。止和減小外界的干擾。下頁下頁上頁上頁下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|4.5 4.5 試推導(dǎo)圖試推導(dǎo)圖F1-8F1-8所示變電介質(zhì)電容式位移傳感所示變電介質(zhì)電容式位移傳感

30、器的特性方程器的特性方程C=f(x)C=f(x)。設(shè)真空的介電系數(shù)為。設(shè)真空的介電系數(shù)為0 0, , 2 21 1 ，以及極板寬度為，以及極板寬度為W W。其他參數(shù)如圖。其他參數(shù)如圖F1-8F1-8所示。所示。解：（自己推到）解：（自己推到）下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫xwddwxl C1020102120 解：如圖（解：如圖（1）所示的變介電質(zhì)電容式傳感器的結(jié)構(gòu)可等效）所示的變介電質(zhì)電容式傳感器的結(jié)構(gòu)可等效為圖（為圖（2）。）。 此變介電質(zhì)電容式傳感器的電容此變介電質(zhì)電容式傳感器的電容C可看作左半部分電容和可看作左半部分電容和右半部分電容并聯(lián)，而左半部分電容介電質(zhì)為，極板間距右半部分電容

31、并聯(lián)，而左半部分電容介電質(zhì)為，極板間距為，電容量記為為，電容量記為C1，右半部分又可看作電介質(zhì)為，極板間，右半部分又可看作電介質(zhì)為，極板間距為的電容距為的電容C2和介電質(zhì)為，極板間距為的電容和介電質(zhì)為，極板間距為的電容C3相串聯(lián)。相串聯(lián)。 所以有所以有:下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫312111CCCC下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫xwddwxl C1020102120 xwC101dwxlC)(210dwxlC)(320整理得整理得 312111CCCC將將C1、C2、C3代入：代入：第第4 4章章|4.7 4.7 簡述電容式傳感器用差動脈沖調(diào)寬電路的工簡述電容式傳感器用差動脈沖調(diào)寬電路

32、的工作原理及特點(diǎn)。作原理及特點(diǎn)。并繪制并繪制C、D及低通濾波器的輸出及低通濾波器的輸出電壓波形電壓波形 。|（P90P90）下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫答：工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即答：工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即Cx1=Cx2=C0且且A點(diǎn)為高電平，即點(diǎn)為高電平，即UA=U,UB=0。此時此時UA經(jīng)過經(jīng)過Rl對對Cx1充電，使電容兩極板間的電壓按指充電，使電容兩極板間的電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)UcE時，比較器時，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出端呈負(fù)翻轉(zhuǎn)，輸出端呈負(fù)電平，觸發(fā)器也跟著翻轉(zhuǎn)，電平，觸發(fā)器也跟著翻轉(zhuǎn)，Q端端(即即A點(diǎn)點(diǎn))由高電

33、平降為低由高電平降為低電平，同時電平，同時B點(diǎn)電壓點(diǎn)電壓(即即)由低電平升為高電平；此時，由低電平升為高電平；此時，Cx1上充有電荷將經(jīng)二極管上充有電荷將經(jīng)二極管D1迅速放電。由于放電時間迅速放電。由于放電時間常數(shù)極小，常數(shù)極小，Uc迅速降為零，這又導(dǎo)致比較器迅速降為零，這又導(dǎo)致比較器A1再翻轉(zhuǎn)成再翻轉(zhuǎn)成輸出為正。輸出為正。從觸發(fā)器輸出端升為高電平開始，從觸發(fā)器輸出端升為高電平開始，UB即經(jīng)過即經(jīng)過R2按指數(shù)規(guī)按指數(shù)規(guī)律對律對Cx2充電，充電，D點(diǎn)電位開始上升，當(dāng)點(diǎn)電位開始上升，當(dāng)UDE時，比較器時，比較器A1翻轉(zhuǎn)，其輸出端由正變?yōu)樨?fù)，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，其輸出端由正變?yōu)樨?fù)，使觸發(fā)器FF又一次翻轉(zhuǎn)，

34、又一次翻轉(zhuǎn)，使端為低電平，使端為低電平，Q端為高電平于是充在端為高電平于是充在Cx2上的電荷經(jīng)上的電荷經(jīng)D2放電，放電， D點(diǎn)電壓迅速降為零，點(diǎn)電壓迅速降為零，A2復(fù)原，同時復(fù)原，同時A點(diǎn)的高點(diǎn)的高電位開始經(jīng)電位開始經(jīng)Dl對對Cx1充電，又重復(fù)上述過程。充電，又重復(fù)上述過程。 波形如右圖所示：波形如右圖所示：第第5 5章章|5.1 5.1 答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。換為電信號的一種傳感器。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。量的一種裝置。 磁電式傳感器具

35、有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點(diǎn)。磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點(diǎn)。而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動態(tài)態(tài)信號檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。測量。 磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速。位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫5.1 磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測量哪些物理參數(shù)？器主要用于測量哪些物理參數(shù)？|5.25.2答

36、：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。轉(zhuǎn)速等。 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補(bǔ)償方法：溫度補(bǔ)償方法： a a分流電阻法：分流電阻法： 適用于恒流源供給控制電流的情況。適用于恒流源供給控制電流的情況。 b b電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫5.2 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等霍爾元件能夠測量哪

37、些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？位電勢的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？|5.35.3答：一塊長為答：一塊長為l l、寬為、寬為d d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I I流過流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢U Uh h。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N N型半導(dǎo)體材型半導(dǎo)體材料，且比較薄。料，且比較薄。 霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但霍爾式傳感器轉(zhuǎn)

38、換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅固、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅固、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范圍（輸出電勢變化）大、無觸點(diǎn)，使用壽命長、可圍（輸出電勢變化）大、無觸點(diǎn)，使用壽命長、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術(shù)、靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術(shù)、自動控制、電磁測量、計算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)自動控制、電磁測量、計算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫5.3 簡述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用簡述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場合。場合。|6.16.1答：某些電介質(zhì)在沿一

39、定的方向受到外力的作用變形時，答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱

40、為逆壓電機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。效應(yīng)。 壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機(jī)高分子聚合材料有機(jī)高分子聚合材料下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|6.1 6.1 什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓什么是壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？傳感器測量靜態(tài)壓力？第第6 6章章|6.16.1結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)： 在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓

41、電芯片構(gòu)成一個壓電組件。其中最常用的是多片壓電芯片構(gòu)成一個壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。出電荷，提高靈敏度。 使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系

42、差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第6 6章章|6.16.1 因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動態(tài)測量。態(tài)測量。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第6 6章章|6.2 6.2 為什么壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬為什么壓電傳感器通常都用來測

43、量動態(tài)或瞬態(tài)參量？態(tài)參量？|6.26.2答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄露，無法進(jìn)行測量。所以壓電傳感器通常都用來測露，無法進(jìn)行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量。量動態(tài)或瞬態(tài)參量。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫第第7 7章章|7.17.1答：當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的答：當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。

44、這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|7.1 什么是光電效應(yīng)？什么是光電效應(yīng)？第第8 8章章|8.18.1答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型：答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型： 鉑電阻傳感器：特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性鉑電阻傳感器：特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計使用，也常被用能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。 銅電阻傳感器：價錢較鉑

45、金屬便宜。在測溫范銅電阻傳感器：價錢較鉑金屬便宜。在測溫范圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易提純，價格便宜。不足之處是測量精度較鉑電阻稍提純，價格便宜。不足之處是測量精度較鉑電阻稍低、電阻率小。低、電阻率小。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫8.1 熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用在什么不同場合？在什么不同場合？第第8 8章章|8.18.1 鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的

46、電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度高的電阻溫度計，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性高的電阻溫度計，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫度的線性關(guān)系差。目前應(yīng)用不多性關(guān)系差。目前應(yīng)用不多下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫|8.28.2答：答：熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）熱電動勢：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A A、B B串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，串接成一個閉合回路，并使兩個結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會存在熱電勢。有電流產(chǎn)生

47、相應(yīng)的熱電勢那么回路中就會存在熱電勢。有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無關(guān)。尺寸無關(guān)。 溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不溫差電動勢：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢。同而產(chǎn)生的一種電勢。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫

48、|8.2 什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因偶測溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測溫的誤差因素，并說明減小誤差的方法素，并說明減小誤差的方法。第第8 8章章|8.28.2 熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的 熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在成一個閉合回路時，若兩個結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。回路中將會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。 兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動勢就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大當(dāng)?shù)臏y量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大小。小。 熱電偶三定律：熱電偶三定律： a a 中間導(dǎo)體定律：中間