傳感器原理及應(yīng)用-第三版-(王化祥-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:答：傳感器在被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出量和輸入量之間的關(guān)系稱(chēng)為傳感器的靜態(tài)特性；其主要指標(biāo)有線性度、靈敏度、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。2：答：(1)動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性：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。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)量范圍的百分?jǐn)?shù)，即A=A/Yfs*100%4；答：(1)：傳感器標(biāo)定曲線與擬合直線的最大偏差與滿量程輸出值的百分比叫傳感器的線性度；(2)擬合直線的常用求法有：端基法和最小二乘法。1-5：答

2、：由一階傳感器頻率傳遞函數(shù)w(jw)=K(l+jG)t),確定輸出信號(hào)失真、測(cè)量結(jié)果在所要求精度的工作段，即由B/A二K/(l+(3T)從而確定3,進(jìn)而求出f二3/(231).1-6：答：若某傳感器的位移特性曲線方程為yao+ajx+a.xajx3+讓另一傳感器感受相反方向的位移，其特性曲線方程為72=30-31X4-32x2-33X4-，則A尸y】一y2=2(aix+a3x3+a5x5)，這種方法稱(chēng)為差動(dòng)測(cè)量法。其特點(diǎn)輸出信號(hào)中沒(méi)有偶次項(xiàng)，從而使線性范圍增大，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：Yfs=200-0=200由A=AA，Yfs*100%有A=4/2

3、00*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/AyFS*100%,由題意可知：A=1.5%,Y=100所以AA=AYPS=1.5因?yàn)?.41.5所以合格。1_9：解：Ahmax=10398=5丫陽(yáng)=2500=250故6h=hmax/YFS*100%=2%故此在該點(diǎn)的遲滯是2%。10：解：因?yàn)閭鞲衅黜憫?yīng)幅值差值在10%以?xún)?nèi)，且WtWO.5,WWO.5/t,而w=2nf,所以f二0.5/2兀t=8Hz即傳感器輸入信號(hào)的工作頻率范圍為0s8Hz1一11解：(1)切線法如圖所示，在x二0處所做的切線為擬合直線，其方程為：Y=a：)+KX,當(dāng)x二0時(shí)，Y=l,故a=

4、l,又因?yàn)閐Y/dx=l/(2(l+x)1/2)U=1/2=K故擬合直線為：Y=l+x/2最大偏差A(yù)Ymax在x二0.5處，故Ymax=l+0.5/2-(1+0.5)山=5/4(3/2)1/2=0.025Y=(1+0.5/2)-1=0.25故線性度5L=AYmax/Yre*100%=0.025/0.25*100%=0.10*100%=10%端基法：設(shè)Y的始點(diǎn)與終點(diǎn)的連線方程為Y=a+KX因?yàn)閤=0時(shí),Y=l,x=0.5時(shí),Y=l.225,所以aG=l,k=0.225/0.5=0.45而由d(y-Y)/dx=d(1+x)12-(l+0.45x)/dx=-0.45+1/(2(1+x)1)=0有-0

5、.9(1+x)1+l=0(1/0.9)1+xx=0.234AYmax=(1+x)-(l+045x)|g二111一11053=0.0047Yre=1+0.45*0.5-1=0.225Sl鐘=Ymax/Y-s*100%=0.0017/0.225*100%=2.09%最小二*法Xx00.10.20.30.10.5Yx11.0481.0951.1101.1831.225xf00.010.040.090.160.25XiYi00.10480.2190.3420.4730.612求合XiYi1.751Xi的合1.5Xi平方的合0.55Yi的合6.691Xi合的平方2.25(“)2-必:由公式爲(wèi)=1.751

6、*1.5-6.691*0.552.25-6*0.552.6265-3.68-1.05=1.0034,6.691*1.5-6*1.75110.0365-10.506k=0.46952.25-6*0.55-1.051.0034+0.4695*才由d(y-Y)/dx=d(1+x)山-(10034+0.4695*x)/dx二-04695+1/(2(1+x)1/2)=0有x=l/(0.939)T二0134AYmax=(1+x)0034+0.4695x)丨口知=1065-1.066二-0001Yre=L0034+0.4695x-l.0034=0.235l二也=Ymax/丫出*100%=0.001/0.23

7、5*100%=0.0042*100%=0.42%1一12:解：此為一階傳感器，其微分方程為ajdy/dx+a0y=b0 x所以時(shí)間常數(shù)T=a/a二10sK=b/a0=5*106V/Pa13：解：由幅頻特性有:1-COCDoWo丿1-600(1000丿丿+4*0.76001000CO2(p(co)=-arctan1-CD1J(0.64)2+0.7056=-arctan2*0-7*-6=-arctanl.31251-0.360.947COo14:解：由題意知:max因?yàn)樽钚☆l率為W=o,由圖114知，此時(shí)輸出的幅頻值為|H(jv)即|H(jw)|=KI3%刀(”)LI/K=l,1一0.97AR的情

8、況下，橋路輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系：第一對(duì)稱(chēng)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(chēng)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(chēng)電橋。2-7：解：已知R=120Q,K=2.05,e=800um/m由*K=zXR，R=800*2.05*10-6=1.64*10-3R=1.64*10-3*120=0.1968QU=EK/4二3*1.64*10-3/4=1.23*10-3（v）28：解:此橋?yàn)榈谝粚?duì)稱(chēng)電橋，由2-25式有Ug=E（Ri+ARi）R4-（R2+AR2）R3）/（Ri+R1+R2+R2）2*R3）（

9、令R3=Rj）=E（ARi/R-AR2.H）/（2（2+AR1/R+ARVR）=EAR1/R（1+U）/（2*（2+（1U）AR1/R）=15.397/2=7.7（mv）9：解：(1)Ug=E(Ri+ARi)(R3+AR3)一(R2+AR2)(R4+AR4)/(R1+AR1+R2+AR2XR3+AR3+R4+AR4)=EARi/R+R3/R-AR2/R-AR4/R/(2+R】/R+R*R)(2+AR3/R+AIU/R)=2E1+uAR/R/2+(1*U)AR/R22.6*10s=2*2*l.3*AR/R/2+0.7*AR/R22+0.7*AR/R2=2*103AR/R=4+2.8AR/R+(A

10、R/R)20=4(2000-2.8)R/R+(AR/R)2(RR998.6)2=99&AR/R=0.0020028059=R/R/K=0.0010014er=-Me=-3*10*(2):F=ES=0.001*2*10 xl*0.00196=3.92*1010: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、&靠近圓片邊緣處且沿徑向貼。位置在使一t即8rl4222二”+3牙=”二才=|r=0.8165/-(2)(3)3A1-/42)/8*3*0.1*10*=7.5*lQ-4(/=0.5)Ug=EeK=9(mv)Ugt=E(Ri+ARlt)(R3+AR3t)一(R2+AR

11、2t)(R4+AR4t)/(ARh+R2+AR2t)(R3+R3t+R4+AR4t)=0Ug=EKe成線性關(guān)系11解:(1)(2)AR.R=K=K*6bp/Ewt:=2*6*10*9.8*0.1/2*10呀25*10件.02=1.176*10“Ug=UeK=6*l.176*10=7.056(mv)有，原因同2-10題。12：解由2-26式，2-63有：Sr=(1+)f-(3+)才1.28*=3*O.1*1Q6*(5*10巧-3.28*(4.17*10胡8*(0.15*10一于=_416那。6(5/=+)/-(1+3)牙1.28*=3*O.1*1Q6*=0(5*10-*-(1+3*0.28)*(

12、4.17*103J滬(0.15*10巧-11（2）對(duì)P型si電阻條在011和01方向余弦分別為：li=O,mi=了=,ni=了=,b=0,m2=,112=-J=o河T以近V2兀/=兀11一2（兀1】-兀12一兀44（人加1）+（人1）+（加1）_7T11+兀12+7T44_6.61.1+13&1_?82271r=7T12+2(7Tu71n-71+(2刀1)+(加1刃2)=7T11一兀44=一122+13.8=-88.4兀5+兀0廣一718*l()f416*l()J2986*l(f等=兀6+兀力廣一8&4*1011*41.6*1。律3.677*1(fRZ2-13：解110晶向?qū)嶋H上是在（110）

13、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：11妙1中12沖工2數(shù)值見(jiàn)王化祥P39，所x=TTii2-14：解根據(jù)P41的討論知，瘵四個(gè)徑向電阻分別兩兩安裝在0.635r半徑的外則的內(nèi)則，并安放在電阻長(zhǎng)度范圍內(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相等的壓應(yīng)變和拉應(yīng)變?nèi)缓笤賹⑺鼈兘映苫菟雇姌蚣纯伞?5：解(l)Uc/Ub=2Ud，5=2Uc/Ub=42_16：解：FhUg=E(Ri+ARi)(R4+AR4)一(R2R3)/(Ri+ARi+R?)(R4+AR4+R3)和橋路x=此電路具有最高的靈敏度，在RR的情況下也能進(jìn)行

14、溫度補(bǔ)償。2-17：答：壓阻式傳感器電橋恒壓供電可以實(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。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?xún)蓛煞謩e分布在0.6351的兩邊，使其平均應(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)變等大反向就可以了。(2)x=x=1+“)”_(3+“)牙=診(1+)/-(3+)才(1+“)”=(3+“)牙第三章電容式傳感器習(xí)題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)量范圍人。金屬應(yīng)變絲由于應(yīng)變極限的限制，AMR般低于1%,。而半導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá)20%,電容傳感器

15、電容的相對(duì)變化屋可大于100%；靈敏度高。如用比率變壓器電橋可測(cè)出電容，其相對(duì)變化量可以大致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)量。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、陶瓷等）作絕緣支承，因此電容式傳感器能承受很人的溫度變化和各種形式的強(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：寄生電容影響較人。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泄漏電容。寄生電容的存在不但

16、降低了測(cè)屋靈敏度，而且引起非線性輸出，甚至使傳感器處F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)具有非線性輸出特性。2分布和寄生電容的存在對(duì)電容傳感器有什么影響？一般采取哪些措施可以減小其影響。答：改變傳感器總的電容量，甚至有時(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電屏蔽措施和電纜驅(qū)動(dòng)技術(shù)。3如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？答：采用可以差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，可以使非線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級(jí)。4：答：驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)是指?jìng)鞲衅髋c后邊轉(zhuǎn)換輸出電路間引線采用雙層屏蔽電纜，而且具內(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，

17、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(chēng)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寄生電容。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放大器的負(fù)載，所以，該1:1放大器是一個(gè)具有極高輸入阻抗(同相輸入)、放大倍數(shù)為1、具有容性負(fù)我的同性放大器。這種“驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)”的線路比較復(fù)雜，要求也比較高，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)5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：、D、D：對(duì)差動(dòng)C、C2充放電，在雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩

18、輸出端各自產(chǎn)生一寬度受Ci、C2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，而且具有線形輸出特性。此外調(diào)寬線路還具有如下特點(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100KHZ-1NIHZ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。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

19、構(gòu)成差動(dòng)式電容傳感器。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。8如圖3-6所示平板式電容位移傳感器。已知：極板尺寸,間隙=0.5，極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度：若極板沿丫方向移動(dòng)2mm,求此時(shí)電容量。解：由(34)式有K=a=.4*40=o.7O7(M/c)a0*3.6*兀*夕4*0*3.6*3.14*0.5*0C=.】*4=o142()3.6*兀*夕4*0*3.6*3.14*0.5*03-9

20、如圖3-7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,上下遮蓋長(zhǎng)度各為1mm時(shí)，試求電容值6；和Q。當(dāng)供電電源頻率為60kHz時(shí)，求它們的容抗值。解：因?yàn)橐粡阰.C1C2nI?R、2*3.14*8.85*1012*1*1=_2.1SPFiioIn9.S一=亍=9.65046*1()9=9.65046&Q5/C2*3.14*60*10*2.75*10一3-10如圖3-8所示,=&=0.25,在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變極距電容傳感器，己知原始極距極板直徑刀=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=51代2的電阻后作為電橋的兩個(gè)橋臂

21、，并接有效值為乙；=60/的電源電壓，其頻率為/=400,電橋的另兩橋臂為相同的固定電容（?=0.001/170試求該電容傳感器的電壓靈敏度。若厶5=10“加時(shí)，求輸出電壓有效值。解：等效電路為：（乙2+乙3）（乙+乙）Usc=E=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DK=4C=C_C=C5d_dTT1?K=0.702(/PF)C1.707(D、（D遼丿d=1.7077dY3-11解：（1）無(wú)云母C=xJO-S6.8PF為空氣部分與介質(zhì)部分串聯(lián)，即+刁丿=C2=15L97/77DAxnrCC86.8?10CiQ-Ci_0.175丄匕GoGo86-8=86.8-

22、99.2=o.428=14.28%86.8J_=J_+J_=c空c介870.075-C=194-578,2xjn-30.1rvaa=0.2796=28%152312解:zpc27trdrC=I=I空J(rèn)odJ。y16$/16$/16C_C-C2_152-194.513：解：由3-12式知一礦丁一療3-14解：零點(diǎn)遷移電容應(yīng)該是指容器中全部為氣體時(shí)的電容值叱尸氣=1327*2*20*10一“=230.07S_8.85*10=7.08*109=7.08件/）!4.2In3燈0叱液=畔（”“）=2T2O*io111d滿量程電容值指CnUX=全部為液體時(shí)的電容值一全部為氣體時(shí)的電容值-12y4.2Inz

23、j3*10315解：將3-50式Cl和3-51式Ch代入(39.82-13.27)=460.32xx_xr-CrCnT_CCoCKCo_CoTClChS(寫(xiě))2Az!1又因?yàn)槭遣顒?dòng)輸出，所以U/e=|ecvc22C】由2-23式也可以求出同樣的結(jié)果。3-17：解：當(dāng)電源為正半周時(shí)Di、D3導(dǎo)通，D?、D?截止，E2-*Di-*C-對(duì)Ch充電通過(guò)Ce的電荷為：qi=Co(E2E】)IfCEfBD3fD對(duì)Co充電；電源在負(fù)半周時(shí)，D?、D?導(dǎo)通,D1、D3截止，Ch-C-D2-B-CeA放電通過(guò)Ce的電荷為:q2=CH(E2-Ei)CoDfD4fA放電所以在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)Ce的凈電荷量為q=(q2

24、-qi)=(CH-Cx)(E2-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)(E2-Ei)所以，在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)M表的電流的平均值為：1=坷=(Ch-Cx)(E2-Ei)*fACxAE*f,式中f為電源的頻率。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)非電量電測(cè)的一種裝置。根據(jù)轉(zhuǎn)換原理不同，可分為自感式和互感式兩種：根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同，可分為氣隙型和螺管型兩種,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。2：答：差動(dòng)式電感傳感器是利用改變線圈的自感系數(shù)來(lái)工作的：而差動(dòng)變壓器式則是利用改變

25、原線圈與兩個(gè)次級(jí)差動(dòng)式副線圈的互感系數(shù)來(lái)工作的。3：答：由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)組不可能完全一致，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，從而使兩個(gè)次級(jí)繞組的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)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，線圈匝間電容的存在等因素，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)磁材料磁化曲線的非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵(lì)電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦（主要是三次諧波）磁通，從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非止弦磁通的產(chǎn)生過(guò)程。同樣可以分析，由于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危ㄒ喟沃C波）。1、基波分量2,高

26、次諧波消除方法：（1）、從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性：（2）、選用合適的測(cè)屋線路；（3）、釆用補(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）、由461式可知，增大初級(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)量范圍人，靈敏度高，結(jié)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二D（X,+XJ,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。相加后的電壓值與兩傳感器距離D對(duì)應(yīng)的設(shè)定電壓再相

27、減，就得到與板厚相対應(yīng)的電壓值。4-6：解：（1）對(duì)等臂電橋而言,R、=400,/,=30w/,0=2/*=2*3.14*400R=S5.32GUse=EZi(Z3+Z4)-Z3(Zi+Z2)/(Zi+Z2)(Z3+Z4)=0.2352(V)也可以Usc=E/2*Z/Z=4*10/85/2=0.234(V)4-7：答：PO=l/RmQ又.P=Pr,P并P.2):?3):?4-8：解：Rs=R4=Z=wL=2Jifl=80*n=251.2QUsc=E*AZ/Z=6*20/251.2=0.48(0電路圖可以參考圖4一7(b)o9：解:2000沫4*p*0*15汰0：L?=4水L=314H410：解

28、:AZ2ZU4z_U4R”2Z2R”,U4RUZ2心幾+Q4-11：(1)解當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，V1=V2,Uc=Ud,Ucd=O；當(dāng)銜鐵上移，V1V2,Ud0：當(dāng)銜鐵下移，V1VV2,UdUc,UcDV2,Ud0412：解：l)LA=Vmax/K=40/20=2mm9、2T=40msaT=20msaf=L=丄-漂1=50HZT20丄u413：解：步驟1、將(ro5=4mmHis=1.5mm，b=2mm,xi、2=20.2mm)代入475式得B|口.2=?B|x=i.s=?2、再由y=KX+b和B|心尸?B|日滬?代入求出K和b：3、=0求出X。再求出Bmax4心込二心“.67%YFSBx=

29、S方x=2.21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(chēng)為壓電效應(yīng)。（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)量電路的輸入電阻也不可能無(wú)窮大，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)。2：（1）當(dāng)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)生壓電電荷，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

30、作用下產(chǎn)生的電荷的壓電效應(yīng)稱(chēng)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(chēng)為“橫向壓電效應(yīng)”3:答：(1)壓電式傳感器前置放大器的作用：一是把壓電式傳感器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)。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。而電荷放大器的特點(diǎn)是能把壓電器件的高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電壓成正比，且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

31、計(jì)。4答：(1)并聯(lián)：C=2C,q二2q,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。串聯(lián):q二q,U二U,C=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)屋電路輸出阻抗很高的場(chǎng)合。55答：(1)電壓靈敏度是指單位作用力產(chǎn)生的電壓Ku=Uo/F電荷靈敏度是指單位作用力產(chǎn)生的電荷g=qa/F由qo，U尸C知，Kq=CKu511解：(1)Ux=dnFx/Cx=dnFxt/(eoerS)=2.31*10-12*9.8*0.005/(8.85*1012*4.5*5*10-4)=5.68(V)由5-20式知Um=Fmdn/(Cc+

32、Ca)=231*10_12*9.8/(4*1012+8.85*10_12*4.5*5*10_4/0.005)=2.835(V)g(i+A)Cfp警v=_wqZ總+QfJ+jc,+c：+(i+AJCf-Uie=AoVz由于右VvCf-tt=a()quC+Cr+(i+A)CA0T很大uc=一qCfuc(1+Ao)Cf=0.13%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。3：解：（1）因?yàn)闊犭娕嫉臒?/p>

33、電勢(shì)只有當(dāng)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。5（1）A：鉗錯(cuò)一鉗熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用銅一康銅B：線餡一線硅熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用銅一康銅C：線餡一考銅熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線用其本身D鉗佬30鉗佬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，二是價(jià)格便宜。76答：、電阻溫度系數(shù)大。熱容量小電阻率大，尺寸小在工作范圍內(nèi)，物理和化學(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

34、電阻兩種。10：解：E=at=5.267*600/5.257601.14（C）1：答：（1）在垂直于電流方向加上磁場(chǎng)，由于載流子受洛侖茲力的作用，則在平行于電流和磁場(chǎng)的兩端平面內(nèi)分別出現(xiàn)止負(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(chēng)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積最大，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。2：答：（1）不等位電勢(shì)的重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)機(jī)械修磨或用化學(xué)腐蝕的方法或用網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法校正。（2）在兩個(gè)控制電極間并聯(lián)一個(gè)電阻，使其滿足一2

35、6式，也可以用熱敏電阻按圖8-16進(jìn)行補(bǔ)償。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)的大小就反映了被測(cè)壓力的大小。4：解：由8-10式有Uh=KhIB=1.2*5*06=3.6（mV）由8-9式知n=l/edKH=l/（1.6*10-19*0.2*10-3*1.2）=2.6*1016（個(gè)M）87答：（1）分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類(lèi)；（2）：外光電效應(yīng)，利用物質(zhì)吸收光的能量大于物質(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)吸收光的能量大于

36、物質(zhì)的禁帶寬度，使物質(zhì)中的電子從健合態(tài)過(guò)度到自由狀態(tài)，而使物質(zhì)的電阻率減小的光電效應(yīng)。如光敏電阻。88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，光電池的輸出電流。（2）因?yàn)樨?fù)載電阻越小，光電流與光照強(qiáng)度的關(guān)系越接近線性關(guān)系，且線性范圍也越寬思考題與習(xí)題1說(shuō)明光導(dǎo)纖維的組成并分析其傳光原理。2光導(dǎo)纖維傳光的必要條件是什么？3光纖傳感器測(cè)量的基本原理是什么？光纖傳感器分為兒類(lèi)？舉例說(shuō)明。4試計(jì)算=1.48和=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)，最大入射角是多少？9-5有一個(gè)折射率的

37、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幾類(lèi)？舉例說(shuō)明其應(yīng)用場(chǎng)合？9-7光纖溫度傳感器的特點(diǎn)是什么？按組成形式可分為兒種類(lèi)型？舉例說(shuō)明。9-89-9說(shuō)明光纖多普勒流速計(jì)測(cè)量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章填空練習(xí)題綜合練習(xí)題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)傳感器的精度A含義是，根據(jù)精度等級(jí)概念，若測(cè)得某傳感器A=0.48%JlJ該傳感器應(yīng)定為級(jí)精度-傳感器線度3A含義是二二左竺j擬合刻度直線方法有切線法、端基法、最小二乘法三種。某電容式位移傳感器，當(dāng)被測(cè)位移

38、變化量ZX二50“刃，相應(yīng)輸出電容變化量ZXC二25PF,其平均靈敏度為;用切線法求得線性度為1%.若現(xiàn)采用差動(dòng)式電容結(jié)構(gòu),其靈敏度應(yīng)為T(mén)OC o 1-5 h z，用切線法求得線性度應(yīng)為.傳感器的最小檢測(cè)量是指而言，最小檢測(cè)量愈小則表示傳感器愈咼-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.為提高應(yīng)變片動(dòng)態(tài)測(cè)量精度，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)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，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)償方法有等.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

39、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-因此要釆用溫度補(bǔ)償措施,方法有等.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:通常采用消除和減小頒布電容的方法有等-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).Cl-C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為電源電壓,C1和C2為差C1+C2動(dòng)電容).則其具有的特點(diǎn)是具有溫度補(bǔ)償功能、靈敏度高、非線性誤差小。運(yùn)算法測(cè)量電容傳感器電路具有的特點(diǎn)是：.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4(1)差動(dòng)電感及差動(dòng)變壓器的位移一

40、電壓特性均為關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)線性輸出一特性，因而測(cè)位移存在移動(dòng)方向判斷問(wèn)題,解決此問(wèn)題的方法是采用相敏檢波電路.提高差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)電壓的措施有：等。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TOC o 1-5 h z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)，利用線圈變化進(jìn)行測(cè)量.（5）電渦流傳感器應(yīng)用方式可分為兩大類(lèi)：即按不同可分為和,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)，它的主要特點(diǎn)是目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,頻帶下限取決于壓電元件測(cè)量電路采用前置放大器的目的是：目前經(jīng)常應(yīng)用的

41、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0/2,為q,U為沁若改為兩片并接后，其總參數(shù)C為2C,qz為組,為（5）石英壓電元件的縱向壓電效應(yīng)是&方向的作用力，在垂直X軸的電極面上產(chǎn)生電.荷:而橫向壓電效應(yīng)是y方向的作用力在垂直于x軸的電極面上產(chǎn)生電荷.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）莫爾條紋的寬度氏由和決定。一般調(diào)節(jié)莫爾條紋寬度主要采用的方法是。（4）振弦式傳感器采用系統(tǒng),其輸出為信號(hào)。主要用

42、于檢測(cè)等參數(shù)。（5）振弦傳感器的固有頻率與弦線的等參數(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o（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。（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TOC o 1-5 h z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)匹端元件，一般可用于檢測(cè)磁場(chǎng);電流或電壓;功率等參

43、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(lèi)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。（4）光電池的原理是利用光生伏特效應(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，而短路電流與照度成線性效應(yīng)，所以光電池作為檢測(cè)元件時(shí)應(yīng)取短路電流的輸出形式。（5）濕敏元件工作電源要求采用信號(hào)源，其原因是。此外其測(cè)量電路還要采取和等措施。10-9（1）光纖傳光的原理是利用光在纖芯與包層之間界面的全反射來(lái)傳光的。光纖由纖芯和包層組成,其傳光的必要條件是入射光線的入射角的正弦値必須小于光纖的數(shù)值孔徑，即sin6iNA。（2）光纖傳感器可分為、和三類(lèi)。其檢測(cè)原理是。（3）光纖的數(shù)值孔徑NA是參數(shù)，對(duì)于光纖傳感