《現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表》第2版習(xí)題解答(孫傳友編)

嚴(yán)正聲明：孫傳友是高等教育出版社出版的《現(xiàn)代檢測技術(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，必將承擔(dān)侵權(quán)的后果和法律責(zé)任?！冬F(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表》第2版習(xí)題解答孫傳友編第1章1-1答：錢學(xué)森院士對新技術(shù)革命的論述中說：“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。信息技術(shù)由測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。測量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)”。如果沒有儀器儀表作為測量的工具，就不能獲取生產(chǎn)、科學(xué)、環(huán)境、社會等領(lǐng)域中全方位的信息，進(jìn)入信息時(shí)代將是不可能的。因此可以說，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)的重要組成部分。1-2答：同非電的方法相比，電測法具有無可比擬的優(yōu)越性：1、便于采用電子技術(shù)，用放大和衰減的辦法靈活地改變測量儀器的靈敏度，從而大大擴(kuò)展儀器的測量幅值范圍(量程)。2、電子測量儀器具有極小的慣性，既能測量緩慢變化的量，也可測量快速變化的量，因此采用電測技術(shù)將具有很寬的測量頻率范圍(頻帶)。3、把非電量變成電信號后，便于遠(yuǎn)距離傳送和控制，這樣就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動測量。4、把非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，不僅能實(shí)現(xiàn)測量結(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)對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)測量的微機(jī)化和智能化。1-3答：各類儀器儀表都是人類獲取信息的手段和工具。盡管各種儀器儀表的型號、原理和用途不同，但都由三大必要的部分組成：信息獲取部分、信息處理部分、信息顯示部分。從“硬件”方面來看，如果把常見的各類儀器儀表“化整為零”地解剖開來，我們會發(fā)現(xiàn)它們內(nèi)部組成模塊大多是相同的。從“軟件”方面來看，如果把各個(gè)模塊“化零為整”地組裝起來，我們會發(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，常見的各類儀器儀表盡管用途、名稱型號、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，它們共同的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)質(zhì)就是“檢測技術(shù)”。常見的各類儀器儀表只不過是作為其“共同基礎(chǔ)”的“檢測技術(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。如果把傳感器稱為變換器，那么敏感器則可稱作預(yù)變換器。敏感器與傳感器雖然都是對被測非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但敏感器是把被測非電量轉(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，國內(nèi)常規(guī)（常用）的檢測儀表與系統(tǒng)按照終端部分的不同，可分為以下三種類型：1、普通模擬式檢測儀表基本上由模擬傳感器、模擬測量電路、和模擬顯示器三部分組成，如題1-5圖1所示。題1-5圖12、普通數(shù)字式檢測儀表基本上由模擬傳感器、模擬測量電路、和數(shù)字顯示器三部分組成，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)字式檢測儀表又可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換式和脈沖計(jì)數(shù)式兩種類型。題1-5圖23、微機(jī)化檢測儀表其簡化框圖題1-5圖3所示。微機(jī)化檢測儀表通常為多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能巡回檢測多個(gè)測量點(diǎn)或多種被測參數(shù)的靜態(tài)量或動態(tài)量。每個(gè)測量對象都通過一路傳感器和測量通道與微機(jī)相連，測量通道由模擬測量電路（又稱信號調(diào)理電路）和數(shù)字測量電路（又稱數(shù)據(jù)采集電路）組成。傳感器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電量，測量通道對傳感器信號進(jìn)行信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入微機(jī)進(jìn)行必要的處理后，由顯示器顯示出來，并由記錄器記錄下來。在某些對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測的場合，如果被測參數(shù)超過規(guī)定的限度時(shí)，微機(jī)還將及時(shí)地起動報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號。題1-5圖3第2章2-1解：靈敏度為。2-2求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對應(yīng)的溫度變化值。解：（1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度為cm/℃（2）記錄儀筆尖位移4cm時(shí)，所對應(yīng)的溫度變化值為:℃2-3解：據(jù)公式（２－２－２５）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，，要確定滿足也就是滿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可知，上面三個(gè)解確定了兩個(gè)頻段，即0～和～。前者在特征曲線的諧振峰左側(cè)，后者在特征曲線的諧振峰右側(cè)。對于后者，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（２－２－１８）得幅頻特性為，故測量頻率為600Hz時(shí)幅值比為據(jù)公式（２－２－１９）得相位差為同理可得測量頻率為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2.0％＞1.5％即該表的基本誤差超出1.5級表的允許值。所以該表的精度不合格。但該表最大引用誤差小于2.5級表的允許值，若其它性能合格可降作2.5級表使用。2-7解：據(jù)公式（2－3－９）計(jì)算，用四種表進(jìn)行測量可能產(chǎn)生的最大絕對誤差分別為：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，選用A表進(jìn)行測量所產(chǎn)生的測量誤差較小。第3章3-1答：線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，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部分，導(dǎo)線表面的絕緣層被去掉并拋光，使兩者在相對滑動過程中保持可靠地接觸和導(dǎo)電。電刷滑過一匝線圈，電阻就增加或減小一匝線圈的電阻值。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3-1-2(b)所示，就可使位移－電阻特性呈現(xiàn)所需要的非線性曲線形狀。由3－1-2(a)可見，只有當(dāng)電刷的位移大于相鄰兩匝線圈的間距時(shí)，線繞式電位器的電阻才會變化一個(gè)臺階。而非線繞式電位器電刷是在電阻膜上滑動，電阻呈連續(xù)變化，因此線繞式電位器分辨力比非線繞式電位器低。3-2解：據(jù)公式（3-1-4），對于空載電位器，其輸出電壓與輸入位移呈線性關(guān)系，由上式可見，電位器靈敏度的提高幾乎是完全依靠增加電源電壓來得到。但是電源電壓不可能任意增加，它是由電位器線圈的細(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答：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k是指應(yīng)變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應(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變化與應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變之比。實(shí)驗(yàn)表明：k＜k0，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)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)，即軸向拉伸εx和橫向收縮εy。粘貼在試件表面的應(yīng)變片，其縱柵承受εx電阻增加，而橫柵承受εy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)線連接到測量系統(tǒng)的前后，應(yīng)變片的應(yīng)變量相同，都為應(yīng)變片用導(dǎo)線連接到測量系統(tǒng)后，導(dǎo)線電阻將使應(yīng)變電阻的相對變化減小，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變化為：。折合成附加應(yīng)變?yōu)椤?-6解：由題知W（100）=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)的當(dāng)Rt=92?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=500k?；T=100℃=373K，代人公式（3-1-30）計(jì)算得3-8答：采用金屬材料制作的電阻式溫度傳感器稱為金屬熱電阻，簡稱熱電阻。一般說來，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為半導(dǎo)體熱敏電阻，簡稱熱敏電阻。按其電阻—溫度特性，可分為三類：(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量中使用最多的是NTC型熱敏電阻，所以，通常所說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線圈通電而動作，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，電冰箱壓縮機(jī)啟動制冷。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，繼電器線圈失電而動作，繼電器常開觸點(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。氣敏電阻都附有加熱器，以便燒掉附著在探測部位處的油霧、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200℃～400℃3-11答：下圖為一個(gè)簡易的家用有害氣體報(bào)警電路。圖中變壓器次級繞組為氣敏電阻QM-N6提供加熱器電源。變壓器初級中心抽頭產(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)組成的測量電路。當(dāng)CO等還原性有害氣體的濃度上升時(shí)，氣敏電阻減小，流過蜂鳴器的電流增大，當(dāng)有害氣體的濃度使蜂鳴器的電流增大到一定值時(shí)，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：（為電流表滿量程）為負(fù)特性濕敏電阻。濕度↑→↓→↑。濕度測量范圍％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)大測濕量程％RH。3-13答：測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程中會出現(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：不是脈動直流)。3-14答：溫度變化時(shí)，電阻應(yīng)變片的電阻也會變化，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，如果不采取溫度補(bǔ)償措施，就會錯(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兩臂，并不能補(bǔ)償溫度誤差。從表3-1-1所列圖3-１－１５（b）計(jì)算公式可知，電橋輸出電壓為，由此可見，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，電源電壓越高，輸出電壓越大，但是電源電壓受應(yīng)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，因此激勵電源電壓應(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)?-16答：據(jù)公式（3－２－２）圖3-2-1（c）所示電容傳感器的初始電容為如果空氣隙減小了，則電容值變?yōu)殡p層介質(zhì)差動式變極距型電容傳感器的電容與動極板位移的關(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，長為。極板間無介質(zhì)塊時(shí)的電容為，極板間有介質(zhì)塊時(shí)的電容為，上式表明傳感器電容與介質(zhì)塊位移x成線性關(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=?S/d=?0?r2/d0變壓器電橋輸出端電壓其中Z1,Z2分別為差動電容傳感器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：非線性嚴(yán)重，為了限制非線性誤差，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)用越來越多。3-20解：設(shè)紙頁厚度為，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（3－３－5）可推得，題3-20圖所示自感式傳感器的自感為，電流表４的讀數(shù)為可見電流表的讀數(shù)與紙頁厚度成線性關(guān)系。3-21解：將題中參數(shù)代人書上的公式（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Δδ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：A＝1.5cm2，，。代人上式計(jì)算得變隙式電感傳感器的靈敏度為若將其做成差動結(jié)構(gòu)形式，則靈敏度為單一式的兩倍，且線性度也會得到明顯改善。3-22答：由自感傳感器的等效電路圖3-3-3可見，自感傳感器工作時(shí)，并不是一個(gè)理想的純電感L，還存在線圈的匝間電容和電纜線分布電容組成的并聯(lián)寄生電容C。更換連接電纜后，連接電纜線分布電容的改變會引起并聯(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：差動自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的相同點(diǎn)是都有一對對稱的線圈鐵心和一個(gè)共用的活動銜鐵，而且也都有變氣隙式、變面積式、螺管式三種類型。不同點(diǎn)是，差動自感式傳感器的一對對稱線圈是作為一對差動自感接入交流電橋或差動脈沖調(diào)寬電路，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成電壓。而差動變壓器式傳感器的一對對稱線圈是作為變壓器的次級線圈，此外，差動變壓器式傳感器還有初級線圈（差動自感式傳感器沒有），初級線圈接激勵電壓，兩個(gè)次級線圈差動連接，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成差動輸出電壓。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)，I1＝I2,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Iab和Uab的正負(fù)可判別銜鐵移動方向。又因?yàn)镮ab和Uabde大小與銜鐵位移成正比，因此通過Iab和Uab的大小可判別銜鐵位移的大小。調(diào)整圖中電位器滑動觸點(diǎn)的位置，可以使差動變壓器兩個(gè)次級線圈的電路對稱，在銜鐵居中即位移為零時(shí)，圖3-３－１１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，(1)(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，(2)當(dāng)時(shí)，由式（１）和（２）都可得，。當(dāng)時(shí)，式（１）中括號項(xiàng)為正，而也為正，故；式（２）中括號項(xiàng)為負(fù)，而也為負(fù)，故。因此由式（１）和（２）都可得，。同理，當(dāng)時(shí)，由式（１）和（２）都可得，。單向脈動電壓經(jīng)過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)，金屬的電阻率會發(fā)生變化，據(jù)公式（3－３－４５），將使渦流的滲透深度隨之變化，據(jù)公式（3－３－５０）可知，這將使透射式渦流傳感器接收線圈中的感應(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)非接觸式測量。反射式渦流傳感器常用于測量物體位移、距離、振動和轉(zhuǎn)速、溫度、應(yīng)力、硬度等。可做成接近開關(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量金屬板厚度。3-28答：相同點(diǎn)：都包含有產(chǎn)生交變磁場的傳感器線圈（激勵線圈）和置于該線圈附近的金屬導(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)交變磁場的傳感器線圈，金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場對原激勵磁場起抵消削弱作用，從而導(dǎo)致傳感器線圈的電感量、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)線圈：發(fā)射線圈（激勵線圈）L1、接收線圈L2，分別位于被測金屬板的兩對側(cè)。金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場在接收線圈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：相同點(diǎn)：都有線圈和活動銜鐵。不同點(diǎn)：圖4-1-1(a)磁電式傳感器的線圈是繞在永久磁鋼上，圖3-3-1(a)自感式傳感器的線圈是繞在不帶磁性的鐵心上。自感式傳感器的線圈的自感取決于活動銜鐵與鐵心的距離，磁電式傳感器線圈的感應(yīng)電壓取決于活動銜鐵的運(yùn)動速度。當(dāng)銜鐵不動時(shí)，氣隙磁阻不變化，線圈磁通不變化，線圈就沒有感應(yīng)電壓，因此后者可測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)式傳感器的線圈感應(yīng)電壓與線圈磁通對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比，而實(shí)現(xiàn)磁通變化有兩種方式：活動銜鐵相對磁鐵振動或轉(zhuǎn)動，線圈相對磁鐵振動或轉(zhuǎn)動。這兩種方式產(chǎn)生的感應(yīng)電壓都與振動或轉(zhuǎn)動的速度成正比，因此磁電感應(yīng)式傳感器又叫做速度傳感器。由圖4-１－３可見，在磁電感應(yīng)式傳感器后面接積分電路可以測量位移，后面接微分電路可以測量加速度。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)式傳感器有兩種類型結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式。相同點(diǎn)：都有線圈、磁鐵、活動銜鐵。不同點(diǎn)：變磁通式是線圈和永久磁鐵(俗稱磁鋼)均固定不動，與被測物體連接而運(yùn)動的部分是利用導(dǎo)磁材料制成的動鐵心(銜鐵)，它的運(yùn)動使氣隙和磁路磁阻變化引起磁通變化，而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，因此變磁通式結(jié)構(gòu)又稱變磁阻式結(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)電勢是由于永久磁鐵與線圈之間有相對運(yùn)動——線圈切割磁力線而產(chǎn)生的。這類結(jié)構(gòu)有兩種：一種是線圈不動，磁鐵運(yùn)動，稱為動鐵式，另一種是磁鐵不動，線圈運(yùn)動，稱為動圈式。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。與電容充放電的過程一樣，靜態(tài)力產(chǎn)生的電荷會通過負(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。所以不論采用電壓放大還是電荷放大，壓電式傳感器都不能測量頻率極低的被測量，特別是不能測量靜態(tài)參數(shù)(即ω=0)，因此壓電傳感器多用來測量加速度和動態(tài)力或壓力。4-5答：由(4-2-18)和(4-2-28)式可知，連接電纜電容Cc改變會引起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，在采用電荷放大器的情況下，靈敏度只取決于反饋電容CF，而與電纜電容Cc無關(guān)，因此在更換電纜或需要使用較長電纜(數(shù)百米)時(shí)，無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、高頻信號測量的場合；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、低頻信號測量的場合。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)(4-３－６）式和定積分性質(zhì)可知中間溫度定律證畢。據(jù)(4-３－６）式和對數(shù)性質(zhì)、定積分性質(zhì)可知4-11解：圖4-3-7可簡化為題4-12圖(a)。我們仿照書上介紹的“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，依次寫出各接觸電勢和溫差電勢，并將它們相加起來便是圖(a)中整個(gè)回路的總熱電勢：（1）依據(jù)公式（4-3-3）和對數(shù)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)線滿足公式（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)過程可以看出，圖4-3-7即題4-12圖(a)中補(bǔ)償導(dǎo)線A′B′滿足公式（4－3-12)的條件，故可將熱電偶的冷端延伸，而保證整個(gè)回路的熱電勢仍然不變。題4-12圖如果改用普通的銅導(dǎo)線來延伸熱電偶的冷端，如圖題4-12圖(b)所示，則整個(gè)回路的熱電勢為：（6）依據(jù)積分的性質(zhì)可知，（7）依據(jù)公式（4-3-3）和對數(shù)的性質(zhì)，很容易證明：（8）（7）、（8）式代入（6）式得（9）從以上推導(dǎo)過程可以看出，普通的銅導(dǎo)線不能用來延伸熱電偶的冷端。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)線時(shí)，將公式（4-3-13）代入公式（4-3-9）得，儀表測得的電壓為從K型熱電偶的分度表上查得對應(yīng)400℃和20若錯(cuò)用了分度號為E的熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，則儀表測得的電壓為查E型和K型熱電偶的分度表上對應(yīng)400℃、30℃和儀表指示的變化為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，則補(bǔ)償電橋的電壓也會改變極性，即，此時(shí)。4-15解：由題意知，本題所求解的補(bǔ)償電橋就是書上圖4-3-10所示電路。而且，題中給出了：銅電阻Rt的電阻溫度系數(shù)α=0.004/℃,熱電偶的電壓溫度系數(shù)/℃，T0=50℃時(shí)。代入書上公式（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℃對應(yīng)的熱電勢是20.640mV。由此我們可推斷：既然顯示儀表指示溫度為500℃，表明此時(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)儀表所加的電壓應(yīng)該是而不是。將儀表測得的=20.640mV，和查表得到的=2.436mV代入公式（4-3-9再反查鎳鉻－鎳硅熱電偶分度表，與此熱電勢=23.076mV對應(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=-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)椋瑢⑶懊嬗?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℃，因此此時(shí)儀表顯示的溫度誤差為538.4-557.5=-通過以上計(jì)算對比可見，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)，相對應(yīng)的光電器件也有以下三種類型：１、光電發(fā)射型光電器件，有光電管（符號見圖4-４－2）和光電倍增管（符號見圖4-４－4（b））；２、光導(dǎo)型光電器件，有光敏電阻（符號見圖4-４－6），３、光伏型光電器件，有光電池（符號見圖4-４－12）。4-18答：有５種常見形式。１、透射式，可用于測量液體、氣體和固體的透明度和混濁度；２、反射式，可用于測量表面粗糙度等參數(shù)；３、輻射式，可用于光電高溫計(jì)和爐子燃燒監(jiān)視裝置；４、遮擋式，可用于測量物體面積、尺寸和位移等參量；５、開關(guān)式，可用于①開關(guān)，如光電繼電器；②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)或是測量轉(zhuǎn)速等；③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的關(guān)系I=F(λ)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)稱為頻率特性。光譜特性對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。在檢測時(shí)，光電器件的最佳靈敏度最好在需要測量的波長處。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，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，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中被測電流導(dǎo)線如果在硅鋼片圓環(huán)上繞幾圈，電流表靈敏度便會增大幾倍。用這種辦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，由于工藝上的原因，很難保證霍爾電極Ｃ、Ｄ裝配在同一等位面上,這時(shí)即使不加外磁場，只通以額定激勵電流I，在ＣＤ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Ｃ、Ｄ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)^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)幕舅枷胧前丫匦位魻栐刃橐粋€(gè)四臂電橋，如圖4-5-１０所示。不等位電壓相當(dāng)于該電橋在不滿足理想條件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4-5-１０所示為三種補(bǔ)償方案，圖(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)中金屬電阻絲換成熱敏電阻Rt，當(dāng)溫度升高時(shí)，Rt減小，流過Rt電流增大，流過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的長度較長，其一個(gè)側(cè)面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的表面處容易使電子—空穴對復(fù)合而消失，稱為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作用時(shí)，外加正偏壓，則有大量的空穴從P區(qū)通過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H+(正向磁場)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H-(反向磁場)作用時(shí)，電子—空穴對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)，僅流過很微小電流，幾乎與磁場無關(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作用時(shí)，基極電流大于集電極電流，使β=Ic/Ib<1。受到正向磁場(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(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圖簡易高斯計(jì)電路圖解：圖中左側(cè)虛線框內(nèi)是兩對互補(bǔ)的磁敏二極管，四只溫度特性一致的磁敏二極管按磁場極性互相相反組成磁敏橋作為探頭，探頭通過導(dǎo)線與機(jī)身插接。插接開關(guān)為量程選擇開關(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。沒有磁場時(shí)(H＝0)，磁敏橋平衡無輸出。加磁H+時(shí)，磁敏橋有輸出電壓加在差分對管基極上，集電極電位發(fā)生變化，有電流通過電表。使表針指示所測磁場強(qiáng)度值。當(dāng)加磁場H-時(shí)，由于磁場方向與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)無光照時(shí)，VT1、VT2才導(dǎo)通，繼電器工作。5-4解：采用圖5－1-16(a)所示溫敏硅二極管電橋和測量放大器及數(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)電路圖中測量放大器輸出電壓為據(jù)公式（5－1-5)可知，調(diào)節(jié)電位器，使，從而使時(shí)，。完成調(diào)零后，測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：該說明書上提供的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（5－2-7）和TMP35說明書，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說明書，K型熱電偶的塞貝克(Seebeck)系數(shù)，代入公式（4-3-17）得K型熱電偶的熱電勢為（3）因此同相放大器輸入電壓為（4）據(jù)TMP35說明書，當(dāng)T=250℃時(shí)，K型熱電偶的熱電勢。為了使T=0℃～250℃時(shí)，同相放大器輸出電壓為0～2.50V,調(diào)節(jié)電位器RP,使T=250℃時(shí)，同相放大器輸出電壓為5-7解：該說明書上提供的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（5－2-5)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）式，整理得（4）AD592的，。選擇電阻R,，使（5）選定熱電偶的類型后，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：滿度輸出電壓的典型值為滿度輸出電壓的最大值為滿度輸出電壓的最小值為5-9答：據(jù)公式(6-2-9)H在0～100%RH范圍時(shí)，對應(yīng)的為＝0～98.93%RH。代入公式(6-2-8)計(jì)算得～=～V5-10答：線性集成霍爾傳感器的輸出電壓與輸入的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系，因此常用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度或能轉(zhuǎn)換成磁場的磁感應(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)，常用來測量磁場的有或無，也可用來測量能轉(zhuǎn)換成磁場的其他開關(guān)型非電量。第6章6-1答：有三條碼道。碼盤上最外圈碼道上只有一條透光的狹縫，它作為碼盤的基準(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；中間一圈碼道稱為增量碼道，最內(nèi)一圈碼道稱為辨向碼道。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)開半個(gè)扇形區(qū)即90°/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)用于確定碼盤的轉(zhuǎn)動角度，辨向脈沖與增量脈沖的相位關(guān)系用于確定碼盤的轉(zhuǎn)動方向。6-2答：因?yàn)橹鞴鈻叛貣啪€垂直方向(即x軸方向)移動一個(gè)光柵柵距W，莫爾條紋沿y軸正好移動一個(gè)條紋間距H（H>>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0.01～0.1mm，電子細(xì)分?jǐn)?shù)在12～60甚至更多，因此光柵傳感器能測量很微小的位移。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u1和u2的相位差正好等于π/2。當(dāng)位移反方向時(shí)，正向位移時(shí)原來相位超前的那個(gè)光電元件的輸出信號的相位，就從相對超前變?yōu)橄鄬t后，這就會使相關(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：長光柵所允許的移動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)碼碼盤測量角位移的最小分辨率為： 。碼盤半徑應(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。碼盤實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度為： 。6-5答：莫爾條紋寬度為因?yàn)闃?biāo)尺光柵每移動一個(gè)柵距W，莫爾條紋就移動一個(gè)條紋寬度H的距離,所以當(dāng)標(biāo)尺光柵移動100微米時(shí)，莫爾條紋移動的距離為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)同步器測量系統(tǒng)對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，對振弦式傳感器靈敏度的影響。解：在溫度變化時(shí)，振弦的有效長度也隨之變化：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。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σ=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，則由上式可得由上式可見，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)是都由振動體、激振器、拾振器和放大振蕩電路組成一個(gè)反饋振蕩系統(tǒng)，作為振動體的振弦、振筒都是用具有導(dǎo)磁性的恒彈性合金制成，當(dāng)激振器使振動體振動時(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體振動頻率。它們共同的工作原理是，被測非電量如力、壓力、密度等使振動體振動頻率即拾振器感應(yīng)電壓的頻率改變，因此測量拾振器感應(yīng)電壓的頻率就可測出被測非電量。第7章7-1答：光導(dǎo)纖維簡稱光纖，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θ1大于臨界角θc，即，光就不會穿過兩個(gè)介質(zhì)的分界面，而只會完全反射回來，這種只有反射沒有透射的情況稱為全反射。在光纖的入射端，光線從空氣(折射率為n0=1)中以入射角射入光纖纖芯，當(dāng)入射角時(shí)，就會使θ1>θc即滿足全反射條件，這樣，光線就能在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射，呈鋸齒形路線在纖芯內(nèi)向前傳播，從光纖的一端以光速傳播到另一端，這就是光纖傳光原理。7-2答：當(dāng)光纖發(fā)生彎曲到一定程度使光線入射角小于臨界角時(shí)，射到纖芯與包層界面上的光有一部分將穿過界面透射進(jìn)包層造成傳輸損耗——微彎損耗，從而引起光纖出射端輸出的光通量發(fā)生變化。圖7-1-7中變形器的位移或所受力越大，變形器使光纖發(fā)生周期性彎曲就越厲害，引起傳輸光的微彎損耗越大，光纖出射端輸出的光強(qiáng)度越小。通過檢測光纖輸出的光強(qiáng)變化就能測出位移或力信號。7-3答：在曝光（光積分）時(shí)間，圖7-2-6中各個(gè)光敏元曝光，吸收光生電荷，產(chǎn)生“電荷包”。曝光結(jié)束時(shí)，全部“電荷包”實(shí)行場轉(zhuǎn)移，亦即在一個(gè)瞬間內(nèi)將感光區(qū)整場的“電荷包”圖象迅速地轉(zhuǎn)移到存貯器列陣中去，譬如將腳注為a1、a2、a3、a4的光敏元中的光生電荷分別轉(zhuǎn)移到腳注相同的存儲單元中去。此時(shí)光敏元開始第二次曝光（光積分），而存儲器列陣則將它里面存貯的光生電荷信息一行行地轉(zhuǎn)移到讀出移位寄存器，在高速時(shí)鐘驅(qū)動下的讀出移位寄存器，讀出每行中各位的光敏信息，如第一次將a1、b1、c1、d1這一行信息轉(zhuǎn)移到讀出移位寄存器，讀出移位寄存器立即將它們按a1、b1、c1、d1的次序有規(guī)則地輸出。接著再將a2、b2、c2、d2這一行信息傳到讀出寄存器，…，直至最后由讀出移位寄存器輸出a4、b4、c4、d4的信息為止。7-4答：紅外探測器是能夠把紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的器件，它是紅外傳感器的關(guān)鍵部件——傳感元件。按其所依據(jù)的物理效應(yīng)可分為光敏和熱敏兩大類型，其中光敏紅外探測器用得最多。光敏紅外探測器是采用電真空光電器件或半導(dǎo)體光電器件，通過紅外輻射的光電效應(yīng)，把紅外輻射的光量變化轉(zhuǎn)換為電量變化。熱敏紅外探測器是采用熱敏電阻、熱電偶和熱電堆，通過紅外輻射的熱電效應(yīng)，把紅外輻射的熱量變化轉(zhuǎn)換為電量變化。7-5答：超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等。實(shí)際使用中壓電式探頭最為常見。壓電式超聲波探頭是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動，以產(chǎn)生超聲波。正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。由于壓電效應(yīng)的可逆性，實(shí)際應(yīng)用中的超聲探頭大多是發(fā)射與接收兼用，既能發(fā)射超聲波信號又能接收發(fā)射出去的超聲波的回波，并把它轉(zhuǎn)換成電信號。7-6答：超聲檢測方法常見的有：透射法、反射法、頻率法。7-7答：核輻射傳感器主要由放射源和探測器組成。放射性輻射過度地照射人體，能夠引起多種放射性疾病。因此在實(shí)際工作中要采取各種方式來減小射線的照射強(qiáng)度和照射時(shí)間。如采用屏蔽層，利用輔助工具，或是增加與輻射源的距離等各種措施。7-8答：傳感器發(fā)展的新趨向是：１）探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器；２）傳感器的集成化和多功能化；３）傳感器的智能化；４）研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器。第8章8-1解：設(shè)兩圓弧形電位器半徑為r，弧長為L，連成如題1圖所示差動電橋，兩電位器滑臂轉(zhuǎn)角為，則電橋輸出電壓為：。測量范圍（度）。題8-1圖8-2解：據(jù)公式（８－２－１）圖8-2-1中四應(yīng)變片承受的應(yīng)變?yōu)?，，，代入公式?－１－４１）得電橋的輸出電壓與傾角的關(guān)系式8-3解：采用圖3-2-3所示變面積型差動電容傳感器，將其動極板做成擺錘，再將該差動電容傳感器接入圖3-2-7所示變壓器電橋，即構(gòu)成傾角測量電路。將（3-2-12）式代入（3-2-25）得，測量電路輸出電壓與傾角成正比同樣，也可采用圖3-3-7（d）所示變面積型差動變壓器，將其活動銜鐵做成擺錘，再將該差動變壓器接入圖3-3-11所示差動整流電路，也可構(gòu)成傾角測量電路。8-4解：將紙頁夾在變極距型電容器的兩極板之間，設(shè)紙頁的厚度為，介電常數(shù)為，此時(shí)，據(jù)公式（3－２－１），變極距型電容傳感器的電容為，將電容傳感器代入圖3-2-6(a)中的Cx，圖中C0采用固定電容，據(jù)公式（3-2-18），電路輸出電壓幅值與紙厚成正比8-5解：紅外線發(fā)射管VD1發(fā)出紅外光，此光線透過紙張后，被光敏二極管VD2接收。紙張?jiān)胶?，透過紙張的光線強(qiáng)度越弱，VD2內(nèi)阻越大，輸出的檢測電壓越高，反之亦然。VD2輸出的檢測電壓加到兩個(gè)比較器，分別與兩只電位器設(shè)定的門限電壓進(jìn)行比較。若紙張厚度在正常范圍，VD2輸出電壓也就在兩只電位器設(shè)定的門限電壓范圍之內(nèi)，兩個(gè)比較器的輸出端均輸出高電平，三極管VT1、VT2都保持截止?fàn)顟B(tài)，繼電器也保持釋放狀態(tài)。兩控制開關(guān)均不閉合。當(dāng)紙張厚度增大超過允許范圍時(shí)，VD2輸出的檢測電壓會升高到超過電位器RP1設(shè)定的門限電壓，比較器IC1a的4腳電壓高于5腳，這時(shí)其2腳輸出低電平，三極管VT1導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED1（超厚指示燈）點(diǎn)亮，繼電器K1動作，使超厚控制開關(guān)閉合，接通控制紙張變薄的電路，使其工作。當(dāng)紙張厚度減小超過允許范圍時(shí)，VD2輸出的檢測電壓降低到低于電位器RP2設(shè)定的門限電壓，比較器IC1b的7腳電壓低于6腳，這時(shí)其1腳輸出低電平，三極管VT2導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED2（超薄指示燈）點(diǎn)亮，繼電器K2動作，使超薄控制開關(guān)閉合，接通控制紙張變厚的電路，使其工作。題8-5圖紙厚檢測控制電路8-6答：如題8-6圖所示，采用絕緣材料制作一個(gè)同軸圓筒形容器，軸心采用直徑為d的金屬圓棒作為內(nèi)電極，金屬圓棒外的絕緣材料包層直徑為D，絕緣材料的介電常數(shù)為。因?yàn)槿萜鲀?nèi)導(dǎo)電液體是不粘滯的，當(dāng)液位下降時(shí)，導(dǎo)電液體不會粘滯在絕緣材料包層的表面，所以，導(dǎo)電液體（作為外電極）與金屬圓棒（作為內(nèi)電極）的復(fù)蓋長度即為液位高度H。金屬圓棒和導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)變面積式電容傳感器。從容器底部引出的兩根引線分別與金屬圓棒和導(dǎo)電液體相連，據(jù)公式（3－２－３）可知，傳感器電容為。將此電容傳感器代入上圖3-2-6（b）中的CX，C0采用固定電容，據(jù)公式（3-2-20），電路輸出電壓幅值為。題8-6圖8-7答：圖8-4-5中液位高度H使活動銜鐵上升Δx，即銜鐵位移，將公式（8-4-10）代入（3－３－４２）得，差動變壓器輸出電壓與液位高度H成正比關(guān)系8-8答：采用圖8-4-6所示電容式差壓傳感器或圖8-4-8所示壓阻式差壓傳感器及相關(guān)測量電路（參見第8-９題解答）將差壓轉(zhuǎn)換成電壓，再配接一個(gè)電壓表組成水深測量儀表。其組成框圖如題8-8圖所示。題8-8圖差壓傳感器及其儀表帶在潛水員身邊，差壓傳感器高壓側(cè)進(jìn)氣孔敞開與潛水員身邊的水相通，低壓側(cè)進(jìn)氣孔通過一根很長的橡膠“背壓管”與水面上的大氣相通，據(jù)公式（８－４－１３），差壓傳感器的差壓與潛水員所潛入的深度h成正比，此差壓由測量電路轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓讀數(shù)，這樣，潛水員就能從該電壓表的讀數(shù)知道自己所潛入的深度h。8-9解：據(jù)公式（８－４－１４），圖８－４－６所示電容式差壓傳感器的差動電容為(1)式中，該電容式差壓傳感器接入圖3－２－７(b)變壓器電橋，將(1)式代入公式（3-2-25）得該電容式差壓傳感器接入圖3－２－9電路，將(1)式代入公式（3-2-33）得第9章9-1解：鋁盤轉(zhuǎn)矩，游絲扭矩，二者平衡時(shí)（1）據(jù)書上公式（6-1-1），配接m位光電編碼器，角分辨力，將此式代入上式（1），可得轉(zhuǎn)速分辨力（2）設(shè)轉(zhuǎn)速時(shí)，將（1）式代入書上公式（6-1-3），可得被測轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)換成的相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)碼的對應(yīng)關(guān)系為因二進(jìn)制絕對編碼器最大輸出數(shù)碼為m為全“1”，故對應(yīng)的可測最大轉(zhuǎn)速為9-2解：據(jù)公式（９－１－６）和（９－１－８），9-3解：令為被測振動角頻率，為絕對振動傳感器固有頻率。據(jù)公式（9-2-21），當(dāng)時(shí)，，故可測量振動位移幅值。據(jù)公式（9-2-23），當(dāng)時(shí)，，故可測量振動加速度幅值。9-4答：圓筒形鋁制線圈骨架可看作是一個(gè)單匝閉合線圈，當(dāng)線圈架隨同線圈一起在磁場中運(yùn)動時(shí)，鋁制線圈架內(nèi)將感應(yīng)產(chǎn)生渦流，磁場對此渦流的作用力也將阻止線圈架運(yùn)動，由(9-2-35)式可知，這種渦流阻尼力也與線圈相對磁鐵的運(yùn)動速度成正比，方向相反，即式中μ——線圈架結(jié)構(gòu)尺寸和材料決定的常數(shù)。過去線圈骨架采用普通的絕緣骨架，因不能產(chǎn)生渦流阻尼力，就在線圈的活動空間灌滿硅油，靠線圈與周圍硅油的摩擦產(chǎn)生阻尼力。采用鋁骨架后，用渦流阻尼取代硅油阻尼，傳感器的體積和重量大大減小。9-5答：據(jù)公式（９－２－４２）和（９－２－４７），只有當(dāng)ω>ω0時(shí)，磁電式速度傳感器的輸出電壓才與振動速度成正比。因此磁電式速度傳感器必須工作ω>ω0的范圍9-6答：這些傳感器的共性就是傳感器的殼體與被測振動體固接在一起，相對于大地做絕對振動，傳感器的殼體通過彈簧片或其他彈性支承帶動質(zhì)量塊相對于殼體做相對振動，質(zhì)量塊的相對振動位移被轉(zhuǎn)換成電量，因而被測振動體的絕對振動加速度被轉(zhuǎn)換成電量。9-7解：圖9-2-5（a）中質(zhì)量塊的位移相當(dāng)于圖8-1-1中懸臂梁可動端的位移δ，根據(jù)（8-1-2）式，懸臂梁上黏貼的電阻應(yīng)變電橋輸出電壓為（1）式中為應(yīng)變電橋電源電壓。根據(jù)公式（9-2-20）式，圖9-2-5（a）中質(zhì)量塊的位移與被測加速度的關(guān)系為，（2）當(dāng)時(shí)，（3）將（3）式代入（1）式得∴（4）－應(yīng)變片靈敏系數(shù)，—懸臂梁的彈性系數(shù)；懸臂梁實(shí)質(zhì)上是一個(gè)彈性敏感元件，當(dāng)它的可動端受到質(zhì)量塊的作用力時(shí)，將產(chǎn)生位移，根據(jù)彈性力學(xué)的推導(dǎo)，與作用力成線性正比關(guān)系（5）而質(zhì)量塊受懸臂梁的彈性反作用力為（6）（5）式代入（6）式得：（7）（7）式代入（4）式得：由上式可見，測得懸臂梁黏貼的電阻應(yīng)變電橋輸出電壓，就可以測得傳感器所固定的振動物體的振動加速度幅值。9-8解：已知，，∴。已知，故。9-9解：根據(jù)（4-2-18）式，，根據(jù)（4-2-19）式，，根據(jù)（4-2-22）式，，由題意知：，綜合(4-2-26)和（9-2-31）式得，（１），式中G為放大倍數(shù)。令，由（１）式可得通頻帶為，即，通頻帶中心頻率。當(dāng)時(shí)，，，也可認(rèn)為時(shí)，。9-10解：應(yīng)變片R1～R4粘貼位置及連成的電橋電路如圖９－３－４所示。，。9-11解：圖9-3-7(a)中，令，為重量，將此式代入公式（3-2-6）得（1）方案1——將圖9-3-7(a)所示電容傳感器Cx接入題9-11圖所示測量電路。題9-11圖（2）（3）∴（4）方案2——將圖9-3-7(a)所示電容傳感器Cx接入圖3-2-11（a）中將（1）式代入書上公式（3-2-38），圖3-2-11（a）輸出方波頻率為（5）9-12解：在圖9-3-7（b）中，每個(gè)電容傳感器的電容為，∵，∴，∴。并聯(lián)總電容，令總重量，∴(1)方案1——將圖9-3-7(b)所示電容傳感器Cx接入題9-12圖所示測量電路。題9-12圖題9-12圖輸出電壓為（2）將（1）式代入（2）式得（3）方案2——將圖9-3-7(b)所示電容傳感器Cx接入圖3-2-11（a）中將（1）式代入書上公式（3-2-38），圖3-2-11（a）輸出方波周期為（4）9-13解：在承受扭矩的鋼軸的圓周線上，等間距地粘貼四個(gè)應(yīng)變片，應(yīng)變片與軸線成角，應(yīng)變片與軸線成角，再將四個(gè)應(yīng)變片連接成電橋，如題9-13圖所示。題9-13圖由題意知，應(yīng)變片靈敏系數(shù)為k=2，剪切彈性模量為，代入書上公式（9-4-3），可計(jì)算得題9-13圖所示電橋輸出電壓為10mV時(shí)，被測力矩為∴第10章10-1解：兩只相同的金屬應(yīng)變片粘貼到圖10-1-7所示筒式壓力傳感器外壁的圓周上,當(dāng)溫度變化時(shí)，它們都會產(chǎn)生電阻變化，據(jù)公式(3-1-24)，此電阻相對變化折算成“虛假視應(yīng)變”為。應(yīng)變片R1粘貼到筒體空心部分外壁的圓周上，在流體壓力P作用于筒體內(nèi)壁時(shí)，筒體空心部分發(fā)生變形，產(chǎn)生與壓力P成正比的周向應(yīng)變，因此應(yīng)變片R1的電阻相對變化為。應(yīng)變片R2粘貼到筒體底部實(shí)心部分外壁的圓周上，在流體壓力P作用于筒體內(nèi)壁時(shí)，筒體底部實(shí)心部分不發(fā)生變形，應(yīng)變片R２的電阻相對變化為。將這兩應(yīng)變片連入電橋橫跨電源的相鄰兩臂，如題10-1圖所示。電橋的其他兩臂用固定的平衡電阻，代入公式(3-1-39)得，電橋輸出電壓為題10-1圖10-2答：在圖10-1-13中，當(dāng)被測壓力P作用于膜片時(shí)，膜片中心處位移引起兩遮光板中狹縫一個(gè)變窄，一個(gè)變寬，從而使透射到兩光敏元件上的光強(qiáng)度一個(gè)增強(qiáng)一個(gè)減弱，把兩光敏元件接成差動電路，差動輸出電壓可設(shè)計(jì)成與壓力成比例。這種差動結(jié)構(gòu)不僅可提高靈敏度，而且能消除光源亮度變化產(chǎn)生的影響。如果只采用一個(gè)狹縫和一個(gè)光敏元件，光源亮度變化引起的光敏元件上的光強(qiáng)度變化，同被測壓力P變化引起的光敏元件上的光強(qiáng)度變化，無法區(qū)分開，從而帶來測量誤差。10-3題10-3圖1題10-3圖2解：題10-3圖1的電路方程為（1）將書上公式（5－1-5)代入上式，并整理得（2）因R3=R4，R5=R6，故上式簡化為調(diào)節(jié)題10-3圖1中的電位器RP1,使U2=Ub，從而使t=0℃時(shí)，U0（3）調(diào)節(jié)電位器RP2，改變分壓系數(shù)m，使溫度為t=100℃題10-3圖2的電路方程為(4)將書上公式（5－1-5)代入上式，并整理得(5)調(diào)節(jié)題10-3圖2中的電位器RP1,使上式括號項(xiàng)為零，從而使t=0℃時(shí)，U0（6）調(diào)節(jié)電位器RP2，使溫度為t=100℃綜上所述，題10-3圖1和圖2中電位器RP1均為調(diào)零電位器，RP2均為調(diào)滿度電位器。10-4解：圖10-2-13中，A1和A3為電壓跟隨器，A2為減法電路或差動放大電路（放大倍數(shù)為１），輸出電壓為兩個(gè)晶體管管壓降的差。圖中100kΩ電位器用于調(diào)零，使兩個(gè)晶體管的電流相等即，代入公式(5-1-5)得，輸出電壓為當(dāng)兩個(gè)晶體管放在一起即溫度相同時(shí)，調(diào)節(jié)圖中100kΩ電位器，使輸出電壓為零。完成調(diào)零后，圖10-2-13輸出電壓便與兩管溫度差成正比。10-5答：輻射式測溫法是基于熱輻射效應(yīng)。任何物體受熱后都將有一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，物體溫度愈高，則輻射到周圍空間的能量就愈多。熱輻射同其它電磁輻射一樣，無需任何媒介物即可傳播，因此無需直接接觸即可通過檢測物體的熱輻射來測量物體的溫度。這是實(shí)現(xiàn)輻射式測溫的基礎(chǔ)。輻射式溫度傳感器一般包括兩部分：1)光學(xué)系統(tǒng)，用于瞄準(zhǔn)被測物體，把被測物體的輻射能聚焦到輻射接收器上。2)輻射接收器，利用各種熱敏元件或光電元件將會聚的輻射能轉(zhuǎn)換為電量。輻射接收器產(chǎn)生的溫度電信號幅度很弱，通常需要進(jìn)行高增益地放大。但溫度的變化是很緩慢的，經(jīng)輻射接收器轉(zhuǎn)換成的電信號也是緩變的幾乎是直流電信號，而直流放大器由于容易產(chǎn)生直流工作點(diǎn)漂移，放大倍數(shù)都比較低。輻射式溫度傳感器采用機(jī)械調(diào)制盤，連續(xù)光線通過調(diào)制盤一圈m個(gè)小孔被“斬波”變成頻率為（式中n為調(diào)制盤每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）的交變光波，再經(jīng)輻射接收器轉(zhuǎn)換成頻率為f的交流電信號，這樣就便于采用高放大倍數(shù)的交流放大器放大了。10-6解：根據(jù)（10-3-14）式，；代入（8-4-11）式，；代入（3-2-25））式，可得變壓器電橋輸出電壓為為使輸出電壓與流量Q成線性正比關(guān)系，變壓器電橋輸出電壓整流后應(yīng)加接開方電路。開方電路輸出為，與成線性正比關(guān)系。10-7答：在實(shí)際工作中由于永久磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為直流電壓，直流電壓會導(dǎo)致電極極化或介質(zhì)電解，引起測量誤差，所以在工業(yè)用儀表中多采用交變磁場。10-8答：超聲波測量流速的方法有時(shí)差法、相差法和頻差法三種。據(jù)公式（10-3-23）、（10-3-24）可知，時(shí)差法、相差法的測量結(jié)果與超聲波在被測流體中的流速有關(guān)，據(jù)公式（10-3-25）式可知，頻差法的測量結(jié)果與超聲波在被測流體中的流速無關(guān)，只取決于流體本身的流速。因此目前超聲波流量計(jì)多采用頻差法。10-9答：圖10-3-11中電位器R2用于調(diào)零，當(dāng)管道中的液體靜止不流動時(shí)，調(diào)節(jié)電位器R2使電流表讀數(shù)為零。當(dāng)管道中的液體流量達(dá)到滿量程值時(shí)，調(diào)電位器RP，使電流表指針滿偏轉(zhuǎn)。第11章11-1答：用兩個(gè)熱電偶取代圖11-1-3所示干濕球濕度計(jì)中的兩個(gè)溫度計(jì)，并將這兩個(gè)熱電偶連接成圖10-2-11電路，測得電路輸出電壓，即可測得“干球”和“濕球”的溫度差，從而確定出空氣中的濕度。11-2答：由于水的相對介電常數(shù)是空氣的８２倍，干物料吸收水分以后，其介電常數(shù)將大大增加，根據(jù)物料介電常數(shù)與水分的關(guān)系，通過測量以物料為電介質(zhì)的電容器的電容值即可確定物料的水分。用具有迅速吸濕和脫濕能力的絕緣性高的高分子聚合物做成感濕薄膜，復(fù)蓋在叉指形金電極(下電極)上，然后在感濕薄膜表面上再蒸鍍一層多孔金屬膜(上電極)，構(gòu)成一個(gè)平行板電容器。由于水的介電常數(shù)比高分子聚合物的大得多，當(dāng)環(huán)境中的水分子沿著上電極的毛細(xì)微孔進(jìn)入感濕薄膜而被吸附時(shí)，高分子膜的介電常數(shù)隨著其吸水量增加而增大，從而，高分子濕敏電容的電容值也隨著其吸水量增加而增大，而吸水量的多少取決于氣體濕度的大小，因此，在一定溫度下，高分子濕敏電容的電容值與氣體中相對濕度之間成線性關(guān)系。測量出濕敏電容的電容值即可測量出空氣中的濕度。11-3答：因?yàn)檎裢矁?nèi)流體壓力和流體密度都能使振筒振動的頻率發(fā)生改變，所以通過測量振筒振動的頻率就可測量流體的壓力或密度。依據(jù)的原理都是公式（６－３－１４）即振筒的固有頻率由振筒的剛度和振筒的質(zhì)量決定，區(qū)別是，振筒內(nèi)流體壓力變化是通過改變振筒的剛度而使振筒振動的頻率變化，振筒內(nèi)流體密度變化是通過改變振筒的質(zhì)量而使振筒振動的頻率變化。對比圖６－３－６和圖６－３－７可見，二者都是用激振器激勵振筒振動，拾振器產(chǎn)生感應(yīng)電壓，放大振蕩電路也基本相同。不同之處在于振筒的結(jié)構(gòu)有些差別。11-4答：相同點(diǎn)：都是采用熱電阻傳感器電橋，將熱電阻隨被測量的變化轉(zhuǎn)換成電橋電壓的變化。通過測量電橋電壓以測出被測量。不同點(diǎn)：在熱導(dǎo)式氣體分析儀中，熱導(dǎo)池內(nèi)的熱電阻隨被測混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)變化，從而使電橋電壓變化，因此通過測量電橋電壓可測出被測混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，如果測出兩種導(dǎo)熱系數(shù)已知的氣體混合而成的混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，就可依據(jù)公式（１１－３－１）計(jì)算出這兩種氣體的百分?jǐn)?shù)含量。在磁式氧量分析儀中，被分析的氣體含氧量越高，流過熱磁式對流檢測器中間通道里的氣流就越強(qiáng)，兩熱電阻絲元件的溫差越大，相應(yīng)阻值變化就越大，電橋輸出電壓越大，因此通過測量電橋電壓可測出氣體含氧量。11-5答：圖10-2-16(b)與圖11-3-4對比可見，二者相同點(diǎn)：都分成兩條光路和兩個(gè)光電檢測元件，并對兩路的檢測結(jié)果作對比分析，以確定和顯示被測量。不同點(diǎn)：光電比色溫度計(jì)是根據(jù)兩個(gè)波長的亮度比隨溫度變化的原理來實(shí)現(xiàn)測量的。因此圖10-2-16(b)中，光源是被測對象，被測對象發(fā)出的光分成兩路，分別通過不同顏色的濾光片，兩種顏色的光信號經(jīng)檢測和放大處理，得到被測溫度值。用于氣體分析的光電比色計(jì)是基于被測介質(zhì)對通過光束的某些波長有一定的吸收作用,測量被測介質(zhì)的含量。因此圖11-3-4中，光源發(fā)出的光分成兩路，分別通過被測介質(zhì)比色皿和參比介質(zhì)比色皿，兩路光信號經(jīng)檢測和比較放大，最后顯示出被測介質(zhì)的含量。11-6答：圖11-3-5改裝成題11-6圖所示電路。QM—J1為酒敏元件，當(dāng)司機(jī)酗酒進(jìn)入駕駛室時(shí)，使A、B間電阻下降，功率開關(guān)集成電路TWH8751的2腳電位也隨之降低。當(dāng)酒氣濃度超過安全值時(shí)，使TWH8751的2腳電位降到1.2V以下，TWH8751的4腳變?yōu)榈碗娖?，繼電器J線圈通電而動作，其常閉觸點(diǎn)JKl斷開。此時(shí)即使司機(jī)打開鎖頭開關(guān)，也不能使汽車點(diǎn)火器得到電瓶供點(diǎn)而點(diǎn)火發(fā)動汽車。與此同時(shí)，繼電器的常開觸點(diǎn)JK2閉合，報(bào)警器報(bào)警。電位器W2應(yīng)依據(jù)規(guī)定的酒氣的安全值進(jìn)行調(diào)整。題11-6圖11-7答：嬰兒尿濕踢被報(bào)警電路如題11-7圖所示。兩晶體管組成振蕩器。熱敏電阻包裹好放到嬰兒腹部，梳狀電極包裹好放到嬰兒尿布上。當(dāng)嬰兒沒有尿濕也沒有踢被時(shí)，BG1的基極電位低于0.7V,振蕩器不振蕩，喇叭不發(fā)聲，LED也不閃光。當(dāng)嬰兒踢被時(shí)，熱敏電阻Rt增大,當(dāng)嬰兒尿濕時(shí)，梳狀電極間電阻Rd減小，都會使BG1的基極電位高于0.7V,振蕩器振蕩，喇叭發(fā)聲，LED也閃光。題11-7圖第12章12-1解：完整的測量電路圖如題12-1圖所示。據(jù)公式（９－３－１６），應(yīng)變電的輸出電壓為題12-1圖，測量放大器的放大倍數(shù)為，直流電壓表輸入電壓為代入公式（１２－１－１２）得，表頭指針偏轉(zhuǎn)角與被測壓力的關(guān)系式12-2解：測量電路框圖如題12-2圖所示。題12-2圖根據(jù)（10-3-14）式，；代入（8-4-11）式，；代入（3-2-25））式，。集成真有效值交/直流轉(zhuǎn)換器AD637將變壓器電橋輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字相等的直流電壓，即，開方器電路輸出為，代入公式（12-1-12）得表頭指針偏轉(zhuǎn)角與被測流量的關(guān)系式為12-3解：為使計(jì)算簡便，通常選R1=R2=R0,由圖中所標(biāo)電阻值，可知測溫電路輸出電壓為因鉑電阻Pt100在０℃時(shí)的電阻為１００Ω，為使t=0℃時(shí)，U0=0，須調(diào)RP完成調(diào)零后，上式簡化為（12-2-9)設(shè)鉑電阻Rt在100℃時(shí)的電阻值為R100,百度電阻比為W，為使t=0℃時(shí)，U0=100mV,須調(diào)RP取鉑電阻百度電阻比為W＝1.391，代入上式計(jì)算得E=51.15mV。12-4解：據(jù)公式（8-4-13）圖8-4-7中與密度ρ有關(guān)，由此式可見，這種測液位的方法存在液體密度ρ的影響。據(jù)公式（12-4-16）圖12-4-3中與密度ρ無關(guān)，由此式可見，這種測液位的方法可消除液體密度ρ變化對液位測量的影響。但這種測液位的方法，需要同時(shí)采用兩個(gè)差壓傳感器，而且測得的差壓值還要進(jìn)行除法運(yùn)算才能得到液位值。12-5解：因，故T2發(fā)射極電流近似等于負(fù)載電流。故有：,根據(jù)疊加原理，題12-5圖（１）（２）因，故又因，（１）式與（２）式相減得

因代入上式得將Vb=-1.25V，Rf=62.5Ω代入上式計(jì)算得，Vi=0～5V對應(yīng)的輸出電流I0為4～20mA12-6解：圖12-5-6中表頭滿偏電流Ig=40μA，由圖12-5-6(a)可見,n點(diǎn)左邊的分流電阻R=4+1=5(kΩ)，右邊的表頭內(nèi)阻r=0.8+1.4+2.8+2.5=7.5(kΩ),代入（12-5-5）、（12-5-8）式計(jì)算得，。由圖12-5-6(a)可見,表筆插入1250V插孔時(shí)，附加電阻為,，代入（12-5-7）式計(jì)算得量程為12-7解：開關(guān)B在觸點(diǎn)７、８時(shí)，交流電壓量程分別為5V、10V，據(jù)此可計(jì)算得開關(guān)B在觸點(diǎn)９時(shí)，交流電壓量程為50V，故。開關(guān)B在觸點(diǎn)１０時(shí)，交流電壓量程為250V，故。12-8解：將，，代入公式（12-5-15）計(jì)算得表頭應(yīng)并聯(lián)的分流電阻r為，代入公式（12-5-16）計(jì)算得表頭應(yīng)串聯(lián)的限流電阻R為第13章答：相同點(diǎn)：LCD數(shù)字顯示器與LED數(shù)字顯示器都是顯示七筆字形“8”，都有段選端和位選端，段選端都要加段選碼，要顯示的數(shù)字必須通過譯碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼。