现代检测技术及仪表第2版习题解答

1、1-1 答：钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术.信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三局部组成.测量技术那么是关键和根底.如果没有仪器仪表作为测量的工具,就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息,进入信息时代将是不可能的.因此可以说,仪器技术是信息的源头技术.仪器工业是信息工业的重要组成局部.1-2 答：同非电的方法相比,电测法具有无可比较的优越性：1、 便于采用电子技术,用放大和衰减的方法灵活地改变测量仪器的灵敏度,从而大大扩展仪器的测量幅值范围量程.2、电子测量仪器具有极小的惯性,既能测量缓慢变化的量,也可测量快速变化的量,因此采用电测技术将

2、具有很宽的测量频率范围频带.3、把非电量变成电信号后,便于远距离传送和限制,这样就可实现远距离的自动测量.4、 把非电量转换为数字电信号,不仅能实现测量结果的数字显示,而且更重要的是能与计算机技术相结合,便于用计算机对测量数据进行处理,实现测量的微机化和智能化.1-3 答： 各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具.尽管各种仪器仪表的型号、 原理和用途不同,但都由三大必要的局部组成：信息获取局部、信息处理局部、信息显示局部.从“硬件方面来看,如果把常见的各类仪器仪表“化整为零地解剖开来,我们会发现它们内部组成模块大多是相同的.从“软件方面来看,如果把各个模块“化零为整地组装起来,我们会发现它们

3、的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体相近的.这就是说,常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同,但它们有很多的共性,而且共性和个性相比,共性是主要的,它们共同的理论根底和技术根底实质就是“检测技术C常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同根底的“检测技术与各个具体应用领域的“特殊要求相结合的产物.1-4 答：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置或“能把非电量转换成电量的器件或装置叫做传感器.能把被测非电量转换为传感器能够接受和转换的非电量即可用非电量的装置或器件,叫做敏感器.如果把传感器称为变换器,那么敏感器那么可称作预变换器.敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进

4、行转换,但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量,而不是象传感器那样把非电量转换成电量.1-5 答：目前,国内常规常用的检测仪表与系统根据终端局部的不同,可分为以下三种类型：1、普通模拟式检测仪表根本上由模拟传感器、模拟测量电路、和模拟显示器三局部组成,如题 1-5 图 1 所示.题 1-5 图 12、普通数字式检测仪表根本上由模拟传感器、模拟测量电路、和数字显示器三局部组成,如题 1-5 图 2 所示.根据显示数字产生的方式,普通数字式检测仪表又可分为模数转换式和脉冲计数式两种类型.题 1-5 图 2熟字熟字3、微机化检测仪表其简化框图题 1-5 图 3 所示.微机化检测仪表通常为多路数据采集

5、系统,能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量.每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连,测量通道由模拟测量电路又称信号调理电路和数字测量电路又称数据采集电路组成.传感器将被测非电量转换成电量,测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集,转换成数字信号,送入微机进行必要的处理后,由显示器显示出来,并由记录器记录下来.在某些对生产过程进行监测的场合,如果被测参数超过规定的限度时,微机还将及时地起动报警器发出报警信号.300mV.一2-1 解：灵敏度为S=300mV/mm.1mm2-2 求：1测温系统的总灵敏度；2记录仪笔尖位移 4cm 时,所对应的温度变化值.解：1测温系统的总

6、灵敏度为S=0.45X0.02X100X0.2=0.18cm/C2记录仪笔尖位移 4cm 时,所对应的温度变化值为：4t=22.22C0.18y55052-3 解：据公式2225=1e,解此万程得T=721sy8100ln2.2-4 解：据公式2-1-18,二阶传感器的幅频特性为：1K,202221n2n当0时,K1,无幅值误差.当0时,K一般不等于1,即出现幅值误差.0.97K1.03的传感器工作频率范围.由题意知n210kHz,=0.5,要确定满足1K3%也就是满足解方程K=0.97,得1.03由于=0.5,根据二阶传感器的特性曲线可知,上面三个解确定了两个频段,即 02和31.前者在特征

7、曲线的谐振峰左侧,后者在特征曲线的谐振峰右侧.对于后者,尽管在该频段内也有幅值误差不大于3%,但是该频段的相频特性很差而通常不被采用.所以,只有02频段为有用频段.由2=0.255=0.25X2兀10kHz可得f2.5kHz,即工作频率范围为02.5kHz.2-5 解：据题意知,K01,阻尼比1/J2,代入公式(2218)得幅频特性为4(6001+1000.2(f)arctan53_600100010006002-6 解：按式(2-3-6)求此电流表的最大引用误差0.1qmax100%2.0%52.0%1.5%即该表的根本误差超出 1.5 级表的允许值.所以该表的精度不合格.但该表最大引用误差

8、小于 2.5 级表的允许值,假设其它性能合格可降作 2.5 级表使用.2-7 解：据公式(239)计算,用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差分别为:A 表|AXmax|=G%L=1.5%30B 表1Axmax|=G%L=1.5%50C 表1Axmax|=G%L=1.0%50D 表 AXmax=G%L=0.2%360解方程K(w)=1221+2己%=1.03,得20.25n,32n0.97n.0.94据公式(2219)得相位差为600Hz 时幅值比为K(f)=四者比较可见,选用 A 表进行测量所产生的测量误差较小.3-1 答： 线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线,整洁地绕在一

9、个绝缘骨架上制成的.在电阻器与电刷相接触的局部,导线外表的绝缘层被去掉并抛光,使两者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电.电刷滑过一匝线圈,电阻就增加或减小一匝线圈的电阻值.因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化.只要精确设计绝缘骨架尺寸按一定规律变化,如图 3-1-2b所示,就可使位移电阻特性呈现所需要的非线性曲线形状.由 31-2a可见,只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时,线绕式电位器的电阻才会变化一个台阶.而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动,电阻呈连续变化,因此线绕式电位器分辨力比非线绕式电位器低.据公式3-1-4,对于空载电位器,其输出电压与输入位移呈线性关系,一U-UUxRx

10、xRL电位器灵敏度的提升几乎是完全依靠增加电源电压来得到.但是电源电压不可它是由电位器线圈的细电阻丝允许的最大消耗功率 P 决定的.所以,允许的U.PR0.041000020V由题意知,L=4mm,x=1.2mm,代人公式3-1-4计算得,电位器空载输出电压为一1.2Ux20一6V43-3 答：应变片的灵敏系数 k 是指应变片的阻值相对变化与试件外表上安装应变片区域3-4 解：应变片用导线连接到测量系统的前后,应变片的应变量相同,都为R/RR/Rk2应变片用导线连接到测量系统后,导线电阻将使应变电阻的相对变化减小,从而使应变片的灵敏度降低为RR3-2 解:由上式可见,能任意增加,电源电压为的轴

11、向应变之比,而应变电阻材料的应变灵敏系数k0 是指应变电阻材料的阻值的相对变化与应变电阻材料的应变之比.实验说明:另一重要原因是存在横向效应的缘故.kvk.,究其原因除了黏结层传递应变有损失外,应变片的敏感栅通常由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成.当试件承受单向应力时,其外表处于平面应变状态,即轴向拉伸 e 受sx 电阻增加,而横栅承受变化为Rx 和横向收缩 ey.粘贴在试件外表的应变片,其纵栅承y 电阻却减小.由于存在这种横向效应,从而引起总的电阻根据定义,kxxkyykx(1应变片的灵敏系数为上0,横向效应系数H)x,kx(1H),kyH0,kx故kkxkoRr12012182RRkR21203

12、-5 解：将题中给出的参数值,代人书上的公式3-1-23,计算得由温度变化引起的附加电阻相对变化为：st151062.051114.9106402.802104.时,代入公式(3-1-26)计算得,此时的温度值为热敏电阻的阻值为112900()373273R273e3-8 答：采用金属材料制作的电阻式温度传感器称为金属热电阻,简称热电阻.一般说来,金属的电阻率随温度的升高而升高,从而使金属的电阻也随温度的升高而升高.因此金属热电阻的电阻温度系数为正值.采用半导体材料制作的电阻式温度传感器称为半导体热敏电阻,简称热敏电阻.按其电阻一温度特性,可分为三类：(1)负温度系数热敏电阻(NTC);(2)

13、正温度系数热敏电阻(PTC);(3)临界温度系数热敏电阻(CTC)o 由于在温度测量中使用最多的是 NTC 型热敏电阻,所以,通常所说的热敏电阻一般指负温度系数热敏电阻.Rt0K0RO折合成附加应变为叱 02.8021041.37J.K.2.053-6 解:RtROt由题知 W(100)=R100/R0,代入公式(3-1-26),计算得电阻温度系数为R100RO1001.42RORO0.42RO0.421001001001000.42( /C)当温度为50c 时,代入公式R50(3-1-26)计算得,此时的电阻值为R0(150)100(10.4250)121(当 Rt=923-7RtR0921

14、000.4219(C)解：T0=0C=273K,R0=500k;T=100C=373K,代人公式(3-1-30)计算得R37328.98k3-9 答：题 3-9 图是日本生产的某电冰箱温控电路.该电冰箱的温控范围TLTH由窗比较器的窗口电压VL和VH决定.调节电位器%可调整TL.图中Rt为热敏电阻,当温度上升时,Rt减小,VT升高.当冰箱内温度TTH时,VTVHVL,窗口比较器使 RS触发器的 S 端为低电平,R 端为高电平,Q 输出端为高电平,晶体管导通,继电器 J 线圈通电而动作,继电器常开触点闭合,电冰箱压缩机启动制冷.冰箱内温度降低.当冰箱内温度TTL时,VTVLVH,窗口比较器使 R

15、S 触发器的 S 端为高电平,R端为低电平,Q 输出端为低电平,晶体管截止,继电器线圈失电而动作,继电器常开触点复位,电冰箱压缩机停机.当冰箱内温度TLTTH时,VVVH,窗口比较器使 RS 触发器的 S 端和 R端均为高电平,RS 触发器保持原状态不变,压缩机继续运转或继续停机.3-10 答：气敏电阻是利用半导体陶瓷与气体接触而电阻发生变化的效应制成的气敏元件.气敏电阻都附有加热器,以便烧掉附着在探测部位处的油雾、尘埃,同时加速气体的吸附,从而提升元件的灵敏度和响应速度.半导瓷气敏电阻元件一般要加热到 200c400C,元件在加热开始时阻值急剧地下降,然后上升,一般经 210 分钟才到达稳定

16、,称之为初始稳定状态,元件只有在到达初始稳定状态后才可用于气体检测.3-11 答：下列图为一个简易的家用有害气体报警电路.图中变压器次级绕组为气敏电阻 QM-N 巡供加热器电源.变压器初级中央抽头产生的 110V 交流电压,加到由 1k 电位器、气敏电阻和蜂鸣器串联组成的测量电路.当 CO 等复原性有害气体的浓度上升时,气敏电阻减小,流过蜂鸣器的电流增大,当有害气体的浓度使蜂鸣器的电流增大到一定值时,蜂鸣器就鸣叫报警.调整电位器可调整蜂鸣器灵敏度,即产生报警的有害气体最低浓度.图中窟灯LD 用作电源指示.为预防意外短路,变压器初级安装了 0.5A 的保险丝.3-12 解：图 3-1-18 中电

17、表为电流表,其中电流IX为:3V一“一IXIFIF为电流表满量程R1R2RXRX为负特性湿敏电阻.湿度T-RXJ-IXTo湿度测量范围Xmin%RHXmax%RH,tuAXRd为湿度Xmax%RH 时RX的值RXmin?因要求IXIF即RiR2R33%所以增大Ri可减小Rxmin,即扩大测湿量程Xmax%RH.3-13 答： 测湿电路通常为湿敏电阻构成的电桥电路.如果采用直流电源供电,湿敏电阻体在工作过程中会出现离子的定向迁移和积累,致使元件失效或性能降低,因此所有湿敏电阻的供电电源都必须是交流或换向直流注意：不是脉动直流.3-14 答：温度变化时,电阻应变片的电阻也会变化,而且,由温度所引起

18、的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎具有相同数量级,如果不采取温度补偿举措,就会错误地把温度引起的电阻变化当作应变引起的电阻变化,即产生“虚假视应变.把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对两臂,并不能补偿温度误差.从表 3-1-1所列图3-115b计算公式可知,电桥输出电压为URkT,2R2RT也影响电桥输出电压,此时,从电桥输出电压测出的3-15 解：一个应变片接入等臂电桥,属于单臂工作的情况,将3-1-19式代入3-1-36ERE式得U0-Ek14R4由上式可见,电源电压越高,输出电压越大,但是电源电压受应变片允许电流的限制,由题意知,应变片允许工作电流是 15mA,因此鼓励电源电压

19、应选为双层介质差动式变极距型电容传感器的电容与动极板位移的关系式为由此可见,温度引起的电阻变化应变并不是真实应变,而是T,其中包含有虚假视应变即温度误差E2IR215代入1式计算得,电桥输出电压为3-16 答：据公式4UoEk322)3101003V5mV 时钢制试件上应变片的应变为3510333.5091031.9C0Sd1d20Sd2如果空气隙减小了d,那么电容值变为Cd1d曳rd10Sd20Sd1d2ddd_2d1rd10dd2解：由题 3-18 图和题中参数可求得初始电容dO.O5,uscusr3sintO.25sint(V)doO.63-19 答：自感传感器有三种类型：变气隙式、变面

20、积式和螺管式.变气隙式灵敏度最高,螺管式灵敏度最低.变气隙式的主要缺点是：非线性严重,为了限制非线性误差,示值范围只能较小；它的自由行程受铁心限制,制造装配困难.变面积式和螺管式的优点是具有较好的线性,因而示值范围可取大些,自由行程可按需要安排,C1C2C1C2didd2题 3-17 图3-17 答：题 3-17 图所示为变介质式电容传感器,设极板宽为b,长为l.极板间无介质块时的电容为Codi,bl1,极板间有介质块时的电谷为,d2CCACBd1bxd2b(lx)d1d2CoCod1d2上式说明传感器电容与介质块位移3-18C=C2=Co=S/d=o产/do8.851O1232121O3O.

21、61O3_12一一一一6.6710F6.67pF变压器电桥输出端电压?Z?Usc-2U乙Z2其中 Z1,Z2分别为差动电容传感器U-U乙Z2C1,C2的阻抗.,C1C2UC1C2将公式(3-2-9)代入上式计算得rr rrX 成线性关系.题 3-18 图制造装配也较方便.此外,螺管式与变面积式相比,批量生产中的互换性好.由于具备上述优点,而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决,因此目前螺管型自感传感器的应用越来越多.3-20 解：设纸页厚度为,磁导率为,其磁阻远大于铁心和衔铁的磁阻,因此据公式335可推得,题 3-20 图所示自感式传感器的自感为数为IU-2U一可见电流表的读数与纸页厚度成线

22、性关系.LN2A3-21 解：将题中参数代人书上的公式3-3-2,分别计算铁芯磁路磁阻和气隙磁阻,计算结果证实,铁芯磁路磁阻远小于气隙磁阻,因此该变隙式电感传感器的电感可采用书上的公式3-3-5近似计算.由公式3-3-6和3-3-7可知,当衔铁移动 A8 时,传感器的S电感变化为i至L=LL0=L01七=L0s1+1+6.6.将公式3-3-6代人上式得,变隙式电感传感器的灵敏度为22LL.1NMOA1N然0A=S51+28.1+笠2820S0据题意知：A2,O4107H/m,N3000.代人上式计算得变隙式电感传感器的假设将其做成差动结构形式,那么灵敏度为单一式的两倍,且线性度也会得到明显改善

23、.3-22 答：由自感传感器的等效电路图 3-3-3 可见,自感传感器工作时,并不是一个理想的纯电感 L,还存在线圈的匝间电容和电缆线分布电容组成的并联寄生电容 C.更换连接电缆后,连接电缆线分布电容的改变会引起并联寄生电容 C 的改变,从而导致自感传感器的等效电感改变,因此在更换连接电缆后应重新校正或采用并联电容加以调整.3-23 答：差动自感式传感器与差动变压器式传感器的相同点是都有一对对称的线圈铁心和一个共用的活动衔铁,而且也都有变气隙式、变面积式、螺管式三种类型.不同点是,差动自感式传感器的一对对称线圈是作为一对差动自感接入交流电桥或差动脉冲调宽电路,将衔铁位移转换成电压.而差动变压器

24、式传感器的一对对称线圈是作为变压器的次级线圈,此外,差动变压器式传感器还有初级线圈差动自感式传感器没有,初级线圈接鼓励电压,两个次级线圈差动连接,将衔铁位移转换成差动输出电压.3-24 答：图a和图b的输出电流为 Iab=|1-|2,图c和图d的输出电压为 Uab=Uac-Ubco当衔铁位于零位时,|1=|2,Uac=Ubc,故 Iab=0,Uab=0；当衔铁位于零位以上时,I1|2,UacLbc,故|ab0,Lhb0;当衔铁位于零位以下时,I1|2,UacUbc,故 Iab0,UabR6R=Ra/RRi=100X106Q,11103W0=126=RC24.51X1012X100X1062.4

25、51F=0.01sin(03t,Fm=0.01N,3=103,Qm=Fmd=0.01X2=0.02PC=0.02X1012C,据公式,一一？Q1(4-2-21)Ui=QX1,C/3.1+一j出Qm=-mXC1Qm=mX2C01+31=QmX0.926,2,1C.1+2.45Uim1212X0.926=0.756X103(V)=0.756mV24.51X10=2XUim=2X0.756=1.511mV4-9 解：根据(4-2-122d31d33T27810121901012TCa8.85103434 101210136849.612_1210T341010123341010105_12Z8.85

26、10120012120020103251031032010320.16V.1364-10 答：据(4-36)式和定积分性质可知EAB(T,Tn)EAB(Tn,T0)K(TeTn)ln0.16V84.96101012C,NANBTTn(11F.A)dTK(TnTo)lneNANBTnTOKA)dT(TeT0)lnNANBTTO(BA)dTEAB(T,TO)中间温度定律证毕.据(4-36)式和对数性质、定积分性质可知EAC(T,T0)EBC(T,T0)K一(TeK(TTo)lneNBNCTONATo)lnANCKB)dT(TeTTO(A)dT4-11 解：图 4-3-7 可简化为题出发沿回路一周,

27、们相加起来便是图EEAB(T)T0)lnNATN；TO(BA)dTEAB(T,TO)4-12 图(a).我们仿照书上介绍的“巡游一周法根据遇到的导体和温度的顺序,依次写出各接触电势和温差电势,(a)中整个回路的总热电势：,从热端并将它EB(T,)EBB(Tn)EB(,T0)EBC(T.)EC(TO,T)ECA(T.)EA(To,Tn)EAA()EA(,T)依据公式(4-3-3)和对数的性质,很容易证实:EBB(Tn)EAA()EAB(Tn)EBA()(2)EBC(TO)ECA(TO)EBA(TO)(3)因EC(TO,TO)0,故(2)、(3)式代入(1)式并整理可得:EEAB(T)EB(T,)

28、EBA()EA(,T)EAB(Tn)EB(Tn,To)EBA(TO)EA(To,Tn)EAB(T,Tn)EAB(Tn,To)(4-3-12)的条件,将(4-3-12)式代入上式,并引用中间温度定律(4-3-8)从以上推导过程可以看出,图 4-3-7 即题 4-12 图(a)中补偿导线 AB满足公式(4-3-12)的条件,故可将热电偶的冷端延伸,而保证整个回路的热电势仍然不变.题 4-12 图如果改用普通的铜导线来延伸热电偶的冷端,如图题 4-12 图(b)所示,那么整个回路的热电势为：EEAB(T)EB(T,Tn)EBC(Tn)EC(Tn,To)EC(To,Tn)ECA()EA(,T)(6)依

29、据积分的性质可知EC(Tn,To)EC(To,Tn).,依据公式(4-3-3)和对数的性质,很容易证实：EBC(Tn)ECA(Tn)EBAQD)(8)(7)、(8)式代入(6)式得EEAB(T)EB(T,)EBA(Tn)EA(Tn,T)EAB(T,Tn)EAB(T,TO)(9)从以上推导过程可以看出,普通的铜导线不能用来延伸热电偶的冷端.4-12 解：由题意可知：Tn=50C,E(T,Tn)=60mV,E(rn,o)=灵敏度XTn=0.08X50=4mV,E(T,0)=E(T,Tn)+E(Tn,0)=60+4=64mV,或TTn)x灵敏度=E(T,Tn)?(T50)X0.08=60,60T=+

30、50=800Co0.084-13 解：采用与其相配的补偿导线时,将公式(4-3-13)代入公式(4-3-9)得,仪表测补偿导线满足公式式,可得EAB(Tn)EAB(Tn,To)EAB(T,Tn)EAB(Tn,To)EAB(T,TO)(5)(4)E(T,0)=64灵敏度-0.08=800c,得的电压为UiEK(T,Tn)EK(,TO)EK(T,TO)EK(T,0)EK(TO,O)从 K 型热电偶的分度表上查得对应 400c 和 20c 的热电势,代入上式计算得U1EK(400,0)EK(20,0)16.3950.79815.597mV假设错用了分度号为 E 的热电偶的补偿导线,那么仪表测得的电压

31、为U2EK(T1)EE(Tn,To)EK(T.0)Ek(Tn,0)EE(Tn,0)EE(TO,O)EK(400.0)Ek(30,0)EE(30,0)EE(20,0)查 E 型和 K 型热电偶的分度表上对应 400C、30c 和 20c 的热电势,代入上式计算得U216.3951.2031.8011.19215.801mV仪表指示的变化为U1U215.59715.8010.204mV4-14 答：不可接反.由于图 4-3-9 中补偿电桥的电压为UabEAB(Tn,T0),毫伏表读数为UOEAB(T,Tn)UabEABBF)EAB(Tn,T)EAB(RT)如果 4V 直流电源的极性接反,那么补偿电

32、桥的电压也会改变极性,即UabEAB(Tn,T0),an此时UOEAB(TF)UabEABIT)EABSIT.)EAB(T,T.).4-15 解：由题意知,此题所求解的补偿电桥就是书上图 4-3-10 所示电路.而且,题中给出了：铜电阻 Rt 的电阻温度系数 C,热电偶的电压温度系数6106V/C,TO=5OC时EAB(T0,0)0.299mV0.299103V.代入书上公式阻的阻值RS由于6106V是0700c之间变化时的平均值,故据此计算出的RS要比按分度表查出的EAB(TO,O)0.299103V计算出的RS精确度低一些.4-16 解：由于该温度显示仪表是根据馍铭一馍硅热电偶分度表刻度的

33、,所以只有在冷端温度为 0C 的情况下,仪表显示的温度才与实际温度相符.查馍铭-馍硅热电偶分度表可知,500c 对应的热电势是 20.640mV.由此我们可推断：既然显示仪表指示温度为 500C,说明此时仪表所加的电压为 20.640mV.由于此时冷端温度是 60c 而不是 0C,所以此时仪4-3-27)计算,直接求得可调电RS(T01)610或代入公式(4-3-26)计算得RS0.004500.299103665.7()1667.9(表所加的电压应该是ET,60而不是ET,0.将仪表测得的ET,60=20.640mV,和查表得到的E60,0=2.436mV 代入公式(4-3-9)计算得E(T

34、,0)E(T,60)E(60,0)20.6402.43623.076mV再反查馍铭馍硅热电偶分度表,与此热电势ET,0C和558CCCo如果热端温度不变,设法使冷端温度保持在 20C,此时仪表所加的电压将变为E(T,20),将前面计算得的ET,0E20,0=0.798mV 代人公式(4-3-9)计算得E(T,20)E(T,0)E(20,0)23.0760.79822.278mV再反查馍铭-馍硅热电偶分度表可知,此电压加到仪表上,仪表显示温度将是与E(T,0)22.278mV对应的温度值,应当在 538 与 539CCCC.通过以上计算比照可见,冷端温度降低时,显示仪表的指示温度值更接近实际温度

35、值.4-17 答：基于光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件或光敏元件.光电效应一般分为外光电效应、光导效应和光生伏特效应,相对应的光电器件也有以下三种类型：1、光电发射型光电器件,有光电管(符号见图 4-42)和光电倍增管(符号见图 4-4-4(b);2、光导型光电器件,有光敏电阻(符号见图 4-4-6),3、光伏型光电器件,有光电池(符号见图 4-412).4-18 答：有 5 种常见形式.1、透射式,可用于测量液体、气体和固体的透明度和混浊度；2、反射式,可用于测量外表粗糙度等参数；3、辐射式,可用于光电高温计和炉子燃烧监视装置；4、遮挡式,可用于测量物体面积、尺寸和位移等参量；5、

36、开关式,可用于开关,如光电继电器；计数,将光脉冲转换为电脉冲进行产品计数或是测量转速等；编码,利用不同的码反映不同的参数.4-19 答：光电器件输出的光电流与入射光波长的关系 I=F(入)为光谱特性.在同样的电压和同样幅值的光强度下,当以不同的正弦交变频率调制时,光电器件输出的光电流 I 或灵敏度 S 与入射光强度变化频率 f 的关系I=F1(f)或 S=F2(f)称为频率特性.光谱特性对选择光电器件和辐射能源有重要意义.当光电器件的光谱特性与光源辐射能量的光谱分布协调一致时,光电传感器的性能较好,效率较高.在检测时,光电器件的最正确灵敏度最好在需要测量的波长处.选用光电元件时,应考虑其频率特

37、性是否能适应于入射光强度变化的情况.也就是说,光电元件的频率响应特性的上限频率应远高于入射光强度变化的频率.4-20 答：将题 3-9 图的电冰箱温控电路这样改装：热敏电阻改为光敏电阻RG,并与串联电阻R5 互换位置,压缩机改为路灯.4-21 答：由公式(4-5-13)可见,增大(或减少)霍尔片限制电流可增大(或减少)霍尔式钳形电流表的灵敏度；图 4-5-7 中被测电流导线如果在硅钢片圆环上绕几圈,电流表灵敏度便会增大几倍.用这种方法可成倍地改变霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程.4-22 解：输出的霍尔电势为：UHKHIB221.01030.36.6(mV)由KH=,RHdne4-23 答：如图

38、 4-5-9 所示,由于工艺上的原因,很难保证霍尔电极 C、D 装配在同一等位面上,这时即使不加外磁场,只通以额定鼓励电流 I,在 CD 两电极间也有电压 U0 输出,这就是不等位电压.U0 的数值是由 C、D 两截面之间的电阻 R决定的,即 U0=IRo此外霍尔元件电阻率不均匀或厚度不均匀也会产生不等位电压.不等位电压是霍尔传感器的一个主要的零位误差,其数值甚至会超过霍尔电压,所以必须从工艺上设法减小,并采用电路补偿举措.补偿的根本思想是把矩形霍尔元件等效为一个四臂电桥,如图 4-5-10 所示.不等位电压相当于该电桥在不满足理想条件旦=及=贷=A 情况下的不平衡输出电压.因而一切使桥路平衡

39、的方法均可作为不等位电压的补偿举措.图 4-5-10 所示为三种补偿方案,图a是在阻值较大的臂上并联电阻,图bc是在两个臂上同时并联电阻,显然方案c调整比较方便.4-24 答：不能.由于热敏电阻 R 具有负温度系数,在图 4-5-13a中,当温度升高时,R 减小,流过霍尔元件的限制电流IH增大,从而使霍尔元件输出电压UHKHIHB增大,这就可补偿负温度系数的KH随温度升高而减小的作用.如果把图 4-5-13a中热敏电阻换成金属电阻丝,由于金属电阻丝具有正温度系数,当温度升高时,金属电阻丝电阻增大,流过霍尔元件的限制电流IH减小,从而使霍尔元件输出电压也UHKHIHB减小,这只能补偿正温度系数的

40、KH使UH随温度升高而增加的作用,不能补偿负温度系数的KH使UH随温度升高而减小的作用.如果图 4-5-13b中金属电阻丝换成热敏电阻 R,当温度升高时,R 减小,流过 R 电流增大,流过霍尔元件的限制电流1H减小,从而使霍尔元件输出电压UHKHIHB减小,这也只能补偿正温度系数的KH使UH随温度升高而增加的作用,不能补偿负温度系数的KH使UH随温度升高而减小的作用.5-1 答：相同点：磁敏二极管和磁敏三极管都是 PN 结型的磁敏元件,都有本征区 I,本征区 I 的长度较长,其一个侧面磨成光滑面,另一面打毛.粗糙的外表处容易使电子一空穴对复合而消失,称为 rrecombination面或 r

41、区,不同点：磁敏二极管的结构是在高阻半导体芯片本征型I 两端,分别制作 P、N 两个电极,形成 P-I-N 结.当磁敏二极管未受到外界磁场作用时,外加正偏压,那么有大量的空穴从 P 区通过 I 区进入 N 区,同时也有大量电子注入 P 区,形成电流.当磁敏二极管受到外界磁场 H+正向磁场作用时,电子和空穴受到洛伦兹力的作用而向 r 区偏转,由于 r 区的电子和空穴复合消失速度比光滑面 I 区快,因此形成的电流因复合速度快而减小.当磁敏二极管受到外界磁场 H-反向磁场作用时,电子一空穴对受到洛伦兹力作用向光滑面偏转,电子一空穴的复合率明显减小,因而形成的电流变大.磁敏二极管反向偏置时,仅流过很微

42、小电流,几乎与磁场无关.磁敏三极管的 Z构是在弱 P 型近本征半导体本征区 I上,用合金法或扩散法形成三个结,即发射结、可得载流子浓度为:1KHed1221.6101911032.841020/m3基极结、集电结.当磁敏三极管未受到磁场作用时,基极电流大于集电极电流,使 3=Ic/IbCL2V8-6 答： 如题 8-6 图所示,采用绝缘材料制作一个同轴圆筒形容器,轴心采用直径为 d 的金属圆棒作为内电极,金属圆棒外的绝缘材料包层直径为 D,绝缘材料的介电常数为.由于容器内导电液体是不粘滞的,当液位下降时,导电液体不会粘滞在绝缘材料包层的外表,所以,导电液体作为外电极与金属圆棒作为内电极的复盖长

43、度即为液位高度 H.金属圆棒和导电液体构成一个变面积式电容传感器.沉着器底部引出的两根引线分别与金属圆棒和导电液体相连,据公式323可,一2、,一,一知,传感器电容为CX-H.将此电容传感器代入上图 3-2-6b中的CX,C0lnD/d采用固定电容,据公式3-2-20,电路输出电压幅值为U0ECX一 2E一H.C0C0lnD/d题 8-6 图8-7 答：图 8-4-5 中液位高度 H 使活动衔铁上升 Ax,即衔铁位移 x,将公式8-4-10代入3342得,差动变压器输出电压与液位高度 H 成正比关系8-8 答：采用图 8-4-6 所示电容式差压传感器或图 8-4-8 所示压阻式差压传感器及相关

44、测量电路参见第 8-9 题解答将差压转换成电压,再配接一个电压表组成水深测量仪表.其组成框图如题 8-8 图所示.甚屋器甚屋器题 8-8 图差压传感器及其仪表带在潜水员身边,差压传感器高压侧进气孔敞开与潜水员身边的水相通,低压侧进气孔通过一根很长的橡胶“背压管与水面上的大气相通,据公式8-4-13,差压传感器的差压与潜水员所潜入的深度 h 成正比,此差压由测量电路转换成与UOUsN10N2(1gA水深水深h|差压层压差压层压侧量电压侧量电压口口电压表电压表T Ta a卜之成正比的电压读数,这样,潜水员就能从该电压表的读数知道自己所潜入的深度 ho8-9 解：据公式8414,图 846 所示电容

45、式差压传感器的差动电容为kenks据书上公式6-1-1,配接 m 位光电编码器,角分辨力136072m,将此式代入上式1,可得转速分辨力2式中Kag4Tdo(3-2-25)得C1C2C1C2,该电容式差压传感器接入图3-2-7b变压器电桥,将1式代入公式该电容式差压传感器接入图.C1C2U0C1C2UsU.万C1C2C1C2UsKh2329 电路,将1式代入公式3-2-33得UOHUOHKh9-1 解：铝盘转矩Meken,游丝扭矩Msks,二者平衡时(1)n1kskekske36002设转速n0时0,将 (1)式代入书上公式6-1-3,可得被测转速与转换成的相应进制数码的对应关系为kSn一ke

46、m360Ci1因二进制绝对编码器最大输出数码为m 为全故对应的可测最大转速为nmaxkSkeksmaxke1,2m3609-2 解：据公式梵.墨3000600据公式9-2-21,当Xm,故可测量振动位移幅值.据公式9-2-23,当0时,Ymam/0mam/k,故可测量振动加速度幅值.9-3 解：令为被测振动角频率,0J为绝对振动传感器固有频率.:m9-4 答： 圆筒形铝制线圈骨架可看作是一个单匝闭合线圈,当线圈架随同线圈一起在磁场中运动时,铝制线圈架内将感应产生涡流,磁场对此涡流的作用力也将阻止线圈架运动,由9-2-35式可知,这种涡流阻尼力也与线圈相对磁铁的运动速度成正比,dydt式中科一一

47、线圈架结构尺寸和材料决定的常数.过去线圈骨架采用普通的绝缘骨架,因不能产生涡流阻尼力,就在线圈的活动空间灌满硅油,靠线圈与周围硅油的摩擦产生阻尼力.采用铝骨架后,用涡流阻尼取代硅油阻尼,传感器的体积和重量大大减小.9-5 答：据公式9242和9247,只有当 coco0 时,磁电式速度传感器的输出电压才与振动速度成正比.因此磁电式速度传感器必须工作 330 的范围9-6 答： 这些传感器的共性就是传感器的壳体与被测振动体固接在一起,相对于大地做绝对振动,传感器的壳体通过弹簧片或其他弹性支承带动质量块相对于壳体做相对振动,量块的相对振动位移被转换成电量,因而被测振动体的绝对振动加速度被转换成电量

48、.9-7 解：图 9-2-5a中质量块的位移相当于图 8-1-1 中悬臂梁可动端的位移 8,8-1-2式,悬臂梁上黏贴的电阻应变电桥输出电压为将3式代入1式得4l3Ebh3F而质量块受悬臂梁的弹性反作用力为方向相反,即FT根据U0式中U为应变电桥电源电压.根据公式测加速度a的关系为kU_h2l29-2-20式,图 9-2-5a中质量块的位移(1)与被0时,12maK(2)(3)kU2hl2kUhma2l2K(4)k应变片灵敏系数,K悬臂梁的弹性系数；悬臂梁实质上是一个弹性敏感元件,当它的可动端受到质量块的作用力F时, 将产生位移,根据弹性力学的推导,与作用力F成线性正比关系(5)F5式代入6式

49、得:Eb0h36l37式代入4式得:U0kU26lm2aEbh(6)由上式可见,测得悬臂梁黏贴的电阻应变电桥输出电压,体的振动加速度幅值.就可以测得传感器所固定的振动物9-8解:5p%,岩50mUAU0Q50250OU02V2000mV,故A2000-2508g.9-9 解：根据4-2-18式,CCaCcCi10003000504050pF,根据4-2-19式,RRa/Ri100M/2M1.96M根据4-2-22式,fn12RC11.961064050101220Hz,由题意知：f030kHz综合(4-2-26)和(9-2-31)式得,U0AUQcbmGd33mGfn当ffc时,f41fcf4

50、1ff0fnf式中 G 为放大倍数.由1式可得通频带为15kHz.12fnfcfnf.,即20Hz30kHz,通频带中央频率U0AK0.9740cmG也可认为f415300.9740120315103-1219010401040501012fc时,U0AK400.018770.75fto121160.97,310八-0.970.73tt,9-10 解：应变片 R1R 粘贴位置及连成的电桥电路如图 934 所示.6lEbh261000.59.8广一万14.14102.11041132U0KU14.14104169.710417103V17mVo9-11 解：图9-3-7(a)W,W为重量,将此式

51、代入公式(3-2-6)得CXCoCO1KWCx接入题 9-11 图所示测量电路.方案 1 将图 9-3-7(a)所不电容传感器(2)UOUIRUIUE(3)UEUEKWUE(4)方案 2将图 9-3-7(a)所示电容传感器 Cx接入图将(1)式代入书上公式(3-2-38),图 3-2-113-2-11(a)中(a)输出方波频率为2RCxln(1生)R21KW2RC0ln(12)R2(5)9-12 解：在图 9-3-7(b)中,每个电容传感器的电容为CXiC0did0did0,CCXiCO1did0KFi.并联总电容CXnCXii1nCO1i1KFinCKCOFi,令总重量WFi,KCXnC0K

52、C0WnC01Wn将1式代入2式得KU0UEWn方案 2将图 9-3-7b所示电容传感器 Cx接入图 3-2-11a中将1式代入书上公式3-2-38 ,图 3-2-11a输出方波周期为9-13 解：在承受扭矩的钢轴的圆周线上,等间距地粘贴四个应变片,应变片图所示.代入书上公式9-4-3,可计算得题 9-13 图所示电桥输出电压为 10mV 时,被测力矩为3UiUEU01ERU1UERRUECXnC0UE(2)(3)T2nRC0ln(1善)(1KW)R2n(4)R1,R3与轴线成45角,应变片R2,R4与轴线成45角,再将四个应变片连接成电桥,如题 9-13由题意知,应变片灵敏系数为k=2,剪切

53、弹性模量为G8106kg2cm方案 1将图 9-3-7b所示电容传感器 Cx接入题 9-12 图所示测量电路.题 9-13 图U031010310Mr3G3,140.0153810424kg210kU10-1 解：两只相同的金属应变片粘贴到图 10-1-7 所示筒式压力传感器外壁的圆周上,当温度变化时,它们都会产生电阻变化,据公式(3-1-24),此电阻相对变化折算成“虚假视应变为tKt.应变片 R 粘贴到筒体空心局部外壁的圆周上,在流体压力 P 作用于筒体内壁时,筒体空心局部发生变形,产生与压力 P 成正比的周向应变PkPP,因此应变片R的电阻相对变化为-RLk0(tP).应变片R2粘贴到筒

54、体底部实心局部外壁的圆周上,在流体压力 P 作用于筒体内壁时,筒体底部实心局部不发生变形,应变片 R2 的电阻相对变化为R2-k0t.将这两应变片连入电桥横跨电源的相邻两臂,如题 10-1 图所示.R2电桥的其他两臂用固定的平衡电阻,代入公式(3-1-39)得,电桥输出电压为t10-1Ekk0P4EkkPP4P 作用于膜片时,膜片中央处位移引起两遮光板中狭缝一个变窄,一个变宽,从而使透射到两光敏元件上的光强度一个增强一个减弱,把两光敏元件接成差动电路,差动输出电压可设计成与压力成比例.这种差动结构不仅可提升灵敏度,而且能消除光源亮度变化产生的影响.如果只采用一个狭缝和一个光敏元件,光源亮度变化

55、引起的光敏元件上的光强度变化,同被测压力 P 变化引起的光敏元件上的光强度变化,无法区分开,从而带来测量误差.10-3题 10-3 图 2题 10-3 图 1解：题 10-3 图 1 的电路方程为R6R3R52R5(1)R4将书上公式(51-5)代入上式,并整理得因 R=R,R=R,故上式简化为调节题 10-3 图 1 中的电位器RM,使 U2=Ub,从而使 t=0C 时,U0=0O完成调零后,题 10-3 图1 中 DVM 勺输入电压为mU0R5qR32R4R5R3(2)mUoU2Ub0ctR3U0工Ct-5ctmR3m(3)调节电位器 B2,改变分压系数 m 使温度为题 10-3 图2 的

56、电路方程为t=100C 时,DV 限数为 1000mMR5RP2R5RP2U0U1P2U2公R2R3RP1将书上公式(51-5)代入上式,并整理得(4)U0TU2苦工山R5RP2R2调节题 10-3 图 2 中的电位器 RP1,使上式括号项为零,从而使 t=0C 时,U0=0O完成调零后,题 10-3 图 2 中的输出电压为U0Tct调节电位器廿 2,使温度为 t=100C 时,输出电压为 1000mM综上所述,题 10-3 图 1 和图 2 中电位器由均为调零电位器,鼻 2 均为调满度电位器.10-4 解：图 10-2-13 中,A 和 A 为电压跟随器,为为减法电路或差动放大电路(放大倍数

57、为 1),输出电压为两个晶体管管压降的差.图中 100k电位器用于调零,使两个晶体管的电流相等即ID1ID2ID,代入公式(5-1-5)得,输出电压为kT1BkBkB-UOUIU2(Ugo11n)(Ugo11n)(ln)(TIT2)C(TIT2)qIDIqID2qID当两个晶体管放在一起即温度相同时,调节图中 100k电位器,使输出电压为零.完成调零后,图 10-2-13 输出电压便与两管温度差成正比.10-5 答：辐射式测温法是基于热辐射效应.任何物体受热后都将有一局部热能转变为辐射能,物体温度愈高,那么辐射到周围空间的能量就愈多.热辐射同其它电磁辐射一样,无需任何媒介物即可传播,因此无需直

58、接接触即可通过检测物体的热辐射来测量物体的温度.这是实现辐射式测温的根底.辐射式温度传感器一般包括两局部：1)光学系统,用于瞄准被测物体,把被测物体的辐射能聚焦到辐射接收器上.2)辐射接收器,利用各种热敏元件或光电元件将会聚的辐射能转换为电量.辐射接收器产生的温度电信号幅度很弱,通常需要进行高增益地放大.但温度的变化是很缓慢的,经辐射接收器转换成的电信号也是缓变的几乎是直流电信号,而直流放大器由于容易产生直流工作点漂移,放大倍数都比较低.辐射式温度传感器采用机械调制盘,连续光线通过调制盘一圈m 个小孔被“斩波变成频率为fm式中 n 为调制盘每分钟转数60的交变光波,再经辐射接收器转换成频率为

59、f 的交流电信号,这样就便于采用高放大倍数的交流放大器放大了.10-6 解：根据10-3-14式,Pk1Q2;代入8-4-11式,C-C2k2Pk2klQ2;C1C2代入3-2-25式,可得变压器电桥输出电压为EC1C2EU1-卜水2Q2cle22为使输出电压与流量 Q 成线性正比关系,变压器电桥输出电压整流后应加接开方电路.开方电路输出为U0k34底身,与Q成线性正比关系.10-7 答： 在实际工作中由于永久磁场产生的感应电动势为直流电压,直流电压会导致电极极化或介质电(6)解,引起测量误差,所以在工业用仪表中多采用交变磁场.10-8 答：超声波测量流速的方法有时差法、相差法和频差法三种.据

60、公式10-3-23、10-3-24可知,时差法、相差法的测量结果与超声波在被测流体中的流速有关,据公式10-3-25式可知,频差法的测量结果与超声波在被测流体中的流速无关,只取决于流体本身的流速.因此目前超声波流量计多采用频差法.10-9 答：图 10-3-11 中电位器及用于调零,当管道中的液体静止不流动时,调节电位器 B 使电流表读数为零.当管道中的液体流量到达满量程值时,调电位器 R,使电流表指针满偏转.?现代汉语下?复习提纲答案整理全2022 年 6 月 16 日一、语法分析有哪些根本手续？语法分析的根本手续：切分、归并、分类.切分：由语流切分成片段,切分出的单位有：篇章、段落、句群、