電大傳感器與測試技術(shù)(本)復(fù)習(xí)考試參考小抄【最新完整版-資料下載頁

　　

【正文】 時應(yīng)為 30 108 ???U /V。從上面的計(jì)算可知：單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂的四倍。 R=120Ω 靈敏度系數(shù) K= 的金屬電阻應(yīng)變片與阻值 R=120Ω 的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變 片應(yīng)變?yōu)?1000時，若要使輸出電壓大于 10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？ 解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為 n，故可得： 1010102 30 ?nn UKU ????? ? mV 得 n要小于 2，故應(yīng)采用全橋工作方式。 ，供電電源電動勢 E=3V， R3=R4=100Ω ， R1和 R2為同型號的電阻應(yīng)變片，其電阻均為50Ω ，靈敏度系數(shù) K=。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強(qiáng)度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強(qiáng)度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?5 000，試求此時電橋輸出端電壓 U0。 R 1ＥＵ ０R 2R 3R 4R 1R 2Ｆ 題 6 圖 解：此電橋?yàn)檩敵鰧ΨQ電橋，故 152 105322 30 ???????UKU ? /mV ，在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的？ 答： 光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它的重要特性是在無光照時阻值非常大，相當(dāng)于斷路，有光照時阻值變得很小，相當(dāng)于通路。在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。 第 3 章 電容式傳感器思考題答案 ?為了提高傳感器的靈敏度可采 取什么措施并應(yīng)注意什么問題 ? 答： 如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。 當(dāng)動極板移動△ x 后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為 C=εb（ a△ x） /d=C0εb△ x/d （ 1） 27 電容因位移而產(chǎn)生的變化量為 axCxdbCCC ????????? 00 ? 其靈敏度為 dbxCK ?????? 可見增加 b 或減小 d 均可提高傳感器的靈敏度。 bdaxΔ x 直線位移型電容式傳感器 特性是非線性的 ?采取什么措施可改善其非線性特征 ? 答：下 圖為變間隙式電容傳感器的原理圖。圖中 1 為固定極板， 2 為與被測對象相連的活動極板。當(dāng)活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時，兩極板間的距離 d 發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量 C。 12d1– 固 定 極 板 2活 動 極 板 設(shè)極板面積為 A，其靜態(tài)電容量為 dAC ?? ，當(dāng)活動極板移動 x 后，其電容量為 22011dxdxCxd AC????? ? (1) 當(dāng) xd 時 11 22 ??dx 則 )1(0 dxCC ?? (2) 由式（ 1）可以看出電容量 C 與 x不是線性關(guān)系，只有當(dāng) xd時，才可認(rèn)為是最近似線形關(guān)系。同時還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d過小時。但當(dāng) d過小時，又容易引起擊穿，同時加工精度要求也高了。為此 ,一般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來改善這種情況。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性，可采用差動式結(jié)構(gòu)。 流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖所示。電容傳感器起始時b1=b2=b=200mm， a1=a2=20mm極距 d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測量電路 u1=3sinωtV，且 u=u0。試求當(dāng)動極板上輸入一位移量△ x=5mm 時 ,電橋輸出電壓 u0。 28 b1da 1Δ xb2a 2C 1C 2C 1C 2u iu 0uu 題 3 圖 解：根據(jù)測量電路可得 ttua xuC Cuu ii ?? s i n750s i n320500 ???????? /mV ，如圖所示。 C0=200pF，傳感器的起始電容量 Cx0=20pF,定動極板距離 d0=,運(yùn)算放大器為理想放大器 (即 K→∞ ,Zi→∞ ),Rf 極大 ,輸入電壓 u1=5sinωtV。 求當(dāng)電容傳感動極板上輸入一位移量△ x= 使 d0減小時 ,電路輸出電壓 u0 為多少 ? +u iu 0ＮＣ xR fＣ0 解：由測量電路可得 ?? s i n45s i n5200000000 ??????????? tuxddCCuCCuixix/V 322所示正方形平板電容器 ,極板長度 a=4cm,極板間距離 δ= x,試計(jì)算該傳感器的靈敏度并畫出 傳感器的特性曲線 .極板間介質(zhì)為空 氣 , F / 120 ??? 。 xa 29 解：這是個變面積型電容傳感器，共有 4 個小電容并聯(lián)組成。 3 124200 ?? ?????? ? ???? aC /pF xkxCxaaC x )(4 00 ?????? ?? (x的單位為米 ) ?? )4 00 axCCC x ????? 3 21200 ??? ?????????? ? ???? ax CCK x /pF 1 02 03 04 0p FCx1 2 34xc m0 第四章 電感式傳感器思考題答案 ？ 答：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是： 傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測量電路零點(diǎn)殘余電動勢等。 ？它的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 答：電渦流式傳感器的靈敏度主要受 導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強(qiáng)，特別是有非接觸測量的 優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 所示的差動相敏檢波電路的工作原理。 答：如圖所示，設(shè)差動電感傳感器的線圈阻抗分別為 Z1和 Z2。當(dāng)銜鐵處于中間位置時， Z1=Z2=Z，電橋處于平衡狀態(tài)， C 點(diǎn)電位等于 D 點(diǎn)地位，電表指示為零。 當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大， Z1=Z+△ Z，則下部線圈阻抗減少， Z2=Z△ Z。如果輸入交流電壓為正半周，則 A點(diǎn)電位為正， B 點(diǎn)電位為負(fù)，二極管 V V4 導(dǎo)通， V V3 截止。在 AECB 支路中， C 點(diǎn)電位由于 Z1 增大而比平衡時的 C 點(diǎn)電位 降低；而在 AFDB 支中中， D 點(diǎn)電位由于 Z2的降低而比平衡時 D 點(diǎn)的電位增高，所以 D點(diǎn)電位高于 C 點(diǎn)電位，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 如果輸入交流電壓為負(fù)半周， A點(diǎn)電位為負(fù)， B 點(diǎn)電位為正，二極管 V V3 導(dǎo)通， V V4 截止，則在 AFCB支中中， C點(diǎn)電位由于 Z2減少而比平衡時降低（平衡時，輸入電壓若為負(fù)半周，即 B點(diǎn)電位為正， A點(diǎn)電位為負(fù)，C點(diǎn)相對于 B點(diǎn)為負(fù)電位， Z2減少時， C點(diǎn)電位更負(fù)）；而在 AEDB 支路中， D點(diǎn)電位由于 Z1的增加而比平衡時 30 的電位增高，所以仍然是 D 點(diǎn)電位高于 C 點(diǎn)電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負(fù)。 ～移相器 ， L L2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為 L0。 RR2為標(biāo)準(zhǔn)電阻， u 為電源電壓。試寫出輸出電壓 u0與傳感器電感變化量 △ L 間的關(guān)系。 解：輸出與輸入的關(guān)系是 uRLLf LLfRLLf LLfu ???????? ??? ?????? ??? 22200212000 )](2[ )(2)](2[ )(2 ? ?? ? 若電感增量無窮小，且兩個電阻均為 R，則： uRfL Lfu 2200 )2(4 ??? ? ? u0uR 1R 2L 1L 2 VU0 題 4 圖 題 5 圖 ，試分析電路的工作原理。 答： 這是簡單的電壓輸出型，動鐵芯移動時引起上下兩個全波整流電路輸出差動電壓，中間可調(diào)整零位，輸出電壓與鐵芯位移成正比。這種電路由二極管的非線性影響以及二極管正向飽和壓降和反向漏電流的不利影響較大。 31 第 5 章 熱電偶傳感器習(xí)題答案 1．什么是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng) ?試說明熱電偶的測溫原理。 答：熱電效應(yīng)就是兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A和 B 組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，回路中就會產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應(yīng)進(jìn)行的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進(jìn)儀表，就能測量溫度。 2．試分析金屬導(dǎo)體產(chǎn)生接觸電動勢和溫差電動勢的原因。 答：當(dāng) A和 B 兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時，由于兩者內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同 (即電子密度不同 )，因此，電子在兩個方向上擴(kuò)散的速率就不一樣?，F(xiàn)假設(shè)導(dǎo)體 A 的自由電子密度大于導(dǎo)體 B 的自由電 子密度，則導(dǎo)體 A 擴(kuò)散到導(dǎo)體 B 的電子數(shù)要比導(dǎo)體 B擴(kuò)散到導(dǎo)體 A的電子數(shù)大。所以導(dǎo)體 A失去電子帶正電荷，導(dǎo)體 B得到電子帶負(fù)電荷，于是，在 A、 B 兩導(dǎo)體的接觸界面上便形成一個由 A到 B 的電場。該電場的方向與擴(kuò)散進(jìn)行的方向相反，它將引起反方向的電子轉(zhuǎn)移，阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)擴(kuò)散作用與阻礙擴(kuò)散作用相等時，即自導(dǎo)體 A擴(kuò)散到導(dǎo)體B 的自由電子數(shù)與在電場作用下自導(dǎo)體 B 到導(dǎo)體 A的自由電子數(shù)相等時，便處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，A與 B 兩導(dǎo)體的接觸處就產(chǎn)生了電位差，稱為接觸電動勢。對于導(dǎo)體 A或 B，將其兩端分別置于不同的溫度 場 t、t0中 (t t0)。在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動能，向冷端移動，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負(fù)電荷。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動，最后也達(dá)到了動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動勢。 3．簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明它們的實(shí)用價值。 答：一是勻質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動勢為零。根據(jù)這個定律，可以檢驗(yàn)兩個熱電極材 料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性。 二是中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動勢不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測量。 三是標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢也就已知。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱 電動勢可直接計(jì)算出來。 四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點(diǎn)溫度 t、 t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為 t、 tn和 tn、 t0時的相應(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。 4．試述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)膸追N主要方法和補(bǔ)償原理。 答：熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕校阂皇抢涠撕銣胤ā＿@種方法將熱電偶的冷端放在恒溫場合，有 0℃恒溫器和其他恒溫器兩種；二是補(bǔ)償導(dǎo)線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所 (如儀表室 )，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的二個接點(diǎn)溫 度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；三是計(jì)算修正法。修正公式為： )t,(tE)t( t,E)t( t,E 01AB1AB0AB ?? ；四是電橋補(bǔ)償法。利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動勢補(bǔ)償熱電偶因冷端波動引起的熱電動勢的變化，工作原理如下圖所示。 32 ++Ut eR 1 R 2R 3 R 4R CM R5I 1 I 2I 圖中， e 為熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢， U 為回路的輸出電壓。回路中串接了一個補(bǔ)償電橋。 R1~R5及 RCM 均為橋臂電阻。 RCM 是用漆包銅絲繞制成的，它和熱電偶的冷端感受同一溫度。 R1~R5 均用錳銅絲繞成，阻值穩(wěn)定。在橋路設(shè)計(jì)時，使 R1=R2，并且 R R2的阻值要比橋路中其他電阻大得多。這樣，即使電橋中其他電阻的阻值發(fā)生變化，左右兩橋臂中的電流卻差不多保持不變，從而認(rèn)為其具有恒流特性。線路設(shè)計(jì)使得 I1=I2=I/2=。 回路輸出電壓 U 為熱電偶的熱電動勢 e、橋臂電阻 RCM 的壓降 URCM 及另一橋臂電阻 R5的壓降 UR5三者的代數(shù)和： R5R C M UUeU ?? 當(dāng)熱電偶的熱端溫度一定，冷端溫度升高時，熱電動勢將會減小。與此同時，銅電阻 RCM 的阻值將增大，從而使 URCM 增大，由此達(dá)到了補(bǔ)償?shù)哪康摹? 自動補(bǔ)償?shù)臈l件應(yīng)為 tRIe CM1 ??? ? 5．用鎳鉻 鎳硅 (K)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為 40℃，用高精度毫伏表測得