1、電氣測(cè)試技術(shù)課程習(xí)題第1章到第5章習(xí)題一、填空題1、測(cè)試技術(shù)包括 測(cè)量 和 試驗(yàn) 兩方面.凡需要考察事物的狀態(tài)、變化和特征等，并要對(duì) 它進(jìn)行定量的描述時(shí)，都離不開測(cè)試工作。2、 按是否直接測(cè)定被測(cè)量的原則分類，測(cè)試方法分直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。3、 按測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸的原則分類，測(cè)試方法分接觸式測(cè)量法和非接觸式 測(cè)量法。4、 按測(cè)量時(shí)是否隨時(shí)間的原則分類，測(cè)試方法分靜態(tài)測(cè)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。5、測(cè)量誤差一般按其性質(zhì)分類分為 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。6、傳感器是測(cè)試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，將被測(cè)系統(tǒng)或測(cè)試過程中需要觀測(cè)的信息轉(zhuǎn)化為人們 熟悉的各種信號(hào)。7、傳感器的基本功能是檢測(cè)信號(hào)和信號(hào)轉(zhuǎn)換

2、。&傳感器的組成按定義一般由 敏感元件、變換元件、信號(hào)調(diào)理電路三部分組成。9、傳感器按信號(hào)變換特征分類；可分為 結(jié)構(gòu)型傳感器和物理型傳感器。10、結(jié)構(gòu)型傳感器是依據(jù)傳感器的 結(jié)構(gòu)參數(shù)變化 而實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的。11、 物理型傳感器在實(shí)現(xiàn)變換過程中傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不變，而僅依靠傳感器中原 件內(nèi)部的 物理 和 化學(xué) 性質(zhì)變化實(shí)現(xiàn)傳感器功能。12、按測(cè)量原理分類一般包括 電阻式、電感式和電容式三種基本形式，以及由此而派 生出來的其他形式傳感器。13、按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況分類可分為 能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。14、傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量的數(shù)值稱為 測(cè)量上限，最小的被測(cè)量值稱為 測(cè)量下

3、限,用它們來表示測(cè)量區(qū)間稱測(cè)量范圍。15、在采用直線擬合線性化時(shí)輸出輸入的校正曲線與其擬合直線之間的最大偏差稱為 非線性誤差 或 線性度，常用相對(duì)誤差表示。16、傳感器輸出的變化量厶丫與引起此變化量X之比稱為 靜態(tài)靈敏度（或簡(jiǎn)答什么是 靈敏度）17、 靜態(tài)誤差（精度）是指?jìng)鞲衅髟谄淙砍虄?nèi)任一點(diǎn)的輸出值 與理論輸出值 的偏 差程度。18、傳感器的 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。19、 引用誤差是指測(cè)量的絕對(duì)誤差與 儀器的滿量程 之比。20、 傳感器的標(biāo)定是指在明確傳感器的輸出與輸入關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具 對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)度。21、標(biāo)定的基本方法是指利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已

4、知的非電量作為輸入量輸入到待標(biāo)定的 傳感器中，然后將傳感器的 輸出量 與輸入標(biāo)準(zhǔn)量作比較，獲得一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或 曲線（也可是傳感器的標(biāo)定的含義）。22、頻域內(nèi)傳感器不失真檢測(cè)的條件是 幅頻特性是常數(shù) 以及相頻特性是線性關(guān)系。23、電阻應(yīng)變片一般是由 敏感柵、基底、覆蓋層、引線和粘合劑構(gòu)成。24、沿應(yīng)變比軸向的應(yīng)度£ X必然引起應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化，而垂直于應(yīng)變片軸向應(yīng)變£y也會(huì)引起其電阻的相對(duì)變化，這種現(xiàn)象稱為 橫向效應(yīng)。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生和影響與 應(yīng)變片結(jié)構(gòu) 有關(guān)，為了減小由此產(chǎn)生的測(cè)量誤差，現(xiàn)在一般多采用 箔式 應(yīng)變片。25、 為了消除應(yīng)變片的溫度誤差，可采用的溫度補(bǔ)償措施

5、包括自補(bǔ)償法、橋路 補(bǔ)償法 和熱敏電阻補(bǔ)償法。26、 應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線 與 被測(cè)試件 之間的電阻值。27、 應(yīng)變片的選擇一般包括類型的選擇、材料的選擇、阻值的選擇和尺寸的選擇。28、壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生 零點(diǎn)溫度漂移 和靈敏度漂移，因此，必 須采用溫度補(bǔ)償措施。29、零點(diǎn)溫度漂移是指電橋轉(zhuǎn)換電路中 4個(gè)電阻值不同及它們的 溫度系數(shù) 不一致而造 成的，一般用 串并聯(lián)電阻法 來補(bǔ)償。30、壓阻器件的靈敏度溫度漂移是由 壓阻系數(shù) 隨溫度變化而引起的,補(bǔ)償靈敏度漂移， 可采用在電源回路中串聯(lián) 二極管 的方法，因?yàn)樗臏囟忍匦詾樨?fù)值。31、利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫

6、度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器稱為熱 電阻式傳感器。32、電位計(jì)傳感器也稱為 變阻器 式傳感器,其工作原理是通過改變電位計(jì)觸頭位置實(shí) 現(xiàn)將 位移 轉(zhuǎn)化為 電阻 的變化。二、簡(jiǎn)答題1、什么是測(cè)試？與計(jì)量有何區(qū)別？答：測(cè)試是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量。測(cè)試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量 的測(cè)量原理和測(cè)量信號(hào)分析處理方法。測(cè)試工作的目的就是獲取研究對(duì)象中有用的 信息，而信息蘊(yùn)涵于信號(hào)之中。因此，測(cè)試工作就是信號(hào)的獲取、加工、處理、顯 示記錄及分析的過程。計(jì)量是實(shí)現(xiàn)測(cè)量單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確傳遞2、畫出測(cè)試系統(tǒng)的組成框圖，并說明各組成部分的作用。答：一般說來，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記

7、錄裝置三部分組成。傳感器：將被測(cè)非電量物理量（如噪聲，溫度）檢出并轉(zhuǎn)換成為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系， 且便于應(yīng)用的某些物理量（通常為電量）的測(cè)量裝置。中間變換裝置：對(duì)傳感器輸出的變量變換成電壓或電流信號(hào)或經(jīng) A/D變換后用軟件 進(jìn)行信號(hào)分析，使之能在輸出單元的指示儀上指示或記錄儀上記錄；或者能夠作為 控制系統(tǒng)的檢測(cè)或反饋信號(hào)。顯示記錄裝置：則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。如指示 儀、記錄儀、累加器、報(bào)警器、數(shù)據(jù)處理電路等3、何謂測(cè)量誤差？通常測(cè)量誤差是如何分類表示的？答：答：測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值之差稱為測(cè)量誤差。常用的測(cè)量誤差表示方法為絕對(duì)誤 差和相對(duì)誤差兩種。根據(jù)測(cè)量誤差所產(chǎn)生

8、的原因不同，將測(cè)量誤差分為系統(tǒng)誤差、 隨機(jī)誤差和粗大誤差三類4、為什么選用電測(cè)儀表時(shí)，不僅要考慮它的精度，而且要考慮其量程？5、傳感器是由哪幾部分組成的？各部分的作用是什么？答：傳感器一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的物理量轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出6、傳感器的定義是什么？答：傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng) 用的另一種量的測(cè)量裝置。7、什么是傳感器的靜特性？主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康?/p>

9、各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)出入量是常量或變化極慢時(shí)，輸出與輸入關(guān)系。衡量傳感器靜特性的主要技術(shù)指標(biāo)有線性度、測(cè)量范圍和量程、重復(fù)性、遲滯靈敏 度、精度、分辨率、穩(wěn)定性和漂移等。8、精密度的定義是什么 ?答:精密度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲋档姆稚⑿?,即對(duì)某一穩(wěn)定的被測(cè)量 ,由同一測(cè)量者 ,用同一 傳感器 ,在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi) ,連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次 ,其測(cè)量結(jié)果的分散程度。9、簡(jiǎn)述對(duì)傳感器彈性敏感元件材料的基本要求是什么？對(duì)彈性敏感元件的基本要求有：（1）彈性極限和強(qiáng)度高；（2）彈性滯后和彈性后效小；（3）彈性模量的溫度系數(shù)要小且穩(wěn)定；（4）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；（5）具有良好的機(jī)械加工和熱處理

10、性能；（6）具有高的抗氧化性、耐腐蝕性、絕緣等性能。10、簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。答 : 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變片組成。當(dāng)彈性敏感元件受到被 測(cè)量作用時(shí)，將產(chǎn)生位移、應(yīng)力和應(yīng)變，則粘貼在彈性敏感元件上的電阻應(yīng)變片將 應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化。這樣，通過測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，從而確定被測(cè) 量的大小。11、金屬導(dǎo)體應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？答：對(duì)于金屬應(yīng)變片，電阻值的變化是主要由機(jī)械變形而產(chǎn)生的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電 阻率幾乎不變化；而對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變片，電阻值的變化主要是由電阻材料受到載荷作用產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)電阻率發(fā)生變化引起的12、電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因有哪些

11、，怎樣消除誤差？（1 ）、敏感柵的電阻值隨溫度的變化而改變，即電阻溫度效應(yīng)；（2）、敏感柵和試件線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的電阻變化。詳見 P114 P11513、什么是電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)？答：將直的電阻絲繞成柵狀以后，即使在長(zhǎng)度相同，應(yīng)變狀態(tài)也相同的條件下，由于柵狀電阻絲的橫向繞制部分感受被測(cè)點(diǎn)的橫向應(yīng)變，因此電阻絲總的電阻變化將 會(huì)受到橫向變形的影響，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。14、什么是壓阻效應(yīng)？答：d p/p是電阻絲受到應(yīng)力作用而引起電阻率的變化，即壓阻效應(yīng)。二、計(jì)算題1、對(duì)某量進(jìn)行了 15次重復(fù)測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)為：20.42,20.43,20.40,20.43,20.42,20.43

12、,20.39,20.30,20.40,20.43,20.42,20.41,20.39,20.39,20.40 。是判定數(shù)據(jù)中是否存在粗大誤差（P=99%。= 20.404測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為:0.01496:14:0.033解：測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值其中數(shù)據(jù)20.30的殘差v =0.104孤=0.099，即含有粗大誤差。根據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則可以判定，數(shù)據(jù)20.30為異常值，應(yīng)當(dāng)剔除0.003374=13剔除該數(shù)據(jù)后，重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，得X、20.4110.016這時(shí)剩余數(shù)據(jù)的殘差+=0.048即剩余數(shù)據(jù)不再含有粗大誤差。2、兩金屬應(yīng)變片R和R阻值均為120Q，靈敏度系數(shù)K=2,兩應(yīng)變片一片受拉另一

13、片受壓，應(yīng)變均為1000卩§兩者接入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋，電源電壓U=5V求(1) R和厶R/R;(2)電橋的輸出電壓。R ；解：(1)應(yīng)變?yōu)?1000(!£, 故=0.001AR即有=2 ： =0.002RAR=0.002*120 Q=0.24 Q(2)電橋的輸出電壓為:1 ARU。： U = 0.005V2 R3、如下圖所示的半橋差動(dòng)電橋中二個(gè)電阻應(yīng)變片，一個(gè)受拉應(yīng)力，一個(gè)受壓應(yīng)力，它 們接在電橋的相鄰橋臂中。假設(shè)二個(gè)電阻應(yīng)變片受力時(shí)阻值變化大小相等、符號(hào)相反， 請(qǐng)推導(dǎo)輸出電壓UOut的表達(dá)式。當(dāng)R0= 1KQ， R= 1 Q，工作電源U= 5V時(shí)，輸出電壓 U

14、Out為多少？解: Uout = U R0/ ( R0 + R0) U( R0-R) /(R0+ R + R0 R)=U R/ (2R0)輸出電壓 Uout=5*(1/1000)*1/2=0.0025V4、用兩個(gè)伏特表測(cè)量?jī)蓚€(gè)電壓，一個(gè)電壓的測(cè)量值為150伏，絕對(duì)誤差為1.5伏；另一個(gè)的測(cè)量值為10伏，絕對(duì)誤差為0.5伏，問哪個(gè)伏特表測(cè)量更準(zhǔn)。答：從絕對(duì)誤差角度來看，前者比后者大，但從相對(duì)誤差來看，前者為1 100% =15 100% =1%Ax150后者為：2100%100% =5%A10由此可見，前者的相對(duì)誤差小些，測(cè)量的準(zhǔn)確度要高些。5、用量限為10安，準(zhǔn)確度為0.5級(jí)的電流表去測(cè)量10

15、安和5安的電流，求測(cè)量的相 對(duì)誤差。答：測(cè)量10安電流時(shí)所產(chǎn)生的最大基本誤差 S二-a% 代=-0.5% 10二-0.05因而測(cè)量10安電流時(shí)所產(chǎn)生的最大相對(duì)誤差=一005 = _0.5%10測(cè)量5安電流時(shí)所產(chǎn)生的最大基本誤差 s = - a% A二-0.5% 10二-0.05因而測(cè)量5安電流時(shí)所產(chǎn)生的最大相對(duì)誤差二-0.05二-1%56、用量程為150V、0.5級(jí)的電壓表和量程為30V 1.5級(jí)的電壓表測(cè)量25V的電壓，請(qǐng) 問選用哪一個(gè)電壓表測(cè)量合適？答：用量程為150V、0.5級(jí)的電壓表測(cè)量25V的電壓時(shí)所產(chǎn)生的最大基本誤差m 二-a% 珞=-0.5% 150=-0.75V0 75所產(chǎn)生的

16、最大相對(duì)誤差=.=3%25用量程為30V、1.5級(jí)的電壓表測(cè)量25V的電壓時(shí)所產(chǎn)生的最大基本誤差m 二-a% & = -1.5% 30 二-0.45V所產(chǎn)生的最大相對(duì)誤差二045二1.8%25所以選用量程為30V、1.5級(jí)的電壓表測(cè)量25V的電壓時(shí)更合適第6章到第8章習(xí)題一、填空題1、電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量 變化的傳感器，包括 變極距型，變面積型和變介質(zhì)常數(shù)型三類。2、變極距式電容傳感器的電容變化量是厶 C與極距的變化量是Ac之間不是 線性 關(guān)系，但當(dāng)穴Ac時(shí)，可以認(rèn)為山 與Ac間是 線性 關(guān)系，這種類型的傳感器一般 用來測(cè)量微小變化的量。3、 為了改善變極距式電容傳

17、感器的非線性，可以采用差動(dòng)形式，并使輸出為電容之 差，這種形式不僅可以改善非線性，靈敏系數(shù)也提高一倍。4、變面積型和變介質(zhì)常數(shù)型（測(cè)厚除外）電容傳感器具有很好的線性，但它們的結(jié)論 都是在忽略了 邊緣效應(yīng) 下得到的。5、 電容式傳感器的測(cè)量電路有 電橋電路、運(yùn)算放大器式電路、調(diào)頻電路和差動(dòng) 脈沖寬度調(diào)制電路。6、 邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的 靈敏度 降低，而且產(chǎn)生 非線性，因此應(yīng)盡量消除 或減小邊緣效應(yīng)。7、當(dāng)自感式傳感器結(jié)構(gòu)和材料確定后，電感 L為氣隙截面積S及空氣隙長(zhǎng)度c的函數(shù)。 S固定，可以構(gòu)成 變氣隙型 電感傳感器；c固定，可以構(gòu)成 變面積 電感傳感器。&變氣隙型電感傳感器靈敏度

18、高，非線性 嚴(yán)重 ，量程 較小。變面積型電感傳感器的靈敏度 較低，線性性能 良好，量程較大。螺管型電感傳感 器的靈敏度最低，但量程大，線性性能良好。9、 差動(dòng)電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是：兩個(gè)導(dǎo)磁體的幾何尺寸 完全相同，材料性能 完 全相同，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同。10、差動(dòng)式余單線圈的電感式傳感器相比， 具有線性 好，靈敏度 提高1倍 和測(cè) 量精度高的優(yōu)點(diǎn)。11、 交流電橋是電感傳感器的主要轉(zhuǎn)換電路。12、 交流電橋平衡的條件是：相對(duì)橋臂阻抗之模的乘積影響等且他們的阻抗角之和也必須相等13、 渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)，渦流大小與導(dǎo)體的電阻率p ,導(dǎo)磁率卩,導(dǎo)體厚度t以及線圈與導(dǎo)體之間

19、的距離x等參數(shù)有關(guān)。改變線圈與導(dǎo)體間的距離x 可以做成測(cè)量位移，厚度，振動(dòng)的傳感器；改變導(dǎo)體的電阻率p可以做成測(cè)量表面溫度，檢測(cè)材質(zhì)的傳感器，改變導(dǎo)體的導(dǎo)磁率卩 可以做成測(cè)量應(yīng)力，硬度的傳感器，同時(shí)改變 x，p，u，可以對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行探傷。14、 壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體沿著一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生大小相等 符號(hào) 相反 的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到 不帶電 狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變，晶體受力產(chǎn)生的電荷量與外力大小成正比。這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。15、 對(duì)晶體施加電場(chǎng)，晶體將在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形 ；當(dāng)外電場(chǎng)撤去后，該變形也隨之消失，這種現(xiàn)

20、象叫逆壓電效應(yīng) ，也稱作電伸縮效應(yīng)。16、 壓電式傳感器既可等效為電荷源，又可等效為 電容器，其等效電路可認(rèn)為是二者的并聯(lián)，也可認(rèn)為是一個(gè)電壓源和一個(gè)電容器的串聯(lián)。17、 壓電材料可分為三大類：壓電晶體、壓電陶瓷 和 新型壓電材料。18、壓電半導(dǎo)體既有 壓電 特性，又有 半導(dǎo)體 特性。因此既可用其 壓電性 研 制傳感器，有可用其 半導(dǎo)體特性 制作電子器件也可將二者結(jié)合，研制轉(zhuǎn)換元件 和電子線路于一體的新型壓電傳感器測(cè)試系統(tǒng)。19、 壓電傳感器的變換電路主要形式有電壓 放大器和 電荷 放大器。二、簡(jiǎn)答題1、什么是電渦流效應(yīng)？答：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中做切割磁力線

21、運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生成渦旋狀的感應(yīng)電流，這一現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。2電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)和主要缺點(diǎn)是什么？答：電容式傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）溫度穩(wěn)定性好2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)性強(qiáng)3）動(dòng)態(tài)響 應(yīng)好，可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量；具有平均效應(yīng)其主要缺點(diǎn)：輸出阻抗高，負(fù)載能力差，寄生電容影響大，輸出特性非線性。3、什么是壓電效應(yīng)？壓電材料分為哪幾種？答：壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體沿著一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象， 同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生大小相等符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電 狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變，晶體受力產(chǎn)生的電荷量與外力 大小成正比。這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。材料：石英晶體，

22、鈦酸鋇，鋯鈦酸鉛等。4、壓電式傳感器的測(cè)量電路中為什么要接入前置放大器？答：1）把從傳感器輸入的高阻抗變?yōu)榈妥杩馆敵觥?）把傳感器輸出的微弱信號(hào)放大。5、壓電式加速度傳感器橫向靈敏度產(chǎn)生的原因有哪些？答：1）晶片切割或極化方向有偏差。2）傳感器底座上下兩端面互不平行。3）底座平面與主軸方向互不垂直。4）質(zhì)量塊或壓緊螺母加工精度不夠。5）傳感器裝配質(zhì)量不好等。三、計(jì)算題1、有一只差動(dòng)電感位移傳感器，已知電源電 Ur=4V, f=400Hz，傳感器線圈銅電阻與電 感量分別為R=40Q， L= 30mH用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成四臂等阻抗電橋，如圖所示， 試求：（1）匹配電阻F3和R的值；（2）當(dāng)厶Z=1

23、0時(shí)，分別接成單臂和差動(dòng)電橋后的輸出電壓值；（3）用相量圖表明輸出電壓Use與輸入電壓Usr之間的相位差。解：(1)線圈感抗Xl=丄=2二fL=2 二 400 30 10=75.4 (門)線圈的阻抗2 二l2 =；40275.42 =85.4 I】故其電橋的匹配電阻(見習(xí)題圖3-16)R3 = R4 =Z=85.4 (門)(2)當(dāng)4Z=10時(shí)，電橋的輸出電壓分別為單臂工作:UscUsr Z4 Z410-0.117 V485.4雙臂差動(dòng)工作:Usr jZ2 Z 即二ta n芒Usc4100.234 V2 85.4tan上027.9(3)L75.42、如圖所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截面積 S=4X

24、 4mrfi,氣隙總長(zhǎng)度S =0.8mm,銜鐵 最大位移厶S =± 0.08mm激勵(lì)線圈匝數(shù) W=25O01,導(dǎo)線直徑d=0.06mm電阻率P =1.75 xi0-6.cm，當(dāng)激勵(lì)電源頻率f=4000Hz時(shí)，忽略漏磁及鐵損，求：(1) 線圈電感值；(2) 電感的最大變化量；線圈的直流電阻值；線圈的品質(zhì)因數(shù)；(5)當(dāng)線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值解：(1)線圈電感值-皿廣 仿7250024 4 1 0七=1.57 106 0.8 10-3(2)銜鐵位移S=+0.08mm時(shí)，其電感值卄=157mi：=1.31銜鐵位移§= - 0.08mm%W2S 4 二 10

25、 一7 25002 4 4 10一6: :- : 2 一0.8 2 0.08 10-3X10-1(H)=131mH時(shí)，其電感值%W2S4二 10” 25002 4 4 10"6亡20.82 0.08 10=1.96 X10-1(H)=196(mH)故位移厶、三±0.08mm時(shí)，電感的最大變化量為AL=L_- L =196 - 13仁65(mH)(3)線圈的直流電阻,(.0.06 "=44+ mm<2丿為每匝線圈的平均長(zhǎng)度，則lW lR2s兀d 4I Cp 設(shè)Cp2 72500x4匯 4 +二1.75 10型 10-12=249.6 門線圈的品質(zhì)因數(shù)兀a ?-

26、0.06 10 42fL1工4000停仃二化當(dāng)存在分布電容200PF249.6 '-1時(shí)，其等效電感值LpL =1 - 2LC 1 2f 2LC1.57 1041 - 2二 4000 2 1.57 10200 102= 1.6010八-160m：3、在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變間隙電容傳感器和電橋測(cè)量電路，如圖所示。已 知：S 0=0.25mm D=38.2mm R=5.1k Q ; USr=60V(交流)，頻率 f=400Hz 試求：(1) 該電容傳感器的電壓靈敏度 Ku (V/詢；(2) 當(dāng)電容傳感器的動(dòng)極板位移 S =10m時(shí)，輸出電壓USc值。圈宦電橇戰(zhàn)動(dòng)電慢I Bl定電段解

27、：由傳感器結(jié)構(gòu)及其測(cè)量電路可知(1)初始電容ji0 D408.85x102 汽兀 x（38.2x10, f4漢 0.25漢 10= 40.6 10J2 F = 40.6pF1 1 1由于G2 fC°2 二 400 40.6 10J2= 9.8 106 門“ R（ = 5.1k）UoUi jCjdC0 2 -'0從而得U。 Ui60120V/mm = 0.12V/ 口 m d 2、02 0.25Uo = Ku Ad=0.12V/ Jm xlOm=1.2V第9章到第11章習(xí)題一、填空題i只要線圈磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，其實(shí)現(xiàn)方法主要有線圈與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁路中磁阻

28、變化，恒定磁場(chǎng)中線圈面積變化。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度 v或w成正比，所以，可用磁電式傳感器測(cè)量線速度和角速度，對(duì)測(cè)得的速度進(jìn)行積分或微分可求出 位移和加速度2、 磁電式傳感器直接從被測(cè)物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，且輸出功率大，性 能穩(wěn)定，它的工作不需要電源，調(diào)理電路 簡(jiǎn)單，由于磁電式傳感器通常具有較高的 靈敏度，所以一般不需要 高增益放大器，適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩的測(cè)量。3、 霍爾電勢(shì)UH=RHlB/d，其中Rh是霍爾系數(shù)，1是控制電流，B是磁場(chǎng)強(qiáng)度，d是半 導(dǎo)體薄片厚度。4、霍爾電勢(shì)的大小正比于 控制電流I和磁場(chǎng)強(qiáng)度B5、霍爾傳感器的靈敏度 Kh

29、表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)輸出霍爾電勢(shì)大小。一般要求越大越好，原件厚度d越薄Kh越大，所以霍爾元件的厚度都很 薄，當(dāng) 霍爾傳感器的幾何尺寸確定后，霍爾電勢(shì)大小只和 控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)， 因此霍爾傳感器可用來探測(cè) 磁場(chǎng)和電流，由此可測(cè)壓力和振動(dòng)。6、霍爾元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由 霍爾片，四根引線和殼體組成7、對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞。僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合。恒流驅(qū)動(dòng)線性高，精度高，收溫度影響小。&霍爾元件對(duì)溫度變化很敏感，霍爾元件的性能參數(shù)輸入電阻，輸出電阻，霍爾電勢(shì)， 都會(huì)隨溫度而變化，從而帶來測(cè)量誤差。為減小溫

30、度的影響，除選用溫度系數(shù)小的原件或采用恒溫措施外，還可用適當(dāng)方法補(bǔ)償。9、在光線作用下，物體內(nèi)的電子 逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)。在光 線作用下，電子吸收光子能量從 鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化， 這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。在光的作用下能夠使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱光生伏特效應(yīng)10、光敏元件的兩端加一定的偏置電壓后， 在某種光源的特定照度下 產(chǎn)生或增加的電流稱光電流。光敏元件在 無光照時(shí)兩端加電壓后產(chǎn)生的電流叫暗電流。11、光敏電阻是利用光 電導(dǎo)效應(yīng)制成的。無光照時(shí)光敏電阻的阻值 很大，當(dāng)它受到一定 波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，其阻值 很小。12、光纖的分類很多，

31、按折射率分布情況分為 階躍型和漸近型。按傳輸模式多少可分為 單模和多模光纖。13、光電式編碼器由光源，光學(xué)系統(tǒng)，碼盤，光電接收元件，處理電路組成。14、熱電式傳感器是一種將 溫度變化轉(zhuǎn)換為電量的裝置15、熱電式傳感器按測(cè)溫方法不同分為 接觸式和非接觸式兩大類16、熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的 電阻隨溫度變化的特性測(cè)量溫度，用半導(dǎo)體材料作為 溫感元件的傳感器稱熱敏電阻17、熱電式是由兩個(gè)導(dǎo)體的 接觸電勢(shì)和同一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成二、簡(jiǎn)答題1、什么是霍爾元件？(P169)為什么半導(dǎo)體材料適合做霍爾元件？答：在金屬或者半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，在與薄片垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于

32、電流和磁場(chǎng)方向的薄片的另兩側(cè)將會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Uh,Uh的大小與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，這一現(xiàn)場(chǎng)稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾 效應(yīng)制成的原件稱為霍爾原件。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾原件的材料應(yīng)該具有高的電阻率和載流子遷移率。一 般金屬的載流子遷移率很高，但其電阻率很小；絕緣體的電阻率極高，但其整流子遷移率極低；只有半導(dǎo)體這兩方面性能都比較好。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2、什么是磁阻效應(yīng)？( P179)3、霍爾元件產(chǎn)生不等位電勢(shì)的主要原因有哪些？如何進(jìn)行補(bǔ)償？(P172173)4、什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？答：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射

33、的現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)。在 光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化， 這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 在光的作用下能夠使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象 稱光生伏特效應(yīng)5、什么是熱電效應(yīng)？ P218 答：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)。6、簡(jiǎn)述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)母鞣N方法 答：(1)因?yàn)闊犭娕嫉臒犭妱?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

34、端溫度計(jì)算校正法 C:冰浴法D :補(bǔ)償電橋法。7、簡(jiǎn)述傳感器的選用原則與設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素。 答:傳感器的選用原則和應(yīng)考慮的因素:( 1 ) 仔細(xì)研究所測(cè)試的信號(hào)，分析測(cè)試環(huán)境和干擾因素。根據(jù)測(cè)試范圍確定選用什么 樣的傳感器、確定測(cè)試方式、考慮傳感器的體積、被測(cè)位置是否能安裝下，研究 傳感器的來源、價(jià)格等因素。( 2) 傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度。設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的因素:靈敏度、確定度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測(cè)試方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維修、價(jià)格便宜，便于攜帶、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化等一系列因素。8什么是莫爾條紋？答：將主光柵與標(biāo)