【正文】 。 7 ? 答：它們的區(qū)別主要是 直流電橋用直流電源，只適用于直流元件，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件。 ?為什么要采用這種測(cè)量電路 ?說(shuō)明這種電路的工作原理。 答：通常采用電橋電路作為測(cè) 量電路。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導(dǎo)線(xiàn)四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線(xiàn)的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，如果 tt RR 21 ? ，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線(xiàn)電阻值變化造成的誤差被相互抵消。 R1 R 2R 3R 4R tR 1ˊˊR 2 熱電阻的測(cè)量電路 120Ω 靈敏度系數(shù) K=為 120Ω 的固定電阻組成電橋，供橋電壓為 4V，并假定負(fù)載電阻無(wú)窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為 1 和 1 000 時(shí)，試求單 臂、雙臂和全橋工作時(shí)的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。 解： 單臂時(shí) 40 UKU ??，所以應(yīng)變?yōu)?1 時(shí) 8 660 1024 10244 ?? ?????? UKU ? /V ， 應(yīng) 變 為 1000 時(shí)應(yīng)為330 1024 10244 ?? ?????? UKU ? /V；雙臂時(shí) 20 UKU ?? ，所以應(yīng)變?yōu)?1時(shí) 660 1042 10242 ?? ?????? UKU ? /V ， 應(yīng) 變 為 1000 時(shí)應(yīng)為330 1042 10242 ?? ?????? UKU ? /V；全橋時(shí) UKU ??0 ，所以應(yīng)變?yōu)?1時(shí) 60 108 ???U /V，應(yīng)變?yōu)?1000 時(shí)應(yīng)為 30 108 ???U /V。從上面的計(jì)算可知：?jiǎn)伪蹠r(shí)靈敏度最低，雙臂時(shí)為其兩倍，全橋時(shí)最高，為單臂的四倍。 R=120Ω 靈敏度系數(shù) K=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(shí)，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(wú)窮大）？ 解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為 n，故可得： 1010102 30 ?nnUKU ????? ? mV 得 n要小于 2，故應(yīng)采用全橋工作方式。 ，供電電源電動(dòng)勢(shì) E=3V， R3=R4=100Ω ， R1和 R2為同型號(hào)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(shí)電橋輸 9 出端電壓 U0。 R 1ＥＵ ０R 2R 3R 4R 1R 2Ｆ 題 6 圖 解： 此電橋?yàn)檩敵鰧?duì)稱(chēng)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(wú)光照時(shí)阻值非常大，相當(dāng)于斷路，有光照時(shí)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(guò)光的變化來(lái)各種電路的控制。 8. 應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么？ 解：電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因： 當(dāng) 測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度 變化時(shí)，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)之差異性而給測(cè)量帶來(lái)了 附加誤差 。 電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法 ： 通常有線(xiàn)路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類(lèi) 。 1） 電橋補(bǔ)償是最常用的且效果較 好的線(xiàn)路補(bǔ)償法。電橋補(bǔ)償 法簡(jiǎn)單易行，而且能在較大的溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償，但上面的四個(gè)條件不一滿(mǎn)足，尤其是兩個(gè)應(yīng)變片很難處于同一溫度場(chǎng)。 2）應(yīng)變片的自 補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片 。 9. 如系題圖 11所示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)， 1R 為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù) ?k ，未受應(yīng)變時(shí) ??1201R ，當(dāng)試件受力 F 時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變4108 ???? ，求 10 （ 1）應(yīng)變片電阻變化量 1R? 和電阻相對(duì)變化量 11/RR? 。 （ 2）將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流 3V ，求電橋 輸出電壓是多少 。 （ a） （ b） 習(xí)題圖 11 等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng) 解： （ 1） 4311 8 10 10R KR ? ??? ? ? ? ? ? ?， 311 1. 64 10 12 0 0. 19 68R k R? ?? ? ? ? ? ? ? ? 解：（ 2） 3111 1 2 3 4141 1 2 3 441311 2 41 1 3()( ) ( )(1 ) (1 )oRRRUER R R R RRRER R R R RRRRRER R RR R R????? ? ? ???? ? ? ????? ? ? 設(shè)橋臂比 21Rn R? ， 分母中 11/RR? 可忽略 ， 并考慮到平衡條件 3124RRRR? ， 則上式 可寫(xiě)為 ： 121(1 )oRnUE nR?? ? ? ?32323 4 10(1 ) 2 101nnnn??? ? ? ??? ? ?? 1R F 11 10． 單臂電橋存在非線(xiàn)性誤差，試說(shuō)明解決方法。 解： 為了減小和克服非線(xiàn)性誤 差 ， 常采用差動(dòng)電橋在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片 ， 一個(gè)受拉應(yīng)變 ， 一個(gè)受壓應(yīng)變 ， 接入電橋相鄰橋臂 ， 稱(chēng)為半橋差動(dòng)電路 ， 由 教材中的 式（ 242）可知 ，Uo與 Δ R1/R1呈線(xiàn)性關(guān)系 ， 差動(dòng)電橋無(wú)非線(xiàn)性誤差 ， 而且電橋電壓靈敏度 KV=E/2， 比單臂工作時(shí)提高一倍 ， 同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用 。 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(wèn)題 ? 答： 如圖所示是一直線(xiàn)位移型電容式傳感器的示意圖。 當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)△ 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） 電容因位移而產(chǎn)生的變化量為 axCxdbCCC ????????? 00 ? 其靈敏度為 dbxCK ?????? 可見(jiàn)增加 b 或減小 d 均可提高傳感器的靈敏度。 bdaxΔ x 12 直線(xiàn)位移型電容式傳感器 ?采取什么措施可改善其非線(xiàn)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(cè)對(duì)象相連 的活動(dòng)極板。當(dāng)活動(dòng)極板因被測(cè)參數(shù)的改變而引起移動(dòng)時(shí)，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(dòng) 極 板 設(shè)極板面積為 A，其靜態(tài)電容量為 dAC ?? ，當(dāng)活動(dòng)極板移動(dòng) x后，其電容量為 22011dxdxCxd AC????? ? (1) 當(dāng) xd 時(shí) 11 22 ??dx 則 )1(0 dxCC ?? (2) 由式（ 1）可以看出電容量 C 與 x 不是線(xiàn)性關(guān)系，只有當(dāng) xd時(shí)，才可認(rèn)為是最近似線(xiàn)形關(guān)系。同時(shí)還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d 過(guò)小時(shí)。但當(dāng) d 過(guò)小時(shí)，又容易引起擊穿， 13 同時(shí)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(lái)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(xiàn)性，可采用差動(dòng)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(shí) b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm極距 d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測(cè) 量電路 u1=3sinωtV，且 u=u0。試求當(dāng)動(dòng)極板上輸入一位移量△ x=5mm 時(shí) ,電橋輸出電壓 u0。 b1da 1Δ xb2a 2C 1C 2C 1C 2u iu 0uu 題 3 圖 解： 根據(jù)測(cè)量電路可得 ttuaxuC Cuu ii ?? s in750s in320500 ???????? /mV ，如圖所示 。C0=200pF， 傳感器的起始電容量 Cx0=20pF,定動(dòng)極板距離 14 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(dòng)極板上輸入一位移量△x= d0 減小時(shí) ,電路輸出電壓 u0 為多少 ? +u iu 0ＮＣ xR fＣ0