【正文】 點地位，電表指示為零。當銜鐵上移，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點電位為正，B點電位為負，二極管VV4導通，VV3截止。在AECB支路中，C點電位由于Z1增大而比平衡時的C點電位降低；而在AFDB支中中，D點電位由于Z2的降低而比平衡時D點的電位增高，所以D點電位高于C點電位，直流電壓表正向偏轉。如果輸入交流電壓為負半周，A點電位為負，B點電位為正，二極管VV3導通，VV4截止，則在AFCB支中中，C點電位由于Z2減少而比平衡時降低（平衡時，輸入電壓若為負半周，即B點電位為正，A點電位為負，C點相對于B點為負電位，Z2減少時，C點電位更負）；而在AEDB支路中，D點電位由于Z1的增加而比平衡時的電位增高，所以仍然是D點電位高于C點電位，電壓表正向偏轉。同樣可以得出結果：當銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉，輸出為負。，LL2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為L0。RR2為標準電阻，u為電源電壓。試寫出輸出電壓u0與傳感器電感變化量△L間的關系。解：輸出與輸入的關系是若電感增量無窮小，且兩個電阻均為R，則： 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。第5章 熱電偶傳感器習題答案1．什么是金屬導體的熱電效應?試說明熱電偶的測溫原理。答：熱電效應就是兩種不同的導體或半導體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結點處的溫度不同，回路中就會產生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應進行的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進儀表，就能測量溫度。2．試分析金屬導體產生接觸電動勢和溫差電動勢的原因。答：當A和B兩種不同材料的導體接觸時，由于兩者內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散的速率就不一樣?，F(xiàn)假設導體A的自由電子密度大于導體B的自由電子密度，則導體A擴散到導體B的電子數(shù)要比導體B擴散到導體A的電子數(shù)大。所以導體A失去電子帶正電荷，導體B得到電子帶負電荷，于是，在A、B兩導體的接觸界面上便形成一個由A到B的電場。該電場的方向與擴散進行的方向相反，它將引起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續(xù)進行。當擴散作用與阻礙擴散作用相等時，即自導體A擴散到導體B的自由電子數(shù)與在電場作用下自導體B到導體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兩導體的接觸處就產生了電位差，稱為接觸電動勢。對于導體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場t、t0中(t t0)。在導體內部，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，冷端得到電子帶負電荷。這樣，導體兩端便產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，最后也達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導體兩端便產生了電位差，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用價值。答：一是勻質導體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同，無論兩接點的溫度如何，熱電動勢為零。根據(jù)這個定律，可以檢驗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。二是中間導體定律：在熱電偶回路中接入第三種導體，只要第三種導體的兩接點溫度相同，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行溫度測量。三是標準電極定律：如果兩種導體分別與第三種導體組成的熱電偶所產生的熱電動勢已知，則由這兩種導體組成的熱電偶所產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算出來。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點溫度t、t0時的熱電動勢等于該熱電偶在接點溫度為t、tn和tn、t0時的相應熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補償導線的使用提供了理論依據(jù)。4．試述熱電偶冷端溫度補償?shù)膸追N主要方法和補償原理。答：熱電偶冷端溫度補償?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；二是補償導線法。將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質是相當于將熱電極延長。根據(jù)中間溫度定律，只要熱電偶和補償導線的二個接點溫度一致，是不會影響熱電動勢輸出的；三是計算修正法。修正公式為：；四是電橋補償法。利用不平衡電橋產生的電動勢補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。圖中，e為熱電偶產生的熱電動勢，U為回路的輸出電壓?；芈分写恿艘粋€補償電橋。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。在橋路設計時，使R1=R2，并且RR2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，從而認為其具有恒流特性。線路設計使得I1=I2=I/2=?；芈份敵鲭妷篣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：當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，由此達到了補償?shù)哪康?。自動補償?shù)臈l件應為 5．用鎳鉻鎳硅(K)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40℃，求被測點的溫度。解：由鎳鉻鎳硅熱電偶分度表查出E(40，0)=，根據(jù)式(521)計算出再通過分度表查出其對應的實際溫度為℃6．已知鉑銠10鉑(S)熱電偶的冷端溫度t0＝25℃，現(xiàn)測得熱電動勢E(t，t0)＝，求熱端溫度是多少度?解：由鉑銠10鉑熱電偶分度表查出E(25，0)=，根據(jù)式(521)計算出再通過分度表查出其對應的實際溫度為℃7．已知鎳鉻鎳硅(K)熱電偶的熱端溫度t＝800℃，冷端溫度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?解：由鎳鉻鎳硅熱電偶分度表可查得E(800，0)=，E(25，0)= mV，故可得 E(800，5)==8．現(xiàn)用一支鎳鉻康銅(E)熱電偶測溫。其冷端溫度為30℃，動圈顯示儀表(機械零位在0℃)指示值為400℃，則認為熱端實際溫度為430℃，對不對?為什么?正確值是多少?解：不對，因為儀表的機械零位在0℃，正確值為400℃。9．，熱電偶的分度號為K，毫伏表的示值應為多少度?答：毫伏表的示值應為(t1t260)℃。10．用鎳鉻鎳硅(K)，已知：冷端溫度固定在0℃，t0＝30℃，儀表指示溫度為210℃，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補償導線，相互接錯了，問：爐溫的實際溫度t為多少度?解：實際溫度應為270℃，因為接反后不但沒有補償?shù)?，還抵消了30℃，故應該加上60℃。 第6章 壓電傳感器習題答案1．為什么說壓電式傳感器只適用于動態(tài)測量而不能用于靜態(tài)測量?答：因為壓電式傳感器是將被子測量轉換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測量為靜態(tài)時，很難將電荷轉換成一定的電壓信號輸出，故只能用于動態(tài)測量。2．壓電式傳感器測量電路的作用是什么?其核心是解決什么問題?答：壓電式傳感器測量電路的作用是將壓電晶體產生的電荷轉換為電壓信號輸出，其核心是要解決微弱信號的轉換與放大，得到足夠強的輸出信號。 3．一壓電式傳感器的靈敏度K1＝10pC／MPa，連接靈敏度K2=／pC的電荷放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度K3=25mm／V，當壓力變化Δp=8MPa時，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少?解：記錄筆在記錄紙上的偏移為 S=10258=16/mm4．某加速度計的校準振動臺，它能作50Hz和1g的振動，今有壓電式加速度計出廠時標出靈敏度K＝100mV／g，由于測試要求需加長導線，因此要重新標定加速度計靈敏度，假定所用的阻抗變換器放大倍數(shù)為1，電壓放大器放大倍數(shù)為100，試畫出標定系統(tǒng)的框圖，并計算加速度計的電壓靈敏度。解：此加速度計的靈敏度為 mV/g標定系統(tǒng)框圖如下：第7章 光電式傳感器1．光電效應有哪幾種?與之對應的光電元件各有哪些?答：光電效應有外光電效應、內光電效應和光生伏特效應三種?；谕夤怆娦墓怆娫泄怆姽?、光電倍增管等；基于內光電效應的光電元件有光敏電阻、光敏晶體管等；基于光生伏特效應的光電元件有光電池等。2．常用的半導體光電元件有哪些?它們的電路符號如何?答：常用的半導體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號如下圖所示：3．對每種半導體光電元件，畫出一種測量電路。答：光敏二極管、三極管及光電池的測量電路如下圖所示。4．什么是光電元件的光譜特性?答：光電元件的光譜特性是指入射光照度一定時，光電元件的相對靈敏度隨光波波長的變化而變化，一種光電元件只對一定波長范圍的人射光敏感，這就是光電元件的光譜特性。5．光電傳感器由哪些部分組成?被測量可以影響光電傳感器的哪些部分?答：光電傳感器通常由光源、光學通路和光電元件三部分組成，如圖所示。圖中Ф1是光源發(fā)出的光信號，Ф2是光電器件接受的光信號，被測量可以是x1或者x2，它們能夠分別造成光源本身或光學通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號I。光電傳感器設計靈活，形式多樣，在越來越多的領域內得到廣泛的應用。6．模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式?答：模擬式光電傳感器主要有四種。一是光源本身是被測物，它發(fā)出的光投射到光電元件上，光電元件的輸出反映了光源的某些物理參數(shù)，如圖a所示。這種型式的光電傳感器可用于光電比色高溫計和照度計；二是恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測物，其中一部分被吸收，剩余的部分投射到光電元件上，吸收量取決于被測物的某些參數(shù)。如圖b所示?？捎糜跍y量透明度、混濁度；三是恒定光源發(fā)射的光通量投射到被測物上，由被測物表面反射后再投射到光電元件上，如圖c所示。反射光的強弱取決于被測物表面的性質和狀態(tài)，因此可用于測量工件表面粗糙度、紙張的白度等；四是從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達光電元件的途中受到被測物的遮擋，使投射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置。如圖d所示。這種傳感器可用于工件尺寸測量、振動測量等場合。第8章 霍爾傳感器習題答案1. 什么是霍爾效應？答：在置于磁場的導體或半導體中通入電流，若電流與磁場垂直，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差，這種現(xiàn)象就是霍爾效應，是由科學家愛德文霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。產生的電勢差稱為霍爾電壓。2. 為什么導體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件？答：因為導體材料的μ雖然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的ρ雖然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。3. 為什么霍爾元件一般采用N型半導體材料？答：因為在N型半導體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且μnμp，所以霍爾元件一般采用N型半導體材料。4. 霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關系？答：霍爾靈敏度與霍爾元件厚度成反比。5. 什么是霍爾元件的溫度特性？如何進行補償？答：霍爾元件的溫度特性是指元件的內阻及輸出與溫度之間的關系。與一般半導體一樣，由于電阻率、遷移率以及載流子濃度隨溫度變化，所以霍爾元件的內阻、輸出電壓等參數(shù)也將隨溫度而變化?；魻栐囟妊a償?shù)姆椒ㄖ饕欣幂斎牖芈返拇?lián)電阻進行補償和利用輸出回路的負載進行補償兩種。1）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進行補償。下圖是輸入補償?shù)幕揪€路，圖中的四端元件是霍爾元件的符號。兩個