【正文】 ，雙臂時(shí)為其兩倍，全橋時(shí)最高，為單臂的四倍。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線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電阻值變化造成的誤差被相互抵消。 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。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對稱電橋。當(dāng) R1 感受被測量產(chǎn)生電阻增量 ΔR1 時(shí)，由初始平衡條件R1R3=R2R4 得3421 RRRR ? ，代入式 （ 1） ，則電橋由于 ΔR1 產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為 URRRR RRURRR RU )()()( 1 1221 211221 20 ?????? (2) 對于輸出對稱電橋，此時(shí) R1=R2=R,R3=R4=R’，當(dāng) R1臂的電阻產(chǎn)生變化 ΔR1=ΔR，根據(jù) （ 2） 可得到輸出電壓為 )(4)()( 20 RRURRRR RRUU ????? (3) 對于電源對稱電橋， R1=R4=R,R2=R3=R’。 U為電橋的直流電源電壓。隨機(jī)誤差則是指在相同條件下，多次測量同一量時(shí)，其誤差的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化的誤差。 解：該儀器的靈敏度為 ?????S mV/mm ，各自的靈敏度如下： 鉑電阻溫度傳感器： /℃ 電橋： 放大器： 100(放大倍數(shù) ) 筆式記錄儀： 求： (1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度； (2)記錄儀筆尖位移 4cm時(shí)，所對應(yīng)的溫度變化值。 4． 傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？ 解： 在生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中 ， 要對各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測和控制 ， 就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量 ， 這取決于傳感器的基本特性 ， 即輸出— 輸入特性。它們 的特點(diǎn)是傳感器與微型計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。 3．傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？ 解： （ 1）開發(fā)新的敏感、傳感材料： 在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會(huì)使半導(dǎo)體硅材料的性能改變，從而制 成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后 ，尋找發(fā)現(xiàn)具有新原理、新效應(yīng)的敏感 元件和傳感元件。根據(jù)需要測量電路還能進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、線性化補(bǔ)償?shù)刃盘柼幚砉ぷ?。下圖給出了檢測系統(tǒng)的組成框圖。 1 第 1 章 傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)思考題答案 ? 說明各部分的作用。 被測量傳感器測量電路電源指示儀記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器 檢測系統(tǒng)的組成框圖 傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往 往是由傳感器的性能確定的，因?yàn)闄z測系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。 2 顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。 （ 2）開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測試系統(tǒng) ① MEMS 技術(shù)要求研制微型傳感器。系統(tǒng)功能最大程度地用軟件實(shí)現(xiàn)。衡 量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、 靈敏度 ， 遲滯和重復(fù)性等。 解： （ 1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度為 ?????S cm/℃ （ 2）記錄儀筆尖位移 4cm時(shí)，所對應(yīng)的溫度變化值為 4 ??t ℃ ，量程均為 0~800℃ ，精度 等級分別為 級、 級和 級，現(xiàn)要測量 500℃ 的溫度，要求相對誤差不超過 4 ％ ，選那臺(tái)儀表合理 ? 解： 級時(shí)的最大絕對誤差值為 20℃ ，測量 500℃時(shí)的相對誤差為 4％； 級時(shí)的最大絕對誤差值為 16℃ ，測量 500℃時(shí)的相對誤差為 ％； 級時(shí)的最大絕對誤差值為 12℃ ，測量500℃時(shí)的相對誤差為 ％。正確度是指測量結(jié)果與理論真值的一致程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小，精密度是指測量結(jié)果的分散程度，它反映了隨機(jī)誤差的大小。當(dāng)四臂電阻 R1=R2=R3=R4=R 時(shí)，稱為等臂電橋；當(dāng) R1=R2=R,R3=R4=R’(R≠ R’)時(shí)，稱為輸出對稱電橋 ；當(dāng) R1=R4=R， R2=R3 =R’(R≠R’)時(shí)，稱為電源對稱電橋。當(dāng) R1 臂產(chǎn)生電阻增量 ΔR1=ΔR 時(shí)，由式 （ 2） 得 )()( 20 RRRR RRUU ??? ?? (4) 對于等臂電橋 R1=R2=R3=R4=R，當(dāng) R1的電阻增量 ΔR1=ΔR 時(shí)，由式 （ 2） 可得輸出電壓為 )(4)()( 20 RRURRRR RRUU ????? (5) 由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓也隨著變化。 在實(shí) 際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè) 被 測 信 號 接 成 兩 個(gè) 差 動(dòng) 對 稱 的 全 橋 工 作 形 式 ，R1=R+ΔR,R2=RΔR,R3=R+ΔR,R4=RΔR，將上述條件代入式 (1)得 ?????? ???????? ?????? ?? RRURRUU 440 (6) 由式 (6)看出，由于充分利用了雙差動(dòng)作用，它的輸出電壓為單臂工作時(shí)的 4 倍，所以大大提高了測量的靈敏度。 ?為什么要采用這種測量電路 ?說明這種電路的工作原理。 R1 R 2R 3R 4R tR 1ˊˊR 2 熱電阻的測量電路 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)載電阻無窮大。 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。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。 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) 測量現(xiàn)場環(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)之差異性而給測量帶來了 附加誤差 。 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 。 解： 為了減小和克服非線性誤 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 ， 稱為半橋差動(dòng)電路 ， 由 教材中的 式（ 242）可知 ，Uo與 Δ R1/R1呈線性關(guān)系 ， 差動(dòng)電橋無非線性誤差 ， 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 。 bdaxΔ x 12 直線位移型電容式傳感器 ?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。同時(shí)還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d 過小時(shí)。 流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖所示。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。問： （ 1）如果極板間距離變化量 )(1 m?? ??? ，電容的變化量 C? 是多少？ （ 2）如果測量電路的靈敏度 )(1001 pFmVk ? ，讀數(shù)儀表的靈敏度 52?k （格／ mV）在)(1 m?? ??? 時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少？ 解：（ 1）根據(jù)公式 S S S dC d d d d d d? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ，其中 S= 2r? （ 2）根據(jù)公式 112kk ????? ，可得到 112k k ?? ???? = 3100 1 10 ??? ? 7. 簡述電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。運(yùn)算放大器電路解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。 ？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(lì)電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。試寫出輸出電壓 u0與傳感器電感變化量△ L 間的關(guān)系。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。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(gè)由 A 到 B 的電場。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)。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(dòng)勢。 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(dòng)勢不變。 四是中間溫度定律