【正文】 12)的條件，將（4312)式代入上式，并引用中間溫度定律（438)式，可得 （5）從以上推導(dǎo)過程可以看出，圖437即題412圖(a) 中補償導(dǎo)線A′B′滿足公式（4－312)的條件，故可將熱電偶的冷端延伸，而保證整個回路的熱電勢仍然不變。， ，據(jù)公式（4221），49解：根據(jù)（4212）式 ，或 。由(4231)式可見，在采用電荷放大器的情況下，靈敏度只取決于反饋電容CF，而與電纜電容Cc無關(guān)，因此在更換電纜或需要使用較長電纜(數(shù)百米)時，無需重新校正傳感器的靈敏度。因為當作用于壓電元件上的力為靜態(tài)力即時，據(jù)公式（4220）可知，壓電元件產(chǎn)生的電流為零，據(jù)公式(4225)和(4229)式也可知，壓電傳感器輸出電壓也為零。不同點：變磁通式是線圈和永久磁鐵(俗稱磁鋼)均固定不動，與被測物體連接而運動的部分是利用導(dǎo)磁材料制成的動鐵心(銜鐵)，它的運動使氣隙和磁路磁阻變化引起磁通變化，而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，因此變磁通式結(jié)構(gòu)又稱變磁阻式結(jié)構(gòu)。由圖4１－３可見，在磁電感應(yīng)式傳感器后面接積分電路可以測量位移，后面接微分電路可以測量加速度。自感式傳感器的線圈的自感取決于活動銜鐵與鐵心的距離，磁電式傳感器線圈的感應(yīng)電壓取決于活動銜鐵的運動速度。而透射式渦流傳感器有兩個線圈：發(fā)射線圈（激勵線圈）L接收線圈L2，分別位于被測金屬板的兩對側(cè)。可做成接近開關(guān)、計數(shù)器、探傷裝置等；還可以判別材質(zhì)。326答：溫度變化時，金屬的電阻率會發(fā)生變化，據(jù)公式（3－３－４５），將使渦流的滲透深度隨之變化，據(jù)公式（3－３－５０）可知，這將使透射式渦流傳感器接收線圈中的感應(yīng)電壓隨溫度變化。因此由式（１）和（２）都可得。調(diào)整圖中電位器滑動觸點的位置，可以使差動變壓器兩個次級線圈的電路對稱，在銜鐵居中即位移為零時，圖3３－１１電路輸出電流或電壓為零。當銜鐵位于零位以上時，I1I2，UacUbc，故Iab0，Uab0。不同點是，差動自感式傳感器的一對對稱線圈是作為一對差動自感接入交流電橋或差動脈沖調(diào)寬電路，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成電壓。代人上式計算得變隙式電感傳感器的靈敏度為若將其做成差動結(jié)構(gòu)形式，則靈敏度為單一式的兩倍，且線性度也會得到明顯改善。由于具備上述優(yōu)點，而靈敏度低的問題可在放大電路方面加以解決，因此目前螺管型自感傳感器的應(yīng)用越來越多。變氣隙式靈敏度最高，螺管式靈敏度最低。從表311所列圖3１－１５（b）計算公式可知，電橋輸出電壓為，由此可見，溫度引起的電阻變化也影響電橋輸出電壓，此時，從電橋輸出電壓測出的應(yīng)變并不是真實應(yīng)變，而是，其中包含有虛假視應(yīng)變即溫度誤差。313答：測濕電路通常為濕敏電阻構(gòu)成的電橋電路。為防止意外短路。變壓器初級中心抽頭產(chǎn)生的110V交流電壓，加到由1k電位器、氣敏電阻和蜂鳴器串聯(lián)組成的測量電路。氣敏電阻都附有加熱器，以便燒掉附著在探測部位處的油霧、塵埃，同時加速氣體的吸附，從而提高元件的靈敏度和響應(yīng)速度。冰箱內(nèi)溫度降低。該電冰箱的溫控范圍～由窗口 題39圖比較器的窗口電壓和決定。采用半導(dǎo)體材料制作的電阻式溫度傳感器稱為半導(dǎo)體熱敏電阻，簡稱熱敏電阻。折合成附加應(yīng)變?yōu)?。當試件承受單向?yīng)力時，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)，即軸向拉伸εx和橫向收縮εy。但是電源電壓不可能任意增加，它是由電位器線圈的細電阻絲允許的最大消耗功率P決定的。只要精確設(shè)計絕緣骨架尺寸按一定規(guī)律變化，如圖312(b)所示，就可使位移－電阻特性呈現(xiàn)所需要的非線性曲線形狀。第3章31答：線繞式電位器的電阻器是由電阻系數(shù)很高的極細的絕緣導(dǎo)線，整齊地繞在一個絕緣骨架上制成的。25 解：據(jù)題意知，阻尼比，代入公式（２－２－１８）得幅頻特性為，故測量頻率為600Hz時幅值比為據(jù)公式（２－２－１９）得相位差為－176。前者在特征曲線的諧振峰左側(cè)，后者在特征曲線的諧振峰右側(cè)。當時，一般不等于1，即出現(xiàn)幅值誤差。題15圖3第2章21 解：靈敏度為。微機化檢測儀表通常為多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能巡回檢測多個測量點或多種被測參數(shù)的靜態(tài)量或動態(tài)量。15答：目前，國內(nèi)常規(guī)（常用）的檢測儀表與系統(tǒng)按照終端部分的不同，可分為以下三種類型：普通模擬式檢測儀表基本上由模擬傳感器、模擬測量電路、和模擬顯示器三部分組成，如題15圖1所示。14答：“能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件或裝置”或“能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件或裝置”叫做傳感器。從“硬件”方面來看，如果把常見的各類儀器儀表“化整為零”地解剖開來，我們會發(fā)現(xiàn)它們內(nèi)部組成模塊大多是相同的。把非電量變成電信號后，便于遠距離傳送和控制，這樣就可實現(xiàn)遠距離的自動測量。因此可以說，儀器技術(shù)是信息的源頭技術(shù)?！冬F(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表》第2版習(xí)題解答孫傳友 編第1章 11答：錢學(xué)森院士對新技術(shù)革命的論述中說：“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。嚴正聲明：孫傳友是高等教育出版社出版的《現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表》第1版和第2版教材及其習(xí)題解答的唯一著作權(quán)人。信息技術(shù)由測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。儀器工業(yè)是信息工業(yè)的重要組成部分。把非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，不僅能實現(xiàn)測量結(jié)果的數(shù)字顯示，而且更重要的是能與計算機技術(shù)相結(jié)合，便于用計算機對測量數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)測量的微機化和智能化。從“軟件”方面來看，如果把各個模塊“化零為整”地組裝起來，我們會發(fā)現(xiàn)它們的整機原理、總體設(shè)計思想、主要的軟件算法也是大體相近的。能把被測非電量轉(zhuǎn)換為傳感器能夠接受和轉(zhuǎn)換的非電量(即可用非電量)的裝置或器件，叫做敏感器。題15圖1普通數(shù)字式檢測儀表基本上由模擬傳感器、模擬測量電路、和數(shù)字顯示器三部分組成，如題15圖2所示。每個測量對象都通過一路傳感器和測量通道與微機相連，測量通道由模擬測量電路（又稱信號調(diào)理電路）和數(shù)字測量電路（又稱數(shù)據(jù)采集電路）組成。22 求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度；(2)記錄儀筆尖位移4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值。由題意知，要確定滿足也就是滿足的傳感器工作頻率范圍。對于后者，盡管在該頻段內(nèi)也有幅值誤差不大于3％，但是該頻段的相頻特性很差而通常不被采用。26解： 按式（236)求此電流表的最大引用誤差 ％＞％。在電阻器與電刷相接觸的部分，導(dǎo)線表面的絕緣層被去掉并拋光，使兩者在相對滑動過程中保持可靠地接觸和導(dǎo)電。由3－12(a)可見，只有當電刷的位移大于相鄰兩匝線圈的間距時，線繞式電位器的電阻才會變化一個臺階。所以，允許的電源電壓為 由題意知，L=4mm，x=，代人公式（314）計算得，電位器空載輸出電壓為 33 答：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k是指應(yīng)變片的阻值相對變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比，而應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)k0是指應(yīng)變電阻材料的阻值的相對變化與應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變之比。粘貼在試件表面的應(yīng)變片，其縱柵承受εx電阻增加，而橫柵承受εy電阻卻減小。36 解：由題知 W（100）=R100 /R0 =，代入公式（3126），計算得電阻溫度系數(shù)為當溫度為50℃時，代入公式（3126）計算得，此時的電阻值為 當Rt=92W時，代入公式（3126）計算得，此時的溫度值為 37 解：T0 =0℃=273K，R0 =500kW；T=100℃=373K，代人公式（3130）計算得熱敏電阻的阻值為38答：采用金屬材料制作的電阻式溫度傳感器稱為金屬熱電阻，簡稱熱電阻。按其電阻—溫度特性，可分為三類：(1)負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)；(2)正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)；(3)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTC)。調(diào)節(jié)電位器可調(diào)整。當冰箱內(nèi)溫度時，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端為高電平，R端為低電平，Q輸出端為低電平，晶體管截止，繼電器線圈失電而動作，繼電器常開觸點復(fù)位，電冰箱壓縮機停機。半導(dǎo)瓷氣敏電阻元件一般要加熱到200℃～400℃，元件在加熱開始時阻值急劇地下降，然后上升，一般經(jīng)2～10分鐘才達到穩(wěn)定，稱之為初始穩(wěn)定狀態(tài)，元件只有在達到初始穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測。當CO等還原性有害氣體的濃度上升時，氣敏電阻減小，流過蜂鳴器的電流增大，當有害氣體的濃度使蜂鳴器的電流增大到一定值時，蜂鳴器就鳴叫報警。312解：圖3118中電表為電流表，其中電流為： （為電流表滿量程）為負特性濕敏電阻。如果采用直流電源供電，濕敏電阻體在工作過程中會出現(xiàn)離子的定向遷移和積累，致使元件失效或性能降低，因此所有濕敏電阻的供電電源都必須是交流或換向直流(注意：不是脈動直流)。315 解：一個應(yīng)變片接入等臂電橋，屬于單臂工作的情況，將（3119）式代入（3136）式得 （1）由上式可見，電源電壓越高，輸出電壓越大，但是電源電壓受應(yīng)變片允許電流的限制，由題意知，應(yīng)變片允許工作電流是15mA，因此激勵電源電壓應(yīng)選為 代入（1）式計算得，電橋輸出電壓為5mV時鋼制試件上應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)? 316 答：據(jù)公式（3－２－２）圖321（c）所示電容傳感器的初始電容為如果空氣隙減小了，則電容值變?yōu)殡p層介質(zhì)差動式變極距型電容傳感器的電容與動極板位移的關(guān)系式為 　　　 題317圖 　　　　　　 317 答：題317圖所示為變介質(zhì)式電容傳感器，設(shè)極板寬為，長為。變氣隙式的主要缺點是：非線性嚴重，為了限制非線性誤差，示值范圍只能較小；它的自由行程受鐵心限制，制造裝配困難。320 解：設(shè)紙頁厚度為，磁導(dǎo)率為，其磁阻遠大于鐵心和銜鐵的磁阻，因此據(jù)公式（3－３－5）可推得，題320圖所示自感式傳感器的自感為，電流表４的讀數(shù)為可見電流表的讀數(shù)與紙頁厚度成線性關(guān)系。322答：由自感傳感器的等效電路圖333可見，自感傳感器工作時，并不是一個理想的純電感L，還存在線圈的匝間電容和電纜線分布電容組成的并聯(lián)寄生電容C。而差動變壓器式傳感器的一對對稱線圈是作為變壓器的次級線圈，此外，差動變壓器式傳感器還有初級線圈（差動自感式傳感器沒有），初級線圈接激勵電壓，兩個次級線圈差動連接，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成差動輸出電壓。當銜鐵位于零位以下時，I1I2,UacUbc,故Iab0,Uab0。325 題325圖1解：題325圖1中為平衡電阻。同理，當時，由式（１）和（２）都可得。為了防止溫度變化產(chǎn)生的電壓變化同金屬板厚度變化產(chǎn)生的電壓變化相混淆，采用渦流傳感器測量金屬板厚度時，需要采取恒溫措施或考慮溫度變化的影響。透射式渦流傳感器常用于測量金屬板厚度。金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場在接收線圈L2中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此感應(yīng)電壓與金屬板厚度有關(guān)。當銜鐵不動時，氣隙磁阻不變化，線圈磁通不變化，線圈就沒有感應(yīng)電壓，因此后者可測量靜位移或距離而前者卻不能。因為位移是速度的積分，而加速度是速度的微分。在恒磁通式結(jié)構(gòu)中，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電勢是由于永久磁鐵與線圈之間有相對運動——線圈切割磁力線而產(chǎn)生的。與電容充放電的過程一樣，靜態(tài)力產(chǎn)生的電荷會通過負載電阻和壓電元件本身的漏電阻放電而泄漏掉，因而該電荷在壓電傳感器電容上形成的電壓也很快衰減至零。因此，壓電式傳感器多采用電荷放大器而不采用電壓放大器。 題412 圖如果改用普通的銅導(dǎo)線來延伸熱電偶的冷端，如圖題412 圖(b)所示，則整個回路的熱電勢為：（6）依據(jù)積分的性質(zhì)可知 ， （7）依據(jù)公式（433）和對數(shù)的性質(zhì)，很容易證明： （8）（7）、（8）式代入（6）式得 （9）從以上推導(dǎo)過程可以看出，普通的銅導(dǎo)線不能用來延伸熱電偶的冷端。415 解：由題意知，本題所求解的補償電橋就是書上圖4310所示電路。查鎳鉻－鎳硅熱電偶分度表可知，500℃。這個溫度值才是實際的溫度值，=℃。光電效應(yīng)一般分為外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)，相對應(yīng)的光電器件也有以下三種類型：１、光電發(fā)射型光電器件，有光電管（符號見圖4４－2）和光電倍增管（符號見圖4４－4（b））；２、光導(dǎo)型光電器件，有光敏電阻（符號見圖4４－6），３、光伏型光電器件，有光電池（符號見圖4４－12）。在同樣的電壓和同樣幅值的光強度下，當以不同的正弦交變頻率調(diào)制時，光電器件輸出的光電流I或靈敏度S與入射光強度變化頻率f的關(guān)系I=F1(f)或S=F2(f)稱為頻率特性。選用光電元件時，應(yīng)考慮其頻率特性是否能適應(yīng)于入射光強度變化的情況。用這種辦法可成倍地改變霍爾式鉗形電流表的靈敏度和量程。不等位電壓是霍爾傳感器的一個主要的零位誤差，其數(shù)值甚至?xí)^霍爾電壓，所以必須從工藝上設(shè)法減小，并采用電路補償措施。圖45１０所示為三種補償方案，圖(a)是在阻值較大的臂上并聯(lián)電阻，圖(b)(c)是在兩個臂上同時并聯(lián)電阻，顯然方案(c)調(diào)整比較方便。如果圖4513(b)中金屬電阻絲換成熱敏電阻Rt，當溫度升高時，Rt減小，流過Rt電流增大，流過霍爾元件的控制電流減小，從而使霍爾元件輸出電壓減小，這也只能補償正溫度系數(shù)的使隨溫度升高而增加的作用，不能補償負溫度系數(shù)的使隨溫度升高