【文章內(nèi)容簡介】 3 21200 ??? ?????????? ? ???? ax CCK x /pF 1 02 03 04 0p FCx1 2 34xc m0 第四章 電感式傳感器 ？ 答：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是： 傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測量電路零點殘余電動勢等。 ？它的主要優(yōu)點是什么？ 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)，激勵電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強，特別是有非接觸測量的優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學技術(shù)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 所示的差動相敏檢波電路的工作原理。 答：如圖所示，設(shè)差動電感傳感器的線圈阻抗分別為 Z1和 Z2。當銜 鐵處于中間位置時， Z1=Z2=Z，電橋處于平衡狀態(tài)， C 點電位等于 D 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 V V4導(dǎo)通， V V3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的降低而比平衡時專業(yè)好文檔 9 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(zhuǎn)。 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 V V3導(dǎo)通， V V4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(zhuǎn)。 同樣可以得出結(jié)果：當銜鐵下移時，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負。 ～移相器 ， L L2為傳 感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為 L0。 R R2 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(guān)系。 解： 輸出與輸入的關(guān)系是 uRLLf LLfRLLf LLfu ???????? ??? ?????? ??? 22200212000 )](2[ )(2)](2[ )(2 ? ?? ? 若電感增量無窮小，且兩個電阻均為 R，則： uRfL Lfu 2200 )2(4 ??? ? ? u0uR 1R 2L 1L 2 VU0 題 4 圖 題 5 圖 整流電路，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(diào)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。 第五章 熱電偶傳感器 1．什么是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng) ?試說明熱電偶的測溫原理。 專業(yè)好文檔 10 答：熱電效應(yīng)就是兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A 和 B 組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，回路中就會產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)。熱電偶測溫就是利用這種 熱電效應(yīng)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(dǎo)體產(chǎn)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(dǎo)體接觸時，由于兩者內(nèi)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(shè)導(dǎo)體 A 的自由電子密度大于導(dǎo)體 B 的自由電子密度，則導(dǎo)體 A 擴散到導(dǎo)體 B 的電子數(shù)要比導(dǎo)體 B 擴散到導(dǎo)體 A 的電子數(shù)大。所以導(dǎo)體 A 失去電子帶正電荷，導(dǎo)體 B 得到電子帶負電荷，于是，在 A、 B 兩導(dǎo)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(zhuǎn)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(dǎo)體 A 擴散到導(dǎo)體 B 的自由電子數(shù)與在電場作用下自導(dǎo)體 B 到導(dǎo)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(dǎo)體的接觸處就產(chǎn)生了電位差，稱為接觸電動勢。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)。在導(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)體兩端便產(chǎn)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(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(zhì)導(dǎo)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(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(diào)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(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)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(yīng)熱電動勢的代數(shù)和。中間溫度定律為補償導(dǎo)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?。這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(dǎo)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(zhì)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(dǎo)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： )t,(tE)t( t,E)t( t,E 01AB1AB0AB ?? ；四是電橋補償法。利用不平衡電橋產(chǎn)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。 ++Ut eR 1 R 2R 3 R 4R CM R5I 1 I 2I 圖中， e 為熱電偶產(chǎn)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專業(yè)好文檔 11 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(shè)計時，使 R1=R2，并且 R R2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(shè)計使得 I1=I2=I/2=。 回路輸出電壓 U 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： R5RCM UUeU ?? 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)哪康摹? 自動補償?shù)臈l件應(yīng)為 tRIe CM1 ??? ? 5．用鎳鉻 鎳硅 (K)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為 40℃，用高精度毫伏表 測得這