【文章內容簡介】 準電極。7. 熱電偶的性質有哪些？答：（1）當兩熱電極材料相同時，不論接點溫度相同與否，回路總熱電勢均為零。（2）當熱電偶兩個接點溫度相同時，不論電極材料相同與否，回路總熱電勢均為零。（3）只有當電極材料不同，兩接點溫度不同時，熱電偶回路才有熱電勢。當電極材料選定后，兩接點的溫差越大，熱電勢也就越大。（4）回路中熱電勢的方向取決于熱端的接觸電勢方向或回路電流流過冷端的方向。8. 為什么要對熱電偶進行冷端溫度補償？常用的補償方法有幾種？補償導線的作用是什么？連接補償導線要注意什么？答：由于熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃時測得的，如果冷端溫度不為零，測得的熱電勢就不能直接去查相應的分度表。另外，根據(jù)熱電偶的測溫原理，熱電偶回路的熱電勢只與冷端和熱端的溫度有關，當冷端溫度保持不變時，熱電勢才與測量端溫度成單值對應關系。但在實際測量時，冷端溫度常隨環(huán)境溫度變化而變化，不能保持恒定，因而會產(chǎn)生測量誤差。為了消除測量誤差，要對熱電偶進行冷端溫度補償。常采補償方法： 0℃冷端恒溫法、冷端恒溫法、補償導線法（延引電極法）、電橋補償法。補償導線的作用：補償導線僅起延長熱電極的作用，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起任何溫度補償作用。但由于補償導線比熱電偶便宜，節(jié)約了測量經(jīng)費。連接補償導線必須注意兩個問題：①兩根補償導線與熱電偶相連的接點溫度必須相同；②不同的熱電偶要與其型號相應的補償導線配套使用，且必須在規(guī)定的溫度范圍內使用，極性不能接反。9. 熱電偶測溫線路有幾種？試畫出每種測溫電路原理圖，并寫出熱電勢表達式。答：測溫某一點溫度、測量兩點間溫差電路、測量多點溫度之和電路、測量幾點的平均溫度、多點溫度測量線路。圖337 熱電偶測量某一點溫度圖338 熱電偶測量兩點溫差測溫電路原理圖：圖341 一臺儀表分別測量多點溫度圖339 測量兩點溫度之和圖340 測量兩點平均溫度10. 如圖353所示，用K型（鎳鉻鎳硅）熱電偶測量煉鋼爐熔融金屬某一點溫度，A′、B′為補償導線，Cu為銅導線。已知， 。（1），計算被測點溫度t = ?（2）如果將A′、B′換成銅導線，再求被測點溫度t = ? （3）將熱電偶直接插到熔融金屬同一高度來測量此點的溫度，是利用了熱電偶的什么定律？如果被測液體不是金屬，還能用此方法測量嗎？為什么？圖353 熱電偶測量煉鋼爐熔融金屬某一點溫度答：（1）當A′、B′為補償導線，Cu為銅導線時。熱電偶的冷端溫度為 t2=℃，℃熱電勢，即,查分度表可得被測點溫度t ≈ 950℃。（2）如果將A′、B′換成銅導線，此時熱電偶的冷端溫度即變?yōu)閠1=40℃，此時儀表的指示為，根據(jù)中間溫度定律即可求得測量端相對于0℃的熱電勢：查分度表可得被測點溫度t ≈ 950℃。（3）將熱電偶直接插到熔融金屬同一高度來測量此點的溫度，是利用了熱電偶的中間導體定律，如果被測液體不是金屬，就不能用此方法來測量？因為不滿足熱電偶的基本定律要求。圖338熱電偶測量兩點溫差CuU3tABAA′B′接線盒1 t1接線盒2 t2接線盒3 t3CuOOOOOO11. 用兩只K型熱電偶測量兩點溫差，如圖338所示。已知，，試求兩點的溫差。答：根據(jù)熱電偶測量兩點溫差的電路可知儀表的指示為：查分度表可知12. 試分析圖347所示集成溫度傳感器AD590用于熱電偶參考端溫度補償電路的工作原理。答：由圖347所示，AD590與熱電偶參考端處于同一溫度下。AD580是一個三端穩(wěn)壓器，其輸出電壓Uo = 。電路工作時，調整電阻R2使得I1 = t0x103mA，這樣在電阻R1上便產(chǎn)生一個隨參考端溫度t0變化的補償電壓U1 =I1 * R1。若熱電偶參考端溫度為t0，工作時應使U1≈EAB（t0，0℃）。這樣就能自動補償由于冷端溫度變化帶來的測量誤差。不同分度號的熱電偶，R1的阻值亦不同。這種圖 347 熱電偶參考端的補償電路補償電路靈敏、準確、可靠、調整方便。13. 輻射式溫度傳感器的工作原理是什么？有何特點？答：輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度變化的原理制成的。是一種非接觸式測溫方法，只要將傳感器與被測對象對準即可測量其溫度的變化。與接觸式溫度傳感器相比，具有以下特點：1）傳感器與被測對象不接觸，不會干擾被測對象的溫度場，故可測量運動物體的溫度，且可進行遙測。2）由于傳感器與被測對象不在同一環(huán)境中，不會受到被測介質性質的影響，所以可以測量腐蝕性、有毒物體、帶電體的溫度，測溫范圍廣，理論上無測溫上限限制。3）在檢測時傳感器不必和被測對象進行熱量交換，所以測量速度快，響應時間短，適于快速測溫。4）由于是非接觸測量，測量精度不高，測溫誤差大。第4章 位移、物位傳感器1. 莫爾條紋的含義是什么？其主要特性有哪些？試畫圖分析。答：莫爾條紋含義:如果把兩塊柵距W相等的光柵面平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋，如圖410所示。圖49 莫爾條紋莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮帶，它由一系列四棱形圖案組成，圖410中dd線區(qū)所示。ff 線區(qū)則是由于光柵的遮光效應形成的。 莫爾條紋有兩個重要的特性：（1）位移的方向性：當指示光柵不動，主光柵左右平移時，莫爾條紋將沿著指示光柵的方向上下移動，查看莫爾條紋的上下移動方向，即可確定主光柵左右移動方向。（2）放大作用：莫爾條紋有位移的放大作用。當主光柵沿著與刻線垂直的方向移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個條紋間距B。當兩個等距光柵的柵間夾角θ較小時，主光柵移動一個柵距W，莫爾條紋移動KW距離，K為莫爾條紋的放大系數(shù)，可由下式確定，即圖410 莫爾條紋 例如：每毫米有50根線的光柵，當兩光柵間的夾角時，莫爾條紋間距。當。由此看出，兩個光柵面夾角越小，莫爾條紋的放大倍數(shù)越大，這樣就可把肉眼看不見的光柵位移變成清晰看見的莫爾條紋移動，可以用測量莫爾條紋的移動來測量光柵的位移，從而實現(xiàn)高靈敏的位移測量。2. 磁柵位移傳感器的工作原理是什么？答：磁柵位移傳感器由磁尺（磁柵）、磁頭和檢測電路組成。其工作原理是電磁感應原理，當線圈在一個周期性磁體表面附近勻速運動時，線圈上就會產(chǎn)生不斷變化的感應電動勢。感應電動勢的大小，既和線圈的運動速度有關，還和磁性體與線圈接觸時的磁性大小及變化率有關。根據(jù)感應電動勢的變化情況，就可獲得線圈與磁體相對位置和運動的信息。3. 電容式、電感式接近傳感器的工作原理是什么？被測物體是什么材料？為什么？答：電容式接近傳感器的工作原理：電容式接近傳感器是一個以電極為檢測端的靜電電容式接近開關，它由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成，平時檢測電極與大地之間存在一定的電容量，它成為振蕩電路的一個組成部分。當被檢測物體接近檢測電極時，由于檢測電極加有電壓，檢測電極就會受到靜電感應而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，被測物體越靠近檢測電極，檢測電極上的感應電荷就越多，由于檢測電極的靜電電容為C=Q/V，所以隨著電荷量的增多，使檢測電極電容C隨之增大，由于振蕩電路的振蕩頻率與電容成反比，所以當電容C增大時振蕩電路的振蕩減弱，甚至停止振蕩。振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測電路轉換為開關信號后向外輸出。電感式接近傳感器的工作原理：電感式接近傳感器由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。檢測用敏感元件為檢測線圈，它是振蕩電路的一個組成部分，振蕩電路的振蕩頻率為。當檢測線圈通以交流電時，在檢測線圈的周圍就產(chǎn)生一個交變的磁場，當金屬物體接近檢測線圈時，金屬物體就會產(chǎn)生電渦流而吸收磁場能量，使檢測線圈的電感L發(fā)生變化，從而使振蕩電路的振蕩頻率減小，以至停振。振蕩與停振這兩種狀態(tài)經(jīng)檢測電路轉換成開關信號輸出。電容、電感式接近傳感器被測物體都是金屬導體材料，因為電容式接近傳感器是一個以電極為檢測端的靜電電容式接近開關，只有金屬導體材料才能產(chǎn)生電荷。電感式接近傳感器工作原理是電渦流效應，只有在金屬導體內才能產(chǎn)生電渦流。4. 試分析圖422所示壓力傳感器是如何測量液位高度的？圖422 開放型儲液罐壓力示意圖答：圖422為壓差式液位傳感器，其工作原理是根據(jù)液面的高度與液壓成比例的原理制成的。如果液體的密度恒定，則液體加在測量基準面上的壓力與液面到基準面的高度成正比，因此通過壓力的測定便可知液面的高度。5. 電容式物位傳感器是如何測量物體位置的？答：電容式物位傳感器是利用被測物不同，其介電常數(shù)不同，電容量也不同的特點進行檢測的。6. 試分析電磁流量計的工作原理，并推導流量的表達式。答：根據(jù)法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度B，導體在磁場內的長度L及導體的運動速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，則.與此相仿，在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速流動時，導電流體就切割磁力線。如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極，如圖433所示。圖433 電磁流量計原理簡圖可以證明，只要管道內流速分布均勻，兩電極之間也將產(chǎn)生感生電動勢： 。式中，為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量為： 由上式可見，體積流量與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關．這就是電磁流量計的測量原理。第5章 光電傳感器1. 光電效應有哪幾種？分別對應什么光電元件？答：光電效應大致可以分為三類：外光電效應、內光電效應和光生伏特效應。對應的光電元件：用外光電效應制成的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等；內光電效應制成的光電元器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光敏晶閘管等；基于光生伏特效應的光電元器件是光電池。2. 試比較光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管的性能差異，并簡述在不同場合下應選用哪種元件最為合適。答：（1）光譜特性： 圖511 光敏二極管的光譜特性圖56 光敏電阻的光譜特性曲線圖515 光電池的光譜特性（2）響應時間：光敏電阻中的光電流的變化滯后于光的變化的時間，即光敏電阻突然感受光照時，光電流并不是立刻上升到其穩(wěn)定數(shù)值，且當光突然消失時光電流也不會立刻下降到零，這說明光電流的變化對于光的變化，在時間上有一個滯后。盡管不同材料的光敏電阻具有不同的響應時間，但都存在著這種時延特性，因此，光敏電阻不能用在要求快速響應的場合。硅光敏二極管的響應時間約為～s左右，光敏晶體管的響應速度則比相應的二極管大約慢一個數(shù)量級，而鍺管的響應時間要比硅管小一個數(shù)量級。因此在要求快速響應或入射光調制頻率（明暗交替頻率）較高時，應選用硅光敏二極管。由于光敏晶體管基區(qū)的電荷存儲效應，所以在強光照和無光照時，光敏晶體管的飽和與截止需要更多的時間，所以它對入射調制光脈沖的響應時間更慢，最高工作頻率更低。光電池：由于光電池受照射產(chǎn)生電子一空穴對需要一定的時間，因此當入射光的調制頻率太高時，光電池輸出的光電流將下降。硅光電池的面積越小，PN結的極間電容也越小，頻率響應就越好，硅光電池的頻率響應可達數(shù)十千赫茲至數(shù)兆赫茲，硒光電池的頻率特性較差，目前已較少使用。（3）溫度特性：光敏電阻和其他半導體器件一樣，受溫度的影響較大，隨著溫度的升高，它的暗電阻與靈敏度都下降的特性。光敏二極管和光敏晶體管：溫度變化對亮電流影響不大，但對暗電流影響非常大，并且是非線性的。在微光測量中有較大誤差。硅管的暗電流比鍺管小幾個數(shù)量級，所以在微光測量中應采用硅管。另外由于硅光敏晶體管的溫漂大，所以盡管光敏三級管靈敏度較高，但是在高精度測量中應選擇硅光敏二極管?？刹捎玫蜏仄?、高精度的運算放大器來提高精度。光電池：溫度特性是描述光電池的開路電壓UO和短路電流Isc隨溫度變化的特性。從圖517中可以看出，開路電壓隨溫度增加而下降的速度較快，電壓溫度系數(shù)約為－2/℃。而短路電流隨溫度上升而緩慢增加，溫度系數(shù)較小。當光電池作為檢測元件時，應考慮溫度漂移的影響，采取相應措施進行補償。3. 光電傳感器有哪些部分組成？被測量可以影響光電傳感器的哪些部分？ 答：光電式傳感器由光源、光學元器件和光電元器件組成光路系統(tǒng)，結合相應的測量轉換電路而構成。被測量主要影響光電傳感器的敏感原件。4. 簡述光電倍增管的工作原理。答：光電倍增管由真空管殼內的光電陰極、陽極以及位于其間的若干個倍增電極構成。工作時在各電極之間加上規(guī)定的電壓。當光或輻射照射陰極時，陰極發(fā)射光電子，光電子在電場的作用下加速逐級轟擊發(fā)射倍增電極，在末級倍增電極形成數(shù)量為光電子的倍的次級電子。眾多的次級電子最后為陽極收集，在陽極電路中產(chǎn)生可觀的輸出電流。通常光電倍增管的靈敏度比光電管要高出幾萬倍，在微光下就可產(chǎn)生較大的電流。5. 試述圖550所示光敏電阻式光控開關的工作原理。 答：白天有光照時，光敏電阻ＲＧ阻值很小，晶體管ＶＴ１、ＶＴ２不導通，繼電器Ｋ斷開；夜晚無光照時，光敏電阻ＲＧ呈現(xiàn)高阻，晶體管ＶＴ１、ＶＴ２導通，繼電器Ｋ吸合，從而實現(xiàn)光控開關的作用。 圖550 光敏電阻式光控開關6. 試分析圖551所示光控自動照明燈電路的工作原理。 圖551 光控自動照明燈解答：圖中VT1為觸發(fā)二極管，觸發(fā)電壓約為30V左右。