【文章內(nèi)容簡介】 穩(wěn)定狀態(tài)，元件只有在達(dá)到初始穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測。試設(shè)計(jì)一個簡易的家用有害氣體報警電路。答：下圖為一個簡易的家用有害氣體報警電路。圖中變壓器次級繞組為氣敏電阻QMN6提供加熱器電源。變壓器初級中心抽頭產(chǎn)生的110V交流電壓，加到氣敏電阻和蜂鳴器串聯(lián)組成的測量電路。當(dāng)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(dāng)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。圖4119中電表指示減小表示濕度增大還是減小?為什么?怎樣能調(diào)整該電路的測濕范圍?解：圖4119中電表為電流表，其中電流為： （為電流表滿量程）為負(fù)特性濕敏電阻。濕度↑→↓→↑。濕度測量范圍 ％RH ～ ％RH，Rd為濕度 ％RH時RX的值，因要求即，所以增大可減小，即擴(kuò)大測濕量程 ％RH。測濕電路對供電電源有什么要求?為什么?答：測濕電路通常為濕敏電阻構(gòu)成的電橋電路。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)。為了減小變極距型電容傳感器的極距，提高其靈敏度，經(jīng)常在兩極板間加一層云母或塑料膜來改善電容器的耐壓性能，如圖421（c）所示。試推導(dǎo)這種雙層介質(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。答：據(jù)公式（422），圖421（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。試證明題10圖所示傳感器電容與介質(zhì)塊位移x成線性關(guān)系。 題10圖解：題10圖所示為變介質(zhì)式電容傳感器，設(shè)極板寬為，長為。極板間無介質(zhì)塊時的電容為，極板間有介質(zhì)塊時的電容為，1自感式傳感器有哪些類型?各有何優(yōu)缺點(diǎn)?答：自感傳感器有三種類型：變氣隙式、變面積式和螺管式。變氣隙式靈敏度最高，螺管式靈敏度最低。變氣隙式的主要缺點(diǎn)是：非線性嚴(yán)重，為了限制非線性誤差，示值范圍只能較?。凰淖杂尚谐淌荑F心限制，制造裝配困難。變面積式和螺管式的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的線性，因而示值范圍可取大些，自由行程可按需要安排，制造裝配也較方便。此外，螺管式與變面積式相比，批量生產(chǎn)中的互換性好。由于具備上述優(yōu)點(diǎn)，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。1為什么更換自感傳感器連接電纜需重新進(jìn)行校正?答：由自感傳感器的等效電路圖4－33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。更換連接電纜后，連接電纜線分布電容的改變會引起并聯(lián)寄生電容C的改變，從而導(dǎo)致自感傳感器的等效電感改變，因此在更換連接電纜后應(yīng)重新校正或采用并聯(lián)電容加以調(diào)整。1試比較差動自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的異同?答：差動自感式傳感器與差動變壓器式傳感器的相同點(diǎn)是都有一對對稱的線圈鐵心和一個共用的活動銜鐵，而且也都有變氣隙式、變面積式、螺管式三種類型。不同點(diǎn)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。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，兩次級線圈差動連接，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成差動輸出電壓。1試說明圖439電路為什么能辨別銜鐵移動方向和大小?為什么能調(diào)整零點(diǎn)輸出電壓?答：圖(a)和圖(b)的輸出電流為Iab=I1I2，圖(c)和圖(d)的輸出電壓為Uab=UacUbc。當(dāng)銜鐵位于零位時，I1＝I2,Uac=Ubc，故Iab=0,Uab=0。當(dāng)銜鐵位于零位以上時，I1I2，UacUbc，故Iab0，Uab0。當(dāng)銜鐵位于零位以下時，I1I2,UacUbc,故Iab0,Uab0。因此通過Iab和Uab的正負(fù)可判別銜鐵移動方向。又因?yàn)镮ab和Uabde 大小與銜鐵位移成正比，因此通過Iab和Uab的大小可判別銜鐵位移的大小。調(diào)整圖中電位器滑動觸點(diǎn)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439電路輸出電流或電壓為零。1何謂壓磁效應(yīng)?試說明圖4313互感型壓磁傳感器工作原理。答：鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力(拉、壓、扭)作用下，磁導(dǎo)率發(fā)生變化，外力取消后，磁導(dǎo)率復(fù)原，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)”。圖4－313為一種常用的互感型壓磁傳感器。由硅鋼片粘疊而成的壓磁元件上沖有四個對稱的孔，孔2的連線與孔4的連線相互垂直，孔2間繞有初級(激磁)繞組，孔4間繞有次級(輸出)繞組，在不受力時，鐵芯的磁阻在各個方向上是一致的，初級線圈的磁力線對稱地分布，不與次級線圈發(fā)生交鏈，因而不能在次級線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)傳感器受壓力F時，在平行于作用力方向上磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，在垂直于作用力方向上磁導(dǎo)率增大，磁阻減小，初級線圈產(chǎn)生的磁力線將重新分布如圖４－313(c)所示。此時一部分磁力線與次級繞組交鏈，而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。F的值越大，交鏈的磁通量越多，感應(yīng)電壓也越大。感應(yīng)電壓經(jīng)變換處理后，就可以用來表示被測力F的數(shù)值。1當(dāng)采用渦流傳感器測量金屬板厚度時，需不需要恒溫?為什么?答：溫度變化時，金屬的電阻率會發(fā)生變化，據(jù)公式（4344），將使渦流的滲透深度隨之變化，據(jù)公式（4348）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。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。1渦流式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么?它可以應(yīng)用在哪些方面?答：其主要優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量。反射式渦流傳感器常用于測量物體位移、距離、振動和轉(zhuǎn)速、溫度、應(yīng)力、硬度等。可做成接近開關(guān)、計(jì)數(shù)器、探傷裝置等；還可以判別材質(zhì)。透射式渦流傳感器常用于測量金屬板厚度。1反射式渦流傳感器與透射式渦流傳感器有何異同?答：相同點(diǎn)：都包含有產(chǎn)生交變磁場的傳感器線圈（激勵線圈）和置于該線圈附近的金屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體內(nèi)，都產(chǎn)生環(huán)狀渦流。不同點(diǎn)：反射式渦流傳感器只有一個產(chǎn)生交變磁場的傳感器線圈，金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場對原激勵磁場起抵消削弱作用，從而導(dǎo)致傳感器線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)都發(fā)生變化。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)。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)。1收集一個電冰箱溫控電路實(shí)例，剖析其工作原理。答：下面是日本生產(chǎn)的某電冰箱溫控電路。該電冰箱的溫控范圍～由窗口比較器的窗口電壓和決定。調(diào)節(jié)電位器可調(diào)整。圖中為熱敏電阻，當(dāng)溫度上升時，減小，升高。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端為低電平，R端為高電平，Q輸出端為高電平，晶體管導(dǎo)通，繼電器線圈通電而動作，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，電冰箱壓縮機(jī)啟動制冷。冰箱內(nèi)溫度降低。當(dāng)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(diǎn)復(fù)位，電冰箱壓縮機(jī)停機(jī)。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端和R端均為高電平，RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或繼續(xù)停機(jī)。第5章圖511(a)磁電式傳感器與圖431(a)自感式傳感器有哪些異同?為什么后者可測量靜位移或距離而前者卻不能?答：相同點(diǎn)：都有線圈和活動銜鐵。不同點(diǎn)：圖511(a)磁電式傳感器的線圈是繞在永久磁鋼上，圖431(a)自感式傳感器的線圈是繞在不帶磁性的鐵心上。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(yùn)動速度。當(dāng)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。為什么磁電感應(yīng)式傳感器又叫做速度傳感器?怎樣用它測量運(yùn)動位移和加速度?答：根據(jù)電磁感應(yīng)定律，磁電感應(yīng)式傳感器的線圈感應(yīng)電壓與線圈磁通對時間的導(dǎo)數(shù)成正比，而實(shí)現(xiàn)磁通變化有兩種方式：活動銜鐵相對磁鐵振動或轉(zhuǎn)動，線圈相對磁鐵振動或轉(zhuǎn)動。這兩種方式產(chǎn)生的感應(yīng)電壓都與振動或轉(zhuǎn)動的速度成正比，因此磁電感應(yīng)式傳感器又叫做速度傳感器。由圖513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。因?yàn)槲灰剖撬俣鹊姆e分，而加速度是速度的微分。磁電感應(yīng)式傳感器有哪幾種類型?它們有什么相同點(diǎn)?有什么不同點(diǎn)?答：磁電感應(yīng)式傳感器有兩種類型結(jié)構(gòu)：變磁通式和恒磁通式。相同點(diǎn)：都有線圈、磁鐵、活動銜鐵。不同點(diǎn)：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(yùn)動的部分是利用導(dǎo)磁材料制成的動鐵心(銜鐵)，它的運(yùn)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)。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(yùn)動——線圈切割磁力線而產(chǎn)生的。這類結(jié)構(gòu)有兩種：一種是線圈不動，磁鐵運(yùn)動，稱為動鐵式，另一種是磁鐵不動，線圈運(yùn)動，稱為動圈式。用壓電式傳感器能測量靜態(tài)和變化緩慢的信號嗎?為什么?答：不能。因(5223)和(5228)式中ω都不能為零，所以不論采用電壓放大還是電荷放大，壓電式傳感器都不能測量頻率太低的被測量，特別是不能測量靜態(tài)參數(shù)(即ω=0)，因此壓電傳感器多用來測量加速度和動態(tài)力或壓力。為什么壓電式傳感器多采用電荷放大器而不采用電壓放大器?答：由(5217)和(5224)式可知，連接電纜電容Cc改變會引起C改變,進(jìn)而引起靈敏度改變，所以當(dāng)更換傳感器連接電纜時必須重新對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，這是采用電壓放大器的一個弊端。由(5228)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。因此，壓電式傳感器多采用電荷放大器而不采用電壓放大器。壓電元件的串聯(lián)與并聯(lián)分別適用于什么測量場合?答：串聯(lián)使壓電傳感器時間常數(shù)減小，電壓靈敏度增大，適用于電壓輸出、高頻信號測量的場合；并聯(lián)使壓電傳感器時間常數(shù)增大，電荷靈敏度增大，適用于電荷輸出、低頻信號測量的場合。石英晶體壓電式傳感器的面積為，厚度為1mm,固定在兩金屬極板之間，用來測量通過晶體兩面力的變化。石英晶體的彈性模量是9Pa，電荷靈敏度是2PC/N,，晶體相對兩面間電阻是Ω,傳感器后接電路的輸入電容為20PF，輸入電阻為100MΩ，若所加力F=(t)N,求：兩極板間電壓峰峰值。解： ，。， ，，壓電效應(yīng)有哪幾種類型?各有何特點(diǎn)?以石英晶體或壓電陶瓷為例說明。答：單一應(yīng)力作用下的壓電效應(yīng)有以下四種類型：1)縱向壓電效應(yīng)，應(yīng)力與電荷面垂直，此時壓電元件厚度變形。例如石英晶體的d11, 壓電陶瓷的d33壓電效應(yīng)。2)橫向壓電效應(yīng)，應(yīng)力與電荷面平行，此時壓電元件長度變形，例如石英晶體的d12, 壓電陶瓷的d31,d32壓電效應(yīng)。3)面切壓電效應(yīng)，電荷面受剪切，例如石英晶體的d14,d25壓電效應(yīng)。4)剪切壓電效應(yīng)，電荷面不受剪切但厚度受剪切，例如壓電陶瓷的d24,d15, 石英晶體的d26壓電效應(yīng)。在多應(yīng)力作用下的壓電效應(yīng)，稱全壓電效應(yīng)，例如壓電陶瓷的縱橫向壓電效應(yīng)（體積伸縮壓電效應(yīng)）。有一壓電陶瓷晶體長20mm,寬20mm，厚5mm,其相對介電常數(shù)為1200(F/m),將它置于液壓P=10KPa的硅油中，試計(jì)算其兩極板間產(chǎn)生的電壓。解：根據(jù)（5211）式 ，或 。試證明熱電偶的中間溫度定律和標(biāo)準(zhǔn)電極定律。答：據(jù)（５－３－６）式和定積分性質(zhì)可知　　中間溫度定律證畢。據(jù)（５－３－６）式和對數(shù)性質(zhì)、定積分性質(zhì)可知 1圖53 8中電池E的極性可否接反?為什么?答：不可接反。因?yàn)閳D538中補(bǔ)償電橋的電壓為，毫伏表讀數(shù)為如果電池E的極性接反，則補(bǔ)償電橋的電壓也會改變極性，即，此時。1℃的熱電偶與毫伏表相連，已知接線端溫度為50℃，毫伏表讀數(shù)是60mV,問熱電偶熱端溫度是多少?解：由題意可知：＝50℃，，℃，或，℃。1試說明怎樣增大或減少霍爾式鉗形電流表的靈敏度?答：由公式(5413)可見，增大（或減少）霍爾片控制電流可增大（或減少）霍爾式鉗形電流表的靈敏度；圖547中被測電流導(dǎo)線如果在硅鋼片圓環(huán)上繞幾圈，電流表靈敏度便會增大幾倍。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。1為什么霍爾元件會存在不等位電壓和溫度誤差?怎樣從電路上采取措施加以補(bǔ)償?答：如圖549所示，由于工藝上的原因，很難保證霍爾電極Ｃ、Ｄ裝配在同一等位面上,這時即使不加外磁場，只通以額定激勵電流I，在ＣＤ兩電極間也有電壓U0輸出，這就是不等位電壓。U0的數(shù)值是由Ｃ、Ｄ兩截面之間的電阻R0決定的，即U0=IR。此外霍爾元件電阻率不均勻或厚度不均勻也會產(chǎn)生不等位電壓。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(bǔ)償措施。補(bǔ)償?shù)幕舅枷胧前丫匦位魻栐刃橐粋€四臂電橋，如圖5410所示。不等位電壓相當(dāng)于該電橋在不滿足理想條件R1=R2=R3=R4情況下的不平衡輸出電壓。因而一切使橋路平衡的方法均可作為不等位電壓的補(bǔ)償措施。圖5410所示為三種補(bǔ)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