【正文】 硅熱電偶分度表可查得 E(800， 0)=， E(25，0)= mV，故可得 E(800， 5)== 8．現(xiàn)用一支鎳鉻 康銅 (E)熱電偶測溫。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 。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 。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 21 兩種 ；二是 補償導(dǎo)線法 。 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。 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。 三是標(biāo)準(zhǔn)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。 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。 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。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。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。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)。當(dāng)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)。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。 答：當(dāng) 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。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。 第 5 章 熱電偶傳感器習(xí)題 答案 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。試寫出輸出電壓 u0與傳感器電感變化量△ L 間的關(guān)系。 ， L L2為傳感器的兩差動電感線圈的電感，其初始值均為 L0。 ？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。為保證儀器精度 ， 還要求電源電壓 iU? 的幅值和固定電容 C值穩(wěn)定。運算放大器電路解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。 題圖 41 12OIXI X OIIOXIIdUdUccdt dtcU c UcU cd UUcS??????? ? ? ?兩 邊 積 分 得 到 ： 式中負號表示輸出電壓 0U? 的相位與電源電壓反相。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，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。 xa 解： 這是個變面積型電容傳感器，共有 4 個小電容并聯(lián)組成。C0=200pF， 傳感器的起始電容量 Cx0=20pF,定動極板距離 14 d0=,運算放大器為理想放大器 (即 K→∞ ,Zi→∞ ),Rf極大 ,輸入電壓 u1=5sinωtV。試求當(dāng)動極板上輸入一位移量△ x=5mm 時 ,電橋輸出電壓 u0。 流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖所示。為此 ,一般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來改善這種情況。同時還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d 過小時。當(dāng)活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時，兩極板間的距離 d 發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量 C。 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。 當(dāng)動極板移動△ x 后，覆蓋面積就發(fā)生變化，電容 量也隨之改變，其值為 C=εb（ a△ x） /d=C0εb 解： 為了減小和克服非線性誤 差 ， 常采用差動電橋在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片 ， 一個受拉應(yīng)變 ， 一個受壓應(yīng)變 ， 接入電橋相鄰橋臂 ， 稱為半橋差動電路 ， 由 教材中的 式（ 242）可知 ，Uo與 Δ R1/R1呈線性關(guān)系 ， 差動電橋無非線性誤差 ， 而且電橋電壓靈敏度 KV=E/2， 比單臂工作時提高一倍 ， 同時還具有溫度補償作用 。 （ 2）將電阻應(yīng)變片置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流 3V ，求電橋 輸出電壓是多少 。 2）應(yīng)變片的自 補償法是利用自身具有溫度補償作用的應(yīng)變片 。 1） 電橋補償是最常用的且效果較 好的線路補償法。 8. 應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補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，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 。它 的重要特性是在無光照時阻值非常大，相當(dāng)于斷路，有光照時阻值變得很小，相當(dāng)于通路 。設(shè)等強度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?5 000，試求此時電橋輸 9 出端電壓 U0。 ，供電電源電動勢 E=3V， R3=R4=100Ω ， R1和 R2為同型號的電阻應(yīng)變片，其電阻均為 50Ω ，靈敏度系數(shù) K=。 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。 解： 單臂時 40 UKU ??，所以應(yīng)變?yōu)?1 時 8 660 1024 10244 ?? ?????? UKU ? /V ， 應(yīng) 變 為 1000 時應(yīng)為330 1024 10244 ?? ?????? UKU ? /V；雙臂時 20 UKU ?? ，所以應(yīng)變?yōu)?1時 660 1042 10242 ?? ?????? UKU ? /V ， 應(yīng) 變 為 1000 時應(yīng)為330 1042 10242 ?? ?????? UKU ? /V；全橋時 UKU ??0 ，所以應(yīng)變?yōu)?1時 60 108 ???U /V，應(yīng)變?yōu)?1000 時應(yīng)為 30 108 ???U /V。 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，并假定負載電阻無窮大。為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。 ?為什么要采用這種測量電路 ?說明這種電路的工作原理。 解： 絕對誤差 ： XL?? ? =142140=2 相對誤差 100%L? ??? = 2 10 0% 1. 42 85 %140 ?? 標(biāo)稱相對誤差即 %100??? x? = 2 10 0% 1. 40 84 %142 ?? 引用誤差 100%? ???測 量 范 圍 上 限 測 量 范 圍 下 限 = 22 1 0 0 % 1 %1 5 0 ( 5 0 ) 2 0 0? ? ??? 第 2 章 電阻式傳感器思考題答案 ? 答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。 在實 際使用中為了進一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個 被 測 信 號 接 成 兩 個 差 動 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作用，它的輸出電壓為單臂工作時的 4 倍，所以大大提高了測量的靈敏度。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對稱電橋的輸出電壓要比電源對稱電橋的 6 輸出電壓大，即它們的靈敏度要高。當(dāng) R1 臂產(chǎn)生電阻增量 ΔR1=ΔR 時，由式 （ 2） 得 )()( 20 RRRR RRUU ??? ?? (