【正文】 4) 對于等臂電橋 R1=R2=R3=R4=R，當(dāng) R1的電阻增量 ΔR1=ΔR 時，由式 （ 2） 可得輸出電壓為 )(4)()( 20 RRURRRR RRUU ????? (5) 由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時，電橋的輸出電壓也隨著變化。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達(dá)式為 URRRR RRRRU o ))((43214231 3?? ?? (1) 設(shè)電橋為單臂工作狀態(tài)，即 R1為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)四臂電阻 R1=R2=R3=R4=R 時，稱為等臂電橋；當(dāng) R1=R2=R,R3=R4=R’(R≠ R’)時，稱為輸出對稱電橋 ；當(dāng) R1=R4=R， R2=R3 =R’(R≠R’)時，稱為電源對稱電橋。 答： 如圖所示，電橋各臂的電阻分別為 R R R R4。正確度是指測量結(jié)果與理論真值的一致程度，它反映了系統(tǒng)誤差的大小，精密度是指測量結(jié)果的分散程度，它反映了隨機誤差的大小。 ?正確度和精密度的含義是什么 ? 它們各反映何種誤差 ? 答： 系統(tǒng)誤差是指在相同的條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小和 符號保持不變，或按照一定的規(guī)律變化的誤差。 解： （ 1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度為 ?????S cm/℃ （ 2）記錄儀筆尖位移 4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值為 4 ??t ℃ ，量程均為 0~800℃ ，精度 等級分別為 級、 級和 級，現(xiàn)要測量 500℃ 的溫度，要求相對誤差不超過 4 ％ ，選那臺儀表合理 ? 解： 級時的最大絕對誤差值為 20℃ ，測量 500℃時的相對誤差為 4％； 級時的最大絕對誤差值為 16℃ ，測量 500℃時的相對誤差為 ％； 級時的最大絕對誤差值為 12℃ ，測量500℃時的相對誤差為 ％。 解： 其靈敏度 333 0 0 1 0 605 1 0Uk X????? ? ? 3 ，當(dāng)被測位移由 ，位移測量儀的輸出電壓由 減至 ，求該儀器的靈敏度。衡 量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、 靈敏度 ， 遲滯和重復(fù)性等。 （ 5）多功能與多參數(shù)傳感器的研究： 如同時檢測壓力、溫度和液位的傳感器已逐步走向市場。系統(tǒng)功能最大程度地用軟件實現(xiàn)。 ② 研制仿生傳感器 ③ 研制海洋探測用傳感器 ④ 研制成分分析用傳感器 ⑤ 研制微弱信號檢測傳感器 （ 3）研究新一代的智能化傳感器及測試系統(tǒng) ： 如電子血壓計，智能水、電、煤氣、熱量表。 （ 2）開發(fā)研制新型傳感器及組成新型測試系統(tǒng) ① MEMS 技術(shù)要求研制微型傳感器。 敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的物理量；轉(zhuǎn)換元件把敏感元件的輸出作為它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量；上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 2 顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。通常傳感器輸出信號是微弱的，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。 被測量傳感器測量電路電源指示儀記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器 檢測系統(tǒng)的組成框圖 傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置，顯然，傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部件，是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)，檢測系統(tǒng)獲取信息的質(zhì)量往 往是由傳感器的性能確定的，因為檢測系統(tǒng)的其它環(huán)節(jié)無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。當(dāng)然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。 1 第 1 章 傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)思考題答案 ? 說明各部分的作用。 答：一個完整的檢測系統(tǒng)或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能。下圖給出了檢測系統(tǒng)的組成框圖。 測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電壓或電流信號。根據(jù)需要測量電路還能進(jìn)行阻抗匹配、微分、積分、線性化補償?shù)刃盘柼幚砉ぷ鳌? 2．什么是傳感器？它由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？ 解 ： 傳感器是一種以一定的精確度把被測 量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置，能完成檢測任務(wù)； 傳感器由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件，轉(zhuǎn)換電路組成。 3．傳感器技術(shù)的發(fā)展動向表現(xiàn)在哪幾個方面？ 解： （ 1）開發(fā)新的敏感、傳感材料： 在發(fā)現(xiàn)力、熱、光、磁、氣體等物理量都會使半導(dǎo)體硅材料的性能改變，從而制 成力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后 ，尋找發(fā)現(xiàn)具有新原理、新效應(yīng)的敏感 元件和傳感元件。如用于微型偵察機的 CCD 傳感器、用于管道爬壁機器人的力敏、視覺傳感器。它們 的特點是傳感器與微型計算機有機結(jié)合，構(gòu)成智能傳感器。 （ 4）傳感器發(fā)展集成化： 固體功能材料的進(jìn)一步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器集成化開辟了廣闊的前景。 4． 傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？ 解： 在生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中 ， 要對各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測和控制 ， 就要求傳感器能感受被測非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量 ， 這取決于傳感器的基本特性 ， 即輸出— 輸入特性。 5． 某位移傳感器，在輸入量變化 5 mm 時，輸出電壓變化為 300 mV，求其靈敏度。 解：該儀器的靈敏度為 ?????S mV/mm ，各自的靈敏度如下： 鉑電阻溫度傳感器： /℃ 電橋： 放大器： 100(放大倍數(shù) ) 筆式記錄儀： 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。因此，應(yīng)該選用 級的測溫儀器。隨機誤差則是指在相同條件下，多次測量同一量時，其誤差的大小和符號以不可預(yù)見的方式變化的誤差。 。 U為電橋的直流電源電壓。 5 R 1 R 2R 3R 4U0UABCD 直流電橋電路 當(dāng)電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。當(dāng) R1 感受被測量產(chǎn)生電阻增量 ΔR1 時，由初始平衡條件R1R3=R2R4 得3421 RRRR ? ，代入式 （ 1） ，則電橋由于 ΔR1 產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為 URRRR RRURRR RU )()()( 1 1221 211221 20 ?????? (2) 對于輸出對稱電橋，此時 R1=R2=R,R3=R4=R’，當(dāng) R1臂的電阻產(chǎn)生變化 ΔR1=ΔR，根據(jù) （ 2） 可得到輸出電壓為 )(4)()( 20 RRURRRR RRUU ????? (3) 對于電源對稱電橋， R1=R4=R,R2=R3=R’。當(dāng) ΔRR 時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對稱電橋。 11. ． 用測量范圍為 50～ 150KPa 的壓力傳感器測量 140KPa 壓力時，傳感器測得示值為142KPa，求該示值的絕對誤差、實際相對誤差、標(biāo)稱相對誤差和引用誤差。 7 ? 答：它們的區(qū)別主要是 直流電橋用直流電源，只適用于直流元件，交流電橋用交流電源，適用于所有電路元件。 答：通常采用電橋電路作為測 量電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個相鄰的橋臂中，如果 tt RR 21 ? ，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為 1 和 1 000 時，試求單 臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。從上面的計算可知：單臂時靈敏度最低，雙臂時為其兩倍，全橋時最高，為單臂的四倍。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?1000 時，若要使輸出電壓大于 10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？ 解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為 n，故可得： 1010102 30 ?nnUKU ????? ? mV 得 n要小于 2，故應(yīng)采用全橋工作方式。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。 R 1ＥＵ ０R 2R 3R 4R 1R 2Ｆ 題 6 圖 解： 此電橋為輸出對稱電橋，故 152 105322 30 ???????UKU ? /mV ，在工業(yè)應(yīng)用中是如 何發(fā)揮這些特性的？ 答： 光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。 在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。 電阻應(yīng)變片的溫度補償方法 ： 通常有線路補償法和應(yīng)變片自補償兩大類 。電橋補償 法簡單易行，而且能在較大的溫度范圍