電氣測量課程習(xí)題要點

1、電氣測試技術(shù)課程習(xí)題第1章到第5章習(xí)題一、填空題1、測試技術(shù)包括 測量 和 試驗 兩方面.凡需要考察事物的狀態(tài)、變化和特征等，并要對 它進(jìn)行定量的描述時，都離不開測試工作。2、 按是否直接測定被測量的原則分類，測試方法分直接測量法和間接測量法。3、 按測量時是否與被測對象接觸的原則分類，測試方法分接觸式測量法和非接觸式 測量法。4、 按測量時是否隨時間的原則分類，測試方法分靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法。5、測量誤差一般按其性質(zhì)分類分為 系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。6、傳感器是測試系統(tǒng)的第一環(huán)節(jié)，將被測系統(tǒng)或測試過程中需要觀測的信息轉(zhuǎn)化為人們 熟悉的各種信號。7、傳感器的基本功能是檢測信號和信號轉(zhuǎn)換

2、。&傳感器的組成按定義一般由 敏感元件、變換元件、信號調(diào)理電路三部分組成。9、傳感器按信號變換特征分類；可分為 結(jié)構(gòu)型傳感器和物理型傳感器。10、結(jié)構(gòu)型傳感器是依據(jù)傳感器的 結(jié)構(gòu)參數(shù)變化 而實現(xiàn)信號變換的。11、 物理型傳感器在實現(xiàn)變換過程中傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不變，而僅依靠傳感器中原 件內(nèi)部的 物理 和 化學(xué) 性質(zhì)變化實現(xiàn)傳感器功能。12、按測量原理分類一般包括 電阻式、電感式和電容式三種基本形式，以及由此而派 生出來的其他形式傳感器。13、按傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況分類可分為 能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。14、傳感器所能測量的最大被測量的數(shù)值稱為 測量上限，最小的被測量值稱為 測量下限,用它

3、們來表示測量區(qū)間稱測量范圍。15、在采用直線擬合線性化時輸出輸入的校正曲線與其擬合直線之間的最大偏差稱為 非線性誤差 或 線性度，常用相對誤差表示。16、傳感器輸出的變化量厶丫與引起此變化量X之比稱為 靜態(tài)靈敏度（或簡答什么是 靈敏度）17、 靜態(tài)誤差（精度）是指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值 與理論輸出值 的偏 差程度。18、傳感器的 動態(tài)特性 是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。19、 引用誤差是指測量的絕對誤差與 儀器的滿量程 之比。20、 傳感器的標(biāo)定是指在明確傳感器的輸出與輸入關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具 對傳感器進(jìn)行標(biāo)度。21、標(biāo)定的基本方法是指利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知的非電

4、量作為輸入量輸入到待標(biāo)定的 傳感器中，然后將傳感器的 輸出量 與輸入標(biāo)準(zhǔn)量作比較，獲得一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或 曲線（也可是傳感器的標(biāo)定的含義）。22、頻域內(nèi)傳感器不失真檢測的條件是 幅頻特性是常數(shù) 以及相頻特性是線性關(guān)系。23、電阻應(yīng)變片一般是由 敏感柵、基底、覆蓋層、引線和粘合劑構(gòu)成。24、沿應(yīng)變比軸向的應(yīng)度 X必然引起應(yīng)變片電阻的相對變化，而垂直于應(yīng)變片軸向應(yīng)變y也會引起其電阻的相對變化，這種現(xiàn)象稱為 橫向效應(yīng)。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生和影響與 應(yīng)變片結(jié)構(gòu) 有關(guān)，為了減小由此產(chǎn)生的測量誤差，現(xiàn)在一般多采用 箔式 應(yīng)變片。25、 為了消除應(yīng)變片的溫度誤差，可采用的溫度補(bǔ)償措施包括自補(bǔ)償法、橋路 補(bǔ)償法 和熱

5、敏電阻補(bǔ)償法。26、 應(yīng)變片絕緣電阻是指已粘貼的應(yīng)變片的引線 與 被測試件 之間的電阻值。27、 應(yīng)變片的選擇一般包括類型的選擇、材料的選擇、阻值的選擇和尺寸的選擇。28、壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生 零點溫度漂移 和靈敏度漂移，因此，必 須采用溫度補(bǔ)償措施。29、零點溫度漂移是指電橋轉(zhuǎn)換電路中 4個電阻值不同及它們的 溫度系數(shù) 不一致而造 成的，一般用 串并聯(lián)電阻法 來補(bǔ)償。30、壓阻器件的靈敏度溫度漂移是由 壓阻系數(shù) 隨溫度變化而引起的,補(bǔ)償靈敏度漂移， 可采用在電源回路中串聯(lián) 二極管 的方法，因為它的溫度特性為負(fù)值。31、利用導(dǎo)電材料的電阻率隨本身溫度而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感

6、器稱為熱 電阻式傳感器。32、電位計傳感器也稱為 變阻器 式傳感器,其工作原理是通過改變電位計觸頭位置實 現(xiàn)將 位移 轉(zhuǎn)化為 電阻 的變化。二、簡答題1、什么是測試？與計量有何區(qū)別？答：測試是具有試驗性質(zhì)的測量。測試技術(shù)是實驗科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量 的測量原理和測量信號分析處理方法。測試工作的目的就是獲取研究對象中有用的 信息，而信息蘊涵于信號之中。因此，測試工作就是信號的獲取、加工、處理、顯 示記錄及分析的過程。計量是實現(xiàn)測量單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確傳遞2、畫出測試系統(tǒng)的組成框圖，并說明各組成部分的作用。答：一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。傳感器：將被測

7、非電量物理量（如噪聲，溫度）檢出并轉(zhuǎn)換成為與之有確定對應(yīng)關(guān)系， 且便于應(yīng)用的某些物理量（通常為電量）的測量裝置。中間變換裝置：對傳感器輸出的變量變換成電壓或電流信號或經(jīng) A/D變換后用軟件 進(jìn)行信號分析，使之能在輸出單元的指示儀上指示或記錄儀上記錄；或者能夠作為 控制系統(tǒng)的檢測或反饋信號。顯示記錄裝置：則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。如指示 儀、記錄儀、累加器、報警器、數(shù)據(jù)處理電路等3、何謂測量誤差？通常測量誤差是如何分類表示的？答：答：測量結(jié)果與被測量真值之差稱為測量誤差。常用的測量誤差表示方法為絕對誤 差和相對誤差兩種。根據(jù)測量誤差所產(chǎn)生的原因不同，將測量誤差分為系統(tǒng)誤

8、差、 隨機(jī)誤差和粗大誤差三類4、為什么選用電測儀表時，不僅要考慮它的精度，而且要考慮其量程？5、傳感器是由哪幾部分組成的？各部分的作用是什么？答：傳感器一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件：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：敏感元件的輸出就是它的輸入，轉(zhuǎn)換成電路參量轉(zhuǎn)換電路：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6、傳感器的定義是什么？答：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)化為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的，便于應(yīng) 用的另一種量的測量裝置。7、什么是傳感器的靜特性？主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜特性是指傳感器在輸入量的各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出與輸入關(guān)

9、系，即當(dāng)出入量是常量或變化極慢時，輸出與輸入關(guān)系。衡量傳感器靜特性的主要技術(shù)指標(biāo)有線性度、測量范圍和量程、重復(fù)性、遲滯靈敏 度、精度、分辨率、穩(wěn)定性和漂移等。8、精密度的定義是什么 ?答:精密度是指傳感器輸出值的分散性 ,即對某一穩(wěn)定的被測量 ,由同一測量者 ,用同一 傳感器 ,在相當(dāng)短的時間內(nèi) ,連續(xù)重復(fù)測量多次 ,其測量結(jié)果的分散程度。9、簡述對傳感器彈性敏感元件材料的基本要求是什么？對彈性敏感元件的基本要求有：（1）彈性極限和強(qiáng)度高；（2）彈性滯后和彈性后效??；（3）彈性模量的溫度系數(shù)要小且穩(wěn)定；（4）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；（5）具有良好的機(jī)械加工和熱處理性能；（6）具有高的抗氧化性、耐

10、腐蝕性、絕緣等性能。10、簡述電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。答 : 電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變片組成。當(dāng)彈性敏感元件受到被 測量作用時，將產(chǎn)生位移、應(yīng)力和應(yīng)變，則粘貼在彈性敏感元件上的電阻應(yīng)變片將 應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化。這樣，通過測量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，從而確定被測 量的大小。11、金屬導(dǎo)體應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？答：對于金屬應(yīng)變片，電阻值的變化是主要由機(jī)械變形而產(chǎn)生的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電 阻率幾乎不變化；而對半導(dǎo)體應(yīng)變片，電阻值的變化主要是由電阻材料受到載荷作用產(chǎn)生應(yīng)力時電阻率發(fā)生變化引起的12、電阻應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因有哪些，怎樣消除誤差？（1 ）、敏感柵

11、的電阻值隨溫度的變化而改變，即電阻溫度效應(yīng)；（2）、敏感柵和試件線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的電阻變化。詳見 P114 P11513、什么是電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)？答：將直的電阻絲繞成柵狀以后，即使在長度相同，應(yīng)變狀態(tài)也相同的條件下，由于柵狀電阻絲的橫向繞制部分感受被測點的橫向應(yīng)變，因此電阻絲總的電阻變化將 會受到橫向變形的影響，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。14、什么是壓阻效應(yīng)？答：d p/p是電阻絲受到應(yīng)力作用而引起電阻率的變化，即壓阻效應(yīng)。二、計算題1、對某量進(jìn)行了 15次重復(fù)測量，測量的數(shù)據(jù)為：20.42,20.43,20.40,20.43,20.42,20.43,20.39,20.30,20.

12、40,20.43,20.42,20.41,20.39,20.39,20.40 。是判定數(shù)據(jù)中是否存在粗大誤差（P=99%。解：測量數(shù)據(jù)的平均值測量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為:= 20.4040.01496:14:0.033其中數(shù)據(jù)20.30的殘差v =0.104孤=0.099，即含有粗大誤差。根據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則可以判定，數(shù)據(jù)20.30為異常值，應(yīng)當(dāng)剔除0.003374=13剔除該數(shù)據(jù)后，重新計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，得X、20.4110.016這時剩余數(shù)據(jù)的殘差+=0.048即剩余數(shù)據(jù)不再含有粗大誤差。2、兩金屬應(yīng)變片R和R阻值均為120Q，靈敏度系數(shù)K=2,兩應(yīng)變片一片受拉另一片受壓，應(yīng)變均為1000卩兩者接

13、入直流電橋組成半橋雙臂工作電橋，電源電壓U=5V求(1) R和厶R/R;(2)電橋的輸出電壓。R ；解：(1)應(yīng)變?yōu)?1000(!, 故=0.001AR即有=2 ： =0.002RAR=0.002*120 Q=0.24 Q(2)電橋的輸出電壓為:1 ARU。： U = 0.005V2 R3、如下圖所示的半橋差動電橋中二個電阻應(yīng)變片，一個受拉應(yīng)力，一個受壓應(yīng)力，它 們接在電橋的相鄰橋臂中。假設(shè)二個電阻應(yīng)變片受力時阻值變化大小相等、符號相反， 請推導(dǎo)輸出電壓UOut的表達(dá)式。當(dāng)R0= 1KQ， R= 1 Q，工作電源U= 5V時，輸出電壓 UOut為多少？解: Uout = U R0/ ( R0

14、+ R0) U( R0-R) /(R0+ R + R0 R)=U R/ (2R0)輸出電壓 Uout=5*(1/1000)*1/2=0.0025V4、用兩個伏特表測量兩個電壓，一個電壓的測量值為150伏，絕對誤差為1.5伏；另一個的測量值為10伏，絕對誤差為0.5伏，問哪個伏特表測量更準(zhǔn)。答：從絕對誤差角度來看，前者比后者大，但從相對誤差來看，前者為1 100% =15 100% =1%Ax150后者為：2100%100% =5%A10由此可見，前者的相對誤差小些，測量的準(zhǔn)確度要高些。5、用量限為10安，準(zhǔn)確度為0.5級的電流表去測量10安和5安的電流，求測量的相 對誤差。答：測量10安電流時

15、所產(chǎn)生的最大基本誤差 S二-a% 代=-0.5% 10二-0.05因而測量10安電流時所產(chǎn)生的最大相對誤差=一005 = _0.5%10測量5安電流時所產(chǎn)生的最大基本誤差 s = - a% A二-0.5% 10二-0.05因而測量5安電流時所產(chǎn)生的最大相對誤差二-0.05二-1%56、用量程為150V、0.5級的電壓表和量程為30V 1.5級的電壓表測量25V的電壓，請 問選用哪一個電壓表測量合適？答：用量程為150V、0.5級的電壓表測量25V的電壓時所產(chǎn)生的最大基本誤差m 二-a% 珞=-0.5% 150=-0.75V0 75所產(chǎn)生的最大相對誤差=.=3%25用量程為30V、1.5級的電壓

16、表測量25V的電壓時所產(chǎn)生的最大基本誤差m 二-a% & = -1.5% 30 二-0.45V所產(chǎn)生的最大相對誤差二045二1.8%25所以選用量程為30V、1.5級的電壓表測量25V的電壓時更合適第6章到第8章習(xí)題一、填空題1、電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換為電容量 變化的傳感器，包括 變極距型，變面積型和變介質(zhì)常數(shù)型三類。2、變極距式電容傳感器的電容變化量是厶 C與極距的變化量是Ac之間不是 線性 關(guān)系，但當(dāng)穴Ac時，可以認(rèn)為山 與Ac間是 線性 關(guān)系，這種類型的傳感器一般 用來測量微小變化的量。3、 為了改善變極距式電容傳感器的非線性，可以采用差動形式，并使輸出為電容之 差，這種形式不

17、僅可以改善非線性，靈敏系數(shù)也提高一倍。4、變面積型和變介質(zhì)常數(shù)型（測厚除外）電容傳感器具有很好的線性，但它們的結(jié)論 都是在忽略了 邊緣效應(yīng) 下得到的。5、 電容式傳感器的測量電路有 電橋電路、運算放大器式電路、調(diào)頻電路和差動 脈沖寬度調(diào)制電路。6、 邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的 靈敏度 降低，而且產(chǎn)生 非線性，因此應(yīng)盡量消除 或減小邊緣效應(yīng)。7、當(dāng)自感式傳感器結(jié)構(gòu)和材料確定后，電感 L為氣隙截面積S及空氣隙長度c的函數(shù)。 S固定，可以構(gòu)成 變氣隙型 電感傳感器；c固定，可以構(gòu)成 變面積 電感傳感器。&變氣隙型電感傳感器靈敏度高，非線性 嚴(yán)重 ，量程 較小。變面積型電感傳感器的靈敏度 較低，線性性

18、能 良好，量程較大。螺管型電感傳感 器的靈敏度最低，但量程大，線性性能良好。9、 差動電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是：兩個導(dǎo)磁體的幾何尺寸 完全相同，材料性能 完 全相同，兩個線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸完全相同。10、差動式余單線圈的電感式傳感器相比， 具有線性 好，靈敏度 提高1倍 和測 量精度高的優(yōu)點。11、 交流電橋是電感傳感器的主要轉(zhuǎn)換電路。12、 交流電橋平衡的條件是：相對橋臂阻抗之模的乘積影響等且他們的阻抗角之和也必須相等13、 渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)，渦流大小與導(dǎo)體的電阻率p ,導(dǎo)磁率卩,導(dǎo)體厚度t以及線圈與導(dǎo)體之間的距離x等參數(shù)有關(guān)。改變線圈與導(dǎo)體間的距離x 可以做成測量位移，厚度，振

19、動的傳感器；改變導(dǎo)體的電阻率p可以做成測量表面溫度，檢測材質(zhì)的傳感器，改變導(dǎo)體的導(dǎo)磁率卩 可以做成測量應(yīng)力，硬度的傳感器，同時改變 x，p，u，可以對導(dǎo)體進(jìn)行探傷。14、 壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生大小相等 符號 相反 的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到 不帶電 狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變，晶體受力產(chǎn)生的電荷量與外力大小成正比。這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。15、 對晶體施加電場，晶體將在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形 ；當(dāng)外電場撤去后，該變形也隨之消失，這種現(xiàn)象叫逆壓電效應(yīng) ，也稱作電伸縮效應(yīng)。16、 壓電式傳感器既可等效為電荷源

20、，又可等效為 電容器，其等效電路可認(rèn)為是二者的并聯(lián)，也可認(rèn)為是一個電壓源和一個電容器的串聯(lián)。17、 壓電材料可分為三大類：壓電晶體、壓電陶瓷 和 新型壓電材料。18、壓電半導(dǎo)體既有 壓電 特性，又有 半導(dǎo)體 特性。因此既可用其 壓電性 研 制傳感器，有可用其 半導(dǎo)體特性 制作電子器件也可將二者結(jié)合，研制轉(zhuǎn)換元件 和電子線路于一體的新型壓電傳感器測試系統(tǒng)。19、 壓電傳感器的變換電路主要形式有電壓 放大器和 電荷 放大器。二、簡答題1、什么是電渦流效應(yīng)？答：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中或在磁場中做切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生成渦旋狀的感應(yīng)電流，這一現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。2電容

21、式傳感器的優(yōu)點和主要缺點是什么？答：電容式傳感器具有以下優(yōu)點：1）溫度穩(wěn)定性好2）結(jié)構(gòu)簡單適應(yīng)性強(qiáng)3）動態(tài)響 應(yīng)好，可實現(xiàn)非接觸測量；具有平均效應(yīng)其主要缺點：輸出阻抗高，負(fù)載能力差，寄生電容影響大，輸出特性非線性。3、什么是壓電效應(yīng)？壓電材料分為哪幾種？答：壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象， 同時在某兩個表面上產(chǎn)生大小相等符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電 狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變，晶體受力產(chǎn)生的電荷量與外力 大小成正比。這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。材料：石英晶體，鈦酸鋇，鋯鈦酸鉛等。4、壓電式傳感器的測量電路中為什么要接入前置放大器？

22、答：1）把從傳感器輸入的高阻抗變?yōu)榈妥杩馆敵觥?）把傳感器輸出的微弱信號放大。5、壓電式加速度傳感器橫向靈敏度產(chǎn)生的原因有哪些？答：1）晶片切割或極化方向有偏差。2）傳感器底座上下兩端面互不平行。3）底座平面與主軸方向互不垂直。4）質(zhì)量塊或壓緊螺母加工精度不夠。5）傳感器裝配質(zhì)量不好等。三、計算題1、有一只差動電感位移傳感器，已知電源電 Ur=4V, f=400Hz，傳感器線圈銅電阻與電 感量分別為R=40Q， L= 30mH用兩只匹配電阻設(shè)計成四臂等阻抗電橋，如圖所示， 試求：（1）匹配電阻F3和R的值；（2）當(dāng)厶Z=10時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值；（3）用相量圖表明輸出電壓U

23、se與輸入電壓Usr之間的相位差。解：(1)線圈感抗Xl=丄=2二fL=2 二 400 30 10=75.4 (門)線圈的阻抗2 二l2 =；40275.42 =85.4 I】故其電橋的匹配電阻(見習(xí)題圖3-16)R3 = R4 =Z=85.4 (門)(2)當(dāng)4Z=10時，電橋的輸出電壓分別為單臂工作:UscUsr Z4 Z410-0.117 V485.4雙臂差動工作:Usr jZ2 Z 即二ta n芒Usc4100.234 V2 85.4tan上027.9(3)L75.42、如圖所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截面積 S=4X 4mrfi,氣隙總長度S =0.8mm,銜鐵 最大位移厶S = 0.0

24、8mm激勵線圈匝數(shù) W=25O01,導(dǎo)線直徑d=0.06mm電阻率P =1.75 xi0-6.cm，當(dāng)激勵電源頻率f=4000Hz時，忽略漏磁及鐵損，求：(1) 線圈電感值；(2) 電感的最大變化量；線圈的直流電阻值；線圈的品質(zhì)因數(shù)；(5)當(dāng)線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值解：(1)線圈電感值-皿廣 仿7250024 4 1 0七=1.57 106 0.8 10-3(2)銜鐵位移S=+0.08mm時，其電感值卄=157mi：=1.31銜鐵位移= - 0.08mm%W2S 4 二 10 一7 25002 4 4 10一6: :- : 2 一0.8 2 0.08 10-3X10-1

25、(H)=131mH時，其電感值%W2S4二 10” 25002 4 4 106亡20.82 0.08 10=1.96 X10-1(H)=196(mH)故位移厶、三0.08mm時，電感的最大變化量為AL=L_- L =196 - 13仁65(mH)(3)線圈的直流電阻,(.0.06 =44+ mm2丿為每匝線圈的平均長度，則lW lR2s兀d 4I Cp 設(shè)Cp2 72500x4匯 4 +二1.75 10型 10-12=249.6 門線圈的品質(zhì)因數(shù)兀a ?-0.06 10 42fL1工4000停仃二化當(dāng)存在分布電容200PF249.6 -1時，其等效電感值LpL =1 - 2LC 1 2f 2L

26、C1.57 1041 - 2二 4000 2 1.57 10200 102= 1.6010八-160m：3、在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動式變間隙電容傳感器和電橋測量電路，如圖所示。已 知：S 0=0.25mm D=38.2mm R=5.1k Q ; USr=60V(交流)，頻率 f=400Hz 試求：(1) 該電容傳感器的電壓靈敏度 Ku (V/詢；(2) 當(dāng)電容傳感器的動極板位移 S =10m時，輸出電壓USc值。圈宦電橇戰(zhàn)動電慢I Bl定電段解：由傳感器結(jié)構(gòu)及其測量電路可知(1)初始電容ji0 D408.85x102 汽兀 x（38.2x10, f4漢 0.25漢 10= 40.6 10J2

27、 F = 40.6pF1 1 1由于G2 fC2 二 400 40.6 10J2= 9.8 106 門“ R（ = 5.1k）UoUi jCjdC0 2 -0從而得U。 Ui60120V/mm = 0.12V/ 口 m d 2、02 0.25Uo = Ku Ad=0.12V/ Jm xlOm=1.2V第9章到第11章習(xí)題一、填空題i只要線圈磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，其實現(xiàn)方法主要有線圈與磁場發(fā)生相對運動，磁路中磁阻變化，恒定磁場中線圈面積變化。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 后，感應(yīng)電動勢e與線圈相對磁場的運動速度 v或w成正比，所以，可用磁電式傳感器測量線速度和角速度，對測得的速度進(jìn)行積分或

28、微分可求出 位移和加速度2、 磁電式傳感器直接從被測物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，且輸出功率大，性 能穩(wěn)定，它的工作不需要電源，調(diào)理電路 簡單，由于磁電式傳感器通常具有較高的 靈敏度，所以一般不需要 高增益放大器，適用于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩的測量。3、 霍爾電勢UH=RHlB/d，其中Rh是霍爾系數(shù)，1是控制電流，B是磁場強(qiáng)度，d是半 導(dǎo)體薄片厚度。4、霍爾電勢的大小正比于 控制電流I和磁場強(qiáng)度B5、霍爾傳感器的靈敏度 Kh表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時輸出霍爾電勢大小。一般要求越大越好，原件厚度d越薄Kh越大，所以霍爾元件的厚度都很 薄，當(dāng) 霍爾傳感器的幾何尺寸確定后，霍爾電勢大小只和

29、 控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)， 因此霍爾傳感器可用來探測 磁場和電流，由此可測壓力和振動。6、霍爾元件結(jié)構(gòu)簡單，由 霍爾片，四根引線和殼體組成7、對霍爾元件可采用恒流驅(qū)動，恒壓驅(qū)動電路簡單，但性能較差，隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞。僅用于精度要求不太高的場合。恒流驅(qū)動線性高，精度高，收溫度影響小。&霍爾元件對溫度變化很敏感，霍爾元件的性能參數(shù)輸入電阻，輸出電阻，霍爾電勢， 都會隨溫度而變化，從而帶來測量誤差。為減小溫度的影響，除選用溫度系數(shù)小的原件或采用恒溫措施外，還可用適當(dāng)方法補(bǔ)償。9、在光線作用下，物體內(nèi)的電子 逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)。在光 線作用下，電子吸收光子能量從

30、鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化， 這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。在光的作用下能夠使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象稱光生伏特效應(yīng)10、光敏元件的兩端加一定的偏置電壓后， 在某種光源的特定照度下 產(chǎn)生或增加的電流稱光電流。光敏元件在 無光照時兩端加電壓后產(chǎn)生的電流叫暗電流。11、光敏電阻是利用光 電導(dǎo)效應(yīng)制成的。無光照時光敏電阻的阻值 很大，當(dāng)它受到一定 波長范圍的光照時，其阻值 很小。12、光纖的分類很多，按折射率分布情況分為 階躍型和漸近型。按傳輸模式多少可分為 單模和多模光纖。13、光電式編碼器由光源，光學(xué)系統(tǒng)，碼盤，光電接收元件，處理電路組成。14、熱電式傳感器是一種將 溫度變

31、化轉(zhuǎn)換為電量的裝置15、熱電式傳感器按測溫方法不同分為 接觸式和非接觸式兩大類16、熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的 電阻隨溫度變化的特性測量溫度，用半導(dǎo)體材料作為 溫感元件的傳感器稱熱敏電阻17、熱電式是由兩個導(dǎo)體的 接觸電勢和同一導(dǎo)體的溫差電勢組成二、簡答題1、什么是霍爾元件？(P169)為什么半導(dǎo)體材料適合做霍爾元件？答：在金屬或者半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，在與薄片垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向的薄片的另兩側(cè)將會產(chǎn)生電動勢Uh,Uh的大小與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，這一現(xiàn)場稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾 效應(yīng)制成的原件稱為霍爾原件。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾原件的

32、材料應(yīng)該具有高的電阻率和載流子遷移率。一 般金屬的載流子遷移率很高，但其電阻率很??；絕緣體的電阻率極高，但其整流子遷移率極低；只有半導(dǎo)體這兩方面性能都比較好。因為半導(dǎo)體材料能使截流子的遷移率與電阻率的乘積最大，而使兩個端面出現(xiàn)電勢差最大2、什么是磁阻效應(yīng)？( P179)3、霍爾元件產(chǎn)生不等位電勢的主要原因有哪些？如何進(jìn)行補(bǔ)償？(P172173)4、什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？答：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象叫外光電效應(yīng)。在 光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化， 這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 在光的作用下能夠使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象

33、 稱光生伏特效應(yīng)5、什么是熱電效應(yīng)？ P218 答：把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料連接成閉合回路，將它們的兩個接點分別置于不同 的熱源中，則在該回路就會產(chǎn)生熱電動勢叫熱電效應(yīng)。6、簡述熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)母鞣N方法 答：(1)因為熱電偶的熱電勢只有當(dāng)冷端的溫度恒定時才是溫度的單值函數(shù)，而熱電偶 的標(biāo)定時是在冷端溫度特定的溫度下進(jìn)行的，為了使熱電勢能反映所測量的真實溫度， 所以要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。(2) A :補(bǔ)償導(dǎo)線法B:冷端溫度計算校正法 C:冰浴法D :補(bǔ)償電橋法。7、簡述傳感器的選用原則與設(shè)計測試系統(tǒng)時應(yīng)考慮的因素。 答:傳感器的選用原則和應(yīng)考慮的因素:( 1 ) 仔細(xì)研究所測試的信號，分析測試環(huán)境和干擾因素。根據(jù)測試范圍確定選用什么 樣的傳感器、確定測試方式、考慮傳感器的體積、被測位置是否能安裝下，研究 傳感器的來源、價格等因素。( 2) 傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)特性、穩(wěn)定性、精度。設(shè)計測試系統(tǒng)時應(yīng)考慮的因素:靈敏度、確定度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、測試方式、各環(huán)節(jié)之間的配合、并盡量兼顧體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、易于維修、價格便宜，便于攜帶、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化等一系列因素。8什么是莫爾條紋？答：將主光柵與標(biāo)