《傳感和檢測技術(shù)》習(xí)題和解答

1、第 1章 傳感與檢測技術(shù)基礎(chǔ)第 2章 電阻式傳感器第3章電感式傳感器1、電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理分別是什么?2、說明3、變氣隙長度自感式傳感器的輸出特性與哪些因素有關(guān)？怎樣改善其非線性？怎樣提咼其靈敏度?W 2 U S答：根據(jù)變氣隙自感式傳感器的計算式：L =寸，線圈自感的大小，即線圈自感的輸出與線圈的匝數(shù)、等效截面積So和空氣中的磁導(dǎo)率 有關(guān)，還與磁路上 空氣隙的長度10有關(guān);傳感器的非線性誤差:I A1 2r =一 + ()2十00%。由此可見，要改善非線性，必|0 |0須使兇要小，一般控制在1 00.10.2。(因要求傳感器的靈敏度不能太小，即初始間隙l0應(yīng)盡量小，故兇不能

2、過大。)傳感器的靈敏度：S知dLW240Sd2x| 1 ,其它參數(shù)如圖所示。解：圖4.25的等效電路如下，其中C0_ 6_ 6&1S2&1W(x)d -d右-dWO -X)dC1 =1S,1(Wx)C2 =d故整個傳感器的電容量為:C1C2C = c。+C1+C2_ 知 Wl毎初+名2 -d)s2WI$1 d + 毎2 (5 d)名 1Vx名 1 名2V(I x)=+6z1d + &2(6 -d)x5+ 呂2(6 -d)+W1+ W 名1 (1 -名2 )d22 +s(6 -d) X圖 4.25等效電路50mm)， 1=1， 2=40 試在并給以適當(dāng)說明。15、在上題中，設(shè)S =d=1mm，極

3、板為正方形(邊長為x=050mm范圍內(nèi)，畫出此位移傳感器的特性曲線,16、已知圓盤形電容極板直徑 D=50mm，間距do=O.2mm，在電極間置一塊厚0.1mm的云母片( r=7)，空氣( r=1)o求：(1)無云母片和有云母片兩種情況下電容值 C1和C2各為多少?(2)當(dāng)間距變化 d=0.025mm時，電容相對變化量 C1/C1和 C2/C2各為多少?17、某電容式液位傳感器由直徑為40mm和80mm的兩個同心圓柱體組成，儲存罐也是PF/m)。圓柱形，直徑為50cm，高為1.2m，被儲存液體相對介電常數(shù)為 1=1.2。計算傳感器的最小電容和最大電容，以及當(dāng)放置在儲存罐內(nèi)時傳感器的靈敏度（解：

4、因儲存液體的相對介電常數(shù)為 1=1.2,故當(dāng)容器內(nèi)無液體時，此時電容傳感器的電容最小:Cmin =2兀名oL2兀 x8.85x102x1.27.536X10-12In (R/r)ln(80/40)In 2= 1.09d03/250 =8(g)18.某壓電晶體的電容為1000 pF, Kq=2.5C/cm, Cc=3000 pF,示波器的輸入阻抗為1MQ和并聯(lián)電容為50 pF,求：(1)壓電晶體的電壓靈敏度?測量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)?如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為5%，可測最低頻率是多少?若頻率為10Hz,允許誤差為19. 用壓電式傳感器測量最低頻率為1Hz(4)5%,用并聯(lián)方式，電容值是多少？的振動，需

5、要在1HZ時的靈敏度下降不超過5%。若測量回路的總電容為500 pF,求所用電壓前置放大器的輸入電阻應(yīng)為多大?20. 某壓電晶片的輸出電壓幅值為 200mV，若要產(chǎn)生一個大于500 mV的信號，需采用 什么樣的連接方法和測量電路達到該要求。解：有兩種方法達到:(1)采用串接接法-將三片壓電晶片串接，然后接入放大倍數(shù)為1的前置電壓放大器, 此時輸出為600mV;(2)單片使用壓電晶片，通過前置電荷放大器，然后再進行普通放大達設(shè)計要求。此時 連接導(dǎo)線長度不會影響輸出。21. 如圖5.32所示電荷前置放大器電路，已知 Ca=100 pF, Cc=x, Ci=10 pF。若考慮引 線Ci的影響，當(dāng)A=

6、104時，要求輸出信號衰減小于1%。求使用90 pF/m的電纜其最 大允許長度為多少？解:第 6章 光電式傳感器第7章 熱電式傳感器（第 2 版）1、什么叫熱點效應(yīng)？熱電動勢由哪幾部分組成的？熱電偶產(chǎn)生熱電勢的必要條件是什么？答：將兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個結(jié)點溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電動勢由導(dǎo)體 A 和 B 的接觸電動勢，以及各個導(dǎo)體的溫差電動勢兩部分組成。熱電偶產(chǎn)生熱電勢的必要條件：組成熱電偶的兩導(dǎo)體材料不同，以及熱電偶兩個接 點的溫度不相同。2、簡述熱電偶測溫與熱電阻測溫異同。答：兩者同屬熱電式傳感器，都是常用

7、的測溫元件。熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電動勢輸出；熱電偶測溫一般需要采用溫度補償措施；熱電阻測溫是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性，輸出是電阻的變化，需要其它的變換電路將電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出；熱電阻測量精度一般高于熱電偶。3、K 型熱電偶（鎳鉻 鎳硅）工作時，在 To=3OC測得Ek（T, To）=39.17mV，求真實的實際溫度 T？解：根據(jù)中間溫度定律有：Ek（T， TO）= Ek（T， O）+ Ek（O， TO）= Ek（T， O）Ek（TO， O）；即：Ek（T， 3O）= Ek（T， O）Ek（3O， O）=39.17mV查 K 型熱電偶分度表：Ek（30,

8、0）=1.203 mV，所以:Ek（T， 0）= 39.17mV+1 .203=40.373 mV，再查分度表：Ek（970，0）= 40.096 mV，Ek（980，0）= 40.488 mV，求得溫度:T=977C4、簡述熱電偶冷端溫度補償?shù)脑蚝统Ｓ美涠藴囟妊a償?shù)姆椒ā４穑簾犭娕嫉妮敵鲭妱軪是熱電偶兩結(jié)點溫度To和T的二元函數(shù)。要使其輸出成為 熱端 T 的單值函數(shù)關(guān)系，則冷端溫度 T0=0 或為常數(shù)。所以在實際應(yīng)用中，要對冷端采取穩(wěn)定措施或補償措施。 常用冷端溫度補償?shù)姆椒òǎ?冰點法、冷端溫度計算校正法、 補償電橋法、補償導(dǎo)線法 等等。5、熱電偶冷端補償導(dǎo)線的作用?答：當(dāng)熱電偶冷端離

9、熱源較近，受其影響使冷端溫度變化很大，這時可采用延引熱 電極，即采用熱電偶補償導(dǎo)線的方法。補償導(dǎo)線采用熱電性能與熱電偶絲相近的導(dǎo)線 (補償導(dǎo)線)與熱電偶參考端相接，以便將參考端移到環(huán)境溫度恒定處，能夠消除熱電偶冷 端溫度變化引起的測量誤差，然后再用其他補償方法將參考端溫度補正到零度，保證儀 表對介質(zhì)溫度的精確測量。6、鉑電阻溫度計在100C時的電阻值為139Q，當(dāng)它與熱的氣體接觸時，電阻值增至281Q,試確定該氣體的溫度(設(shè) 0C時的電阻值為100Q)。解法1:鉑電阻溫度計具有線性特性，設(shè)電阻溫度之間關(guān)系為：Rt=R01+At依題意，t=0C 時，R0=100Q ;t=100C 時，Rt=10

10、01+A X 100=139Q，求得：A=3.9 X 10-3所以當(dāng)電阻值增至281 Q時，此時被測氣體的溫度為：t= (281/100 1)/ (3.9X 10-3)= 464.1 C7、鎳鉻一鎳硅熱電偶的靈敏度為0.04mV/C，把它放在溫度為1200C處，若以指示表作為冷端，此處溫度為50C，試求熱電動勢的大小。解法1:根據(jù)中間溫度定律有:Ek(T,T0)=Ek(T, 0)+Ek(0,T0)=Ek(T, 0)Ek(T0,0);即：Ek(1200, 50)= Ek(1200, 0)+ Ek(0, 50)=Ek(1200, 0) Ek(50, 0)=48.838 2.023=46.815 m

11、V解法2:可設(shè)熱電偶的輸出輸入特性為：V=KT+A=0.04T+A ,當(dāng)冷熱端溫度均為50 C時，輸出等于零，即：0=0.04X 50+A,推得：A= 2,故：V=0.04T 2,當(dāng) T=1200C 時， V=0.04X 1200 2=46 mV&將一靈敏度為0.08mV/C的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是50 C,若電位計上讀數(shù)是60mV，求熱電偶的熱端溫度是多少？解法1:已知熱電偶靈敏度K=0.08mV/C, T0 = 50 C,依題意:(T -T0)xk = 60( mV)所以： T = 60 / K + T0 = 60/0.08 + 50 = 800 C解法2:可設(shè)熱電偶的輸出輸

12、入特性為：V=KT+A ,當(dāng)冷熱端溫度相同（即均為50 C）時，輸出應(yīng)該為零，即 0=K X 50+A=0.08 X 50+A , 推得：A= 4,故：V=0.08T 4,當(dāng) V = 60mV，解得：T = 800Eo9、使用K型熱電偶，參考端溫度為0C,測量熱端溫度為30E和900E時，熱電動勢分別為1.203 mV和37.326mV。當(dāng)參考端溫度為30E時，測量點溫度為900E時的熱電動勢為多少?解：根據(jù)中間溫度定律有:Ek(900, 30)= Ek(900，0)+ Ek(0, 30)=Ek(900，0) Ek(30，0)=37.326 1.203=36.123 mV10、某熱敏電阻，其B值為2900K，若冰點電阻為500KQ ,求該熱敏電阻在100E時的阻抗。1 1解:熱敏電阻的電阻-溫度特性可表示為：RRo/T0已知：B=2900K, T=273K (0E)時，Rt=R0=500KQ ,即：T0=2732900(丄_)Rt =500e T 273所以當(dāng) T=100+273=373K (100E)時,2900(1 )2900( 1 - 1 )848Rt =500