傳感器原理及工程應(yīng)用_(第三版)_((郁有文))_(西安電子科技大學(xué)出版)_詳細答案(1)

1、4-12 電渦流傳感器常用的測量電路有哪幾種？其測量原理如何？各有什么特點？1、用于電渦流傳感器的測量電路主要有：調(diào)頻式、調(diào)幅式電路兩種。 2、測量原理（1）調(diào)頻式測量原理傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導(dǎo)體距離x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導(dǎo)致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x的函數(shù)，即f=L(x), 該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量，或者通過f-V變換，用數(shù)字電壓表測量對應(yīng)的電壓。 圖4-6調(diào)頻式測量原理圖（2）調(diào)幅式測量原理由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率（f0）穩(wěn)定的激勵電流io。當金屬

2、導(dǎo)體遠離或去掉時，LC并聯(lián)諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率fo，回路呈現(xiàn)的阻抗最大， 諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬導(dǎo)體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導(dǎo)致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離x的變化而變化。因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經(jīng)放大、 檢波后， 由指示儀表直接顯示出x的大小。 圖4-7調(diào)幅式測量原理圖除此之外， 交流電橋也是常用的測量電路。 3、特點² 調(diào)頻式測量電路除結(jié)構(gòu)簡單、成本較低外，還具有靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點。² 調(diào)幅式測量電路線路較復(fù)雜，裝調(diào)較困難，線性范圍也不夠?qū)挕?-13 利用電渦流式傳感器測板材厚度，已知激勵電

3、源頻率f =1MHz，被測材料相對磁導(dǎo)率r=1，電阻率=2.9×10-6 Cm，被測板材厚度為 =（1+0.2）mm。試求：（1）計算采用高頻反射法測量時，渦流透射深度h為多大？（2） 能否采用低頻透射法測板材厚度？若可以需采取什么措施？畫出檢測示意圖。【解】1、為了克服帶材不夠平整或運行過程中上下波動的影響，在帶材的上、下兩側(cè)對稱地設(shè)置了兩個特性完全相同的渦流傳感器S1和S2。S1和S2與被測帶材表面之間的距離分別為x1和x2。若帶材厚度不變，則被測帶材上、下表面之間的距離總有x1+x2=常數(shù)的關(guān)系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為2Uo，數(shù)值不變。如果被測帶材厚度改變量為，則兩傳感器

4、與帶材之間的距離也改變一個，兩傳感器輸出電壓此時為2Uo±U。U經(jīng)放大器放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測帶材的厚度。 計算高頻反射法測板材厚度時，渦流穿透深度：可見穿透深度很淺。圖4-8高頻反射法測量原理圖2、若采用低頻透射法測板材厚度，必須使渦流穿透深度大于板材厚度。由于、0、r都是常數(shù)，所以必須降低激勵電源頻率，使之滿足：由此解得穿透板材所需的最高頻率為：當滿足激勵電源頻率小于5.1KHz時，發(fā)射探頭的信號才能透過板材，被接收探頭接收。發(fā)射探頭在交變電壓e1的激勵下，產(chǎn)生交變磁場，透過被測板材后達到接收探頭，使之產(chǎn)生感應(yīng)電

5、動勢e2，它是板材厚度的函數(shù)，只要兩個探頭之間的距離x一定，測量e2的值即可測得板材厚度。圖4-9低頻透射法測量原理圖5-6 差動電容式傳感器接入變壓器交流電橋，當變壓器副邊兩繞組電壓有效值均為U時，試推到電橋空載輸出電壓與的關(guān)系式。若采用變截距型電容傳感器，初始截距均為，改變后，求空載輸出電壓與之間的關(guān)系式。解：（1）設(shè)，由圖可知，把上式代入可得：； （2）設(shè)，。（或者：，有） 6-3簡述壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及其特性壓電陶瓷是人工制造的多晶體，具有電疇結(jié)構(gòu)。電疇是分子自發(fā)形成的區(qū)域，有一定的極化方向。經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷內(nèi)部仍存在很強的剩余極化。沿著壓電陶瓷極化方向加力時，其極化強度發(fā)生變化，引

6、起垂直于極化方向的平面上電荷的變化，這種變化的大小與壓電陶瓷的壓電系數(shù)和作用力的大小成正比。6-4 畫出壓電元件的兩種等效電路。1、電壓源等效電路2、電流源等效電路6-5 電荷放大器所要解決的核心問題是什么？試推導(dǎo)其輸入與輸出的關(guān)系。【答】1、傳感器的靈敏度與電纜電容無關(guān)，更換電纜或使用較長的電纜時，不用重新校正傳感器的靈敏度。改進了電壓放大器的缺點。2、輸入與輸出的關(guān)系電荷放大器常作為壓電傳感器的輸入電路，由一個反饋電容Cf和高增益運算放大器構(gòu)成。由運算放大器基本特性，可求出電荷放大器的輸出電壓：通常A =104108，因此,當滿足(1+A)Cf>>Ca+Cc+Ci時，上式可表示

7、為 6-7利用壓電式傳感器設(shè)計一個測量軸承支座受力情況的裝置6-8 用石英晶體加速度計測量機械的振動，已知加速度計的靈敏度為2.5pC/g（g=9.8m/s2），電荷放大器靈敏度為80mV/pC，當機器達到最大加速度時，相應(yīng)的輸出幅值為4V。試計算機器的振動加速度?！窘狻肯到y(tǒng)靈敏度Sn等于傳感器靈敏度與電荷放大器靈敏度的乘積，即Sn = 2.5×80=200mV/g系統(tǒng)靈敏度Sn、輸出電壓幅值U0及被測加速度幅值a的關(guān)系為：所以該機器的振動加速度幅值為：7-4 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？【答】1、通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾

8、效應(yīng)。該電勢稱霍爾電勢。2、霍爾電勢正比于激勵電流及磁感應(yīng)強度，其靈敏度與霍爾系數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。 7-5 影響霍爾元件輸出零點的因素有哪些？如何補償？1、影響霍爾元件輸出零點的因素當霍爾元件的激勵電流為I時，若元件所處位置磁感應(yīng)強度為零，則它的霍爾電勢應(yīng)該為零，但實際不為零。這時測得的空載霍爾電勢稱為不等位電勢。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有： （1）霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上； （2）半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； （3）激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。 2、不等位電勢與霍爾電勢具有相同的數(shù)量

9、級，有時甚至超過霍爾電勢，而實用中要消除不等位電勢是極其困難的，因而必須采用補償?shù)姆椒??？梢园鸦魻栐刃橐粋€電橋，用電橋平衡來補償不等位電勢。由于A、 B電極不在同一等位面上，此四個電阻阻值不相等，電橋不平衡，不等位電勢不等于零。此時可根據(jù)A、 B兩點電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定的電阻，使電橋達到平衡，從而使不等位電勢為零。7-8 試分析霍爾元件輸出接有負載RL 時，利用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻RT 進行溫度補償?shù)臈l件。補償電路如圖(a)所示，輸入回路與輸出回路的等效電路如圖(b)、(c)所示。設(shè)RL不隨溫度改變，由于霍爾元件輸出電阻Rout隨溫度變化，輸出霍爾電勢UH也隨溫度變

10、化，使得負載電阻上的輸出電壓與溫度有關(guān)。RLRT(a) 霍爾元件接有負載 (b) 輸入回路等效電路 (c) 輸出回路等效電路溫度為T0 時，負載電阻上的輸出電壓為 設(shè)RT 的溫度系數(shù)，霍爾元件內(nèi)阻溫度系數(shù)為，靈敏度溫度系數(shù)為，則溫度升高后，負載電阻上的電壓為要實現(xiàn)溫度補償，應(yīng)使，即消去二階小量（即含或的項），解得為了獲得最大的輸出功率，可使，則7-9要進行兩個電壓U1，U2乘法運算，若采用霍爾元件作為運算器，請?zhí)岢鲈O(shè)計方案，并畫出測量系統(tǒng)的原理圖？7-10（補充題） 試對利用霍爾式傳感器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量進行解釋?！敬稹哭D(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)盤附近的霍爾

11、傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖，檢測出單位時間的脈沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。 N-轉(zhuǎn)速；f-信號頻率；n-槽數(shù)。8-1 光電效應(yīng)有哪幾種？相對應(yīng)的光電器件各有哪些？【答】1、光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。2、光電器件（1）基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等。（2）基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。 （3）基于光生伏特效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、三極管。 8-2 試述光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管和光電池的工作原理，在實際應(yīng)用時各有

12、什么特點？【答】1、光敏電阻的工作原理其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強而減小。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好， 此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級， 亮電阻值在幾千歐以下。 2、光敏二極管的工作原理在無光照時，處于反偏的光敏二極管工作在截止狀態(tài)，其反向電阻很大，反向電流很小，這種反向電流稱為暗電流。當有光照射到光敏二極管的PN結(jié)

13、時，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子-空穴對，它們在反向電壓和內(nèi)電場的作用下，漂移越過PN結(jié)，形成比無光照時大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流，此時，光敏二極管的反向電阻下降。 若入射光的強度增強，產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量也隨之增加，光電流也響應(yīng)增大，即光電流與光照度成正比。如果外電路接上負載，便可獲得隨光照強弱變化的信號。光敏二極管的光電流 I 與照度之間呈線性關(guān)系。光敏二極管的光照特性是線性的，所以適合檢測等方面的應(yīng)用。3、光敏晶體管的工作原理大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當集電極加上相對于發(fā)射極為正的電壓而不接基極時，集電結(jié)就是反向偏壓。 當光照射在集電結(jié)時，就會在結(jié)附近產(chǎn)

14、生電子空穴對，光生電子被拉到集電極，基區(qū)留下空穴，使基極與發(fā)射極間的電壓升高，這樣便會有大量的電子流向集電極，形成輸出電流，且集電極電流為光電流的倍，所以光敏晶體管有放大作用。4、光電池的工作原理硅光電池是在一塊N型硅片上用擴散的辦法摻入一些P型雜質(zhì)(如硼)形成PN結(jié)。當光照到PN結(jié)區(qū)時，如果光子能量足夠大，將在結(jié)區(qū)附近激發(fā)出電子-空穴對，在N區(qū)聚積負電荷，P區(qū)聚積正電荷，這樣N區(qū)和P區(qū)之間出現(xiàn)電位差。 若將PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來，電路中有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。8-3 光電耦合器件分為哪兩類？各有什么用途？【答】 光電耦合器件分為兩類：

15、一類是用于實現(xiàn)電隔離的光電耦合器（又稱光電耦合器），另一類是用于檢測物體位置或檢測有無物體的光電開關(guān)（又稱光電斷續(xù)器）。8-5 如何理解電荷耦合器件有“電子自掃描”作用？【答】面陣CCD包括x、y兩個方向用于攝取平面圖像，它能存儲由光產(chǎn)生的信號電荷。當對它施加特定時序的脈沖時，其存儲的信號電荷便可在CCD內(nèi)作定向傳輸而實現(xiàn)自掃描。8-6 光在光纖中是怎樣傳輸?shù)?？對光纖及入射光的入射角有什么要求？【答】1、光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射進行傳輸?shù)模瑢嶋H工作時需要光纖彎曲，但只要滿足全反射條件，光線仍然繼續(xù)前進?？梢娺@里的光線“轉(zhuǎn)彎”實際上是由光的全反射所形成的。2、為滿足光在光纖內(nèi)的全內(nèi)反射， 光入射到光

16、纖端面的入射角i應(yīng)滿足 一般光纖所處環(huán)境為空氣，則n0=1，這樣上式可表示為 8-7 光纖數(shù)值孔徑NA的物理意義是什么？對NA取值大小有什么意義？【答】1、數(shù)值孔徑是表征光纖集光本領(lǐng)的一個重要參數(shù)，即反映光纖接收光量的多少。無論光源發(fā)射功率有多大，只有入射角處于2c的光椎角內(nèi)，光纖才能導(dǎo)光。如入射角過大，光線便從包層逸出而產(chǎn)生漏光。2、光纖的NA越大，表明它的集光能力越強，一般希望有大的數(shù)值孔徑，這有利于提高耦合效率； 但數(shù)值孔徑過大，會造成光信號畸變。所以要適當選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值，如石英光纖數(shù)值孔徑一般為0.20.4。 8-8 當光纖的n1=1.46，n2=1.45，如光纖外部介質(zhì)的n0=1

17、，求光在光纖內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射時入射光的最大入射角的值？【解】根據(jù)光纖數(shù)值孔徑NA的定義入射臨界角為故，得該種光纖最大入射角為9.80 ，即入射光線必須在與該光纖軸線夾角小于9.80 時才能傳播。8-9 根據(jù)圖8-43和8-44，說明半導(dǎo)體光吸收型光纖溫度傳感器的工作原理。【答】半導(dǎo)體吸收式光纖傳感器測溫系統(tǒng)原理圖(a)所示：(a) 半導(dǎo)體吸收式光纖傳感器測溫系統(tǒng)原理圖 輸入光纖和輸出光纖兩端面間夾一片厚度約零點幾毫米的半導(dǎo)體光吸收片，并用不銹鋼管加以固定,使半導(dǎo)體與光纖成為一體。它的關(guān)鍵部件是半導(dǎo)體光吸收片。由半導(dǎo)體物理知道，半導(dǎo)體的禁帶寬度 Eg 隨溫度 T 增加近似線性地減小，如圖(b)所示

18、。 (b) 半導(dǎo)體的禁帶寬度與溫度的關(guān)系 (c) 半導(dǎo)體的透射光強與溫度的關(guān)系由圖(c)可以看出：半導(dǎo)體的本征吸收限（或吸收邊）波長隨溫度增加而向長波長的方向位移。 在 T 一定時的情況下，半導(dǎo)體引起的光吸收隨著吸收邊波長g的變短而急劇增加，也即透過率急劇下降，直至光幾乎不能穿透半導(dǎo)體。反之，隨著吸收邊波長g的變長，半導(dǎo)體的透光率增大。在光源一定的情況下，通過半導(dǎo)體的透射光強隨溫度 T 的增加而減小。9-1 簡述氣敏傳元件的工作原理?！敬稹堪雽?dǎo)體氣敏傳感器的敏感部分是金屬氧化物半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子燒結(jié)體，當它的表面吸附被測氣體時，半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子接觸表面的導(dǎo)電電子比例就會發(fā)生變化，從而使氣敏元件的

19、電阻值隨被測氣體的濃度而改變。這種反應(yīng)是可逆的，因而是可重復(fù)使用的。當氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使半導(dǎo)體電阻值增大。 當還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時，則半導(dǎo)體載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。9-2 為什么多數(shù)氣敏元件都附有加熱器？【答】加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧等燒掉，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。加熱器的溫度一般控制在200400左右。 9-3 什么叫濕敏電阻？濕敏電阻有哪些類型？ 【答】1、濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理

20、而制成的。2、工業(yè)上流行的濕敏電阻主要有：半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件、氯化鋰濕敏電阻和有機高分子膜濕敏電阻。9-59-6 根據(jù)圖9-23，說明用色敏傳感器測量光波波長（即顏色）的工作原理?！敬稹繄D9-25所示為檢測光波長（即顏色）處理電路。它由色敏半導(dǎo)體傳感器、兩路對數(shù)放大器電路及運算放大器OP3構(gòu)成。 要識別色彩，必須獲得兩只光電二極管的短路電流比。故采用對數(shù)放大器電路，根據(jù)“虛斷”概念得在電流較小的時候，二極管兩端加上的電壓和流過電流之間存在近似對數(shù)關(guān)系：OP3的輸入電壓為, 。OP3取出它們的差，輸出為其正比于短路電流比ISD2/ISD1的對數(shù)。其中C為比例常數(shù)。將電路輸出電壓經(jīng)A/D變換、 處

21、理后即可判斷出與電平相對應(yīng)的波長（即顏色）。 9-7 圖9-23為酒精測試電路，A是顯示驅(qū)動器。問：（1）TGS812是什么傳感器？（2）2、5腳是傳感器哪個部分？有什么作用？（3）分析電路工作原理，調(diào)節(jié)RP有什么意義？【答】1、TGS812是氣敏傳感器。2、2、5腳是氣敏傳感器加熱電極。加熱電極，可以加速還原反應(yīng)，提高氣敏傳感器的靈敏度。燒掉金屬網(wǎng)上的灰塵和油漬，提高響應(yīng)速度。3、電路工作原理（1）當氣體傳感器探測不到酒精時，加在A的第5腳電平為低電平；當氣體傳感器探測到酒精時，其內(nèi)阻變低，從而使A的第5腳電平變高。A為顯示推動器，它共有10個輸出端，每個輸出端可以驅(qū)動一個發(fā)光二極管，顯示推

22、動器A根據(jù)第5腳電壓高低來確定依次點亮發(fā)光二極管的級數(shù)，酒精含量越高則點亮二極管的級數(shù)越大。上面5個發(fā)光二極管為紅色，表示超過安全水平。 下面5個發(fā)光二極管為綠色，代表安全水平，酒精含量不超過0.05%。 （2）調(diào)節(jié)RP 使測試儀適應(yīng)在不同氣體、不同濃度的條件下工作。10-1 超聲波在介質(zhì)中傳播具有哪些特性？【答】（1）超聲波的波型：聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同，聲波的波型也不同。通常有：縱波、橫波和表面波。（2）超聲波的傳播速度：在固體中，縱波、橫波及其表面波三者的聲速有一定的關(guān)系， 通常可認為橫波聲速為縱波的一半，表面波聲速為橫波聲速的90%；氣體中縱波聲速為344 m/

23、s。；液體中縱波聲速在9001900m/s。（3）超聲波的反射和折射：聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)，在兩個介質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射, 另一部分透射過界面，在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射。（4）超聲波的衰減，聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴散、散射及吸收等因素有關(guān)。10-3超聲波物位測量有幾種方式?各有什么特點?有兩種方式：1.讓超聲波在液體中介質(zhì)中傳播：由于超聲波在液體中衰減比較小，所以即使發(fā)射的超聲脈沖幅度較小也可以傳播。2.超聲波在空氣中傳播：這種方式便于安裝和維修，但是超聲波在空氣中的衰減比較厲害。10-

24、4 簡述超聲波測量流量的工作原理，并推導(dǎo)出數(shù)學(xué)表達式。【答】 采用時差法測流速。為液體的平均速度，為超聲波的液體中傳播速度。 設(shè)超聲波探頭1為發(fā)射探頭，超聲波探頭2為接收探頭，超聲波傳播的速度為，則順流傳播時間為：再以超聲波探頭2為發(fā)射探頭，超聲波探頭1為接收探頭，超聲波傳播的速度為，則逆流傳播時間為：時差為由于，可以近似有：則液體的平均速度為這種測量方法的精度取決于的測量精度，同時應(yīng)注意并非常數(shù)，而是溫度的函數(shù)。10-5 已知超聲波探頭垂直安裝在被測介質(zhì)底部，超聲波在被測介質(zhì)中的傳播速度為1460m/s，測得時間為28s，試求物位高度?！窘狻繉τ趩翁筋^來說，超聲波從發(fā)射器到液面，又從液面反射

25、到探頭的時間為則物位高度為11-1 簡述微波傳感器的測量機理?！敬稹坑砂l(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測物體時將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測物體或由被測物體反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路，即可以顯示出被測量，實現(xiàn)了微波檢測。11-2 微波傳感器有哪些特點？微波傳感器如何分類？【答】1、微波傳感器作為一種新型的非接觸傳感器具有如下特點：（1）有極寬的頻譜（波長=1.0mm1.0m）可供選用，可根據(jù)被測對象的特點選擇不同的測量頻率；（2）在煙霧、粉塵、水汽、化學(xué)氣氛以及高、低溫環(huán)境中對檢測信號的傳播影響極小，因此可以在惡劣環(huán)境下工作；（3）介

26、質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強；（4）時間常數(shù)小，反應(yīng)速度快，可以進行動態(tài)檢測與實時處理，便于自動控制； （5）測量信號本身就是電信號，無須進行非電量的轉(zhuǎn)換，從而簡化了傳感器與微處理器間的接口，便于實現(xiàn)遙測和遙控；（6） 微波無顯著輻射公害。微波傳感器存在的主要問題是零點漂移和標定尚未得到很好的解決。其次，使用時外界環(huán)境因素影響較多，如溫度、氣壓、取樣位置等。 2、根據(jù)微波傳感器的原理，微波傳感器可以分為反射式和遮斷式兩類。（1）反射式微波傳感器反射式微波傳感器是通過檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時間間隔來測量被測量的。通常它可以測量物體的位置、位移、厚度等

27、參數(shù)。（2）遮斷式微波傳感器遮斷式微波傳感器是通過檢測接收天線收到的微波功率大小來判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測物體或被測物體的厚度、含水量等參數(shù)的。 15-2 試證明熱電偶的中間導(dǎo)體定律，說明該定律在熱電偶實際測溫中的意義。【答】1、中間導(dǎo)體定律（1）如圖(a)所示的回路中，由于溫差電勢可忽略不計，則回路中的總熱電勢等于各接點的接觸電勢之和，即 EABC(t,t0)=EAB(t)+EBC(t0)+ECA(t0)EBC(t0)+ECA(t0)= - EAB(t0) 其中 將上兩式聯(lián)立得 EABC(t,t0) =EAB(t)-EAB(t0)=EAB(t,t0) 上式表明， 接入第三種導(dǎo)體后，

28、 并不影響熱電偶回路的總熱電勢。 (a) 具有三種導(dǎo)體的熱電偶回路 （2）如圖(b)所示的回路中，由于溫差電勢可忽略不計，則回路中的總熱電勢等于各接點的接觸電勢之和，即(b) 具有三種導(dǎo)體的熱電偶回路 2、這樣就可以用導(dǎo)線從熱電偶冷端引出，并接到溫度顯示儀表或控制儀表， 組成相應(yīng)的溫度測量或控制回路。 15-3 試證明熱電偶的中間溫度定律，說明該定律在熱電偶實際測溫中的意義。【答】1、中間溫度定律在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點的溫度，熱電偶AB在接點溫度為t、t0時：熱電勢EAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢EAB(t, tc)和EAB(tc,

29、t0)的代數(shù)和2、中間溫度定律在熱電偶實際測溫中的意義（1）該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)，在實際熱電偶測溫回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì), 可對參考端溫度不為0的熱電勢進行修正。（2）另外根據(jù)這個定律，可以連接與熱電偶熱電特性相近的導(dǎo)體片P和Q，將熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，這就為熱電偶回路中應(yīng)用補償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。 15-4 用熱電偶測溫時，為什么要進行冷端溫度補償？常用的冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？說明補償原理？【答】1、熱電偶熱電勢的大小是熱端溫度和冷端的函數(shù)差，為保證輸出熱電勢是被測溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定。熱電偶分度表給出的熱電勢是以冷端溫度0為依據(jù)，否

30、則會產(chǎn)生誤差。2、補償?shù)姆椒ㄓ校海?） 補償導(dǎo)線法（2） 計算修正法（3） 冰點槽法（4） 冷端補償器法（5） 補正系數(shù)法（6） 軟件處理法3、補償原理（1）補償導(dǎo)線法原理由于熱電偶的長度有限， 在實際測溫時， 熱電偶的冷端一般離熱源較近， 冷端溫度波動較大，需要把冷端延伸到溫度變化較小的地方； 另外， 熱電偶輸出的電勢信號也需要傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場數(shù)十米遠的控制室里的顯示儀表或控制儀表。 工程中采用一種補償導(dǎo)線， 它通常由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)線制成， 也有正極和負極， 而且在0100溫度范圍內(nèi)， 要求補償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。 接入補償導(dǎo)線后的總熱電勢為如果B、Q的性質(zhì)相同，則 如果A、

31、P的性質(zhì)相同，則 又因： 則：（2）冷端溫度修正法（計算修正法） 冷端溫度修正法是對熱電偶實際測得的熱電動勢EAB（t，t0）根據(jù)冷端溫度進行修正，修正值為EAB(t0，0 )，這里的t為熱電偶的熱端溫度，t0為冷端溫度。分度表所對應(yīng)的熱電勢EAB(t, 0)與熱電偶的熱電勢EAB(t, t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式： EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0，0) 由熱電偶分度表就可得到熱電偶熱端對應(yīng)的溫度值。 15-7 使用K型熱電偶，參考端為0、測量端為30和900時，溫差電動勢分別為1.203mV 和37.326mV。當參考端為30，測量端為900時的溫

32、差電動勢為多少？【解】由題意得由中間溫度定律，當參考端為30，測量端為900時15-8 一只分度號為Cu100的熱電阻，在130時它的電阻Rt是多少？要求比較精確計算和估算?！窘狻?、精確計算時，應(yīng)根據(jù)銅電阻體電阻-溫度特性公式，計算公式如下：式中，R0為Cu100銅電阻在0時的阻值，R0 =100；A、B、C為分度系數(shù)，具體值如下：A=4.289×10-3/；B=-2.133×10-7/2；C=1.233×10-9/3 2、精確計算和估算比較（1）近似計算，僅考慮線性項，根據(jù)，式中，得（2）另一種近似計算方法可以根據(jù)R100/R0=1.4280計算從上面分析可以看出，它們差別很小。所以在儀表使用維護中，可以用估算法在測得阻值情況下近似算出溫度，或已知溫度粗略地判斷相應(yīng)的電阻值，從而可以分析判斷儀表工作是否正常。15-9 非接觸測溫方法的理論基礎(chǔ)是什么？輻射測溫儀表有幾種？【答】1、輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度而變化的原理進行測溫的， 它是一種非接觸式測溫傳感器，測溫時只需把輻射式溫度傳感器對準被測物體， 而不必與被測物體接觸。 輻射式溫度傳感器的