感測技術(shù)基礎(chǔ)答案 電子工業(yè)1-9

1、1章習(xí)題解答、在圖1-1-3（b）中，表頭的滿偏電流為0.1mA，內(nèi)阻等于4900，為構(gòu)成mA、50 mA、500 mA三擋量程的直流電流表，所需量程擴(kuò)展電阻R1 、R2、R3分別為多少？（1、9、90）解：據(jù)公式(1-1-8)計(jì)算得，故、在圖1-2-2中，電壓表V的“/V”數(shù)為20k/V,分別用5V量程和25量程測量端電壓U0的讀數(shù)值分別為多少?怎樣從兩次測量讀數(shù)計(jì)算求出E0的精確值?（2.50V，4.17V，5.01 V）解：5V檔量程內(nèi)阻 ，25V檔量程內(nèi)阻 。圖1-2-2中 ，5V檔讀數(shù)，25V檔讀數(shù)。，代入公式（1-2-8）式得：。3、模擬直流電流表與模擬直流電壓表有何異同？為什么電

2、流表的內(nèi)阻很小，而電壓表的內(nèi)阻卻很大？解：模擬直流電流表與模擬直流電壓表的表頭都是動(dòng)圈式磁電系測量機(jī)構(gòu)。模擬直流電流表是由“表頭”并聯(lián)很小的分流電阻構(gòu)成，指針的偏轉(zhuǎn)角與被測直流電流成正比；模擬直流電壓表是由“表頭”串聯(lián)很大的分壓電阻構(gòu)成，指針的偏轉(zhuǎn)角與被測直流電壓成正比。由公式（）和圖可見，電流表的內(nèi)阻為因，故。即電流表的內(nèi)阻很小。由公式（）和圖可見，電壓表的內(nèi)阻為，因，故即電壓表的內(nèi)阻很大。4、用全波整流均值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，若電壓表示值均為10V，問三種波形被測電壓的有效值各為多少?（10V，10.35 V，9V）解：正弦波：，；三角波：，；方波：。5、用峰值電壓表分別測

3、量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在10V位置，問三種波形被測信號(hào)的峰值和有效值各為多少?（14.1 V，10V，8.16 V，14.1 V）解：三種波形的峰值：，三種波形有效值：，正弦波：, ，三角波：，方波：，。6、驗(yàn)證表1-2-1中半波整流、全波整流、鋸齒波和脈沖信號(hào)的KF、Kp、U和值。解：1)全波整流：，。2)鋸齒波：，。3)脈沖波：，。4)三角波：。7、證明近似計(jì)算公式（1-2-8）式。證明：量程U1檔的內(nèi)阻為RU1，量程U2檔的內(nèi)阻為RU2， 。， 。， ，解得：，8、使用電流互感器要注意些什么?解：由于電流互感器付邊匝數(shù)遠(yuǎn)大于原邊，在使用時(shí)付邊絕對(duì)不允許開路。否則會(huì)使原邊電流完

4、全變成激磁電流，鐵心達(dá)到高度飽和狀態(tài)，使鐵心嚴(yán)重發(fā)熱并在付邊產(chǎn)生很高的電壓，引起互感器的熱破壞和電擊穿，對(duì)人身及設(shè)備造成傷害。此外，為了人身安全，互感器付邊一端必須可靠地接地(安全接地)。9、用電動(dòng)系功率表測量功率應(yīng)怎樣接線?怎樣讀數(shù)?解：第一，電流支路與負(fù)載串聯(lián)，電壓支路與負(fù)載并聯(lián)。第二，電流線圈的“*”端和電壓線圈的“*”端應(yīng)同是接高電位端或同是接低電位端。否則，電壓線圈與電流線圈之間會(huì)有較大的電位差，這樣不僅會(huì)由于電場力的影響帶來測量誤差，而且會(huì)使兩組線圈之間的絕緣受到破壞。第三，電流線圈和電壓線圈的“*”端應(yīng)同為電流的引入端或引出端，否則，功率表指針將反向偏轉(zhuǎn)。如果負(fù)載是吸收有功功率(

5、即負(fù)載中電壓與電流相位差<90°)，則按圖1-3-2(a)、(b)接線，功率表指針都是正向偏轉(zhuǎn)。如果按此接線時(shí)發(fā)現(xiàn)功率表指針反向偏轉(zhuǎn)，那就表明被測負(fù)載實(shí)際上是發(fā)出有功功率的等效電源。這時(shí)，須改變電流支路的兩個(gè)端鈕的接線，變?yōu)閳D1-3-2中(c)和(d)的接線方式。為了減小測量誤差，應(yīng)根據(jù)負(fù)載阻抗大小和功率表的參數(shù)來選擇正確的功率表接線方式，圖1-3-2中(a)和(c)為“電壓支路前接”方式，適合于負(fù)載阻抗Z遠(yuǎn)大于功率表電流線圈阻抗ZA的情況，例如在變壓器和電動(dòng)機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用這種接法。圖1-3-2中(b)和(d)為“電壓支路后接”方式。適合于負(fù)載阻抗Z遠(yuǎn)小于功率表電壓支路阻

6、抗ZV的情況。例如在變壓器和電動(dòng)機(jī)短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用這種接法。只要讀得功率表的偏轉(zhuǎn)格數(shù)Nx，乘上功率表分格常數(shù)C，就可求得被測功率的數(shù)值Px： 10、試用時(shí)分割乘法器和V/F轉(zhuǎn)換器、通用計(jì)數(shù)器組成一個(gè)數(shù)字式電能表，畫出其框圖，說明其工作原理。 解：數(shù)字式電能表框圖如下圖所示。電能，采用時(shí)分割乘法將功率轉(zhuǎn)換為電壓U0，根據(jù)（1-3-11）式，根據(jù)（1-3-14）式，經(jīng)U-f轉(zhuǎn)換，計(jì)數(shù)值。第2章習(xí)題解答1、采用圖2-1-3測量被測信號(hào)頻率fx，已知標(biāo)準(zhǔn)頻率fc=1MHz，準(zhǔn)確度為，采用m=1000分頻，若fx=10KHz,試分別計(jì)算測頻與測周時(shí)的最大相對(duì)誤差fx/fx。（±0.1，）解：

7、由題意可知：，。測頻時(shí)，根據(jù)（2-1-14）式：。測周時(shí)，根據(jù)（2-1-22）式：。2、已知圖2-1-3中計(jì)數(shù)器為四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用m=100分頻，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖頻率最大允許值為100MHz，標(biāo)準(zhǔn)頻率fc=5MHz，fc/fc=，要求最大相對(duì)誤差fx/fx=±1%，求該頻率計(jì)的測頻范圍，若已知計(jì)數(shù)結(jié)果N=500,求被測信號(hào)頻率和相對(duì)測量誤差。（5MHz100MHz,25MHz,0.2%）解：由題意可知：，。因，故采用測頻方式，根據(jù)（2-1-18）式可得：。據(jù)（2-1-16）式，。據(jù)（2-1-17）式，故取。測頻范圍：。若，則。據(jù)（2-1-10）式和（2-1-14）式，。3、以圖2

8、-2-2為例說明怎樣用圖2-2-1 （a）電路測量時(shí)間間隔?如果需要測量如圖-2-2(a)所示兩個(gè)輸入信號(hào)和的時(shí)間間隔tg。可將和兩個(gè)信號(hào)分別加到圖-2-1的A、B通道，把圖中開關(guān)S斷開，觸發(fā)器A觸發(fā)電平置于和，觸發(fā)沿選“+”，觸發(fā)器B觸發(fā)電平置于，觸發(fā)沿也選“+”。這樣得到的計(jì)數(shù)結(jié)果N=tg/Tc，即代表時(shí)間間隔tg=NTc。4、采用圖2-3-2測量兩個(gè)頻率為1KHz相位差72°的正弦信號(hào)，若時(shí)標(biāo)脈沖頻率為500KHz，試計(jì)算相位量化誤差和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果。（0.72°,100）解：相位量化誤差：，計(jì)數(shù)結(jié)果：。5、為什么圖2-3-1測量相位差無須先測量信號(hào)周期?而圖2-3-

9、2測量相位差須先測量信號(hào)周期?解：由公式（）可得，圖2-3-1測量相位差的輸出數(shù)字為（式中為A/D的量化單位，即所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓）與信號(hào)周期T無關(guān)。因此無須先測量信號(hào)周期T。由公式（）可知，圖2-3-2測量相位差的輸出數(shù)字為與信號(hào)周期T有關(guān)。因此須先測量信號(hào)周期T。第章習(xí)題解答1、有一交流電橋如圖所示，試問： （1）該電橋能否平衡，為什么?如果能平衡，寫出其平衡方程式。（能） （2）若只調(diào)節(jié)R2 和R4，電橋能否平衡?為什么?（不能） 圖解：電橋平衡的條件是相對(duì)兩臂阻抗的乘積相等，即，為此，要求等式兩邊的實(shí)部相等，而且虛部也相等，即且。只調(diào)節(jié)R2 和R4，電橋不能平衡，因?yàn)橹徽{(diào)節(jié)R2 和R

10、4，不能使虛部相等的條件也得到滿足。、差動(dòng)電阻傳感器如果不是接入電橋橫跨電源的相鄰兩臂，而是接入電橋的相對(duì)兩臂，會(huì)產(chǎn)生什么不好的結(jié)果？解：差動(dòng)電阻傳感器如果接入橫跨電源的相鄰兩臂即令，代入公式（）得差動(dòng)電阻傳感器如果接入電橋的相對(duì)兩臂即令,代入公式（）得對(duì)比兩種結(jié)果可見，因此輸出幾乎為零，而且的分母中包含有，因此存在非線性，而則不存在非線性。、差動(dòng)電阻傳感器電橋與單工作臂電阻傳感器電橋相比有哪些優(yōu)越性?為什么會(huì)有這些優(yōu)越性?解：設(shè)被測非電量引起的電阻變化為，溫度變化引起的電阻變化為。將，代入(3-1-2)得單工作臂電阻傳感器電橋的輸出電壓為將，代入(3-1-2)得差動(dòng)電阻傳感器電橋的輸出電壓為

11、兩式對(duì)比可見，采用差動(dòng)電橋有三個(gè)優(yōu)越性：）可成倍提高輸出電壓，）可消除非線性誤差，）可減小溫度誤差。、圖3-2-4電路輸出端若接入一個(gè)量程為伏的電壓表，相應(yīng)的Rx的量程會(huì)變?yōu)槎嗌伲慨?dāng)量程開關(guān)SW置于檔時(shí)，若測得U0=2.5伏，試問Rx為多少歐姆？解：由公式（）可得，SW置于檔時(shí)Rx的量程為，同理SW置于、檔時(shí)Rx的量程分別為。當(dāng)量程開關(guān)SW置于檔時(shí)，若測得U0=2.5伏，則 Rx為。、怎樣選取圖3-2-6中濾波器的類型及頻率?為什么要這樣選擇? 解：圖3-2-6中濾波器應(yīng)選取低通濾波器。為了濾去方波基波及其諧波而且允許頻率為fx的被測非電信號(hào)通過，一般選取、試推導(dǎo)圖3-2-8的計(jì)算公式（3-2

12、-18）。解：圖中當(dāng)觸發(fā)器Q端為高電平時(shí)，通過對(duì)充電，當(dāng)觸發(fā)器Q端為低電平時(shí)，通過二極管放電。圖中當(dāng)觸發(fā)器Q端為高電平時(shí)，通過對(duì)充電，當(dāng)觸發(fā)器Q端為低電平時(shí)，通過二極管放電。RL電路的方程為RC電路的方程為兩個(gè)方程都是一階微分方程，此一階微分方程的解為當(dāng)從跳變到高電平時(shí)，代入上式得，從0上升到的時(shí)間為將代入上式即得到公式(3-2-11)和(3-2-12),將公式(3-2-11)和(3-2-12)代入公式(3-2-13)即得到公式(3-2-14)。同理將時(shí)間常數(shù)代入上式即得到 ，將這兩式代入公式(3-2-13)即得到公式(3-2-18)。、試用恒流源、555定時(shí)器和通用計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)電容數(shù)字轉(zhuǎn)換

13、電路，畫出其框圖，并說明其工作原理。解：圖1-1-8中，輸入電流改用恒流源IN，電容C改為被測電容CX，根據(jù)（1-1-20）式有：即 所以，上圖中。采用圖2-1-6通用計(jì)數(shù)器，圖1-1-8輸出接圖2-1-6的B輸入端，晶振fc接圖2-1-6的A輸入端，將（2-1-13）式代入上式得：。、試設(shè)計(jì)一個(gè)采用熱敏電阻的溫度頻率變換電路，說明其原理。解：電路1：若將上圖中R5與Rx不接，則是一個(gè)RC正弦振蕩器，起振條件為：，振蕩頻率為：。圖中Rx為熱敏電阻，引入R5與R2是為了改善傳感器的線性度。令，代入上式得振蕩頻率與熱敏電阻Rx得關(guān)系為：。電路2：采用圖3-3-3電路，熱敏電阻接入圖中Rx。根據(jù)（3

14、-3-7）式得到：第4章習(xí)題解答1、為什么線繞式電位器容易實(shí)現(xiàn)各種非線性特性而且分辨力比非線繞式電位器低?答：線繞式電位器的電阻器是由電阻系數(shù)很高的極細(xì)的絕緣導(dǎo)線，整齊地繞在一個(gè)絕緣骨架上制成的。在電阻器與電刷相接觸的部分，導(dǎo)線表面的絕緣層被去掉并拋光，使兩者在相對(duì)滑動(dòng)過程中保持可靠地接觸和導(dǎo)電。電刷滑過一匝線圈，電阻就增加或減小一匝線圈的電阻值。因此電位器的電阻隨電刷位移呈階梯狀變化。只要按精確設(shè)計(jì)絕緣骨架尺寸按一定規(guī)律變化，就可使位移電阻特性呈現(xiàn)所需要的非線性曲線形狀。只有當(dāng)電刷的位移大于相鄰兩匝線圈的間距時(shí)，線繞式電位器的電阻才會(huì)變化一個(gè)臺(tái)階。而非線繞式電位器電刷是在電阻膜上滑動(dòng)，電阻呈

15、連續(xù)變化，因此線繞式電位器分辨力比非線繞式電位器低。、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比應(yīng)變電阻材料本身的靈敏系數(shù)小嗎?為什么?答：應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k是指應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比稱為，而應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)k0是指應(yīng)變電阻材料的阻值的相對(duì)變化與應(yīng)變電阻材料的應(yīng)變之比。實(shí)驗(yàn)表明：kk0，究其原因除了黏結(jié)層傳遞應(yīng)變有損失外，另一重要原因是存在橫向效應(yīng)的緣故。應(yīng)變片的敏感柵通常由多條軸向縱柵和圓弧橫柵組成。當(dāng)試件承受單向應(yīng)力時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)，即軸向拉伸x和橫向收縮y。粘貼在試件表面的應(yīng)變片，其縱柵承受x電阻增加，而橫柵承受y電阻卻減小。由于存在這種橫向效應(yīng)，從

16、而引起總的電阻變化為，按照定義，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為，因，橫向效應(yīng)系數(shù)，故。、用應(yīng)變片測量時(shí)，為什么必須采取溫度補(bǔ)償措施?把兩個(gè)承受相同應(yīng)變的應(yīng)變片接入電橋的相對(duì)兩臂，能補(bǔ)償溫度誤差嗎？為什么？答：溫度變化時(shí)，電阻應(yīng)變片的電阻也會(huì)變化，而且，由溫度所引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎具有相同數(shù)量級(jí)，如果不采取溫度補(bǔ)償措施，就會(huì)錯(cuò)誤地把溫度引起的電阻變化當(dāng)作應(yīng)變引起的電阻變化，即產(chǎn)生“虛假視應(yīng)變”。把兩個(gè)承受相同應(yīng)變的應(yīng)變片接入電橋的相對(duì)兩臂，并不能補(bǔ)償溫度誤差。將，代入公式（）得電橋輸出電壓為，由此可見，溫度引起的電阻變化也影響電橋輸出電壓，此時(shí)，從電橋輸出電壓測出的應(yīng)變并不是真實(shí)應(yīng)變

17、，而是，也就是說測量結(jié)果中包含有溫度誤差。、熱電阻與熱敏電阻的電阻溫度特性有什么不同?答：采用金屬材料制作的電阻式溫度傳感器稱為金屬熱電阻，簡稱熱電阻。一般說來，金屬的電阻率隨溫度的升高而升高，從而使金屬的電阻也隨溫度的升高而升高。因此金屬熱電阻的電阻溫度系數(shù)為正值。采用半導(dǎo)體材料制作的電阻式溫度傳感器稱為半導(dǎo)體熱敏電阻，簡稱熱敏電阻。按其電阻溫度特性，可分為三類：(1)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)；(2)正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)；(3)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTC)。因?yàn)樵跍囟葴y量中使用最多的是NTC型熱敏電阻，所以，通常所說的熱敏電阻一般指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。、為什么氣敏電阻都附有加熱

18、器?答：氣敏電阻是利用半導(dǎo)體陶瓷與氣體接觸而電阻發(fā)生變化的效應(yīng)制成的氣敏元件。氣敏電阻都附有加熱器，以便燒掉附著在探測部位處的油霧、塵埃，同時(shí)加速氣體的吸附，從而提高元件的靈敏度和響應(yīng)速度。半導(dǎo)瓷氣敏電阻元件一般要加熱到200400，元件在加熱開始時(shí)阻值急劇地下降，然后上升，一般經(jīng)210分鐘才達(dá)到穩(wěn)定，稱之為初始穩(wěn)定狀態(tài)，元件只有在達(dá)到初始穩(wěn)定狀態(tài)后才可用于氣體檢測。、試設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的家用有害氣體報(bào)警電路。答：下圖為一個(gè)簡易的家用有害氣體報(bào)警電路。圖中變壓器次級(jí)繞組為氣敏電阻QM-N6提供加熱器電源。變壓器初級(jí)中心抽頭產(chǎn)生的110V交流電壓，加到由1k電位器、氣敏電阻和蜂鳴器串聯(lián)組成的測量電路

19、。當(dāng)CO等還原性有害氣體的濃度上升時(shí)，氣敏電阻減小，流過蜂鳴器的電流增大，當(dāng)有害氣體的濃度使蜂鳴器的電流增大到一定值時(shí)，蜂鳴器就鳴叫報(bào)警。調(diào)整電位器可調(diào)整蜂鳴器靈敏度，即產(chǎn)生報(bào)警的有害氣體最低濃度。圖中氖燈LD用作電源指示。為防止意外短路，變壓器初級(jí)安裝了0.5A的保險(xiǎn)絲。、圖4-1-中電表指示減小表示濕度增大還是減小?為什么?怎樣能調(diào)整該電路的測濕范圍?解：圖4-1-1中電表為電流表，其中電流為： （為電流表滿量程）為負(fù)特性濕敏電阻。濕度。濕度測量范圍 RH RH，Rd為濕度 RH時(shí)RX的值，因要求即，所以增大可減小，即擴(kuò)大測濕量程 RH。、測濕電路對(duì)供電電源有什么要求?為什么?答：測濕電路

20、通常為濕敏電阻構(gòu)成的電橋電路。如果采用直流電源供電，濕敏電阻體在工作過程中會(huì)出現(xiàn)離子的定向遷移和積累，致使元件失效或性能降低，因此所有濕敏電阻的供電電源都必須是交流或換向直流(注意：不是脈動(dòng)直流)。、為了減小變極距型電容傳感器的極距，提高其靈敏度，經(jīng)常在兩極板間加一層云母或塑料膜來改善電容器的耐壓性能，如圖4-2-1（c）所示。試推導(dǎo)這種雙層介質(zhì)差動(dòng)式變極距型電容傳感器的電容與動(dòng)極板位移的關(guān)系式。答：據(jù)公式（）圖（c）所示電容傳感器的初始電容為如果空氣隙減小了，則電容值變?yōu)殡p層介質(zhì)差動(dòng)式變極距型電容傳感器的電容與動(dòng)極板位移的關(guān)系式為。、試證明圖1所示傳感器電容與介質(zhì)塊位移x成線性關(guān)系。 圖1答

21、：圖1所示為變介質(zhì)式電容傳感器，設(shè)極板寬為，長為。極板間無介質(zhì)塊時(shí)的電容為，極板間有介質(zhì)塊時(shí)的電容為，。、自感式傳感器有哪些類型?各有何優(yōu)缺點(diǎn)?答：自感傳感器有三種類型：變氣隙式、變面積式和螺管式。變氣隙式靈敏度最高，螺管式靈敏度最低。變氣隙式的主要缺點(diǎn)是：非線性嚴(yán)重，為了限制非線性誤差，示值范圍只能較?。凰淖杂尚谐淌荑F心限制，制造裝配困難。變面積式和螺管式的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的線性，因而示值范圍可取大些，自由行程可按需要安排，制造裝配也較方便。此外，螺管式與變面積式相比，批量生產(chǎn)中的互換性好。由于具備上述優(yōu)點(diǎn)，而靈敏度低的問題可在放大電路方面加以解決，因此目前螺管型自感傳感器的應(yīng)用越來越多。、

22、為什么更換自感傳感器連接電纜需重新進(jìn)行校正?答：由自感傳感器的等效電路圖3-3可見，自感傳感器工作時(shí)，并不是一個(gè)理想的純電感L，還存在線圈的匝間電容和電纜線分布電容組成的并聯(lián)寄生電容C。更換連接電纜后，連接電纜線分布電容的改變會(huì)引起并聯(lián)寄生電容C的改變，從而導(dǎo)致自感傳感器的等效電感改變，因此在更換連接電纜后應(yīng)重新校正或采用并聯(lián)電容加以調(diào)整。、試比較差動(dòng)自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同?答：差動(dòng)自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的相同點(diǎn)是都有一對(duì)對(duì)稱的線圈鐵心和一個(gè)共用的活動(dòng)銜鐵，而且也都有變氣隙式、變面積式、螺管式三種類型。不同點(diǎn)是，差動(dòng)自感式傳感器的一對(duì)對(duì)稱線圈是作為一對(duì)差動(dòng)自感接入交流

23、電橋或差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成電壓。而差動(dòng)變壓器式傳感器的一對(duì)對(duì)稱線圈是作為變壓器的次級(jí)線圈，此外，差動(dòng)變壓器式傳感器還有初級(jí)線圈（差動(dòng)自感式傳感器沒有），初級(jí)線圈接激勵(lì)電壓，兩次級(jí)線圈差動(dòng)連接，將銜鐵位移轉(zhuǎn)換成差動(dòng)輸出電壓。、試說明圖4-3-9電路為什么能辨別銜鐵移動(dòng)方向和大小?為什么能調(diào)整零點(diǎn)輸出電壓?答：圖(a)和圖(b)的輸出電流為Iab=I1-I2，圖(c)和圖(d)的輸出電壓為Uab=Uac-Ubc。當(dāng)銜鐵位于零位時(shí)，I1I2,Uac=Ubc，故Iab=0,Uab=0;當(dāng)銜鐵位于零位以上時(shí)，I1>I2，Uac>Ubc，故Iab>0，Uab>0;當(dāng)銜

24、鐵位于零位以下時(shí)，I1<I2,Uac<Ubc,故Iab<0,Uab<0。因此通過Iab和Uab的正負(fù)可判別銜鐵移動(dòng)方向。又因?yàn)镮ab和Uabde 大小與銜鐵位移成正比，因此通過Iab和Uab的大小可判別銜鐵位移的大小。調(diào)整圖中電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置，可以使差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)線圈的電路對(duì)稱，在銜鐵居中即位移為零時(shí)，圖電路輸出電流或電壓為零。、何謂壓磁效應(yīng)?試說明圖4-3-1互感型壓磁傳感器工作原理。答：鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力(拉、壓、扭)作用下，磁導(dǎo)率發(fā)生變化，外力取消后，磁導(dǎo)率復(fù)原，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)”。圖3-13為一種常用的互感型壓磁傳感器。由硅鋼片粘疊而成的壓磁元件

25、上沖有四個(gè)對(duì)稱的孔，孔1、2的連線與孔3、4的連線相互垂直，孔1、2間繞有初級(jí)(激磁)繞組，孔3、4間繞有次級(jí)(輸出)繞組，在不受力時(shí)，鐵芯的磁阻在各個(gè)方向上是一致的，初級(jí)線圈的磁力線對(duì)稱地分布，不與次級(jí)線圈發(fā)生交鏈，因而不能在次級(jí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。當(dāng)傳感器受壓力F時(shí)，在平行于作用力方向上磁導(dǎo)率減小，磁阻增大，在垂直于作用力方向上磁導(dǎo)率增大，磁阻減小，初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁力線將重新分布如圖3-13(c)所示。此時(shí)一部分磁力線與次級(jí)繞組交鏈，而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。F的值越大，交鏈的磁通量越多，感應(yīng)電壓也越大。感應(yīng)電壓經(jīng)變換處理后，就可以用來表示被測力F的數(shù)值。、當(dāng)采用渦流傳感器測量金屬板厚度時(shí)，需不

26、需要恒溫?為什么?答：溫度變化時(shí)，金屬的電阻率會(huì)發(fā)生變化，據(jù)公式（），將使渦流的滲透深度隨之變化，據(jù)公式（）可知，這將使透射式渦流傳感器接收線圈中的感應(yīng)電壓隨溫度變化。為了防止溫度變化產(chǎn)生的電壓變化同金屬板厚度變化產(chǎn)生的電壓變化相混淆，采用渦流傳感器測量金屬板厚度時(shí)，需要采取恒溫措施或考慮溫度變化的影響。、渦流式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么?它可以應(yīng)用在哪些方面?答：其主要優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量。、反射式渦流傳感器與透射式渦流傳感器有何異同?答：相同點(diǎn)：都包含有產(chǎn)生交變磁場的傳感器線圈（激勵(lì)線圈）和置于該線圈附近的金屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體內(nèi)，都產(chǎn)生環(huán)狀渦流。不同點(diǎn)：反射式渦流傳感器只有產(chǎn)生一個(gè)交變磁場的

27、傳感器線圈，金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場對(duì)原激勵(lì)磁場起抵消削弱作用，從而導(dǎo)致傳感器線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)都發(fā)生變化。而透射式渦流傳感器有兩個(gè)線圈：發(fā)射線圈（激勵(lì)線圈）L1、接收線圈L2，分別位于被測金屬板的兩對(duì)側(cè)。金屬板表面感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的磁場在接收線圈L2中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此感應(yīng)電壓與金屬板厚度有關(guān)。、收集一個(gè)電冰箱溫控電路實(shí)例，剖析其工作原理。答：下面是日本生產(chǎn)的某電冰箱溫控電路。該電冰箱的溫控范圍由窗口比較器的窗口電壓和決定。調(diào)節(jié)電位器可調(diào)整。圖中為熱敏電阻，當(dāng)溫度上升時(shí)，減小，升高。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時(shí)，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端為低電平，R端為高電平，Q輸出端為高電平，晶體管導(dǎo)通，

28、繼電器線圈通電而動(dòng)作，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，電冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)制冷。冰箱內(nèi)溫度降低。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時(shí)，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端為高電平，R端為低電平，Q輸出端為低電平，晶體管截止，繼電器線圈失電而動(dòng)作，繼電器常開觸點(diǎn)復(fù)位，電冰箱壓縮機(jī)停機(jī)。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度時(shí)，窗口比較器使RS觸發(fā)器的S端和R端均為高電平，RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或繼續(xù)停機(jī)。第章習(xí)題解答1、磁敏二極管、三極管基本原理有哪些異同?答：相同點(diǎn)：磁敏二極管和磁敏三極管都是PN結(jié)型的磁敏元件，都有本征區(qū)I，本征區(qū)I的長度較長，其一個(gè)側(cè)面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的表面處容易使電子空穴對(duì)復(fù)合而消失，稱為r(recombinat

29、ion)面(或r區(qū))，不同點(diǎn)：磁敏二極管的結(jié)構(gòu)是在高阻半導(dǎo)體芯片(本征型)I兩端，分別制作P、N兩個(gè)電極，形成P-I-N結(jié)。當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場作用時(shí)，外加正偏壓，則有大量的空穴從P區(qū)通過I區(qū)進(jìn)入N區(qū)，同時(shí)也有大量電子注入P區(qū)，形成電流。當(dāng)磁敏二極管受到外界磁場H+(正向磁場)作用時(shí)，電子和空穴受到洛倫茲力的作用而向r區(qū)偏轉(zhuǎn)，由于r區(qū)的電子和空穴復(fù)合消失速度比光滑面I區(qū)快，因此形成的電流因復(fù)合速度快而減小。當(dāng)磁敏二極管受到外界磁場H-(反向磁場)作用時(shí)，電子空穴對(duì)受到洛倫茲力作用向光滑面偏轉(zhuǎn)，電子空穴的復(fù)合率明顯減小，因而形成的電流變大。磁敏二極管反向偏置時(shí)，僅流過很微小電流，幾乎與磁場

30、無關(guān)。磁敏三極管的結(jié)構(gòu)是在弱P型近本征半導(dǎo)體（本征區(qū)I）上，用合金法或擴(kuò)散法形成三個(gè)結(jié)，即發(fā)射結(jié)、基極結(jié)、集電結(jié)。當(dāng)磁敏三極管未受到磁場作用時(shí)，基極電流大于集電極電流，使=Ic/Ib<1。受到正向磁場(H+)作用時(shí)，洛侖茲力使載流子偏向發(fā)射結(jié)的一側(cè)，導(dǎo)致集電極電流顯著下降，當(dāng)反向磁場(H-)作用時(shí)，載流子向集電極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使集電極電流增大。2、線性集成霍爾傳感器與開關(guān)型集成霍爾傳感器的應(yīng)用場合有何不同？答：線性集成霍爾傳感器的輸出電壓與輸入的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系，因此常用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度或能轉(zhuǎn)換成磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的其他非電量。這些非電量是連續(xù)變化的模擬量。開關(guān)型集成霍爾傳感器的輸出

31、只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，常用來測量磁場的有或無，也可用來測量能轉(zhuǎn)換成磁場的其他開關(guān)型非電量。3、圖1為一個(gè)用電流型集成溫度傳感器AD590構(gòu)成的測溫電路，試計(jì)算在0°C和100°C時(shí)R上的電壓值。圖1答：據(jù)公式(6-2-5)可知，圖1的輸出電壓為當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。4、設(shè)IH3605的電源供電電壓為5V，試計(jì)算溫度為t=30°C，相對(duì)濕度H在0100%RH范圍時(shí)，IH3605的輸出電壓范圍。答：據(jù)公式(6-2-9) H在0100%RH范圍時(shí)，對(duì)應(yīng)的為098.93%RH。代入公式(6-2-8)計(jì)算得=V第章習(xí)題解答1、設(shè)圖7-1-1中碼盤為5位循環(huán)碼盤，圖中只有最靠

32、近碼盤中心的一個(gè)光電元件受光照產(chǎn)生電信號(hào)即輸出數(shù)碼“1”，其余4個(gè)光電元件均未受到光照不產(chǎn)生電信號(hào)即輸出數(shù)碼“0”，試計(jì)算碼盤此時(shí)的轉(zhuǎn)角。（348.75°）解：由題意可知：，轉(zhuǎn)換為的公式為：，。2、增量編碼器有幾條碼道?各有何作用?答：有三條碼道。碼盤上最外圈碼道上只有一條透光的狹縫，它作為碼盤的基準(zhǔn)位置，所產(chǎn)生的脈沖將給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位(清零)信號(hào)；中間一圈碼道稱為增量碼道，最內(nèi)一圈碼道稱為辨向碼道。這兩圈碼道都等角距地分布著m個(gè)透光與不透光的扇形區(qū)，但彼此錯(cuò)開半個(gè)扇形區(qū)即90°/m。所以增量碼道產(chǎn)生的增量脈沖與辨向碼道產(chǎn)生的辨向脈沖在時(shí)間上相差四分之一個(gè)周期，

33、即相位上相差90°。增量碼道產(chǎn)生的增量脈沖的個(gè)數(shù)用于確定碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，辨向脈沖與增量脈沖的相位關(guān)系用于確定碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。3、試說明光柵傳感器為什么能測量很微小的位移?為什么能判別位移的方向?答：由圖7可見，主光柵沿柵線垂直方向(即x軸方向)移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W，莫爾條紋沿y軸正好移動(dòng)一個(gè)條紋間距H（H>>W），光電元件的輸出電壓變化一個(gè)周期。在y=0處和y=H/4處各安放一個(gè)光電元件，這兩個(gè)光電元件的輸出信號(hào)u1和u2的相位差正好等于/2。將它們送到圖7-1-8所示辨向電路，就可測量出光柵的移動(dòng)方向和移動(dòng)的柵距數(shù)。主光柵每移動(dòng)一個(gè)光柵柵距W，莫爾條紋信號(hào)u1和u2就相應(yīng)

34、地變化一個(gè)周期，圖6-1-8中或門就產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，可逆計(jì)數(shù)器就加1或減1，可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果就是主光柵移動(dòng)的柵距數(shù)。顯然，圖7-1-8電路的分辨率就是一個(gè)光柵柵距。如果在主光柵移動(dòng)一個(gè)柵距過程中即莫爾條紋信號(hào)變化一個(gè)周期內(nèi)，能得到m個(gè)彼此相位差360°/m的正弦交流信號(hào)ui，光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距W，m個(gè)ui波形便可依次得m個(gè)過零脈沖，而與光柵位移x對(duì)應(yīng)的過零脈沖計(jì)數(shù)值即位移的數(shù)字測量結(jié)果為： 由上式可見，分辨率不再是W,而是W/m，這樣就達(dá)到m細(xì)分的目的。因此，光柵傳感器能測量很微小的位移。4、用四只光敏二極管接收長光柵的莫爾條紋信號(hào)，如果光敏二極管響應(yīng)時(shí)間為秒，光柵的柵線密度為

35、50線/毫米，試計(jì)算一下長光柵所允許的移動(dòng)速度。（20m/S）答：長光柵所允許的移動(dòng)速度受光敏二極管響應(yīng)時(shí)間的限制故5、已知長光柵的柵距為20微米，標(biāo)尺光柵與指示光柵的夾角為0.2度，試計(jì)算莫爾條紋寬度以及當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)100微米時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)的距離。（5.73mm,2.865cm）答：莫爾條紋寬度為當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)100微米時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)的距離為6、磁柵與光柵相比，有哪些相同點(diǎn)?有哪些不同點(diǎn)?答：相同點(diǎn)：磁柵與光柵都是柵式傳感器，光柵上面刻有節(jié)距為W的刻線，磁柵上面記錄有節(jié)距為W的矩形波或正弦波磁信號(hào)。光柵有兩個(gè)彼此相距(n±1/4)W的光電元件產(chǎn)生相位差/2的兩個(gè)檢測信號(hào)。磁柵

36、也兩個(gè)彼此相距(n±1/4)W的靜態(tài)磁頭產(chǎn)生相位差/2的兩個(gè)檢測信號(hào)。磁柵與光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距W，兩個(gè)檢測信號(hào)就變化一個(gè)周期。不同點(diǎn)：光柵是利用光電效應(yīng)，把主光柵相對(duì)與指示光柵的位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；磁柵是利用磁電效應(yīng)，把磁頭相對(duì)于磁柵的位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。磁柵可方便地錄制任意節(jié)距的磁柵，發(fā)現(xiàn)所錄磁柵不合適時(shí)可抹去重錄。光柵的柵線刻好后卻不能再改變。7、在長感應(yīng)同步器的滑尺上，相鄰正弦繞組與余弦繞組，相鄰正弦繞組和正弦繞組，相鄰余弦繞組與余弦繞組的間距分別為多少?答：相鄰正弦繞組與余弦繞組的間距為(n/2+1/4)W，斷續(xù)繞組中，與連續(xù)繞組間的互感為余弦函數(shù)的繞組稱為余弦繞組。距余弦

37、繞組l1=(n/2+1/4) 節(jié)距W。相鄰正弦繞組和正弦繞組，相鄰余弦繞組與余弦繞組的間距都為n倍節(jié)距W。8、感應(yīng)同步器測量系統(tǒng)對(duì)位移的分辨率是由哪些因素決定的?怎樣提高位移分辨率?答：感應(yīng)同步器測量系統(tǒng)對(duì)位移的分辨率是由節(jié)距W和細(xì)分?jǐn)?shù)m決定的，因此要提高位移分辨率，就要選用節(jié)距W小的感應(yīng)同步器和增大細(xì)分?jǐn)?shù)m。9、感應(yīng)同步器為什么要設(shè)置正弦繞組與余弦繞組?答：感應(yīng)同步器設(shè)置正弦繞組與余弦繞組是為了能判別位移的方向。10、試指出振弦、振筒、振膜、振梁式四種頻率式傳感器的共同的特點(diǎn)和共同的工作原理?答：振弦、振筒、振膜、振梁式四種頻率式傳感器的共同的特點(diǎn)是都由由振動(dòng)體、激振器、拾振器和放大振蕩電路

38、組成一個(gè)反饋振蕩系統(tǒng)，作為振動(dòng)體的振弦、振筒、振膜、振梁都是用具有導(dǎo)磁性的恒彈性合金制成，當(dāng)激振器使振動(dòng)體振動(dòng)時(shí)，磁路的磁阻交替變化，在拾振器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的變化頻率等于振動(dòng)體振動(dòng)頻率。它們共同的工作原理是，被測非電量如力、壓力、密度等使振動(dòng)體振動(dòng)頻率即拾振器感應(yīng)電壓的頻率改變，因此測量拾振器感應(yīng)電壓的頻率就可測出被測非電量。11、石英晶體諧振式傳感器的原理是什么?有哪些用途?答：當(dāng)給石英晶體的電極上施加交變激勵(lì)電壓時(shí)，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，石英晶體會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，而當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)兩電極上又會(huì)出現(xiàn)交變電壓，如果把石英晶體接入具有正反饋的放大電路中，兩電極上出現(xiàn)的電壓經(jīng)放大后又以相同的相位反饋

39、到晶體電極上，加強(qiáng)了原來的交變電場。于是晶體的振動(dòng)能夠繼續(xù)維持，這就是石英晶體振蕩器的基本原理。石英晶體是彈性體，它存在固有振動(dòng)頻率。當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率等于它的固有振動(dòng)頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧振。因此石英晶體振蕩器的振蕩頻率就是石英晶體的固有頻率。利用石英晶體的諧振特性，可以組成石英晶體諧振式傳感器(也稱石英晶體頻率式傳感器)。當(dāng)石英諧振器承受靜態(tài)壓力或者感受溫度變化時(shí)，其固有頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，因此，將石英諧振器接入振蕩電路，就可以制成石英晶體諧振式壓力傳感器或石英晶體頻率式溫度傳感器。12、能不能用無導(dǎo)磁性的金屬絲做振弦傳感器的振弦？為什么？答：不能。因?yàn)橛脹]有導(dǎo)磁性的金屬絲細(xì)弦做振弦，振弦就不能與

40、磁鐵組成磁路，因此激勵(lì)線圈和電磁鐵就不能吸引金屬細(xì)弦振動(dòng)，金屬細(xì)弦振動(dòng)時(shí)，磁鐵磁路的磁阻也不能變化，繞在永久磁鋼上的拾振線圈也就不能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這樣就不能通過測量感應(yīng)電壓的頻率而測量出振弦的固有頻率。第章習(xí)題解答1、試說明光纖傳光的原理與條件。答：光導(dǎo)纖維簡稱光纖，由透光的纖芯和包層以及不透光的尼龍外套組成。纖芯內(nèi)傳播的光入射到纖芯和包層的交界面時(shí)，由于纖芯的折射率比包層的折射率大，只要入射角1大于臨界角c，即，光就不會(huì)穿過兩個(gè)介質(zhì)的分界面，而只會(huì)完全反射回來，這種只有反射沒有透射的情況稱為全反射。在光纖的入射端，光線從空氣(折射率為n0=1)中以入射角射入光纖纖芯，當(dāng)入射角時(shí)，就會(huì)使1&g

41、t;c即滿足全反射條件，這樣，光線就能在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射，呈鋸齒形路線在纖芯內(nèi)向前傳播，從光纖的一端以光速傳播到另一端，這就是光纖傳光原理。2、為什么圖8-1-7中受力越大，光纖出射端輸出的光強(qiáng)度越小?答：當(dāng)光纖發(fā)生彎曲到一定程度使光線入射角小于臨界角時(shí)，射到纖芯與包層界面上的光有一部分將穿過界面透射進(jìn)包層造成傳輸損耗微彎損耗，從而引起光纖出射端輸出的光通量發(fā)生變化。圖8-1-7中變形器的位移或所受力越大，變形器使光纖發(fā)生周期性彎曲就越厲害，引起傳輸光的微彎損耗越大，光纖出射端輸出的光強(qiáng)度越小。通過檢測光纖輸出的光強(qiáng)變化就能測出位移或力信號(hào)。3、試說明圖8-2-6中16個(gè)光敏

42、單元的“電荷包”產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移及移出過程，并指明移出順序。答：在曝光（光積分）時(shí)間，圖7-2-6中各個(gè)光敏元曝光，吸收光生電荷，產(chǎn)生“電荷包”。曝光結(jié)束時(shí)，全部“電荷包”實(shí)行場轉(zhuǎn)移，亦即在一個(gè)瞬間內(nèi)將感光區(qū)整場的“電荷包”圖象迅速地轉(zhuǎn)移到存貯器列陣中去，譬如將腳注為a1、a2、a3、a4的光敏元中的光生電荷分別轉(zhuǎn)移到腳注相同的存儲(chǔ)單元中去。此時(shí)光敏元開始第二次曝光（光積分），而存儲(chǔ)器列陣則將它里面存貯的光生電荷信息一行行地轉(zhuǎn)移到讀出移位寄存器，在高速時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的讀出移位寄存器，讀出每行中各位的光敏信息，如第一次將a1、b1、c1、d1這一行信息轉(zhuǎn)移到讀出移位寄存器，讀出移位寄存器立即將它們按a1、

43、b1、c1、d1的次序有規(guī)則地輸出。接著再將a2、b2、c2、d2這一行信息傳到讀出寄存器，直至最后由讀出移位寄存器輸出a4、b4、c4、d4的信息為止。4、什么叫激光傳感器?有哪幾種類型?答：激光式傳感器實(shí)際上是以激光為光源的光電式傳感器。按照它所應(yīng)用的激光的特性不同可分為以下幾類：激光干涉?zhèn)鞲衅鳎す庋苌鋫鞲衅?，激光掃描傳感器等?、紅外探測器有哪兩種類型?二者有何區(qū)別?答：紅外探測器是能夠把紅外輻射量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的器件，它是紅外傳感器的關(guān)鍵部件傳感元件。按其所依據(jù)的物理效應(yīng)可分為光敏和熱敏兩大類型，其中光敏紅外探測器用得最多。光敏紅外探測器是采用電真空光電器件或半導(dǎo)體光電器件，通過紅外輻射的光電效應(yīng)，把紅外輻射的光量變化轉(zhuǎn)換為電量變化。熱敏紅外探測器是采用熱敏電阻、熱電偶和熱電堆，通過紅外輻射的熱電效應(yīng)，把紅外輻射的