傳感器與檢測(cè)技術(shù)胡向東第版習(xí)題解答

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)胡向東,第 2版習(xí)題解王濤第 1 章概述什么是傳感器？答：傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并根據(jù)一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置, 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成.傳感器的共性是什么？ 答：傳感器的共性就是利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性,將非電量如位移、 速度、加速度、力等輸入轉(zhuǎn)換成電量電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等輸出.傳感器一般由哪幾局部組成?答：傳感器的根本組成分為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩局部,分別完成檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩個(gè)根本功臺(tái)匕 目匕另外還需要信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路,輔助電源特征等分類,其中按輸入量和工作原理的分類方式應(yīng)用較為普遍 按傳感器的輸入量即被測(cè)參數(shù)進(jìn)行分類

2、 按輸入量分類的傳感器以被測(cè)物理量命名,如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等.按傳感器的工作原理進(jìn)行分類根據(jù)傳感器的工作原理物理定律、物理效應(yīng)、半導(dǎo)體理論、化學(xué)原理等,可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、 光電式傳感器等.按傳感器的根本效應(yīng)進(jìn)行分類根據(jù)傳感器敏感元件所蘊(yùn)含的根本效應(yīng),可以將傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器.1.6 改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？答：差動(dòng)技術(shù)；平均技術(shù)；補(bǔ)償與修正技術(shù)；屏蔽、隔離與干擾抑制； 穩(wěn) 定性處理.第 2 章傳感器的根本特性2.1 什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳

3、感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入、輸出關(guān)系.靜態(tài)特性所描述的傳感 器的卒&入-輸出關(guān)系中不含時(shí)間變量.衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移.0MPa 0mV 0.12MPa 16.50mM輸出值輸出值/mV壓力/MPa第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程0.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1

4、014.4214.4214.4714.4714.4614.46解：求非線性誤差,首先要求實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大誤差,擬合直線在輸 入量變化不大的條件下,可以用切線或割線擬合、過零旋轉(zhuǎn)擬合、端點(diǎn)平移擬合等來近似 地代表實(shí)際曲線的一段(多數(shù)情況下是用最小二乘法來求出擬合直線) .端點(diǎn)線性度：y=kx+b,根據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)(0,0) 和(0.12,16.50), 那么擬合直線斜率:.137.5*0.12+b=16.50b=0y=137.5x輸出值/mV壓力/MPa輸出值/mV壓力/MPa第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程0.022.750.560.660.610.68

5、0.640.690.045.503.964.063.994.094.034.110.068.257.407.497.437.537.457.520.0811.010.8810.9510.8910.9310.9410.990.1013.714.4214.4214.4714.4714.4614.465最小二乘線性度:Qy a a Qjy yy aa xVj|02令 X a|02由輸入輸出數(shù)據(jù),根據(jù)最小二乘法,有:0.644.04直接測(cè)量值矩陣 L7.47 ,系數(shù)矩陣10.9314.45由最小二乘法：AAXAL, 有輸出值/mV均值輸出值/mV均值理論值0.020.560.660.610.680.6

6、40.690.6040.030.64610.0210.04A10.0610.0810.10壓力第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)/MPa正行反行正行反行正行反行程程程程程程0.040.043.964.063.994.094.034.114.0550.014.0450.067.407.497.437.537.457.527.5060.107.4760.0810.8810.9510.8910.9310.9410.9910.950.0210.93770.1014.4214.4214.4714.4714.4614.4614.400.0414.4582答：非線性誤差公式：L x 100%Y100%0.64%FS1

7、6.50H 遲滯誤差公式： 也絲 I., H又;最大行程最大偏差 H=0.1mV,maxH0.1max100%-100%0.6%重復(fù)性誤差公式：L&x100%,YFSY 16.50FS又二重復(fù)性最大偏差為 Rmax=0.08,A L-Rmax100%-8100%0.48%100Hz Y 16.50FS如果要求幅值誤差限制在土 5%以內(nèi),時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少？如果用該傳感器測(cè)量50Hz 的正弦信號(hào),其幅值誤差和相位誤差各為多少?解：一階傳感器頻率響應(yīng)特性:H(j1 (j)1幅頻特性：A()12.1()2由題意有A()15%,即5%2-又 一 2f200T所以：0Vp0.523ms取 r=0.523m

8、s, =2 兀 f=2 兀 X50=100 幾幅值誤差：A()1.32%所以有-1.32%0A()0 相位誤差：小(w)=-arctan( r)=-9.3o所以有-9.3o 小()0p =3s 分之一和二分之一所需的時(shí)間.解：一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為ln1y(t)t*ln1y(t)12333微分方程是y 代表水銀柱高(mm,x代表輸入溫度(C).求該溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)及靈敏度.解：一階傳感器的微分方程為式中傳感器的時(shí)間常數(shù)；nS 式一傳感器的靈敏度.n對(duì)照玻璃水銀溫度計(jì)特性的微分方程和一階傳感器特性的通用微分方程,有該溫度計(jì)的敏度為1.某傳感器為一階系統(tǒng),當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí),在 t=0 1

9、0mv t=5s 時(shí)輸50mM t00 100mv 試求該傳感器的時(shí)間常數(shù).時(shí)間常數(shù)為 2s,靈工解：y(t)y(t .)y(t)y(t )(1e-),ln1ln10r=5/0.587787=8.5s某一質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)在受到階躍輸入鼓勵(lì)下,出現(xiàn)的超調(diào)量大約是最終穩(wěn)態(tài)值的40%如果從階躍輸入開始至超調(diào)量出現(xiàn)所需的時(shí)間為 0.8s, 試估算阻尼比和固有角頻率的大小.解:3.57145680.28,23.427,216Hz 1.4,試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率的大小.解：當(dāng)114nA(噓* ,0.36n21n所以： 2f22161357rad/sn0設(shè)一力傳感器可簡(jiǎn)化為典型的質(zhì)量-彈簧-

10、阻尼二階系統(tǒng),該傳感器的固有頻率 f =1000Hz,假設(shè)其阻尼0.7,600H400Hz 的正弦交變力時(shí),其0輸出與輸入幅值比 A()和相位差小()各為多少？解：二階傳感器的頻率響應(yīng)特性:H(j)121(/)2(/)nn1/nV2幅頻特性：)2/4 (2n相頻特性：()arctanq)n1(/)2nn當(dāng) f=600Hz 時(shí),A(j)1(600/1000)2240.7 220.7(600/1000)()arctan1(600/1000)1(600/1000)0.84arctan 52.696;0.6420.947,2當(dāng) f=400Hz 時(shí),()arctan20.7(400/1000)1(400

11、/1000) 20.56arctan33.69 .0.84第 3 章電阻式傳感器3.2電阻應(yīng)變片的種類有哪些？各有什么特點(diǎn)?試分析差動(dòng)測(cè)量電路在應(yīng)變電阻式傳感器測(cè)量中的好處.答： 單臂電橋測(cè)量電路存在非線性誤差,而半橋差動(dòng)和全橋差動(dòng)電路均無非線性誤差. 半橋差動(dòng)電路的電壓輸出靈敏度比單臂電橋提升了 一倍.全橋差動(dòng)電路的電壓輸出靈敏度是單臂電橋的 4 倍.將100.電阻應(yīng)變片貼在彈性試彳上,如果試件截面積S0.5104m2,彈性模量E210 11N/m2,假設(shè)由 510 4N 的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為 1Q,求電阻應(yīng)變片的靈敏 度系數(shù).解：KR/RR1R100110 9210iiR/R510

12、3510 310kN 的應(yīng)變式測(cè)力傳感器,其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力,外徑 20mm內(nèi)徑 18mm 在其外表粘貼八各應(yīng)變片,四個(gè)沿周向粘貼,應(yīng)變片的電阻值均為 120Q,靈敏度為 2.0,波松比為 0.3,材料彈性模量 E=2.1X10 11 Pcio 要求： (1)繪出彈性元件貼片位置及全橋電路;計(jì)算傳感器在滿量程時(shí),各應(yīng)變片電阻變化;10V 時(shí),計(jì)算傳感器的輸出電壓解：(1)圓桶截面積：應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變;應(yīng)變片5、6、7、8感受周向應(yīng)變;KR/R RKR,由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系應(yīng)力與受力面積的關(guān)系“、 UUK(12102.0(10.3)21010359.710 62.110

13、110.01037V2圖3-5 中,設(shè)負(fù)載電阻為無窮大(開路),圖中E4V,RR 2試求:i1R 為金屬電阻應(yīng)變片,其余為外接電阻,當(dāng)R 的增量為R1.0 時(shí),電橋的輸出壓i12oB,RU ?2o12R , R RR 1.0 ,但極性相反,其余為外接電阻,電橋的輸出電壓 Uo12解：(1單臂 UoE 一RR 一 一R34( 一 1)0.00995V(R 1R1)R 2R 3R 41011002(2)極性相同 UER 一RR 34(1011)0VoR )(RR )&R101101222半橋 UERR-R4(101-)0.02Vo(RR )(R R )RR 101992122343-11 R K=

14、2.05,未受應(yīng)變時(shí),=120.當(dāng)試件受力F 時(shí),電阻應(yīng)變片承受平均應(yīng)變值 800m/m 0 試求:1R R/ R;1R 置于單臂測(cè)量電橋,電橋電源電壓為直流 3V,線性誤差；如果要減小非線性誤差,應(yīng)采取何種舉措？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差的大小.解：圖 3-11 是一種等強(qiáng)度梁式力傳感器,(1)由K=(AR/R)/得 八R/R=Ke,6R /R 611RU EIRR120.1968131o(RR)R R R2343()0.00123V120.19681202120Q,K=2,0.05m E2 1011N/m 2 p=0.3 .求:面,R鋼柱受 9.810 4N 拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的變化

15、量 R 和相對(duì)變化量 R假設(shè)應(yīng)變片沿鋼柱圓周方向粘貼,受同樣拉力作用時(shí)應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化量.解: (1)由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 E ,及FF應(yīng)力與受力面積的關(guān)系/日一,得 ,AAEF一- 49.810AE、2c110.2510,3()21020.251030.5120R0.510 30.06;JR-Rx0.30.510 30.1510 30RyRxRy4.3 變氣隙厚度電感式傳感器的鐵芯截面積 S1.5cm 2 ,磁路長(zhǎng)度 L=20cm,成差動(dòng)結(jié)構(gòu),靈敏度將如何變化?相對(duì)磁導(dǎo)率5000, 氣隙初始厚度.04107H/m,線圈匝數(shù) N=3000,0解：LL000.5cm ,=0.1mm 真空磁導(dǎo)率

16、求單線圈式傳感器的靈敏度 L/o 假設(shè)將其做所以,K 50T10.834 .30.510 2做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式,靈敏度將提升一倍.有一只差動(dòng)電感位移傳感器,電源電壓 U4V, 傳感器線圈電阻與電感分別為 R=40Q,L=30mH 用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成四臂等阻抗電橋,如下圖,試求:R3 和R4 的值為多少時(shí)才能使電壓靈敏度到達(dá)最大2當(dāng) AZ=C.時(shí),分別接成單臂和差動(dòng)電橋后的輸出電壓值.解：(1)R3=R4=R=40QZoZgg2iZoZUU2(ZZ )ZiZ2i2單臂電橋Jo JJ 上 U Z2 乙 乙 Z2 RR2(Z i Z)2102U2-40.25V22(Z Z )2(4040)i2差動(dòng)電

17、橋幾何gg 7D g77UoU2 -R-UZ 2Zi乙 Z2 RR2( 乙 Z2)202(4040)0.5V4.9 引起零點(diǎn)剩余電壓的原因是什么？如何消除零點(diǎn)剩余電壓?答：零點(diǎn)剩余電壓的產(chǎn)生原因：線圈傳感器的兩個(gè)二次繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱,導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)幅值不等、相位不同,構(gòu)成了零點(diǎn)剩余電壓的基波；鐵心由于磁性材料磁化曲線的非線性磁飽和、磁滯,產(chǎn)生了零點(diǎn)剩余電壓的高次 諧波主要是三次諧波；電源勵(lì)磁電壓本身含高次諧波.零點(diǎn)剩余電壓的消除方法：盡可能保證傳感器的幾何尺寸、 線圈電氣參數(shù)和磁路的對(duì)稱；采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路,如差動(dòng)整流電路.在使用螺線管電感式傳感器時(shí),如何根據(jù)輸出電壓來

18、判斷銜鐵的位置？4-i5 4-i5b 為例分析差動(dòng)整流的工作原理.由圖可i2C 2 4 i26 8 端,所以整流電路的輸出電壓為2468,o2468,2468,當(dāng)銜鐵位于中間位置時(shí),U U U.=0；當(dāng)銜鐵位于零位以上時(shí),U U U 0 ；當(dāng)銜鐵位于U U U 0U 2468,o2468,2468,如何通過相敏檢波電路實(shí)現(xiàn)對(duì)位移大小和方向的判定？答：相敏檢測(cè)電路原理是通過鑒別相位來區(qū)分位移的方向,即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng) 相敏檢波后,便能輸出既反映位移大小,又反映位移極性的測(cè)量信號(hào).經(jīng)過相敏檢波電路, 正位移輸出正電壓,負(fù)位移輸出負(fù)電壓,電壓值的大小說明位移的大小,電壓的正負(fù)說明 位移的方向

19、.第 5 章電容式傳感器05.2 有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器如下列圖所示,其中 a=10mmb=16mm 兩極板間距為d 1mm.測(cè)量時(shí),一塊極板在原始位置上向左平移了 2mHi 求該傳感器的 電容變化量、電容相對(duì)變化量和位移靈敏度 K 1真空的介電0常數(shù) 08.85410 12F/m.解：電容變化量為即電容減小了 2.8310 -13F.C.電容相對(duì)變化量dC.0. r.xbr0.a.bar0d11電容式傳感器的位移靈敏度單位距離改變引起的電容量相對(duì)變化為11x/a11010 3100(m電容式傳感器的位移靈敏度(單位距離改變引起的電容量變化)為KC1.4110-1o (F/

20、m)xa5.4 2m 5m 80%寸就應(yīng)當(dāng)停止,試分析用應(yīng)變電阻式傳感器或電容式傳感器來解決該問題的途徑和方法.P48 3-18 所示的電阻式液體重量傳感器,U Shg,o80%寸,也就是位于感壓膜上的液體高度到達(dá)桶高 4m 4m 時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào),關(guān)閉閥門,停止注水.P80 5-6 器,總的電容值為ICC CI072072 (Hh)2h20010(1)01CD 烯在圓筒結(jié)ln(D/d)ln(D/d)ln(D/d)ln(D/d)構(gòu)變介質(zhì)式電容傳感器中的液位到達(dá)桶高 4m 的對(duì)應(yīng)位置時(shí),電容值到達(dá)一個(gè)特定值,接入測(cè)量電路,就可以在液位到達(dá) 4m 時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào),關(guān)閉閥門,停止注水.5.65

21、-20 C=f(x)o 設(shè)真空的介電常0,21,W 其它參數(shù)如下圖.解：以x P79 5-5.故01lx0101IC q,CI21l(lx),Cd)2202 l(lx)； 2,； 2dCc21 22C21C22l(lx)12d (d)12總的電容量為lxcc01c1 2-0-刈124d (d)115.6 6=d=1mm 50mm范圍內(nèi),繪出此位移傳感器的特性曲線,并給以適當(dāng)說明.=1,=4o試針對(duì) x=050mmI202O解：cC C l(lx) 3 一業(yè)2CI202O特性曲線是一條斜率為-1 的直線.某一電容測(cè)微儀,其傳感器的圓形極板半徑r=4mm,工作初始間隙d=0.3mm 問: (1)工

22、作時(shí),如果傳感器與工件的間隙變化量Ad=2pm時(shí),電容變化量為多少？(2) 如果測(cè)量電路的靈敏度 Si=100mV/pF 讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5 格/mV,在Ad=2m時(shí),讀數(shù)儀表的示值變化多少格？解：(1) C0 上飛 1.483510 12F,d0.310 -0r A8.85410-123.1415926(410)2-12間隙增大 CIQ8.85410 3.1415926410 )1.473510dd(0.30.002)10-3F,-12-12-32C C C i10-12_, 12_3、2間隙縮小 C2-A- 8.85410 3.1415926 3(410 )1.493310 -12F

23、,d-d(0.3-0.002)10 -22C CC _ 22UCs1mV,US 25 6 章壓電式傳感器6.1 什么是壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？答： 正壓電效應(yīng)就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí),其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象. 當(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上加上交流電壓,那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形,壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng),也稱為逆壓電效應(yīng).6.3 試分析石英晶體的壓電效應(yīng)原理.2,答：石英晶體白SiO 是單晶結(jié)構(gòu),理想形狀六角錐體,如圖 6-1a 所示.石英 晶體是各向異性材料,不同晶向具有各異的物理特性,用x、 z 軸來

24、描述.2,z 軸：是通過錐頂端的軸線,是縱向軸,稱為光軸,沿該方向受力不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng).x 軸：經(jīng)過六面體的棱線并垂直于 z 軸的軸為x 外表產(chǎn)生電荷集聚),沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)y 軸：與x、z y 荷集聚.沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng).石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí),由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)外表上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷,當(dāng)外力去掉后,恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí),電 荷的極性隨著改變.晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比.這種現(xiàn)象稱為正壓電 效應(yīng).反之,如對(duì)石英晶體施加一定變電場(chǎng), 晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形,外電場(chǎng)撤離,變 形

25、也隨之消失,稱為逆壓電效應(yīng).6.12 將一壓電式力傳感器與一只靈敏度 SV 可調(diào)的電荷放大器連接,然后接到靈敏度為S =20mm S =5pc/Pa,該測(cè)試XP系統(tǒng)的總靈敏度為 S=0.5mm/Pa 試問：1電荷放大器的靈敏度 SV 應(yīng)調(diào)為何值V/pc?240Pa 解：1SS S SPVXxS40Pa0.5mm/Pa40Pa20mm第 7 章磁敏式傳感器什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)？l、寬為d 的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向垂直于薄 片中,當(dāng)有電流I 流過時(shí),在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) Uh.這種現(xiàn)象稱 為霍爾效應(yīng).霍爾組件多用 N 體材料,且比擬薄.

26、IBIB霍爾電勢(shì) UHE HbvBb RH KHIB nedd霍爾電勢(shì)與霍爾電場(chǎng) EH 載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度 b、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的厚度 d、電子 平均運(yùn)動(dòng)速度v、磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度 R 電流I 有關(guān).霍爾傳感器的靈敏度 K H 色 odned為了提升霍爾傳感器的靈敏度,霍爾元件常制成薄片形狀.又霍爾元件的靈敏度與載流子 濃度成反比,所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件.某霍爾元件尺寸1、b、d為1.0cmx0.35cmx0.1cm,沿l 方向通以電流I=1.0mA, 在垂直lb 面加有均勻磁場(chǎng)B=0.3T,傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A.T,求其輸出的霍爾電動(dòng) 勢(shì)和載流子濃度.解： U K

27、 IB221.01030.30.0066VHH1一由KH ,得ned第 8 章熱電式傳感器熱電偶的工作原理是什么？導(dǎo)體組成的閉合回路,如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度不同的熱 源中,那么在該回路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì), 測(cè)溫度.什么是中間導(dǎo)體定律、中間溫度定律、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律?答：中間導(dǎo)體定律 熱電偶測(cè)溫時(shí),假設(shè)在回路中插入中間導(dǎo)體,只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同,那么對(duì)熱電偶回 路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響.在用熱電偶測(cè)溫時(shí),連接導(dǎo)線及顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體.中間溫度定律0c,任何兩種均勻材料組成的熱電偶,熱端為t,冷端為t時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為t 冷 端為t 時(shí)的熱電與同一熱電偶熱端

28、為t 冷端為t 時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)0c,應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為 0C 時(shí),可用中間溫度定律加以修正.熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí),可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路.標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果A、B 兩種導(dǎo)體熱電極分別與第三種導(dǎo)體 C 這兩個(gè)導(dǎo)體 A、B 組成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)為那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(shì)便可由上式求得,而不 需逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定.均質(zhì)導(dǎo)體定律如果組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的材料相同,無論兩接點(diǎn)的溫度是否相同,熱電偶回路中的總熱電動(dòng)勢(shì)均為 0.均質(zhì)導(dǎo)體定律有助于檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同及熱電極材料的均勻性.i用兩只K 型熱電偶測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度,具連接線路如下列圖所示,t =420Ctii15

29、.24mv,t 溫度的那只熱電偶錯(cuò)用白是E 型熱電偶,其他都正確,試求兩點(diǎn)實(shí)際溫度差是多少？i可能用到的熱電偶分度表數(shù)據(jù)見表一和表二,最后結(jié)果可只保存到整數(shù)位工作01020工作0102030405060708090端溫?zé)犭妱?dòng)勢(shì)/mV16.817.217.618.018.518.919.319.720.20.390.791.201.612.022.433.263.68002.85783126614.094.504.915.325.736.136.536.937.337.7310058973799878.138.538.939.349.7410.110.510.911.311.7200778155

30、167819312.212.613.013.413.814.214.715.115.515.93001246749213527440040016.42468813468814解：21所以 e(t ,0)e(420,0)e(t,t212i 查表得t 49.5C, t t 2i 2 如果測(cè)量 t 錯(cuò)用了 E 型熱電偶,那么2所以 eK(t2,0)30.5461.8011.20315.2414.708mv查表得t2 點(diǎn)的溫度為 360C,兩點(diǎn)間的溫度差實(shí)際為 t1 t2 420-360=60C 0將一支鍥銘-鍥硅熱電偶與電壓表相連,電壓表接線端是 50C,6.0mV,問熱電偶熱端溫度是多少？K 50

31、c 2.022mV,依據(jù)中間溫度定律得按內(nèi)插值計(jì)算得熱端溫度為 t=190 8.0227.737 (200190) =197.125 C8.1377.737100c 139Q,當(dāng)它與熱的氣體接觸時(shí),電阻值增至 281Q,試確定該氣體的溫度(設(shè) 0c 100Q)i00i00解：由0c 時(shí)電阻值為100 Q,可知該鋁電阻溫度計(jì)為分度號(hào)為 PL.的鋁熱電阻,根據(jù)100c 時(shí)的電阻值為139.,進(jìn)一步確定為分度號(hào)為Pt的鋁熱電阻.對(duì)應(yīng)于281Q 的阻,查Pt分度表,對(duì)應(yīng)的溫度約為i00i000.04mV/C,1200c 處,假設(shè)以指示表作 為冷端,此處溫50C, 試求熱電動(dòng)勢(shì)的大小.120O1 5o解

32、：e(tt)K(120050)0.04103120O1 5o0.08mV/C 50C,60mV求熱電偶的熱端溫度.解：t e(t,t50 )50- 60-50 =800C K0.08使用K 0C,30C 900c 1.203mV 和37.326mM 當(dāng)參考端溫度為 30C、測(cè)量點(diǎn)溫度為 900c 時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì) 為多少？解：根據(jù)中間溫度定律ABcE(t,t)E(t,t )E(tt ABcAB0有= .1.= = .1.= EAB (t90030EAB (t9000EAB (t030EAB (t900 ,t0)E AB (t30037 326-20336 123mV熱電阻有什么特點(diǎn)?答：熱電阻測(cè)

33、溫根本原理：熱電阻測(cè)溫是基于熱效應(yīng)的根本原理.所謂熱效應(yīng),就是金屬 導(dǎo)體的阻值會(huì)隨溫度的升高而增加或減小的現(xiàn)象.因此,我們只需測(cè)得金屬導(dǎo)體電阻的變 化就可間接獲得被測(cè)溫度.試分析三線制和四線制接法在熱電阻測(cè)量中的原理及其不同特點(diǎn).答：熱電阻常用引線方式主要有：兩線制、三線制和四線制.兩線制的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低,但是引線電阻及其變化會(huì)帶來附加誤差.主要適用于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合.三線制的特點(diǎn)是可較好地減小引線電阻的影響.主要適用于大多數(shù)工業(yè)測(cè)量場(chǎng)合.四線制的特點(diǎn)是精度高,能完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響.主要適用于實(shí)驗(yàn)室等高精度測(cè)量場(chǎng)合.8.17 某熱敏電阻,其B 2900K,50

34、0kQ, 100c 時(shí)的阻 抗.解：具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,其阻值與溫度的關(guān)系可表示為BBRR exp() -2.8452,7.7717,10.6169 ttRT003=50010exp(2.8452)500100.05812 3第 9 章光電式傳感器9.4 什么是光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)？這些光電效應(yīng)的典型光電器件各自有哪些？答：光照射到物體上使物體發(fā)射電子,或電導(dǎo)率發(fā)生變化,或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)等,這些因光照引起物體電學(xué)特性改變的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).當(dāng)光照射到金屬或金屬氧化物的光電材料上時(shí),光子的能量傳給光電材料外表的電子,如 果入射到外表的光能使電子獲得足夠的能量,電子會(huì)克服正離子對(duì)

35、它的吸引力,脫離材料 外表進(jìn)入外界空間,這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng).根據(jù)外光電效應(yīng)制作的光電器件有光電管 和光電倍增管.內(nèi)光電效應(yīng)是指物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物體內(nèi)部運(yùn)動(dòng),而不會(huì)逸出物體的現(xiàn) 象.內(nèi)光電效應(yīng)多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi),可分為因光照引起半導(dǎo)體電阻率變化的光電導(dǎo)效應(yīng)和 因光照產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的先生伏特效應(yīng)兩種.物體中載流子數(shù)量顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象.基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻.光生伏特效應(yīng)是指光照在半導(dǎo)體中激發(fā)出的光電子和空穴在空間分開而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象,是將光能變?yōu)殡娔艿囊环N效應(yīng).基于光生伏特效應(yīng)的光電器件典型的有光電池；止匕外, 光敏二極管、光敏晶體管也是基于光生伏特效應(yīng)的光電器件.8 位光電碼盤的最小分辨率是多少？如果要求每個(gè)最小分辨率對(duì)應(yīng)的碼盤圓弧 長(zhǎng)度至少為0.01mm 那么碼盤半徑應(yīng)有多大？解：一個(gè) n 位二進(jìn)制碼盤的最小分辨率是 360/2 n.； 8 位光電碼盤的最小分辨率是 360/2 8 1.4 o碼盤周長(zhǎng)為 0.01mm2 8=0.01mm*256=2.56mm 碼盤半徑為 2.56mm/2 九弋 0.4074mm設(shè)某循環(huán)碼盤的初始位置為0000,利用該循環(huán)碼盤測(cè)得結(jié)果為01