傳感器原理及其應(yīng)用(第二版)部分習(xí)題答案

第1章傳感器的一般特性作業(yè)：習(xí)題2、3、4、5(P11)第一頁(yè)，共73頁(yè)。第1章傳感器的一般特性2、簡(jiǎn)述傳感器的組成及其各部分的功能。答：傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件以及基本轉(zhuǎn)換電路所組成。敏感元件：指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量（輸入量）的部分，并以確定關(guān)系輸出某一物理量。轉(zhuǎn)換元件：指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺艿幕蝽憫?yīng)的被探測(cè)量(如位移、應(yīng)變、光強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)（如電阻、電感等）的部分?；巨D(zhuǎn)換電路：將電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量，如電壓、電流、頻率等。第二頁(yè)，共73頁(yè)。第1章傳感器的一般特性3、對(duì)某傳感器進(jìn)行特性測(cè)定所得到的一組輸入—輸出數(shù)據(jù)如下：

輸入x：0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

輸出y；2.24.87.69.912.615.217.820.122.1試計(jì)算該傳感器的非線性度和靈敏度。第三頁(yè)，共73頁(yè)。第1章傳感器的一般特性解：非線性度的擬合直線采用端基直線。設(shè)擬合直線為：y=kx+b，根據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)(0.1，2.2)和(0.9，22.1)，則擬合直線斜率為∴∴∴端點(diǎn)擬合直線為第四頁(yè)，共73頁(yè)。第1章傳感器的一般特性解：∴∴靈敏度為：x0.10.20.30.40.50.60.70.80.9y實(shí)際2.24.87.69.912.615.217.820.122.1y理論2.24.68757.1759.662512.1514.637517.12519.612522.1Δ=y實(shí)際-y理論00.11250.4250.23750.450.56250.6750.48750第五頁(yè)，共73頁(yè)。第1章傳感器的一般特性4、何為傳感器的靜態(tài)特性？靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入輸出特性。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)有靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性、穩(wěn)定性等。第六頁(yè)，共73頁(yè)。第1章傳感器的一般特性5、何為傳感器的動(dòng)態(tài)特性？動(dòng)態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是傳感器在被測(cè)量隨時(shí)間變化的條件下輸入輸出關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性有分為瞬態(tài)響應(yīng)和頻率響應(yīng)。衡量瞬態(tài)響應(yīng)特性的指標(biāo)有時(shí)間常數(shù)

、上升時(shí)間tr、響應(yīng)時(shí)間ts、超調(diào)量

、衰減率

、穩(wěn)態(tài)誤差ess等。衡量頻率響應(yīng)特性的指標(biāo)有頻帶、時(shí)間常數(shù)

、固有頻率

n

。第七頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題3、5、6、7(P34)第八頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用3.金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？何為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？答：金屬應(yīng)變片在外力的作用下，應(yīng)變片的幾何尺寸（長(zhǎng)度和截面積）發(fā)生變化（機(jī)械形變）而引起應(yīng)變片的電阻改變，運(yùn)用它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的；其靈敏系數(shù)（k≈1+2μ）主要是材料幾何尺寸變化引起的。半導(dǎo)體應(yīng)變片受到作用力后，應(yīng)變片的電阻率ρ發(fā)生變化，而引起應(yīng)變片的電阻值改變。其靈敏系數(shù)（k=△ρ/ρε）主要是半導(dǎo)體材料的電阻率隨應(yīng)變變化引起的。當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變片是利用金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將金屬絲繞成柵形，稱為敏感柵。并將其粘貼在絕緣基片上制成。第九頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用5.何為直流電橋?若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種?各自的輸出電壓及電橋靈敏度如何計(jì)算？答：橋臂的供電電源是直流電的稱為直流電橋。按橋臂工作方式不同，可分為單臂電橋、雙臂電橋、全橋。單臂電橋輸出電壓及電橋靈敏度分別為：雙臂電橋輸出電壓及電橋靈敏度分別為：

全橋輸出電壓及電橋靈敏度分別為：第十頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用6.一臺(tái)采用等強(qiáng)度梁的電子秤，如圖2.40所示，在梁的上下兩面各貼有兩片靈敏系數(shù)均為k=2的金屬箔式應(yīng)變片做成秤重傳感器。已知梁的L=100mm，b=11mm，h=3mm，梁的彈性模量E=2.1×104N/mm2。將應(yīng)變片接入直流四臂電路，供橋電壓Usr=6V。試求：（1）秤重傳感器的靈敏度(V/kg)?（2）當(dāng)傳感器的輸出為68mV時(shí)，問(wèn)物體的荷重為多少？第十一頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用解：(1)如圖a，當(dāng)重力F作用梁短部后，梁上表面R1和R3產(chǎn)生正應(yīng)變電阻變化而下表面R2和R4則產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變電阻變化，其應(yīng)變的絕對(duì)值應(yīng)相等，即：電阻相對(duì)變化量為：現(xiàn)將四個(gè)電阻應(yīng)變片按照?qǐng)Db所示接入等臂全橋電路，其輸出電橋電路電壓為:第十二頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用稱重傳感器的靈敏度(2)當(dāng)傳感器輸出電壓為68mV時(shí)，物體的荷重m為第十三頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用7.圖2.43為應(yīng)變式力傳感器的鋼質(zhì)圓柱體彈性元件，其直徑d=40mm，鋼的彈性模量E=2.1×105N/mm2

，泊松比μ=0.29，在圓柱體表面粘貼四片阻值均為120Ω、靈敏系數(shù)κ=2.1的金屬箔式應(yīng)變片(不考慮應(yīng)變片的橫向靈敏度)，

并接入惠斯頓電橋。若供橋電壓Usr=6V（DC），試求：該力傳感器的靈敏度（V/N）？第十四頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用解：(1)如圖，當(dāng)力F作用圓柱體上后，電阻應(yīng)變片R1和R3產(chǎn)生正應(yīng)變電阻變化，電阻應(yīng)變片R2和R4則產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變電阻變化，電阻相對(duì)變化量電阻變化后的電阻：第十五頁(yè)，共73頁(yè)。第2章電阻應(yīng)變式傳感器及其應(yīng)用現(xiàn)將四個(gè)電阻應(yīng)變片按照?qǐng)D所示接入等臂全橋電路，其輸出電橋電路電壓為該力傳感器的靈敏度（V/N）為：第十六頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題3、9、15、16(P51)第十七頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用3、電感式傳感器的測(cè)量電路起什么作用?變壓器電橋電路和帶相敏整流的電橋電路哪個(gè)能更好地起到測(cè)量轉(zhuǎn)換作用?為什么?第十八頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用答：測(cè)量電路的作用是將電感量的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，以便用儀表指示出來(lái)，或者送入下級(jí)電路進(jìn)行處理和放大。帶相敏整流的電橋電路能更好地起到測(cè)量轉(zhuǎn)換作用。變壓器電橋電路的輸出電壓隨位移方向不同而反相180°，由于橋路電源是交流電，若在轉(zhuǎn)換電路的輸出端接上普通儀表時(shí)，無(wú)法判別輸出的極性和銜鐵位移的方向。此外，當(dāng)銜鐵處于差動(dòng)電感的中間位置時(shí)，還存在零點(diǎn)殘余電壓。而采用相敏整流電路，得到的輸出信號(hào)既能反映位移的大小，又能反映位移的方向，同時(shí)也能消除零點(diǎn)殘余電壓。所以相敏整流的電橋電路能更好地起到測(cè)量轉(zhuǎn)換作用。第十九頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用9、已知變氣隙電感傳感器的鐵芯截面積S=1.5cm2，磁路長(zhǎng)度L=20cm，相對(duì)磁導(dǎo)率μ=5000，氣隙δ0=0.5cm，Δδ=±0.1mm，真空磁導(dǎo)率μc=4π×10-7H/m，線圈匝數(shù)W=3000，求單端式傳感器的靈敏度△L/△δ，若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度將如何變化?第二十頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用解：電感傳感器的初始電感量為：當(dāng)銜鐵移動(dòng)Δδ時(shí)，單端式傳感器的靈敏度△L/△δ為：若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)差動(dòng)的變隙式的靈敏度公式有：故將其做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)后，靈敏度將提高一倍。第二十一頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用15、試用差動(dòng)變壓器式傳感器設(shè)計(jì)液罐內(nèi)液體液位測(cè)量系統(tǒng)，做出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并分析工作原理。解：利用差動(dòng)變壓器式傳感器設(shè)計(jì)的液位測(cè)量系統(tǒng)如圖所示。液位的高低變化可帶動(dòng)浮子上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)銜鐵移動(dòng)，差動(dòng)變壓器的輸出U0也隨之發(fā)生變化，其大小與液位高低成函數(shù)關(guān)系，由此可測(cè)出液位。當(dāng)某一設(shè)定液位使鐵芯處于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)U0=0；當(dāng)液位上升或下降時(shí)，U0≠0；通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路便能確定液位的高低。第二十二頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用16、有一只差動(dòng)電感位移傳感器，已知電源電壓U

4V，f

400Hz，傳感器線圈電阻與電感分別為R

40

，L

30mH，用兩只匹配電阻設(shè)計(jì)成四臂等阻抗電橋，如圖所示。試求：（1）匹配電阻R3和R4

的值為多少時(shí)才能使電壓靈敏度達(dá)到最大。（2）當(dāng)

Z

10

時(shí)，分別接成單臂和差動(dòng)電橋后的輸出電壓值。第二十三頁(yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用解：（1）傳感器的兩個(gè)線圈作為電橋的兩個(gè)橋臂Z1和Z2，另外兩個(gè)相鄰的橋臂用純電阻代替。在R3=R4=R的情況下，電橋的輸出電壓為：由此可見(jiàn)，電橋的輸出電壓與匹配電阻R3和R4無(wú)關(guān)，相應(yīng)的電壓靈敏度也與其無(wú)關(guān)。但題目要求設(shè)計(jì)成四臂等阻抗電橋，因此有：Z1=Z2

=Z3=Z4?！摺唷嗟诙捻?yè)，共73頁(yè)。第3章電感式傳感器及其應(yīng)用(2)接成單臂電橋后的電橋輸出電壓值為：接成差動(dòng)電橋后的電橋輸出電壓值為：第二十五頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題2、5、8、14(P67)第二十六頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用2、推導(dǎo)差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。答：設(shè)在初始狀態(tài)下，動(dòng)極板位于兩塊定極板中間位置，則：當(dāng)動(dòng)極板受被測(cè)量作用，其位置發(fā)生改變，設(shè)動(dòng)極板向上移動(dòng)了

d

，則：第二十七頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用當(dāng)

d<<d0

時(shí)，即

d/d0<<1，則：∴靈敏度為：由此可見(jiàn)，與單極式相比，其靈敏度提高了一倍（單極式為）。第二十八頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用5、為什么高頻工作時(shí)電容式傳感器的連接電纜的長(zhǎng)度不能任意改變？答：在高頻激勵(lì)時(shí)，需考慮電容器及引線電感L的存在，使傳感器有效電容為Ce=C/(1-ω2LC)，從而使傳感器的靈敏度由S=C0/d0變?yōu)镾e=S/(1-ω2LC)2，Se與傳感器的固有電感(包括電纜電感)L有關(guān)，且隨ω變化而變化。這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。第二十九頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用8、在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變間隙電容傳感器和電橋測(cè)量電路，如圖4-17所示。已知：δ0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1kΩ；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/μm)；

(2)當(dāng)電容傳感器的動(dòng)極板位移△δ=10μm時(shí)，輸出電壓Usc值。第三十頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用解：

(1)差動(dòng)電容器初始時(shí)刻的電容兩電容的容抗

∴測(cè)量橋路中的電阻R可忽略，則測(cè)量電路的輸出電壓為：第三十一頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用從而得電容傳感器的電壓靈敏度Ku為：

(2)當(dāng)電容傳感器的動(dòng)極板位移△δ=10μm時(shí)，輸出電壓Usc值為：第三十二頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用14、有一個(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變片式傳感器或電容式傳感器來(lái)解決該問(wèn)題的途徑和方法。第三十三頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用解：應(yīng)變片式傳感器：下圖是測(cè)量液體重量的插入式傳感器示意圖。該傳感器有一根傳壓桿，上端安裝微壓傳感器，下端安裝感壓膜，它用于感受水的壓力。當(dāng)桶中的水增多時(shí)，感壓膜感受的壓力就增大，從而測(cè)出水位的高度h。由題可知，當(dāng)h=4m時(shí)，儲(chǔ)水量就達(dá)到了80%，傳感器給出信號(hào)就可以停止注水。第三十四頁(yè)，共73頁(yè)。第4章電容式傳感器及其應(yīng)用下圖是電容式液位傳感器的測(cè)量原理圖。測(cè)量電極安裝在桶的頂部，這樣桶壁和電極之間形成一個(gè)電容器。往桶內(nèi)注水時(shí)，實(shí)際上是改變介電常數(shù)，導(dǎo)致傳感器的電容量變化，變化的大小與桶內(nèi)的水位高度成比例變化。當(dāng)h=4m時(shí)，儲(chǔ)水量就達(dá)到了80%，傳感器給出信號(hào)就可以停止注水。第三十五頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題1、3、11、12(P84)第三十六頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用1、簡(jiǎn)述壓電效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng)，說(shuō)明它們適用于制作什么器件。答：某些電介質(zhì)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)表面上產(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)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，變形也隨之消失，稱為電致伸縮效應(yīng)。壓電效應(yīng)適用于制作壓電傳感器，電致伸縮效應(yīng)適用于制作超聲波傳感器。第三十七頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用3、為什么壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量中？答：壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量：外力作用在壓電材料上產(chǎn)生的電荷只有在無(wú)泄漏的情況下才能保存，需要測(cè)量回路具有無(wú)限大的輸入阻抗，這實(shí)際上是不可能的。壓電式傳感器適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量：壓電材料在交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，以供給測(cè)量回路一定的電流。故壓電傳感器適宜作動(dòng)態(tài)測(cè)量。第三十八頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用11、兩根高分子壓電電纜相距L=2m，平行埋設(shè)于柏油公路的路面下約50mm，如下圖左所示?，F(xiàn)有一輛超重汽車以較快的車速壓過(guò)測(cè)速傳感器，兩根PVDF壓電電纜的輸出信號(hào)如圖右所示。求：1）估算車速為多少km/h。2）估算汽車前后輪間距d。3）說(shuō)明載重量m以及車速v與A、B壓電電纜輸出信號(hào)波形的關(guān)系。第三十九頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用解：1）v=L/t（t為駛過(guò)A、B電纜的時(shí)間）≈2/0.0625=32m/s=115km/h2）d=vt（t為前后輪跨過(guò)A或B電纜的時(shí)間）≈32×0.10625=3.4m3）載重量m與A、B壓電電纜輸出信號(hào)的時(shí)間間隔無(wú)關(guān)，而與幅度有關(guān)，幅度越大，載重量越大。車速v與A、B壓電電纜輸出信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)，而與時(shí)間間隔有關(guān)，時(shí)間間隔越小，車速越大。

第四十頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用12、如圖5-27所示的壓電式傳感器測(cè)量電路，已知壓電傳感器S=0.0004m2，h=0.02m，運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)增益k=104，輸出電壓Usc=2V，試求q、Usr、Ca。解：（1）對(duì)于電荷放大器有:

則第四十一頁(yè)，共73頁(yè)。第5章壓電式和超聲波傳感器及其應(yīng)用（2）對(duì)于運(yùn)算放大器有:

則(3)設(shè)壓電傳感元件采用的PZT-8型壓電陶瓷，其相對(duì)介電常數(shù)為1000，則第四十二頁(yè)，共73頁(yè)。第6章磁電式傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題2、3、9(P96)第四十三頁(yè)，共73頁(yè)。2、簡(jiǎn)述變磁通式和恒磁通式磁電傳感器的工作原理。變磁通式傳感器工作原理：產(chǎn)生磁場(chǎng)的永久磁鐵和線圈都固定不動(dòng)，通過(guò)磁通變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。變磁通式又稱磁阻式常用于角速度的測(cè)量。恒磁通式傳感器工作原理：氣隙磁通保持不變，感應(yīng)線圈與磁鐵作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第6章磁電式傳感器及其應(yīng)用第四十四頁(yè)，共73頁(yè)。3、簡(jiǎn)述動(dòng)鋼式磁電式傳感器和動(dòng)圈式磁電式傳感器的工作原理。SN解（1）動(dòng)鋼型磁電式傳感器工作原理外殼用磁性材料制成，它既是磁路的一部分，又起著磁屏蔽作用。永久磁鐵的磁力線從其一端穿過(guò)磁鋼套筒、線圈骨架和螺管線圈，并經(jīng)過(guò)殼體回到磁鋼的另一端，構(gòu)成一個(gè)完整的閉合磁路。當(dāng)傳感器感受振動(dòng)時(shí)，線圈與永久磁鐵之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線，傳感器就輸出正比于振動(dòng)速度的電壓信號(hào)。第6章磁電式傳感器及其應(yīng)用第四十五頁(yè)，共73頁(yè)。（2）動(dòng)圈型磁電式傳感器工作原理第6章磁電式傳感器及其應(yīng)用金屬骨架永久磁鐵與骨架形成恒定磁場(chǎng)，線圈-彈簧構(gòu)成振動(dòng)系統(tǒng)，線圈和磁鋼之間就有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其相對(duì)的運(yùn)動(dòng)速度等于物體的振動(dòng)速度。線圈以相對(duì)速度切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，傳感器就輸出正比于振動(dòng)速度的電壓信號(hào)。第四十六頁(yè)，共73頁(yè)。9、已知測(cè)量齒輪齒數(shù)Z=18,采用變磁通感應(yīng)式傳感器測(cè)量工作軸轉(zhuǎn)速(如圖所示)。若測(cè)得輸出電動(dòng)勢(shì)的交變頻率為24(Hz),求:被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速n(r/min)為多少?當(dāng)分辨誤差為±1齒時(shí),轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差是多少?解：(1)測(cè)量時(shí),齒輪隨工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng),每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒,傳感器磁路磁阻變化一次,磁通也變化一次,因此,線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率f等于齒輪的齒數(shù)Z與轉(zhuǎn)速n的乘積。f=nZ/60n=60f/Z=60?24/18=80(r/min)(2)讀數(shù)誤差為±1齒,所以應(yīng)為1/18轉(zhuǎn),即:n=80±1/18(r/min)第6章磁電式傳感器及其應(yīng)用第四十七頁(yè)，共73頁(yè)。第7章熱電式傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題3、16、17、18(P116)第四十八頁(yè)，共73頁(yè)。3、簡(jiǎn)述熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)谋匾?，常用冷端補(bǔ)償有幾種方法?解：熱電偶是以參考端溫度T0為條件,一般工程測(cè)量中參考端處于室溫或波動(dòng)的溫區(qū)，此時(shí)要測(cè)得真實(shí)溫度就必須進(jìn)行修正或補(bǔ)償。冰點(diǎn)器使參考端溫度恒定在0℃；熱電勢(shì)補(bǔ)正法；溫度修正法；補(bǔ)償導(dǎo)線法等。第7章熱電式傳感器及其應(yīng)用第四十九頁(yè)，共73頁(yè)。16、將一靈敏度為0.08mV/℃的熱電偶與電位計(jì)相連接測(cè)量其熱電勢(shì)，電位計(jì)接線端是30℃，若電位計(jì)上讀數(shù)是60mV，熱電偶的熱端溫度是多少?

第7章熱電式傳感器及其應(yīng)用第五十頁(yè)，共73頁(yè)。17、試?yán)眉蓽囟葌鞲衅鰽D590設(shè)計(jì)溫度測(cè)量電路，要求實(shí)現(xiàn)的為攝氏溫度，畫(huà)出原理圖，并簡(jiǎn)述工作原理。設(shè)計(jì)的電路如圖所示：

該電路利用AD590實(shí)現(xiàn)。AD590是二端的集成電路溫度轉(zhuǎn)換器,它的輸出電流和絕對(duì)溫度成比例。利用它的電流輸出構(gòu)成電流環(huán)。AD580和電阻用來(lái)將絕對(duì)溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度。第7章熱電式傳感器及其應(yīng)用第五十一頁(yè)，共73頁(yè)。18、如圖為實(shí)驗(yàn)室常采用的冰浴法熱電偶冷端溫度補(bǔ)償接線圖，（1）圖中依據(jù)了熱電偶兩個(gè)基本定律，分別指出并簡(jiǎn)述其內(nèi)容；（2）將冷端至于冰水槽的主要原因是什么？（3）對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線有何要求？

第7章熱電式傳感器及其應(yīng)用第五十二頁(yè)，共73頁(yè)。解（1）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)回路的總的熱電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響。中間溫度定律：熱電偶的熱電勢(shì)僅取決于熱電偶的材料和兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度，而與溫度沿?zé)犭姌O的分布以及熱電極的參數(shù)和形狀無(wú)關(guān)。⑵熱電偶分度表以0攝氏度為基準(zhǔn)；⑶與導(dǎo)體材料A、B有相同熱電特性（不同型號(hào)的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同；連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)極，使其分別與熱電偶的正負(fù)極一一對(duì)應(yīng)；補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出（0~100℃），否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。）第7章熱電式傳感器及其應(yīng)用第五十三頁(yè)，共73頁(yè)。第8章光電式傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題17、18(P146)第五十四頁(yè)，共73頁(yè)。17、利用光敏器件制成的產(chǎn)品計(jì)數(shù)器，具有非接觸、安全可靠的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的產(chǎn)品計(jì)數(shù)，如機(jī)械零件加工、輸送線產(chǎn)品、汽水、瓶裝酒類等，還可以用來(lái)統(tǒng)計(jì)出入口入員的流動(dòng)情況。試設(shè)計(jì)一生產(chǎn)線產(chǎn)品的自動(dòng)化計(jì)數(shù)系統(tǒng)，畫(huà)出系統(tǒng)框圖，簡(jiǎn)要說(shuō)明工作原理。第8章光電式傳感器及其應(yīng)用第五十五頁(yè)，共73頁(yè)。第8章光電式傳感器及其應(yīng)用解：產(chǎn)品在傳送帶上運(yùn)行時(shí)，不斷地遮擋光源到光敏器件間的光路，使光電脈沖電路隨著產(chǎn)品的有無(wú)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)電脈沖信號(hào)。產(chǎn)品每遮光一次，光電脈沖電路便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目。該脈沖經(jīng)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)并由顯示電路顯示出來(lái)第五十六頁(yè)，共73頁(yè)。18、如圖所示為利用光電脈沖測(cè)量車速和行程的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在小車上，C為小車的車輪．車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A發(fā)出的光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號(hào)，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電路記錄和顯示．若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間的脈沖數(shù)n，累積脈沖數(shù)為N，則要測(cè)出小車的速度和行程還必須測(cè)量哪些物理數(shù)據(jù)？簡(jiǎn)述系統(tǒng)工作原理，給出小車速度的表達(dá)式V和行程的表達(dá)式為s。第8章光電式傳感器及其應(yīng)用第五十七頁(yè)，共73頁(yè)。第8章光電式傳感器及其應(yīng)用解：小車的速度等于車輪的周長(zhǎng)與單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的乘積．設(shè)車輪的半徑為R，單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為k，則有V＝2πRk．若齒輪的齒數(shù)為P，則齒輪轉(zhuǎn)一圈，電子電路顯示的脈沖數(shù)即為P，已經(jīng)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，所以單位時(shí)間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為n/P．由于齒輪與車輪同軸相連，他們?cè)趩挝粫r(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)相等，即k＝n/P．由以上兩式可得：v＝2πRn/P．同理，設(shè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的累積圈數(shù)為k，則有s=2πRk，，且k＝N/P，所以s＝2πRN/P可見(jiàn)，要測(cè)小車的速度v和行程s，必需測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)n和累積脈沖數(shù)N，車輪半徑R和齒輪的齒數(shù)P．第五十八頁(yè)，共73頁(yè)。補(bǔ)充：生活中，經(jīng)常用到用光控制電路的情況．如路燈的控制開(kāi)關(guān)，傍晚時(shí)等光暗到一定程度，路燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，清晨時(shí)光亮到一定程度，路燈自動(dòng)熄滅．下圖是光敏電阻、兩個(gè)電源、帶放大器的斷電器和燈的示意圖，繼電器的線圈A繞在軟鐵芯上，并且跟放大器的輸出端c、d相連，a、b是放大器的輸入端，作用是：當(dāng)輸入端回路中電流發(fā)生較小變化時(shí)，輸出端回路中電流發(fā)生較大的變化．當(dāng)線圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，就會(huì)克服彈簧K的彈力將銜鐵c吸下，觸頭D斷開(kāi)、觸頭B接通；當(dāng)輸入端回路中電流變化較小時(shí)，線圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)不足以吸住銜鐵C，則觸頭B斷開(kāi)、觸頭D接通．⑴連接實(shí)物圖，使得光強(qiáng)時(shí)燈滅，光弱時(shí)燈亮．⑵簡(jiǎn)要說(shuō)明此電路的工作原理．第8章光電式傳感器及其應(yīng)用第五十九頁(yè)，共73頁(yè)。第8章光電式傳感器及其應(yīng)用⑵光強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值變小，回路電流變大，經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)電磁鐵，使銜鐵向下，燈泡斷開(kāi)而燈滅；反之，光弱時(shí)燈亮第六十頁(yè)，共73頁(yè)。第9章光纖傳感器及其應(yīng)用15、圖中為反射型光纖位移傳感器組成框圖，試說(shuō)明工作原理。解：由光源發(fā)出的光經(jīng)入射光纖束傳輸入射到被測(cè)目標(biāo)表面,目標(biāo)表面的反射光由與發(fā)射光纖束扎在一起的接收光纖束傳輸至光敏元件。當(dāng)被測(cè)表面與光纖探頭距離變化時(shí),接收到的光強(qiáng)也隨之變化小,光敏輸出器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、AD轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)處理并顯示。第六十一頁(yè)，共73頁(yè)。第9章光纖傳感器及其應(yīng)用16、下圖所示為光纖加速度傳感器原理圖，簡(jiǎn)要分析其工作原理。解：干涉儀一條臂中有一段光纖被固定在外殼的上端與懸掛物體之間。而干涉儀另一條臂中一段相同長(zhǎng)度的光纖則固定在懸掛物體與外殼的下端之間。如果讓加速度計(jì)的外殼以加速度a向上運(yùn)動(dòng),那么在加速該物體所需的作用力F的作用下,上面的一段光纖將伸長(zhǎng)ΔL,下面的一段光纖則縮短ΔL。檢測(cè)相差可得加速度。圖中的膜片是用來(lái)支撐懸掛物體,以減小傳感器對(duì)橫向加速度的敏感性。第六十二頁(yè)，共73頁(yè)。第10章磁敏傳感器及其應(yīng)用作業(yè)：習(xí)題4、5(P204)第六十三頁(yè)，共73頁(yè)。第10章磁敏傳感器及其應(yīng)用4、霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？簡(jiǎn)述不等位電勢(shì)及溫度誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

解：霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。不等位電勢(shì)補(bǔ)償方法：外接電阻R值應(yīng)大于霍爾組件的內(nèi)阻，調(diào)控Rp可使Uo＝0。第六十四頁(yè)，共7