《现代检测技术及仪表》第10、11章习题解答.pdf

第第 10 章章 1 将两只相同的金属应变片粘贴到图 10 1 7 所示筒式压力传感器外壁的圆周上 一个 应变片 R1作工作片 另一个应变片 R2作补偿片 怎样将这两应变片连入电桥 请导出电桥 输出电压与压力 P 的关系式 并说明 R2的作用原理 解 两只相同的金属应变片粘贴到图 10 1 7 所示筒式压力传感器外壁的圆周上 当温度 变化时 它们都会产生电阻变化 据公式 4 1 24 此电阻相对变化折算成 虚假视应变 为tkt t 应变片 R1粘贴到筒体空心部分外壁的圆周上 在流体压力 P 作用于筒体内壁 时 筒体空心部分发生变形 产生与压力 P 成正比的周向应变PkP P 因此应变片 R1 的电阻相对变化为 0 1 1 Pt k R R 应变片 R2粘贴到筒体底部实心部分外壁的圆周上 在流体压力 P 作用于筒体内壁时 筒体底部实心部分不发生变形 应变片 R 的电阻相对变 化为 t k R R 0 2 2 将这两应变片连入电桥相邻两臂 电桥的其他两臂用固定的平衡电阻 代入公式 4 1 39 得 电桥输出电压为 Pkk E k E k E R R R RE U PPtPt000 2 2 1 1 444 4 2 试说明图 10 1 13 所示差动式光电压力传感器与只采用一个狭缝和一个光敏元件构 成的光电压力传感器相比有哪些优越性 答 在图 10 1 13 中 当被测压力 P 作用于膜片时 膜片中心处位移引起两遮光板中狭 缝一个变窄 一个变宽 从而使透射到两光敏元件上的光强度一个增强一个减弱 把两光敏 元件接成差动电路 差动输出电压可设计成与压力成比例 这种差动结构不仅可提高灵敏度 而且能消除光源亮度变化产生的影响 如果只采用一个狭缝和一个光敏元件 光源亮度变化引起的光敏元件上的光强度变化 同被测压力 P 变化引起的光敏元件上的光强度变化 无法区分开 从而带来测量误差 3 图 10 T 1 和图 10 T 2 分别为为二极管和三极管测温电路实例 试说明图中各电位 器的作用 并说明应怎样进行调整 图 10 T 1 图 10 T 2 答 图 10 T 1 和图 10 T 2 中电位器都是用于调零 都是用于调满度或调灵敏 1P R 2P R 度 调零就是当温度为 时 调节电位器 使输出电压或 DVM 读数为零 调满度或调 灵敏度是当当温度为 时 调节电位器 使输出电压或 DVM 读数为 1P R 2P R 4 说明图 10 2 13 晶体管测量温差电路的工作原理 导出输出电压与温度差的关系式 答 图 10 2 13 中 A1和A3为电压跟随器 A2为减法电路或差动放大电路 放大倍数为 输出电压为两个晶体管管压降的差 图中 100k 电位器用于调零 使两个晶体管的电 流相等即 DDD III 21 代入公式 7 5 7 得 输出电压为 ln ln ln 2121 2 1 1 1 210 ttCtt I B q k I B q kT U I B q kT UUUU DD go D go 当两个晶体管放在一起即温度相同时 输出电压为零 输出电压与两管温度差成正比 简述辐射式温度传感器的组成及其功能 为什么辐射式温度传感器中大多设有机械 调制盘 答 辐射式测温法是基于热辐射效应 任何物体受热后都将有一部分热能转变为辐射能 物体温度愈高 则辐射到周围空间的能量就愈多 热辐射同其它电磁辐射一样 无需任何媒 介物即可传播 因此无需直接接触即可通过检测物体的热辐射来测量物体的温度 这是实现 辐射式测温的基础 辐射式温度传感器一般包括两部分 1 光学系统 用于瞄准被测物体 把被测物体的辐射能聚焦到辐射接收器上 2 辐射接收器 利用各种热敏元件或光电元件将会聚的辐射能转换为电量 6 将图 8 4 6 所电容式差压传感器接入图 4 2 7 b 变压器电桥构成差压计与图 10 3 3 a 节流件一起组成节流流量计 试导出变压器电桥输出电压与所测流量 Q 的关系式 为使输出电压与流量 Q 成线性正比关系 应加接什么电路 解 根据 10 3 14 式 2 1Q kP 代入 8 4 11 式 2 122 21 21 QkkPk CC CC 代入 4 2 25 式 2 21 21 21 1 22 Qkk E CC CCE U 为使输出电压与流量 Q 成线性正 比关系 应加接开方电路 开方电路输出为 Qkk E kUkU 213130 2 与Q成线性正比关系 7 电磁流量计为什么要采用交变磁场 答 在实际工作中由于永久磁场产生的感应电动势为直流 会导致电极极化或介质电解 引起测量误差 所以在工业用仪表中多采用交变磁场 8 为什么超声波流量计多采用差频法 答 超声波测量流速分别称为时差法 相差法和频差法 据公式 10 3 23 10 3 24 可知 时差法 相差法的测量结果与超声波在被测流体中的流速有关 据公式 10 3 25 式可知 频差法的测量结果与超声波在被测流体中的流速无关 只取决于流体本身的流速 因此目前超声波流量计多采用频差法 9 图 10 3 11 中 RP 与 R2两个电位器各有何作用 应怎样调整 答 图 10 3 11 中电位器 R2用于调零 当管道中的液体静止不流动时 调节电位器 R2 使电流表读数为零 当管道中的液体流量达到满量程值时 调电位器 RP 时电流表指针满偏 转 第第 11 章章 1 怎样用两支热电偶测量空气中的湿度 答 用两个热电偶取代图 11 1 3 所示干湿球湿度计中的两个温度计 并将这两个热电 偶连接成图 10 2 11 电路 测得电路输出电压 即可测得 干球 和 湿球 的温度差 从 而测量出空气中的湿度 2 怎样用电容传感器分别测量固体中的水分和空气中的湿度 答 由于水的相对介电常数是空气的 倍 干物料吸收水分以后 其介电常数将大大 增加 根据物料介电常数与水分的关系 通过测量以物料为电介质的电容器的电容值即可确 定物料的水分 用具有迅速吸湿和脱湿能力的绝缘性高的高分子聚合物做成感湿薄膜 复盖在叉指形金 电极 下电极 上 然后在感湿薄膜表面上再蒸镀一层多孔金属膜 上电极 构成一个平行板 电容器 由于水的介电常数比高分子聚合物的大得多 当环境中的水分子沿着上电极的毛细 微孔进入感湿薄膜而被吸附时 高分子膜的介电常数随着其吸水量增加而增大 从而 高分 子湿敏电容的电容值也随着其吸水量增加而增大 而吸水量的多少取决于气体湿度的大小 因此 在一定温度下 高分子湿敏电容的电容值与气体中相对湿度之间成线性关系 测量出 湿敏电容的电容值即可测量出空气中的湿度 3 为什么振筒式传感器既能测流体压力 又能测流体密度 依据的原理有何异同 工作 情况有何异同 答 因为振筒内流体压力和流体密度都能使振筒振动的频率发生改变 所以通过测量振 筒振动的频率就可测量流体的压力或密度 依据的原理都是公式 即振筒的 固有频率由振筒的刚度和振筒的质量决定 m Ek af 区别是 振筒内流体压力变化是通过改变振筒的刚度而使振筒振动的频率变化 振筒内流 体密度变化是通过改变振筒的质量而使振筒振动的频率变化 k m 对比图 和图 可见 二者都是用激振器激励振筒振动 拾振器产生 感应电压 放大振荡电路也基本相同 不同之处在于振筒的结构有些差别 4 热导式气体分析仪与磁式氧量分析仪有何异同 答 相同点 都是采用热电阻传感器电桥 将热电阻随被测量的变化转换成电桥电压的 变化 通过测量电桥电压以测出被测量 不同点 在热导式气体分析仪中 热导池内的热电阻随被测混合气体的导热系数变化 从而使电桥电压变化 因此通过测量电桥电压可测出被测混合气体的导热系数 如果测出两 种导热系数已知的气体混合而成的混合气体的导热系数 就可依据公式 计 算出这两种气体的百分数含量 在磁式氧量分析仪中 被分析的气体含氧量越高 流过热磁 式对流检测器中间通道里的气流就越强 两热电阻丝元件的温差越大 相应阻值变化就越大 电桥输出电压越大 因此通过测量电桥电压可测出气体含氧量 5 图 10 2 16 所示光电比色温度计与图 11 3 4 所示用于气体分析的光电比色计有何异 同 答 图 10 2 16 b 与图 11 3 4 对比可见 二者相同点 都分成两条光路和两个光电检 测元件 并对两路的检测结果作对比分析 以确定和显示被测量 不同点 光电比色温度计是根据两个波长的亮度比 随温度变化的原理来实现测量的 因此图 10 2 16 b 中 光源是被测对象 被测对象发出的光分成两路 分别通过不同颜色 的滤光片 两种颜色的光信号经检测和放大处理 得到被测温度值 用于气体分析的光电比色计是基于被测介质对通过光束的某些波长有一定的吸收作用 测量被测介质的含量 因此图 11 3 4 中 光源发出的光分成两路 分别通过被测介质比色 皿和参比介质比色皿 两路光信号经检测和比较放大 最后显示出被测介质的含量 6 试将图 11 3 5 改装成一个司机酗酒报警断电器 当司机酗酒进入驾驶室时 发出报 警 并切断汽车点火电路 答 图 11 3 5 改装成以下电路 QM J1 为酒敏元件 当司机酗酒进入驾驶室时 使 A B 间电阻下降 功率开关集成电路 TWH8751 的 2 脚电位也随之降低 当酒气浓度超过安全值 时 使 TWH8751 的 2 脚电位降到 1 2V 以下 TWH8751 的 4 脚变为低电平 继电器 J 线圈通 电而动作 其常闭触点 JKl 断开 此时即使司机打开锁头开关 也不能使汽车点火器得到电 瓶供点而点火发动汽车 与此同时 继电器的常开触点 JK2 闭合 报警器报警 电位器 W2 应依据规定的酒气的安全值进行调整 7 设计一个婴儿尿湿踢被报警电路 答 婴儿尿湿踢被报警电路如下图所示 两晶体管组成振荡器 热敏电阻包裹好放到婴