03106《检测与转换技术》常健生、石要武.

1、第一章检测与转换技术的理论基础11.试把误差按表示方法、按出现的规律、按来源和按使用条件 分类。解：误差按表示方法可分为：绝对误差、相对误差、容许误差。误差按出现的规律可分为：系统误差（系差）、随机误差（随 差）、粗大误差。误差按来源可分为：工具误差、方法误差。误差按使用条件可分为：基本误差、附加误差。1 2.正态分布的随机误差有何特点？解：正态分布随机误差除具有对称性、抵偿性、单峰性及有界性等 特点外，还应注意以下几点：（1）标准误差二越小，精密度指数h越大，正态分布曲线越陡, 则小误差的概率密度越大；相对于大误差而言，小误差出现的概率 也越大，这意味着测量值越集中，测量精密度越高。（2）取

2、df（、）/d、，0，可得峰值点的坐标为:1-=0 Xi = Xo ； f 0= fmax厂i 2二（3）取d2fC）/d=0可得到正太分布曲线上拐点的坐标 fR为:-二二；fg 二 f 二二（4）pLo= f f）d=1，说明随机误差在（-，母）区间取值-CQ的概率为11 3.测得某物质中铁的含量为：1. 52, 1. 46, 1. 61, 1. 54, 1.55. 1.49, 1.68. 1. 46. 1.83, 150. 1.56单位略）。试用 3二准则和格 拉布斯准则检查测量列中有否坏值（取a = 0.05）。解：作变换，令yi=x-150，并列表计算如下:题1 3表iXiyi =Xi

3、 -1.502 yi= 3(i-Sfi)Vi11.520.020.00040.0440.1221.460.040.00160.1040.2931.610.110.01210.0460.3841.540.040.00160.0240.1251.550.050.00250.0140.6561.490.010.00010.0740.1371.680.180.03240.1160.0881.460.040.00160.10491.830.330.10890.2660.22101.500.000.00000.0640.12111.560.060.00360.0040.23计算0.70/0.064计算0.

4、0370.0559/按照3二准则计算:据公式?二4n -12 1/n得标准偏差:0.1648 -1 11 (0.70)211 一10.108首先按照拉依达准则判别。其鉴别值为3?1 =0.324，没有一个值的残余误差超过3?1，即:W = % -y = yi -0.064 8? = 0.324故初步检查这组测量数据没有粗差及坏值。其次按格拉布斯准则复查。据书中表1-3查得格拉布斯的判别 系数 g(n ,: ) = 2.23( a =0.05),其鉴别值为 g(n,:- 2.23 0.108 = 0.241，重点检查第9个测量值y9 (或xg)，有忸|=丫8-y|二0.266 a 0.241。故

5、知，Vg为粗差，第9个测量值为坏值，应予舍弃。舍弃后应 进一步进行检查计算0.0559按拉依达准则：認=0.63无一坏值。按拉依达准则复查:g(n,： ) =2.18(n=10, ： =0.05)，故鉴别值为 g(n,： )；角=2.18 0.21 = 0.459。检查各个测量值，所有残余误差均小于鉴别值，即同=%曲:0.459，故己无坏值。至此，粗差判别结束，全部测量值中仅X9为坏值，应予舍弃。1 4.通过电阻R的电流I产生的热量Q =0.2412Rt，式中t为通过电流 持续的时间。已知I与R测定的相对误差为1%, t测定的相对误差 为5%,求Q的相对误差是多少？解：Q的相对误差为0.24I

6、 RT第二章电量和电路参数的测量2 1怎样减小用电流表直接测量电流和用电压表直接测量电压的 方法误差？解：由式y = 4 二-可知，如果电流表的内阻Ra越是小于支路I x1+Ra/RR总电阻R，则方法误差愈小。由式 Y = 丛二RRv R可知，如果Ux 1+v R 0电压表的内阻Rv越是大于支路总电阻R，则方法误差愈小。22.某对称三相电源的线电压为380V，对称星形负载的备相阻抗 为Z =10. 30门，现有功率表电压量限为 75v、150v、300v,电流量 限为5A、10A，如用二表法测该三相负载的功率，问：应选择什么规格的电压互感器和电流互感器，(2)功率表的量限如何选择？ 画出接线图

7、。(4)两只功率表的读数各为多少？ 解：略。23.什么是补偿法测量？试述其特点。解：补偿的原理可用题2 3图来说明，如果调节电位器RP的触点，使检流计P指零，这说明R上的电流I产生压降5与被测电势Ex相 等，即Rh补偿了 Ex。测量过程中没有从被测量Ex中吸取能量，从而消 除了方法误差，这种测量方法叫补偿测量法。题23图补偿法测量的特点是测量准确度不会高。 这是因为电位器RP虽 然可以做得很准确，但工作电流还必须通过指示仪表来测量，因此 要提高测量的准确度，就必须校准工作电流 I。24.试绘图说明直流电位差计的工作原理。解：题24图题24图所示是目前经常米用的一种电位差计的电路， 它包括 三个

8、回路：(1) 工作电流回路。由工作电源E、电流调节电位器RPi、电流校 准电位器RP2和测量电位器RP3组成，用来产生和调节工作电流I。标准回路。它由标准电池En、选择开关S、检流计P和部分校 准电阻尺组成，用来校准工作电流，所以也叫工作电流校准回路。(3)测量回路。它由被测电动势Ex、选择开关S、检流计p和部分 测量电阻R组成，利用补偿平衡来测量未知电势，故称为测量回路 或补偿回路。实际上，任何电位差计，不论其结构复杂或简单，都可划分为 这三个基本回路。下面分析图2-4所示线路，首先是调定工作电流。将S合在n边, 调节电位器RP|(Rn不动)使检流计读数为零。此时说明标准电阻Rn上 的电压降

9、与标准电池的电势En相互补偿，即有：RnI = En；I = 2式中，I为工作电流。由于En和尺是确定的，故I可以很准确地确定。 其次是测量。在I确定后，就不允许再改变电位器 RPi，这时， 将S合向x边，然后移动测量电位器RP3的滑动触点至R.处，再一次 使检流计扌曰针扌曰零，于是有Ex 二 RhI由于式(2-11)和式(2-12)中I为同一值，因此有由于巳/尺=1是定值，所以Ex与R.成正比，即R.可直接按电压 刻度读出。25.试述串联代换盘的原理和主要特点解:O题25图题25图示出了它的结构(进位盘皿)，它由两个阻值相同、电 刷联动的电阻组成，当电刷移动时，处于电路中的工作电阻在一个 盘

10、上相加，在另一盘上相减，总电阻值不变。因而在调节电压的同 时，保证了工作电流I的稳定性。这种串联式代换盘的缺点是：过渡 电阻和热电势均影响测量结果；元件的个数比电位器式多；补偿回 路的电阻改变影响检流计的工作状态和仪器的灵敏度；各补偿盘均 通过同一工作电流，则各盘电阻阻值就必须差一个数级，使电位差 计中电阻品种和规格增加，给工艺带来麻烦。26电位差计是如何测量电压的。 解：(1)测量前用其它方法预测一下被测电势或电压的大概数值，并 确定出极性，然后才能允许用电位差计来测量。(2) 校准工作电流时，只能用手指轻轻按下串有大电阻的粗调按 钮，若发现检流计偏转很大时，应设法判断是增大还是减小工作电

11、流的调节电阻，若需要变动很大的电阻时，只能在断开检流计按钮 的前提下改变，否则将有可能给标准电池充电或放电，导致标准电 池逐渐损坏，影响测量准确度。(3) 进行读数时，尽可能使有效位数多，一般要求必须用上电位 差计的第一个读数盘。2 7交流电位差计是怎样工作的？它有何特点及用途 ? 解：(一)交流电位差计的特点(1) 能交直流两用。若以直流标定，并且以直流供电，则交流电 位差计就可以用来测量直流电压。(2) 若没有使用外附分压箱或分流器，在平衡时，具有非常高的 阻抗。(3) 准确度不高，很少超过 0.2，主要是受标定的交流电流表和 移相器准确度所限。(4) 对外部影响很敏感，如电磁干扰，因此必

12、须采取屏蔽措施。(5) 电源波形必须是纯正弦波，具有恒定的己知频率。(6)运用频率范围为 2010000Hz。(二)交流电位差计的应用测量电压、测量电流、测量功率、测量阻抗。28试述直流单电桥的基本原理。解：单电桥也叫惠斯登电桥，电桥平衡时，对称臂电阻乘积相等。29直流双电桥与单电桥在结构上有何不同？为什么它适用于小 电阻测量？ 解：直流双电桥在直流单电桥两端各添加了一组同轴电位器；通过 对同轴电位器的调节消除了接触电阻及引线电阻对测量结果的影 响，从而适用于小电阻测量。210.交流电桥与直流电桥的主要区别是什么？解：交流电桥虽然在形式上与直流电桥很相似，但由于采用的是交 流电源，所以各个桥臂

13、有可能全部表现为阻抗性质。交流电桥的平衡条件必须满足两个条件，一是相对臂阻抗幅值积 相等，二是两相对桥臂阻抗幅角和相等。由于交流电桥平衡必须同时满足两个条件， 所以至少有两个可调 元件。需要反复多次调节才能找出真正的平衡位置。既要合理配置四个臂的阻抗性质，也要合理选择两个独立可调的 参数才能使电桥平衡，并达到分别读数的目的。211.在题211图所示电路中，如果Z2和Z3分别为R2和R3为 被测电感线圈，乙应用什么组成？E题2 11图解：乙可以是标准电容，也可以是标准电感。212.变压器电桥有何优点？它是怎样测量三端阻抗的？解：(一)变压器电桥的优点(1) 变压器电桥的电压比基本上是实数，精度高

14、，在电压比为1:1时，精度不低于10-6，且温度和时间稳定性高。这是因为变压器的 电压比决定于它的匝数比，而匝数比可以做到很精确，这是一般电 桥无法达到的，所以它适用于传递基准和精密测量。变压器电桥灵敏度比一般电桥高，且在很宽的测量范围内， 能得到恒定。(3)变压器电桥的电压比与一标准量具相结合就能相应地等效为 一个可调导纳。这样不仅可扩大电桥的测量量程，还减少了标准量具的数目。变压器电桥的工作频率很宽，可从几十赫到 100MHz。(5) 变压器电桥调节速度较快，便于实现自动化和数字化。这是 因为它不需要辅助平衡线路。(6) 变压器电桥可进行三端或四端阻抗的测量。题2 12图为用变压器电桥测量

15、三端阻抗的原理线路。 图中，Zn 为标准阻抗，乙为被测阻抗，d为接地点。当电桥平衡时，表明b、 d两点电位相等，所以Zbd对测量无影响。而Zad、Zcd别与变压器二次侧并联，对Zx也无影响。所以说，利用变压器电桥可以精确测量 三端阻抗。这是变压器电桥的又一特点。利用这个特点，通过等效 变换，可以在变压器电桥上很容易用较小的标准电阻得到较大的标 准电阻，以及用标准电容得到标准电感。题212图2 13.电子计数器有哪几种功能？ 解：(1)频率测量(2) 周期测量(3) 时间间隔的测量 214.量化误差是如何产生的？能否消除？解：计数误差也叫量化误差或士 1个数字误差。它是电子计数器的 固有误差。它

16、是电子计数器固有的，所以无法消除。215.如何测量时间间隔？解：电子计数器所得的数表示的是脉冲个数。要想用计数值来表示 时间，只要使送入计数器的脉冲是标准时间脉冲就可以了。例如， 计数信号是WS的时标信号，若计数值为N，则表示主门打开的时间 就是N s。时间间隔的测量原理如题215图所示。把B、C信号分别从B、 C电路输入，作为门控双稳触发电路的触发信号，用 B信号打开主 门，用C信号去关闭，在主门开启时，将周期为 To的时标信号送入 计数器。若读数为N，则表示主门打开时间为NT。，它就是B、C两 信号的时间间隔。题2 15图216. 7106型A/D转换器有哪些特点？解：7106的性能特点k

17、Nh838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术 应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号(1) +7V+ 15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪 表的小型化。低功耗(约16mW), 一节9V叠层电池能连续工作200 小时或间断使用半年左右。kNh838电子-技术资料-电子元件-电路图 -技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号(2) 输入阻抗高(1010Q)。内设时钟电路、+ 2.8V基准电压源、 异或门输出电路，能直接驱动3?位LCD显示器。kNh838电子-技术 资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参 数-电

18、子元器件符号(3) 属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达士 0.05%，转换 速率通常选2次/秒5次/秒。具有自动调零、自动判定极性等功 能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。 kNh838 电子 -技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站 -基本知识 -原理-维修-作 用-参数-电子元器件符号（4）外围电路简单，仅需配 5 只电阻、 5 只电容和 LCD 显示器， 即 可构成一块 DVM 。其抗干扰能力强，可靠性高。217.简述7106型A/D转换器的转换原理。解：7106 内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系 的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多

19、路模拟开关 接通或断开，保证 A/D 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较 器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。218.在7106g型A/D转换器的电路中Eq= 2.8V有何用途？解：7106的模拟公共端（第32脚）与面板上表笔插孔COM连通，V+ 与COM之间有2.8V （典型值）的稳压输出。NMOS场效应管加在 模拟地COM与负电源V之间，使COM端的电位保持在大约比 V- 高46的状态，而COM端又比V+端低2.8V。运算放大器IC4的作 用是精确稳定2.8V基准电压源Eo。当电池电压变化时，不会影响基 准电压源。2 19.比较各种测量磁通方法的优缺点。解： 略。220.试

20、述高斯计测量磁场的原理。 为什么它能测量直、 交流磁场? 解： 霍尔效应测场仪又称高斯计，一般由霍尔元件、补偿网络、控 制电路、放大电路及指示器组成。国产CT-3型高斯计的电气原理方 框图如题 220图所示。送示波器极性开关题2 20图霍尔元件是高斯计的核心，在测量时应将它放在被测磁场。由于 霍尔元件的加工工艺不完善等原因，当元件通人电流后，不放在外 磁场中就有一电势输出，此电势称为不等位电势，由于该电势随温 度变化而变化，因此影响了测量准确度。为此，必须在仪器中增设 调零装置，它是由补偿电路来实现的。其补偿原理是，利用控制电 路中分出小量电流产生一个与不等位电势相反的电势来抵消不等位电势，使

21、无外磁场时，霍尔元件的UH =0。由于霍尔元件灵敏度不一致，因此每当调换元件后都应重新确定控制电流值。2 21 .试说明测量磁性材料静态特性时，为什么要进行去磁？怎样去磁？解：由于经过选择线路灵敏度和磁通常数的确定两个步骤后，样品 中必然有剩磁或者样品中原来就有剩磁，所以必须去磁。去磁方法 是一边不断变化电流方向，一边将磁化电流由最大值降到零。其过程是将开关Si合向样品侧，S倒向右侧，调节电位器Ri和R2，使试 样上磁化绕组中的电流与匝数乘积大于或等于试样矫顽力 10倍左 右，然后反复改变电流方向，并使电流逐渐减小到零。222.如何用伏安法测试动态磁化曲线 ？解：如题图220a、b所示。利用此

22、线路可以测试动态磁化曲线一 磁感应强度振幅与磁场强度振幅之间的关系曲线。题图220a题图2 20b如测试是在正弦磁感强度下进行的（一般要求如此），则为了测试磁化磁场强度的振幅，可以利用标准电阻器R及峰值伏特表Vi （见图2-60a）;或利用互感器在a图情况下（线圈）T及平均恒电压表V3 （见图2-60b）。H _UmNm 二 DR在b图情况下口E3pNU3pNHm =4DMf 4DMf式中，Um为电阻器R上的电压峰值；N为磁化绕组匝数；D为样品平均直径；U3P为伏特表V3的示值（U3P E3P为互感器T二次绕组内的 电动势平均值）；M为互感；f为频率。为了确保磁感应强度处于正弦波工作状态， 磁

23、化电流电路内的压 降必须小到可忽略的程度。如果测试是在正弦的磁场强度情况下进行的 （即当电路有功电阻 很大时），则只须测量磁化电流的有效值I，就可确定磁场强度的振 幅。于是Hm2IN二 D应用平均值伏特表V2测出测量绕组Nb内的感应电动势，可以确定材料内的磁感应强度为:BmE2pU2p4fNBS 4fNBS式中，U2P为伏特表V的示值(U2P ” E2p)；S为样品截面积。根据所得Hm及Bm值可以作出Bm二f日皿关系曲线，并计算峰值磁导率：.1 - Bm223.用示波器法测试动态磁滞回线的原理是什么 ？该法有何特点？ 解：测试磁性材料的示波器法既清晰又简单。它可在很宽的频带内 给出动态曲线，并

24、可用照相机拍摄此曲线。此外，它还能够观察各 种因素(例如直流磁化作用)及磁化工作状态的变化对动态回线形状 和大小的影响。此法的缺点是准确度低。题223图中示出了利用在示波器SB的x轴和y轴上，分别接入正比磁场强度H及材料 中磁感应强度B的两个电压。为了得到正比于磁场强度 H的电压， 在磁化电流电路内串入标准电阻器 R，取它的压降UR，输入到示波 器的x轴。N式中，N为磁化绕组匝数；H t为磁化磁场强度瞬时值；D为样品平 均直径。这样，电阻器R上的电压正比于磁化磁场强度的瞬时值。 为了得 到正比于磁感应强度B t的电压，在测量线圈Nb的输出端，必须接一个积分电路。这是因为Nb两端的电势为:NBd

25、e =dt在线路中可用R2 -C电路作为积分电路。在满足条件 R2 1 c的情况下电容器C上的电压瞬时值为:丄旦出=津1C r2r2c即电容电压与样品材料内的磁感应强度瞬时值成正比为了 B t及H t值，必须对示波器进行分度。其中一种是将示波器按电压单位分度。为此可在示波器输入端送人己知电压并计算比 例系数：mH=22UH；mBnHnB式中，Uh、Ub为加在示波器x轴和y轴上电压的有效值；nH、nB为x和y轴上光带的长度，它们分别同施加的两个电压Uh和Ub相对应 磁场强度及磁感应强度可按下式计算：H t 二 Mh ： H ； B t 二 Mb： B式中，:h、: b为电子束在示波器x轴，y轴方

26、向的偏移量；Mh =mHN/（pD卜Mb =EbR2C/（NbS ）为示波器X轴,y抽的比例系数。第三章传感器的特性3 1电量传感器能否组成D型结构的传感器？为什么？ 解：不能。将两个传感器构造成一个测量正增益变化（+ X）,个测量负增益变化（- X）,它们的输出（+ y和- y）经差动电路处理后再输出，这就是D型结构的传感器，也称为差动型传感器。电 量型传感器无法构造负增益变化，所以不能。32.温度x对黄铜延伸y有一定影响。试验结果为:j/c300100500700BOOyQ, 400. 506 55606 670, 70要求依此为据求最小二乘法线性度的拟合直线方程。 解：设，所得的直线方程

27、为：y =b kx则根据最小二乘法：2 =2二yi -kxi -b -Xi i = 0:k2 =2、-kXi -b -1=0.:b得出：求得：则线性方程为:Z X2瓦 yi 瓦 Xi瓦 Xi yi b 2 n Xi 一 Xik =5.8857 104b =0.2463y = 0.2463 5.8857 10* x第四章电能量传感器4 1.试用热电偶基本原理证明热电偶回路的几点结论 解：结论（1）：证明：由式 Eab（T,T。）= k ,1 ndt可得 Eab（T,T。）=兰In丛dte To Nbe % Nb当组成热电偶回路导体相同时，Na和Nb相等，即自由电子密度相同。此时In Na =0。

28、则EAB（T,T） = kI ndt=O，即热电偶回 NBeT。 Nb路内的总的热电动势为0。结论（2）：证明：由式 Eab T,To =k ；l n 丛 dt 得 Eab T,To；ln 丛 dte ；0 NBe ；0 Nb当T二To时，In山dt=0，贝S Eab T,To芒;I ndt=0,即热电偶回路 ；0 Nbe L；0 Nb内的总的热电动势为0。结论（3）：证明：由式 Eab T,To 二兰;I n 山 dt 得 Eab T,To ；I ndt 可e 0 NBe 0 NB以看出，热电偶总电动势与电子密度 Na和NB及两接触点的温度T和 To有关，即热电偶AB的热电势与A、B材料的中

29、间温度无关，只与 接触点温度有关。结论（4）:证明：-EAb t1 - EAB t3 EAB t1 t3结论（5）：证明：假设第三导线结于 A，电子密度为Nc，两端温度为Ti ,如题4 1图（2）题4 1图(2)EAB t1 ,t2= EABt1EBCt2 ECAt2-EAB t1EB t2- ECt2EC t2-EAt2=Eab t1 - Ea t2 Eb t2 = Eab t1 - Eab t2结论(6):证明：EAB T1 ,T2- EACT1 ,T2ECBT1 , T?EAB T1 ,T2- EACT1 , T2-EBCT1,T24 2.试绘出题4 2图所示的NI-A型振动传感器的结构

30、图，并分 析其结构类型图5-7 ZbA型撫动传感雒寮片 E狀眞琏跌刖-阻尼器 q铅卑 5心杆 右一壳休 ？一工作线圈 V-接头题4 2图解：永久磁铁2用铝架4固定在圆筒形的完体6里面，借助于壳体 的导磁性形成一个磁路，在磁路中有两个环形气隙，在右边气隙里 放置着一个支承在弹簧片1和8上的工作线圈7,而在左边一个气隙 里，放置着一个作阻尼用的电磁阻尼器 3。工作线圈7和阻尼器3 用一心杆5连在一起。使用时，把振动传感器与被测振动体紧固在一起，当振动体振动时壳体也随之振动。此时，线圈、阻尼器和心杆的整体由于惯性并不随它振动，因此它与壳体就产生相对运动， 即使工作线圈7在环形气隙中运动，从而切割磁力

31、线产生了感应电 动势，电动势通过接头9接到测量电路。这个传感器测量的基本参 数是振动速度，其灵敏度为 604mV/(cm s-1)；但在测量电路中接 入积分电路和微分电路后，也可以测量振动体的振幅和加速度。它 可测振幅范围为0.1-1000 m,可测加速度最大为5g。4 3.能否用压电传感器测量变化缓慢的应力信号？试说明其理由 解：不能。原因：压电式传感器的输出信号非常微弱，必须将电信号放大 才能检测出来。常用的放大器有两种：电压放大器，又称阻抗变换 器，主要作用是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻 抗，并保持输出电压与输入电压成正比。这种放大器的放大倍数随 频率下降而下降，所以不能

32、测量静态物理量。另一种为电荷放大器， 实际上是一个具有深度电容负反馈的运算放大器，下限截止频率低 于0.000003Hz,可对准静态的物理量进行有效测量。如果压力变化 比较慢，可选用带电荷放大器的压电式传感器。44.试拟出带有自动温度补偿的硅光电池传感器的原理图，并加 以说明。解：硅光电池的温度特性曲线如题 44图，开路电压和短路电流随 温度变化的曲线均为线性，开路电压随温度增加下降，短路电流带 有自动温度补偿的硅光电池传感器的原理图题44图原理：热敏电阻法采用热敏电阻作为电流-电压转换器的反馈电阻的一部分，当环境温度升高时，硅光电池输出电流增加，反馈电 阻采用具有负温度系数的 MF系列热敏电

33、阻，因而反馈电阻下降，使 输出电压维持恒定。输出电压与输入电流的关系为v0= - ( Rf+RT)#IL式中Rf为反馈电阻；RT为热敏电阻;IL为硅光电池短路电流V0为输出电压。热敏电阻采用NTC MF15 16或MF13 14。具体阻值可用下列方法选定：由硅光电池生产厂家提供或实验测得短路电流温漂系数,2CR系列一般为0. 18% e , RT+ Rf为1M8左右，如 选RT= 20Rf,则热敏电阻温度系数在-4. 77% / e , MF15 16 的温 度系数为-(3. 96% 5. 83%) / e。如选MF13 14,因温度系数较小, 则可选RT= 25Rf。由于RT分散性较大，最好

34、Rf由可变电阻代替, 以便于调节。第五章电参数传感器5 1试用典型环节分析题51a图所示的加速度传感器的结构期6-5 如連度槿感器结构怂1 2申抉 3化林 4屈密片 5_丄代片-6接线扌如咋题5 1a图解:1fMKC5 1b简化后的模型如题5 1b图所示：质量块的质量m， 阻尼系数C，弹性体的刚度K，被测体绝对位移Xg，质量块绝对位移Xm，质量块相对位移xt。弹簧的弹性力Fk二KXt阻尼器阻尼力Fc二Cxt质量块的惯性力Fm = ma = md2Xmdt2n当受力平衡时，有Fii =1d2X m C dt2-0dxtdt则有KXt =0(1)由Xt =Xg - Xm，可得Xm =Xg -Xt代

35、入式（1）有m炳 _c 強-KXtdt2 dtdt2对（2）式进行拉普拉斯变换2(ms -Cs- K)Xt2=ms Xg得传递函数H(s) H 二 XqmsCs k令-0传感器的固有频率；匕和相对阻尼比代入上式，有2(s)s_x0s 2-0S - 0(3)当被测物体作简谐运动时，即x0=x0msin t ，式中-为被测物体运动角频率。在正弦信号作用下，做傅里叶变换，则式（ 变换为式（4）（ j ）22x （j ） -2 0（j ） - 0(j )2(/ 0)23)幅频特性为xtA(co) = (co) =x0相频特性为2j -0)= -arctan |21 -淳 /% )人co令 Xt = M

36、 2 x00其中a 被测体线加速度。则0当/ 0 ： ： 1时M、1 ，则（5）式变为1/则 xt 二 a。、2 特0(5)1xt2 ao(6)若采用等强度梁作弹性元件，则xt为梁的挠度。由式6l3Fxt=b?Ea，将其代入式（6）3222 6l F 2 l 6lFa 二用30bh3Eh bh2E由式；盏，a-/h，结构参数确定后为常数，则加速度a = k；。所以彳得比(s) = = ma等强度梁：由JLf2 2 gl得 H2（s）=fT2、2应变片:得 (s)十差动电桥:所以,Ue RUUe由 u out -，得 H 4（s）-2 RAR/R2应变片式加速度传感器输出电压为：h , Uemh

37、kgUEUut手卒一gl2药gl*a有 a ：；。传递函数框图:质量块：由 F =ma，2 2由上式可得被测体加速度为誌5 2试用数字实例法分析题52图所示的仪表电阻温度补偿原理, 并绘出曲线。Rt Z被补偿元件rZ_n猛前建电阻题52图解：略。5 3如何确定差动变压器电源的频率值 ？试绘图说明之。解：题53a图为差动变压器的等效电路题 53b图为空载时的等 效电路题53a图题5 3b图图中U1为一次线圈励磁电压；U21和U22为二次线圈的输出 电压；L1、R1分别为一次线圈的自感和有效电阻； M1、M2分别为 一次线圈和二次线圈右边、左边的互感；L21、L22分别为两个二次 线圈的自感；R2

38、1、R22分别为两个二次线圈的有效电阻。励磁频率与输出电压有很大关系，只有在某频率下才能达到最 大输出，在此频率附近由励磁频率的变化而引起灵敏度的变化为最 小。在Rfz上的压降幅值的表达式为： 相角 L”的表达式为：-arctaRr-arctanRUf z mRf z(Rf z R)2 (Li)2(R)2 (丄1)2几按上式可绘出Ufzm和L”随角频率变化的幅值及相角频率特 性，从中可以确定出电源频率的最佳值。5 4试绘出检测不同物质中含水量的电容传感器的可能结构。解：通过介电常数的变化可以得到被测物含水量的大小。因为各种 介质的介电常数不同，在两电极间加以空气以外的其它介质。当它 们之间的介

39、电常数发生变化时，电容量也随之改变。水分检测可以 通过电容介质的改变，实现电容量的变化来测量含水量。经计算可 以得出电容变化量与物质的含水量存在某种关系。可能的结构是通过改变遮盖面 S （如题54图）获得。首先设 定面积改变量为一常数。事先用已知含水量的标准物放入传感器测 试，就能得出某一含水量对应电容值的大小。等测量未知水分的被 测物时，把测出的电容与加入标准物时相应的电容比较，就能测含 水量。题54图5 5试拟出个用光电比色原理测量水质混浊度的光电传感器的框图，并分析其误差来源和消除的办法。解：题55图为测量水质浊度的原理图。光源发出的光线经半透镜 分成两束强度相等的光线，一路光线直接到达

40、光电池，产生作为被 测水样浊度的参比信号。另一路光线穿过被测样品水到达光电池， 其中一部分光线被样品介质吸收，样品水越浑浊，光线的衰减量越 大，到达光电池的通光量就越小。两路光信号均转换成电压信号， 由运算电路计算出两电压信号的比值，并进一步算出被测水样的浊 度。当没有被测物时两路输出端电压相等可以测得 R和r的关系题55图误差主要来自待测液容器位置的放置，可将待测液容器进行固 定以避免光路改变影响光电传感器接收光强的大小；此外，测量的 数据要按时间分别记录，因为当待测液是悬浊液或者乳浊液时，随 着时间改变容器内不同位置的浑浊度是变化的。第六章位移一一数字传感器6 1试绘出用D触发器代替辨向环

41、节的逻辑电路的电路图， 并绘出 其波形图。解：.AB正向 转动反向 转动计数脉冲正传反转P1P1P2P2Q1=1Q1=1题6 1图6 2试绘出用集成电路实现并行循环码及串行循环码变成二进制 码的编码器逻辑图。解：Cl题62图6 3怎样考虑温度和电压波动对位移-数字传感器精度的影响。 解：环境温度因素的改变可以导致介电常数，极板形状等的间接变 化；同时也可以产生温度漂移，进而对传感器性能产生不利影响。电压波动会造成传感器不稳定，会使测量数据来回跳动，造成 测量结果误差很大，因此会对位移-数字传感器精度产生很大影响。第七章常用半导体传感器7 1为获得较大输出的霍尔电动势，可采用多片霍尔元件同时工作

42、 的办法。试问其控制回路和输出交流或直流电动势回路应如何接 线？解：霍尔元件控制回路如果使用直流电流，多个霍尔元件接入直流 回路时应把霍尔的正极和负极分别并联接在直流电的正负两极，输 出端产生的电动势应该相互串联接在一起；同理，若霍尔元件控制 回路使用交流电流，多个霍尔元件接入交流回路时也把霍尔的正极 和负极分别并联接在交流电的正负极，输出端产生的电动势也串联 接在一起。7 2试绘出用热敏电阻法在霍尔传感器输出回路进行温度补偿的线 路，并分析之。解：题7 2图所示的为热敏电阻法在输出回路的温度补偿电路, 其中Rt是热敏元件（热电阻或热敏电阻）。HW300BRT题72图工作原理：当温度变化时，用

43、Rt的变化来抵消霍尔电势 Vk和 输出电阻R0变化对负载电阻RL上的电压UL的影响。注意，安装测 量电路时，应使热敏元件和霍尔元件的温度一致。7 3 一氧化碳在空气中浓度达到12.5%时，将引起爆炸火灾。试拟 出一个一氧化碳浓度报警器线路，并简述其工作原理。解：一氧化碳报警器电路如下面题 7 33图所示。工作原理：在图中，010V直流稳压电源与元件加热器组成加热回路， 稳压电源供给器件加热电压 UH ; 020V直流稳压电源与气敏元件和 负载电阻组成测试回路，直流稳压电源供给测试回路电压Uc,负载电阻RL兼作取样电阻。从测量回路可得到：UcIcVRs - RL负载电阻RL上的压降为URL可写成

44、：由式上式可见，URL与气敏元件电阻Rs具有对应关系，当Rs降低时, URL增高，反之亦然。因此测量 RL上的电压降，即可测得气敏器件 电阻Rso 74试用II型MgC2O4-TiO2湿敏元件组成一个大气湿度传感器, 绘出其输入-输出特性曲线，并分析其工作原理。解：题7 4图（1）是这种大气湿度传感器的一种测量电路。振荡电路度控制其测量电路的电阻-相对湿度特性曲线如下面题74图（2） 所示。74 图（2）工作原理：图1中R为湿敏电阻，为温度补偿用热敏电阻为了使检测湿度的灵敏度最大，可使R= Rt。这时传感器的输出电压通过跟随器并经整流和滤波后，一方面送入比较器 1与参考电压U1比较，其输出信号

45、控制某一湿度；另一方面送到比较 器2与参考电压U2比较，其输出信号控制加热电路，以便按一 定时间加热清洗。第八章无损探伤8 1.能否用射线、超声、红外、涡流探伤设备检测金属零件的厚度？ 为什么？解：可以使用射线、超声、涡流，不可以使用红外。射线：当一束强度为Id的射线平行通过被探伤试件后，其强度将衰减为：ld=loe。式中，Id为穿过厚度d(cm)的吸收层后的辐射通量 的强度；为与辐射能量有关的吸收系数。射线的衰减和零件的厚度 有关系，可以通过射线的衰减来确定元件的厚度；超声：超声波在对光不透明的固体中，超声波却能穿透几十米的长度， 可以根据传播使用的时间来确定零件的厚度；红外：辐射能量的主波

46、长是温度的函数，并与表面状态有关。主要使用红外引起的温度的变化来判断物件情况，而与零件厚度没有明确的 推导公式。涡流：涡流仪能够分选出材料和探出材料缺陷。其主要依据就是材料不 同、有无缺陷其电导率都各不相同，因此影响到检测线圈的阻抗变 化。此外，检测线圈对管材和棒材的电导率、直径、频率、裂纹以 及管的壁厚等的变化也会引起阻抗变化。涡流检测仪是一种多用途 的检测设备。按其用途可分为材质分选仪、探伤仪、测厚仪等。8 2.光导型与热敏电阻型红外探测器有何异同？解：两者的物理过程是不一样的。光电导型红外探测器当受到辐射 照射时，电导率增加，使通过R与Rt的电流增大，使间的电压增大。 热敏电阻在受到辐射

47、照射时，首先是温度升高，然后才改变电阻。 热敏电阻型红外探测器的探测率和响应时间都比光电探测器差，但 它对各波长的入射辐射都能全部吸收，是一种无选择性探测器。8 3.试绘出用涡流探测线圈组成一个接近 （金属的）开关量输出的 传感器的电路图。解：日标1霊務蟹开关级放人输岀级题83图第九章典型传感器应用9 1、如何选用温度检测仪表？通常应注意哪些问题？ 解：温度检测仪表的选取受测温元件的性质影响， 针对不同的应用环 境与测温范围而选取不同的温度检测仪表。 通常，测温的途径分为接 触式测温和非接触式测温。接触式测温常用的有热电阻和热电偶。接触式测温中，工程实际一般根据测温范围来选用温度测量元 件。在

48、低温测量时通常选用热电阻元件。这是因为在低温段，热电阻 的线性特性要优于热电偶，而且无需进行冷端温度补偿，使用方便。 当温度较高时首选热电偶元件。 热电偶测温范围广，而且可以方便地 进行串、并联构成多点测温方式以满足比较复杂的测温需要。 该类测 温方法简单、可靠，测量精度较高。但由于需要测量体与被测介质接 触，靠热交换才能达到热平衡，导致测温过程的延迟，不适合测量高 温及运动物体的温度。另外可能与被测介质产生化学反应， 也不适于 直接测量腐蚀性介质的温度。非接触式测温中，由于测温元件不与被测介质接触， 测温上限原 则上不受限制（对于1800C以上的高温，主要采用非接触测温方法）, 测温速度快，

49、 可以测量运动物体以及腐蚀性介质的温度。 但辐射式测 温容易受物体的发射率、测量距离、烟尘和水汽等外界因素的影响， 测温误差较大，且结构复杂、价格昂贵。9 2、 试述压电式、应变片式及电容式压力测量的适用场合。 解：压电式压力传感器：由于压电晶体产生的电荷量很微小，即使在绝缘非常好的情况 下，电荷也会在极短的时间内消失，所以压电式压力传感器只能用 来测量动态压力或脉冲压力，不适于测量缓慢变化的压力和静态压 力，即不能用于稳态测量。应变片式压力传感器： 金属电阻应变片工作性能稳定、精度高、应用广泛，但灵敏系 数低，适于静态测量。半导体电阻应变片，其灵敏度高，且尺寸小、 横向效应小、蠕动及机械滞后小，更适用于动态测量。由于应变片 电阻易受温度影响，因此测量时需加以