《感測技術(shù)基礎(chǔ)》第１１章習(xí)題解答

1、第章習(xí)題解答1、將兩只相同的金屬應(yīng)變片粘貼到圖11-1-7所示筒式壓力傳感器外壁的園周上，一個應(yīng)變片R1作工作片，另一個應(yīng)變片R2作補(bǔ)償片，怎樣將這兩應(yīng)變片連入電橋，請導(dǎo)出電橋輸出電壓與壓力P的關(guān)系式，并說明R2的作用原理。解：兩只相同的金屬應(yīng)變片粘貼到圖11-1-7所示筒式壓力傳感器外壁的圓周上,當(dāng)溫度變化時，它們都會產(chǎn)生電阻變化，據(jù)公式(4-1-36)，此電阻相對變化折算成“虛假視應(yīng)變”為。應(yīng)變片R1粘貼到筒體空心部分外壁的圓周上，在流體壓力P作用于筒體內(nèi)壁時，筒體空心部分發(fā)生變形，產(chǎn)生與壓力P成正比的周向應(yīng)變，因此應(yīng)變片R1的電阻相對變化為。應(yīng)變片R2粘貼到筒體底部實心部分外壁的圓周上，

2、在流體壓力P作用于筒體內(nèi)壁時，筒體底部實心部分不發(fā)生變形，應(yīng)變片R的電阻相對變化為。將這兩應(yīng)變片連入電橋相鄰兩臂，電橋的其他兩臂用固定的平衡電阻，代入公式(4-1-24)得，電橋輸出電壓為2、試說明圖11-1-13所示差動式光電壓力傳感器與只采用一個狹縫和一個光敏元件構(gòu)成的光電壓力傳感器相比有哪些優(yōu)越性?答：在圖11-1-13中，當(dāng)被測壓力P作用于膜片時，膜片中心處位移引起兩遮光板中狹縫一個變窄，一個變寬，從而使透射到兩光敏元件上的光強(qiáng)度一個增強(qiáng)一個減弱，把兩光敏元件接成差動電路，差動輸出電壓可設(shè)計成與壓力成比例。這種差動結(jié)構(gòu)不僅可提高靈敏度，而且能消除光源亮度變化產(chǎn)生的影響。如果只采用一個狹

3、縫和一個光敏元件，光源亮度變化引起的光敏元件上的光強(qiáng)度變化，同被測壓力P變化引起的光敏元件上的光強(qiáng)度變化，無法區(qū)分開，從而帶來測量誤差。3、圖1和圖2分別為二極管和三極管測溫電路實例。試說明圖中各電位器的作用，并說明應(yīng)怎樣進(jìn)行調(diào)整。圖圖2 答：圖1和圖2中電位器都是用于調(diào)零，都是用于調(diào)滿度或調(diào)靈敏度。調(diào)零就是當(dāng)溫度為時，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓或DVM讀數(shù)為零。調(diào)滿度或調(diào)靈敏度是當(dāng)當(dāng)溫度為時，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓或DVM讀數(shù)為。4、試分別用熱電阻、熱電偶、PN結(jié)設(shè)計三種測量溫度差電路。并說明其工作原理。答：用熱電阻測量溫度差電路如圖11-2-6所示，兩熱電阻RT和RT放在不同測溫點，流經(jīng)表P

4、的電流代表兩點溫度之差。用熱電偶測量溫度差電路如圖11-2-所示，兩支同型號熱電偶配用相同的補(bǔ)償導(dǎo)線，連接時使兩熱電勢相減，輸入到儀表的電壓為兩熱電勢之差E，代表T1和T2間的溫度差值。E=EAB(T1,T0)- EAB (T2,T0)= EAB (T1,T2)K(T1-T2)。兩支熱電偶的冷端溫度必須一樣，它們的熱電勢E都必須與溫度T成線性關(guān)系，否則將產(chǎn)生測量誤差。用PN結(jié)測量溫度差電路如圖11-2-所示，圖1-2-13中，A1和A3為電壓跟隨器，A2為減法電路或差動放大電路（放大倍數(shù)為），輸出電壓為兩個晶體管管壓降的差。圖中100k電位器用于調(diào)零，使兩個晶體管的電流相等即，代入公式(7-5

5、-7)得，輸出電壓為當(dāng)兩個晶體管放在一起即溫度相同時，輸出電壓為零。輸出電壓與兩管溫度差成正比。5、簡述輻射式溫度傳感器的組成及其功能。為什么輻射式溫度傳感器中大多設(shè)有機(jī)械調(diào)制盤？答：輻射式測溫法是基于熱輻射效應(yīng)。任何物體受熱后都將有一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，物體溫度愈高，則輻射到周圍空間的能量就愈多。熱輻射同其它電磁輻射一樣，無需任何媒介物即可傳播，因此無需直接接觸即可通過檢測物體的熱輻射來測量物體的溫度。這是實現(xiàn)輻射式測溫的基礎(chǔ)。輻射式溫度傳感器一般包括兩部分：1）光學(xué)系統(tǒng)，用于瞄準(zhǔn)被測物體，把被測物體的輻射能聚焦到輻射接收器上。2）輻射接收器，利用各種熱敏元件或光電元件將會聚的輻射能轉(zhuǎn)換為

6、電量。6、將圖9-4-6所電容式差壓傳感器接入圖3-1-6（b）變壓器電橋構(gòu)成差壓計與圖11-3-3節(jié)流件一起組成節(jié)流流量計，試導(dǎo)出變壓器電橋輸出電壓與所測流量Q的關(guān)系式。為使輸出電壓與流量Q成線性正比關(guān)系，應(yīng)加接什么電路?解：根據(jù)（11-3-14）式，；代入（9-4-11）式，；代入（3-1-32）式，。為使輸出電壓與流量Q成線性正比關(guān)系，應(yīng)加接開方電路。開方電路輸出為，與成線性正比關(guān)系。7、電磁流量計為什么要采用交變磁場?答：在實際工作中由于永久磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為直流，會導(dǎo)致電極極化或介質(zhì)電解，引起測量誤差，所以在工業(yè)用儀表中多采用交變磁場。8、為什么超聲波流量計多采用差頻法?答：超聲波測量流速分別稱為時差法、相差法和頻差法。據(jù)公式（10-3-23）、（10-3-24）可知，時差法、相差法的測量結(jié)果與超聲波在被測流體中的流速有關(guān)，據(jù)公式（10-3-25）式可知，頻差法的測量結(jié)果與超聲波在被測流體中的流速無關(guān)，只取決于流體本身的流速。因此目前超聲波流量計多采用頻差法。9、圖11-3-11中RP與R2