复习--传感器与检测技术.doc

在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时，首先将其与增益为 5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔式记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。当记录仪的输出变化30mm时，压力变化为多少？
解：(1) 求解串联系统的灵敏度。

(2) 求压力值。

把灵敏度为 的压电式力传感器与一台灵敏度调到 的电荷放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到 ，电荷放大器的灵敏度应如何调整？
解：

什么是物性型传感器?什么是结构型传感器?试举例说明。
答：(1) 物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计来测温；利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等。
(2) 结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变化等。

能量控制型传感器和能量转换型传感器有何不同?试举例说明。
答：(1) 能量控制型传感器，是从外部供给辅助能量使其工作的，并由被测量来控制外部供给能量的变化。例如，电阻应变测量中，应变计接于电桥上，电桥工作能源由外部供给，而由于被测量变化所引起应变计的电阻变化来控制电桥的不平衡程度。此外电感式测微仪、电容式测振仪等均属此种类型。
(2) 能量转换型传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等。但由于这类传感器是被测对象与传感器之间的能量传输，必然导致被测对象状态的变化，而造成测量误差。

金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？
答：金属应变片利用金属形变引起电阻的变化（电阻应变效应）；而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化（压阻效应）。

求图示交流电桥的平衡条件。

如题图所示，在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。试分析各应变片感受的应变，将其值填写在应变表中，并分析如何组桥才能进行下述测试：(1)只测弯矩，消除拉应力的影响；(2)只测拉力，消除弯矩的影响。

解：(1) 设构件上表面因弯矩产生的应变为ε，构件材料的泊松比为μ。各应变片感受的弯应变列表如下：
R1
R2
R3
R4
-με
ε
-ε
με
组桥如下，可以只测弯矩，消除拉应力的影响。

(2) 设构件上表面因拉力产生的应变为ε，构件材料的泊松比为μ。各应变片感受的弯应变列表如下：
R1
R2
R3
R4
-με
ε
ε
-με
组桥如下，只测拉力，消除弯矩的影响。

热端为100℃，冷端为0℃时，镍铬合金与纯铂组成的热电偶的热电势为2.95mV，而考铜与纯铂组成的热电偶的热电势为-4.0mV，求镍铬合金与考铜组成的热电偶的热电势。[标准电极定律的应用 P164]
解：EAB(T, T0)= EAC(T, T0)- EBC(T, T0)=2.95-(-4.0)=6.95mV

用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻，从电位差计测得热电势为-1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？（注意分度表数据的读取）
镍铬-镍硅热电偶分度表
温度
℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
热电动势 (mV)
-20
-0.77
-0.81
-0.84
-0.88
-0.92
-0.96
-0.99
-1.03
-1.07
-1.10
-10
-0.39
-0.43
-0.47
-0.51
-0.55
-0.59
-0.62
-0.66
-0.70
-0.74
-0
-0.00
-0.04
-0.08
-0.12
-0.16
-0.20
-0.23
-0.27
-0.31
-0.35
0
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
10
0.40
0.44
0.48
0.52
0.56
0.60
0.64
0.68
0.72
0.76
20
0.80
0.84
0.88
0.92
0.96
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
解：由T0=15℃查分度表得 E(15，0)=0.6 mV。
根据中间温度定律有E(T，0)= E(T，15)+E(15，0)= -1.19+0.6 = -0.59 mV
则查表得低温箱温度为 T=-15 ℃。

用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，当冷端温度T0=30 ℃时，测得热电势E(T，T0)= 39.17 mV，求实际炉温。
解：由T0=30℃查分度表得E(30，0)=1.203 mV。
根据中间温度定律有E(T，0)= E(T，30)+E(30，0)= 39.17+1.203 = 40.373 mV
则查表得炉温 T=977 ℃。

用K型热电偶测炉温时，测得参比端温度t1＝39℃；测得测量端和参比端间的热电动势
E(t, 39)＝29.85 mV，试求实际炉温。

例：用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，当冷端温度T0=30 ℃时，测得热电势E（T，T0）= 39.17 mV；若冷端温度T0= -20 ℃时，则测得的热电势为多少？
[已知E(30，0)=1.2 mV，E(-30，0)= -1.14 mV，E(20，0)=0.8 mV，E(-20，0)= -0.77mV]

解：E(T，0)= E(T，30)+E(30，0)= 39.17+1.203 = 40.373 mV
由E(T，0)= E(T，-20)+E(-20，0)得：
E(T，-20) = E(T，0) -E(-20，0)= 40.373- (-0.77) = 41.143 mV

量程为250V的2.5级电压表在126V处的示值误差最大，为5V，问该电压表是否合格？
解：最大引用误差为：

该电压表合格。

检定一台满量程为5A，精度等级为1.5的电流表，测得在2.0A处的示值误差最大，为0.1A，问该电流表是否合格？
解：最大引用误差为：

该电流表不合格，但可作为精度等级为2.5的电流表使用。

要测量5 V电压，现有两块电压表供选择：A表量程50 V，精度等级0.1；B表量程5 V，精度等级0.5，请问选用哪一块电压表更适宜？
解：示值误差分别为：

相对误差分别为：

由于r2<r1，所以选用B表更合适。

要测量80V电压，现有两块电压表供选择：A表量程300 V，精度等级为0.5；B表量程100V，精度等级为1.0，请问选用哪一块电压表更适宜？
解：示值误差分别为：

相对误差分别为：

由于r2<r1，所以选用B表更合适，并且测量示值落在仪表满量程的2/3以上。