感测技术基础 第二版 (孙传友 孙晓斌 著) 电子工业出版社 课后答案 第１１章习题解答 3页

'第１１章习题解答1、将两只相同的金属应变片粘贴到图11-1-7所示筒式压力传感器外壁的园周上，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11-1-7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(4-1-36)，此电阻相对变化折算成“虚假视应变”为ε=kΔt。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tt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ε=kP，因此应变片R1PPΔR1的电阻相对变化为=k(ε+ε)。应变片R2粘贴到筒体底部实心部分外壁的圆周上，0tPR1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R２的电阻相对变ΔR2化为=kε。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，0tR2代入公式(4-1-24)得，电桥输出电压为EΔR1ΔR2E[]()EEU=(−)=kε+ε−ε=kε=kkP0tPt0P0P4RR444122、试说明图11-1-13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11-1-13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。课后答案网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1和图2分别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www.hackshp.cn说明应怎样进行调整。图１ 图2答：图1和图2中电位器R都是用于调零，R都是用于调满度或调灵敏度。调零就P1P2是当温度为０℃时，调节电位器R，使输出电压或DVM读数为零。调满度或调灵敏度是当P1当温度为１００℃时，调节电位器R，使输出电压或DVM读数为１００。P24、试分别用热电阻、热电偶、PN结设计三种测量温度差电路。并说明其工作原理。答：用热电阻测量温度差电路如图11-2-6所示，两热电阻RT和RT′放在不同测温点，流经表P的电流代表两点温度之差。用热电偶测量温度差电路如图11-2-９所示，两支同型号热电偶配用相同的补偿导线，连接时使两热电势相减，输入到仪表的电压为两热电势之差ΔE，代表T1和T2间的温度差值。ΔE=EAB(T1,T0)-EAB(T2,T0)=EAB(T1,T2)≈K(T1-T2)。两支热电偶的冷端温度必须一样，它们的热电势E都必须与温度T成线性关系，否则将产生测量误差。课后答案网用PN结测量温度差电路如图11-2-１３所示，图1１-2-13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１）www.hackshp.cn，输出电压为两个晶体管管压降的差。图中100kΩ电位器用于调零，使两个晶体管的电流相等即I=I=I，代入公式(7-5-7)得，D1D2D输出电压为kT1BkT1BkBU=U−U=(U−ln)−(U−ln)=(ln)(t−t)=C(t−t)012gogo1212qIqIqID1D2D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。5、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9-4-6所电容式差压传感器接入图3-1-6（b）变压器电桥构成差压计与图11-3-3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?2解：根据（11-3-14）式，ΔP=kQ；1C1−C22代入（9-4-11）式，=k⋅ΔP=kk⋅Q；221C+C12EC1−C2E2代入（3-1-32））式，U=⋅=⋅kk⋅Q。为使输出电压与流量Q成线性正1122C+C212比关系，应加接开方电路。开方电路输出为EU=kU=kkk⋅Q，与Q成线性正比关系。03131227、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11-3-11中RP与R2两个电位器各有何作用?应怎样调整?答：图11-3-11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时电流表使指针满偏转。课后答案网www.hackshp.cn'