现代检测技术及其仪表第2版习题解答.doc

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1、-_1-1 答：钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术。 信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础” 。如 果没有仪器仪表作为测量的工具，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的 信息，进入信息时代将是不可能的。因此可以说，仪器技术是信息的源头技术。仪器工业 是信息工业的重要组成部分。 1-2 答：同非电的方法相比，电测法具有无可比拟的优越性： 1、便于采用电子技术，用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度，从而大大 扩展仪器的测量幅值范围(量程)。 2、电子测量仪器具有极小的惯性，既能测量缓慢变化的量，也可测量快速变化

2、的量， 因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频带)。 3、把非电量变成电信号后，便于远距离传送和控制，这样就可实现远距离的自动测量。4、把非电量转换为数字电信号，不仅能实现测量结果的数字显示，而且更重要的是能 与计算机技术相结合，便于用计算机对测量数据进行处理，实现测量的微机化和智能化。 1-3 答：各类仪器仪表都是人类获取信息的手段和工具。尽管各种仪器仪表的型号、 原理和用途不同，但都由三大必要的部分组成：信息获取部分、信息处理部分、信息显示 部分。从“硬件”方面来看，如果把常见的各类仪器仪表“化整为零”地解剖开来，我们 会发现它们内部组成模块大多是相同的。从“软件”方面来看，如果把各

3、个模块“化零为 整”地组装起来，我们会发现它们的整机原理、总体设计思想、主要的软件算法也是大体 相近的。这就是说，常见的各类仪器仪表尽管用途、名称型号、性能各不相同，但它们有 很多的共性，而且共性和个性相比，共性是主要的，它们共同的理论基础和技术基础实质 就是“检测技术” 。常见的各类仪器仪表只不过是作为其“共同基础”的“检测技术”与各 个具体应用领域的“特殊要求”相结合的产物。 1-4 答： “能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换 成电量的器件或装置”叫做传感器。能把被测非电量转换为传感器能够接受和转换的非电 量(即可用非电量)的装置或器件，叫做敏感器。如果把传感

4、器称为变换器，那么敏感器则 可称作预变换器。敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非 电量转换为可用非电量，而不是象传感器那样把非电量转换成电量。 1-5 答：目前，国内常规（常用）的检测仪表与系统按照终端部分的不同，可分为以 下三种类型：1、普通模拟式检测仪表 基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和模拟显示器三部分组成，如题 1-5 图 1 所示。题 1-5 图 1 2、普通数字式检测仪表 基本上由模拟传感器、模拟测量电路、和数字显示器三部分组成，如题 1-5 图 2 所示。按照显示数字产生的方式，普通数字式检测仪表又可分为模数转换式和脉冲计数式两种类 型。-_题 1-5

5、 图 2 3、微机化检测仪表 其简化框图题 1-5 图 3 所示。微机化检测仪表通常为多路数据采集系统，能巡回检测 多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通 道与微机相连，测量通道由模拟测量电路（又称信号调理电路）和数字测量电路（又称数 据采集电路）组成。传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调 理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由 记录器记录下来。在某些对生产过程进行监测的场合，如果被测参数超过规定的限度时， 微机还将及时地起动报警器发出报警信号。题 1-5 图 3第第 2 章章2-1 解解：

6、灵敏度为。mmmVmmmVS/3001300=2-2 求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移 4cm 时，所对应的温度变化值。 解：解：（1）测温系统的总灵敏度为 cm/18. 02 . 010002. 045. 0=S （2）记录仪笔尖位移 4cm 时，所对应的温度变化值为:22.2218. 04=t2-3 解解：据公式（）解此方程得5 110050 )()5(eyy=s21. 72ln5=2-4 解解：据公式（2-1-18） ，二阶传感器的幅频特性为：。 222 211)( nnK当时，无幅值误差。当时，一般不等于 1，即出现幅值误0 1K0 K差。由题意知，要确定满足也就是满

7、足kHzn102 5 . 0 %31K的传感器工作频率范围。 03. 197. 0K-_解方程，得；97.0211)( 222=+=nnKn03. 11解方程，得，。03.1211)( 222=+=nnKn25. 02n97. 03由于，根据二阶传感器的特性曲线可知，上面三个解确定了两个频段，即 0和5 . 02。前者在特征曲线的谐振峰左侧，后者在特征曲线的谐振峰右侧。对于后者，尽31管在该频段内也有幅值误差不大于 3，但是该频段的相频特性很差而通常不被采用。所以，只有 0频段为有用频段。由可得，2kHzn10225. 025. 02=kHzf5 . 2即工作频率范围为 0。kHz5 . 22

8、-5 解解：据题意知，阻尼比，代入公式（）得幅频10K1/2特性为，故测量频率为 600Hz 时幅值比为 4011)(+=fffK94. 0100060011)(4=+=fK据公式（）得相位差为536001000 10006002arctan)( f同理可得测量频率为 400Hz 时幅值比和相位差分别为 0.99 和33.7 2-6 解：解： 按式（2-3-6)求此电流表的最大引用误差%0 . 2%10051 . 0maxq2.01.5 即该表的基本误差超出 1.5 级表的允许值。所以该表的精度不合格。但该表最大引用 误差小于 2.5 级表的允许值，若其它性能合格可降作 2.5 级表使用。 2

9、-7 解解：据公式（23）计算，用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差分别 为：A 表%=1.5%V=0.45VGx=maxL30B 表%=1.5%V=0.75VGx=maxL50C 表%=1.0%V=0.50VGx=maxL50-_D 表%=0.2%V=0.72VGx=maxL360四者比较可见，选用 A 表进行测量所产生的测量误差较小。 3-1 答：线绕式电位器的电阻器是由电阻系数很高的极细的绝缘导线，整齐地绕在一 个绝缘骨架上制成的。在电阻器与电刷相接触的部分，导线表面的绝缘层被去掉并抛光， 使两者在相对滑动过程中保持可靠地接触和导电。电刷滑过一匝线圈，电阻就增加或减小 一匝线圈的电阻值

10、。因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。只要精确设计绝缘骨架 尺寸按一定规律变化，如图 3-1-2(b)所示，就可使位移电阻特性呈现所需要的非线性曲 线形状。由 31-2(a)可见，只有当电刷的位移大于相邻两匝线圈的间距时，线绕式电位 器的电阻才会变化一个台阶。而非线绕式电位器电刷是在电阻膜上滑动，电阻呈连续变化， 因此线绕式电位器分辨力比非线绕式电位器低。 3-2 解：解：据公式（3-1-4） ，对于空载电位器，其输出电压与输入位移呈线性关系，xLURRUUxx由上式可见，电位器灵敏度的提高几乎是完全依靠增加电源电压来得到。但是电源电压不 可能任意增加，它是由电位器线圈的细电阻丝允许的最大

11、消耗功率 P 决定的。所以，允许 的电源电压为VPRU201000004. 0由题意知，L=4mm，x=1.2mm，代人公式（3-1-4）计算得，电位器空载输出电压为VUx642 . 1203-3 答：应变片的灵敏系数 k 是指应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区 域的轴向应变之比，而应变电阻材料的应变灵敏系数 k0是指应变电阻材料的阻值的相对变 化与应变电阻材料的应变之比。实验表明：kk0，究其原因除了黏结层传递应变有损失外， 另一重要原因是存在横向效应的缘故。 应变片的敏感栅通常由多条轴向纵栅和圆弧横栅组成。当试件承受单向应力时，其表 面处于平面应变状态，即轴向拉伸 x 和横向收缩

12、 y。粘贴在试件表面的应变片，其纵 栅承受 x 电阻增加，而横栅承受 y 电阻却减小。由于存在这种横向效应，从而引起总 的电阻变化为，(1)xxyyxxRkkkHR按照定义，应变片的灵敏系数为，)1 (/HkRRkx x因，横向效应系数，故。0xy 0xy kkH0kkkx3-4 解：解：应变片用导线连接到测量系统的前后，应变片的应变量相同，都为2/RR kRR应变片用导线连接到测量系统后，导线电阻将使应变电阻的相对变化减小，从而使应变片 的灵敏度降低为-_82. 1120212120RRkRRrRR rRRk3-5 解：解：将题中给出的参数值，代人书上的公式（3-1-23） ，计算得由温度变

13、化引起的 附加电阻相对变化为：466 00 010802. 240109 .141105. 21015tKRRsgt。折合成附加应变为。44001037. 105. 210802. 2/ KRRtt3-6 解：解：由题知 W（100）=R100 /R0 =1.42，代入公式（3-1-26） ，计算得电阻温度 系数为)/(42. 010010042. 010042. 010042. 110000001000CRRRRR tRRt当温度为 50时，代入公式（3-1-26）计算得，此时的电阻值为)(121)5042. 01 (100)501 (050RR当 Rt=92 时，代入公式（3-1-26）计

14、算得，此时的温度值为)(1942. 0100920CRRtt3-7 解：解：T0 =0=273K，R0 =500k；T=100=373K，代人公式（3-1-30）计算 得热敏电阻的阻值为keRR98.28)2731 3731(29002733733-8 答：采用金属材料制作的电阻式温度传感器称为金属热电阻，简称热电阻。一般 说来，金属的电阻率随温度的升高而升高，从而使金属的电阻也随温度的升高而升高。 因此金属热电阻的电阻温度系数为正值。 采用半导体材料制作的电阻式温度传感器称为半导体热敏电阻，简称热敏电阻。按其 电阻温度特性，可分为三类：(1)负温度系数热敏电阻(NTC)；(2)正温度系数热敏

15、电阻 (PTC)；(3)临界温度系数热敏电阻(CTC)。因为在温度测量中使用最多的是 NTC 型热敏电阻， 所以， 通常所说的热敏电阻一般指负温度系数热敏电阻。3-9 答：题 3-9 图是日本生产的某电冰箱温控电路。该电冰箱的温控范围由LTHT-_窗口题 3-9 图比较器的窗口电压和决定。调节电位器可调整。图中为热敏电阻，当温度LVHVPRLTtR上升时，减小，升高。当冰箱内温度时，窗口比较器使 RStRTVHTT LHTVVV触发器的 S 端为低电平，R 端为高电平，Q 输出端为高电平，晶体管导通，继电器 J 线圈通 电而动作，继电器常开触点闭合，电冰箱压缩机启动制冷。冰箱内温度降低。当冰箱

16、内温度时，窗口比较器使 RS 触发器的 S 端为高电平，LTT HLTVVVR 端为低电平，Q 输出端为低电平，晶体管截止，继电器线圈失电而动作，继电器常开触点 复位，电冰箱压缩机停机。当冰箱内温度时，窗口比较器使 RS 触发器的 S 端和 RHLTTTHTLVVV端均为高电平，RS 触发器保持原状态不变，压缩机继续运转或继续停机。 3-10 答：气敏电阻是利用半导体陶瓷与气体接触而电阻发生变化的效应制成的气敏元 件。气敏电阻都附有加热器，以便烧掉附着在探测部位处的油雾、尘埃，同时加速气体的 吸附，从而提高元件的灵敏度和响应速度。半导瓷气敏电阻元件一般要加热到 200400，元件在加热开始时阻

17、值急剧地下降，然后上升，一般经 210 分钟才达到 稳定，称之为初始稳定状态，元件只有在达到初始稳定状态后才可用于气体检测。 3-11 答：下图为一个简易的家用有害气体报警电路。图中变压器次级绕组为气敏电阻 QM-N6 提供加热器电源。变压器初级中心抽头产生的 110V 交流电压，加到由 1k电位器、 气敏电阻和蜂鸣器串联组成的测量电路。当 CO 等还原性有害气体的浓度上升时，气敏电阻 减小，流过蜂鸣器的电流增大，当有害气体的浓度使蜂鸣器的电流增大到一定值时，蜂鸣 器就鸣叫报警。调整电位器可调整蜂鸣器灵敏度，即产生报警的有害气体最低浓度。图中 氖灯 LD 用作电源指示。为防止意外短路，变压器初

18、级安装了 0.5A 的保险丝。-_3-12 解：图 3-1-18 中电表为电流表，其中电流为：XI（为电流表满量程）F XXIRRRVI213FI为负特性湿敏电阻。XR湿度。XRXI湿度测量范围 RH RH，minXmaxXRd为湿度RH 时 RX的值，maxXminXR因要求即，FXII FIVRRR3321所以增大可减小，即扩大测湿量程RH。1RminXRmaxX3-13 答：测湿电路通常为湿敏电阻构成的电桥电路。如果采用直流电源供电，湿敏电 阻体在工作过程中会出现离子的定向迁移和积累，致使元件失效或性能降低，因此所有湿 敏电阻的供电电源都必须是交流或换向直流(注意：不是脉动直流)。 3-

19、14 答：温度变化时，电阻应变片的电阻也会变化，而且，由温度所引起的电阻变化 与试件应变所造成的电阻变化几乎具有相同数量级，如果不采取温度补偿措施，就会错误 地把温度引起的电阻变化当作应变引起的电阻变化，即产生“虚假视应变” 。 把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对两臂，并不能补偿温度误差。从表 3-1- 1 所列图 3-（b）计算公式可知，电桥输出电压为，由此可见，温度引起的电阻变化也影响电桥输)(22TTkE RRREUTR出电压，此时，从电桥输出电压测出的应变并不是真实应变，而是，其中包含)(T有虚假视应变即温度误差。T3-15 解：一个应变片接入等臂电桥，属于单臂工作的情况，将（3

20、-1-19）式代入（3-1-36）式得 kE RREU440（1）-_由上式可见，电源电压越高，输出电压越大，但是电源电压受应变片允许电流的限制， 由题意知，应变片允许工作电流是 15mA，因此激励电源电压应选为VIRE31001015223代入（1）式计算得，电桥输出电压为 5mV 时钢制试件上应变片的应变为33 010509. 39 . 13 10544 EkU3-16 答：据公式（3）图 3-2-1（c）所示电容传感器的初始电容为rrddS ddSC2 1002010 如果空气隙减小了，则电容值变为drrrrrdddCdddddSdddS dddSC2 102 12 102 102 10

21、11 双层介质差动式变极距型电容传感器的电容与动极板位移的关系式为rddd CCCC2 12121题 3-17 图 3-17 答：题 3-17 图所示为变介质式电容传感器，设极板宽为，长为 。极板间无介bl质块时的电容为，极板间有介质块时的电容为，211 0ddblCxddlCCddxlb ddbxCCCBA 2121210 012122111)(上式表明传感器电容与介质块位移 x 成线性关系。 3-18-_题 3-18 图 解：解：由题 3-18 图和题中参数可求得初始电容C1=C2=C0=S/d=0r2/d0pF.F.67610676106010121085812 32312 变压器电桥输

22、出端电压UCCCCUZZZZUUZZZUsc212121122122其中 Z1 ,Z2 分别为差动电容传感器 C1 ,C2 的阻抗.，将公式（3-2-9）代入上式计算得 )(sin25. 0sin36 . 0 05. 00Vttuddusrsc3-19 答：自感传感器有三种类型：变气隙式、变面积式和螺管式。变气隙式灵敏度最 高，螺管式灵敏度最低。变气隙式的主要缺点是：非线性严重，为了限制非线性误差，示 值范围只能较小；它的自由行程受铁心限制，制造装配困难。变面积式和螺管式的优点是 具有较好的线性，因而示值范围可取大些，自由行程可按需要安排，制造装配也较方便。 此外，螺管式与变面积式相比，批量生

23、产中的互换性好。由于具备上述优点，而灵敏度低 的问题可在放大电路方面加以解决，因此目前螺管型自感传感器的应用越来越多。3-20 解：解：设纸页厚度为，磁导率为，其磁阻远大于铁心和衔铁的磁阻，因此据公式（35）可推得，题 3-20 图所示自感式传感器的自感为，电流表的 22ANL 读数为可见电流表的读数与纸页厚度成线性关系。ANU LUI 223-21 解：解：将题中参数代人书上的公式（3-3-2） ，分别计算铁芯磁路磁阻和气隙磁阻， 计算结果证明，铁芯磁路磁阻远小于气隙磁阻，因此该变隙式电感传感器的电感可采用书 上的公式（3-3-5）近似计算。由公式（3-3-6）和（3-3-7）可知，当衔铁移

24、动 时，传感器的电感变化为 00 00001111 += +=LLLLL将公式（3-3-6）代人上式得，变隙式电感传感器的灵敏度为2 00202 002000 211 211 ANANLL+= +=据题意知：A1.5cm2，。代人上式计算得变隙式电感mH /1047 03000N-_传感器的灵敏度为mHANL/9 .33 105 . 02105 . 11043000 2224722 002 若将其做成差动结构形式，则灵敏度为单一式的两倍，且线性度也会得到明显改善。 3-22 答：由自感传感器的等效电路图 3-3-3 可见，自感传感器工作时，并不是一个理 想的纯电感 L，还存在线圈的匝间电容和电

25、缆线分布电容组成的并联寄生电容 C。更换连接 电缆后，连接电缆线分布电容的改变会引起并联寄生电容 C 的改变，从而导致自感传感器 的等效电感改变，因此在更换连接电缆后应重新校正或采用并联电容加以调整。 3-23 答：差动自感式传感器与差动变压器式传感器的相同点是都有一对对称的线圈铁 心和一个共用的活动衔铁，而且也都有变气隙式、变面积式、螺管式三种类型。不同点是， 差动自感式传感器的一对对称线圈是作为一对差动自感接入交流电桥或差动脉冲调宽电路， 将衔铁位移转换成电压。而差动变压器式传感器的一对对称线圈是作为变压器的次级线圈， 此外，差动变压器式传感器还有初级线圈（差动自感式传感器没有） ，初级线

26、圈接激励电压， 两个次级线圈差动连接，将衔铁位移转换成差动输出电压。 3-24 答：图(a)和图(b)的输出电流为 Iab=I1-I2，图(c)和图(d)的输出电压为 Uab=Uac- Ubc。当衔铁位于零位时，I1I2,Uac=Ubc，故 Iab=0,Uab=0;当衔铁位于零位以上时， I1I2，UacUbc，故 Iab0，Uab0;当衔铁位于零位以下时，I1=iia iaRRRRRR。451. 210 101001051.241136120=RC， ，()NtF310sin01. 0=310,01. 0=NFm，CPCdFQmm121002. 002. 0201. 0=据公式（4-2-21

27、），110 jCQUi += ，926. 045. 21111122 0=+=+=CQ CQ CQUmmm im( )mVVUim756. 010756. 0926. 01051.241002. 03 1212 =mVUUimpp511. 1756. 022=4-9 解：解：根据（4-2-12）式 TTdd1212 333110190107822，31212101010341034TVddSS CQUrra16. 012001085. 81051010103412331200 或 。FCa11 32312 1096.84105102012001085. 8 ，CQ122331210136102

28、010101034-_。VCQUa16. 06 .8491364-10 答：据(4-）式和定积分性质可知),()(ln)()(ln)()(ln)(),(),(000000TTEdTNNTTeKdTNNTTeKdTNNTTeKTTETTEABATTB BA ATTB BA nATTB BA nnABnABnn中间温度定律证毕。据(4-）式和对数性质、定积分性质可知),()(ln)()(ln)()(ln)(),(),(000000000TTEdTNNTTeKdTNNTTeKdTNNTTeKTTETTEABATTB BA BTTC CBATTC CA BCAC4-11 解：解：图 4-3-7 可简化

29、为题 4-12 图(a)。我们仿照书上介绍的“巡游一周法” ， 从热 端出发沿回路一周，按照遇到的导体和温度的顺序，依次写出各接触电势和温差电势，并 将它们相加起来便是图(a)中整个回路的总热电势：)(),()(),()(),()(00000TETTETETTETETTETEEACCCBnBnBBnBAB（1）),()(),(0TTETETTEnAnAAnA依据公式（4-3-3）和对数的性质，很容易证明：(2)）nBAnBAnAAnBBTETETETE()()(（3）)()(000TETETEABACCB）因，故(2)、 （3）式代入（1）式并整理可得：0),(00TTEC),()(),()(

30、TTETETTETEEnAnBAnBAB),()(),()(000nAABnBnBATTETETTETE),(,(0TTETTEnBAnAB）（4） 补偿导线满足公式（4-3-12)的条件，将（4-3-12)式代入上式，并引用中间温度定律 （4-3-8)式，可得（5）000,(,(,(),(,(TTETTETTETTETTEEABnABnABnBAnAB从以上推导过程可以看出，图 4-3-7 即题 4-12 图(a) 中补偿导线 AB满足公式 （43-12)的条件，故可将热电偶的冷端延伸，而保证整个回路的热电势仍然不变。-_题 4-12 图 如果改用普通的铜导线来延伸热电偶的冷端，如图题 4-

31、12 图(b)所示，则整个回路的 热电势为：（6),()(),(),()(),()(00TTETETTETTETETTETEEnAnCAnCnCnBCnBAB）依据积分的性质可知 ， （7）0),(),(00nCnCTTETTE依据公式（4-3-3）和对数的性质，很容易证明：)()(nBAnCAnBCTETETE）（8） （7） 、 （8）式代入（6）式得（9）),(),(),()(),()(0TTETTETTETETTETEEABnABnAnBAnBAB从以上推导过程可以看出，普通的铜导线不能用来延伸热电偶的冷端。4-12 解：解：由题意可知：50，nT()mVTTEn60,=，()mVTT

32、Enn45008. 00 ,=灵敏度，()()()mVTETTETEnn644600 ,0 ,=+=+=，()80008. 0640 ,=灵敏度TET或，()()()6008. 050=TTTETTnn，灵敏度。8005008. 060=+=T4-13 解：解：采用与其相配的补偿导线时，将公式（4-3-13）代入公式（4-3-9）得，仪表测得的电压为 )0 ,()0 ,(),(),(),(0001TETETTETTETTEUKKKnKnK从 K 型热电偶的分度表上查得对应 400和 20的热电势，代入上式计算得mVEEUKK597.1598.7095.316)0 ,20()0 ,400(1若错

33、用了分度号为 E 的热电偶的补偿导线，则仪表测得的电压为-_)0 ,20()0 ,30()0 ,30()0 ,400()0 ,()0 ,()0 ,()0 ,(),(),(002EEkKEnEnkKnEnKEEEETETETETETTETTEU查 E 型和 K 型热电偶的分度表上对应 400、30和 20的热电势，代入上式计算得mVU801.15192. 1801. 1203. 1395.162仪表指示的变化为 mVUU204. 0801.15597.15214-144-14 答：不可接反。因为图 4-3-9 中补偿电桥的电压为，毫伏表),(0TTEUnABab读数为),(),(),(),(00

34、TTETTETTEUTTEUABnABnABabnABO如果 4V 直流电源的极性接反，则补偿电桥的电压也会改变极性，即，),(0TTEUnABab此时。),(),(),(),(00TTETTETTEUTTEUABnABnABabnABO4-15 解解：由题意知，本题所求解的补偿电桥就是书上图 4-3-10 所示电路。而且，题中给出了：铜电阻 Rt的电阻温度系数 =0.004/,热电偶的电压温度系数/，V1066T0=50时。代入书上公式（4-3-27）计算，直接VmVTEAB3 010299. 099.20)0 ,(求得可调电阻的阻值 RS)(7 .665) 1106004. 0(6SR或代

35、入公式（4-3-26）计算得）（ .966711099.205004.003SR因为是 0100之间变化时的平均值，故据此计算出的 RS要比按分度表查V1066出的计算出的 RS精确度低一些。VTEAB3 010299. 0)0 ,(4-164-16 解：解：因为该温度显示仪表是按照镍铬镍硅热电偶分度表刻度的，所以只有在冷 端温度为 0的情况下，仪表显示的温度才与实际温度相符。查镍铬镍硅热电偶分度表 可知，500对应的热电势是 20.640mV。由此我们可推断：既然显示仪表指示温度为 500， 表明此时仪表所加的电压为 20.640mV。因为此时冷端温度是 60而不是 0，所以此时仪表所加的电

36、压应该是而不是。将仪表测得的=20.640mV，和查表60,TE0 ,TE60,TE得到的=2.436mV 代入公式（4-3-9）计算得0 ,60EmVETETE76.02336.4240.620)0 ,60()60,()0 ,(再反查镍铬镍硅热电偶分度表，与此热电势=23.076mV 对应的温度在 557和0 ,TE558中间即 557.5。这个温度值才是实际的温度值，因此此时仪表显示的温度误差为-_500-557.5=-57.5。 如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在 20，此时仪表所加的电压将变为，将前面计算得的=23.070mV 和查表得到的=0.798mV 代人公式)20,(TE0

37、 ,TE0 ,20E（4-3-9）计算得mVETETE78.22298.70076.23)0 ,20()0 ,()20,(再反查镍铬镍硅热电偶分度表可知，此电压加到仪表上，仪表显示温度将是与对应的温度值，应当在 538 与 539中间约 538.4，而此时的实际mVTE278.22)0 ,(温度依然是 557.5，因此此时仪表显示的温度误差为 538.4-557.5=-19.1。 通过以上计算对比可见，冷端温度降低时，显示仪表的指示温度值更接近实际温度值。4-17 答：基于光电效应原理工作的光电转换元件称为光电器件或光敏元件。光电效应 一般分为外光电效应、光导效应和光生伏特效应，相对应的光电器

38、件也有以下三种类型： 、光电发射型光电器件，有光电管（符号见图 4-2）和光电倍增管（符号见图 4- 4（b） ） ；、光导型光电器件，有光敏电阻（符号见图 4-6） ，、光伏型光电器 件，有光电池（符号见图 4-12） 。 4-18 答：有种常见形式。、透射式，可用于测量液体、气体和固体的透明度和混 浊度；、反射式，可用于测量表面粗糙度等参数；、辐射式，可用于光电高温计和炉 子燃烧监视装置；、遮挡式，可用于测量物体面积、尺寸和位移等参量；、开关式， 可用于开关，如光电继电器；计数，将光脉冲转换为电脉冲进行产品计数或是测量转 速等；编码，利用不同的码反映不同的参数。 4-19 答：光电器件输出

39、的光电流与入射光波长的关系 I=F()为光谱特性。在同样的 电压和同样幅值的光强度下，当以不同的正弦交变频率调制时，光电器件输出的光电流 I 或灵敏度 S 与入射光强度变化频率 f 的关系 I=F1(f)或 S=F2(f)称为频率特性。 光谱特性对选择光电器件和辐射能源有重要意义。当光电器件的光谱特性与光源辐射 能量的光谱分布协调一致时，光电传感器的性能较好，效率较高。在检测时，光电器件的 最佳灵敏度最好在需要测量的波长处。 选用光电元件时，应考虑其频率特性是否能适应于入射光强度变化的情况。也就是说， 光电元件的频率响应特性的上限频率应远高于入射光强度变化的频率。4-20 答：将题 3-9 图

40、的电冰箱温控电路这样改装：热敏电阻改为光敏电阻，并与GR串联电阻互换位置，压缩机改为路灯。5R4-21 答：由公式(4-5-13)可见，增大（或减少）霍尔片控制电流可增大（或减少）霍 尔式钳形电流表的灵敏度；图 4-5-7 中被测电流导线如果在硅钢片圆环上绕几圈，电流表 灵敏度便会增大几倍。用这种办法可成倍地改变霍尔式钳形电流表的灵敏度和量程。4-224-22 解：解：输出的霍尔电势为：）（mVIBKUHH6 . 63 . 0100 . 1223由neRdRKHH H1，可得载流子浓度为：320 319/1084. 2101106 . 12211medKnH-_4-23 答：如图 4-5-9

41、所示，由于工艺上的原因，很难保证霍尔电极、装配在同一 等位面上,这时即使不加外磁场，只通以额定激励电流 I，在两电极间也有电压 U0输出， 这就是不等位电压。U0的数值是由、两截面之间的电阻 R0决定的，即 U0=IR。此外霍 尔元件电阻率不均匀或厚度不均匀也会产生不等位电压。 不等位电压是霍尔传感器的一个主要的零位误差，其数值甚至会超过霍尔电压，所以 必须从工艺上设法减小，并采用电路补偿措施。补偿的基本思想是把矩形霍尔元件等效为 一个四臂电桥，如图 4-5-所示。不等位电压相当于该电桥在不满足理想条件 R1=R2=R3=R4情况下的不平衡输出电压。因而一切使桥路平衡的方法均可作为不等位电压的

42、 补偿措施。图 4-5-所示为三种补偿方案，图(a)是在阻值较大的臂上并联电阻，图(b) (c)是在两个臂上同时并联电阻，显然方案(c)调整比较方便。 4-24 答：不能。因为热敏电阻 Rt具有负温度系数，在图 4-5-13(a)中，当温度升高时，Rt减小，流过霍尔元件的控制电流增大，从而使霍尔元件输出电压增大，HIBIKUHHH这就可补偿负温度系数的随温度升高而减小的作用。如果把图 4-5-13(a)中热敏电阻HK换成金属电阻丝，因为金属电阻丝具有正温度系数，当温度升高时，金属电阻丝电阻增大，流过霍尔元件的控制电流减小，从而使霍尔元件输出电压也减小，这只HIBIKUHHH能补偿正温度系数的使

43、随温度升高而增加的作用，不能补偿负温度系数的使HKHUHK随温度升高而减小的作用。如果图 4-5-13(b)中金属电阻丝换成热敏电阻 Rt，当温度HU升高时，Rt减小，流过 Rt电流增大，流过霍尔元件的控制电流减小，从而使霍尔元件HI输出电压减小，这也只能补偿正温度系数的使随温度升高而增加的BIKUHHHHKHU作用，不能补偿负温度系数的使随温度升高而减小的作用。HKHU5-1 答：相同点：磁敏二极管和磁敏三极管都是 PN 结型的磁敏元件，都有本征区 I， 本征区 I 的长度较长，其一个侧面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的表面处容易使电子 空穴对复合而消失，称为 r(recombination)

44、面(或 r 区)， 不同点：磁敏二极管的结构是在高阻半导体芯片(本征型)I 两端，分别制作 P、N 两个 电极，形成 P-I-N 结。当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空 穴从 P 区通过 I 区进入 N 区，同时也有大量电子注入 P 区，形成电流。当磁敏二极管受到 外界磁场 H+(正向磁场)作用时，电子和空穴受到洛伦兹力的作用而向 r 区偏转，由于 r 区 的电子和空穴复合消失速度比光滑面 I 区快，因此形成的电流因复合速度快而减小。当磁 敏二极管受到外界磁场 H-(反向磁场)作用时，电子空穴对受到洛伦兹力作用向光滑面偏 转，电子空穴的复合率明显减小，因而形成的电流变大

45、。磁敏二极管反向偏置时，仅流 过很微小电流，几乎与磁场无关。 磁敏三极管的结构是在弱 P 型近本征半导体（本征区 I）上，用合金法或扩散法形成 三个结，即发射结、基极结、集电结。当磁敏三极管未受到磁场作用时，基极电流大于集 电极电流，使 =Ic/IbW） ，光电元件的输出电压变化一个周期，光栅辩向电路产 生一个脉冲计数，采用电子细分技术后，主光栅移动一个光栅栅距 W，细分电路将产生 m 个计数脉冲，光栅的分辨率即一个脉冲计数代表的位移就从 W 变成 W/m。光栅的栅距一般 为 0.010.1mm，电子细分数在 1260 甚至更多，因此光栅传感器能测量很微小的位移。 光栅传感器中有两个相距四分之一莫尔条纹间距的光电元件，这两个光电元件的输出 信号 u1和 u2的相位差正好等于 /2。当位移反方向时，正向位移时原来相位超前的那个 光电元件的输出信号的相位，就从相对超前变为相对迟后，这就会使相关的辨向电路控制 计数器从脉冲加计数变成脉冲减计数，因此计数器的计数结果反映位移正负两抵后的净位 移。6-3 答：长光栅所允许的移动速度受光敏二极管响应时间的限制VVW故smsmWV/2010501063 6-4 解：解：六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为：。rad098. 06 . 523606 码盘