傳感器期末考試試卷答案1

一、填空題

1、傳感器通常由直接響應(yīng)于被測(cè)量的—敏感元件—、產(chǎn)生可用信號(hào)輸出的

轉(zhuǎn)換元件、以及相應(yīng)的信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路組成。

2、金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)是指—金屬材料在受到外力作用時(shí)，產(chǎn)生機(jī)械變形，

導(dǎo)致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象—叫金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。

3、半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)是一半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生

明顯變化這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。

4、金屬絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片比較其相同點(diǎn)是—它們都是在外界力作用下產(chǎn)

生機(jī)械變形從而導(dǎo)致材料的電阻發(fā)生變化。

5、金屬絲應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片比較其不同點(diǎn)是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)以

機(jī)械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相?duì)變化為輔；而半導(dǎo)體材料則正好相反，其應(yīng)變

效應(yīng)以機(jī)械形變導(dǎo)致的電阻率的相對(duì)變化為主，而機(jī)械形變?yōu)檩o。

6、金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)是指—金屬應(yīng)變片單位應(yīng)變引起的應(yīng)變片電阻的

相對(duì)變化叫金屬應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。

7、固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱—壓阻效應(yīng)。

8、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。

9、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為—電阻變化的傳感器。

10、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由

在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成,彈性元件用來(lái)感知應(yīng)變，電阻

敏感元件用來(lái)將應(yīng)變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

11、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由

在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來(lái)感知應(yīng)變，電阻敏

感元件用來(lái)將應(yīng)變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

12、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由

在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來(lái)感知應(yīng)變，電阻敏感元

件用來(lái)將應(yīng)變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

13、應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由

在彈性元件上粘貼電阻敏感元件構(gòu)成，彈性元件用來(lái)感知應(yīng)變，電阻敏感元件用

來(lái)將應(yīng)變的轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

14、要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化精確地測(cè)量出來(lái)，需采用特別設(shè)計(jì)的測(cè)量

電路，通常采用電橋電路。

15、電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為—電容—的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物

理量的測(cè)量。

16、變極距型電容傳感器做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)后，靈敏度提高原來(lái)的2倍。

17、電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要有測(cè)量范圍大、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、機(jī)械

損失小、一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單—、適應(yīng)性強(qiáng)。

18、電容式傳感器主要缺點(diǎn)有寄生電容影響較大、當(dāng)電容式傳感器用于變

間隙原理進(jìn)行測(cè)量時(shí)具有非線性輸出特性。

19、電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的一種傳感器。

20、電感式傳感器可以把輸入的物理量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)或線圈的互感

系數(shù)的變化，并通過(guò)測(cè)量電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電量的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量的測(cè)

量。

21、電感式傳感器可以把輸入的物理量轉(zhuǎn)換為線圈的自感系數(shù)或線圈的互感系

數(shù)的變化,并通過(guò)測(cè)量電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電量的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量的測(cè)

feHo

22、電渦流傳感器可用于位移測(cè)量、振幅測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量和無(wú)損探傷。

23、電渦流傳感器可用于位移測(cè)量、振幅測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量和無(wú)損探傷。

24、電渦流傳感器可用于位移測(cè)量、振幅測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量和無(wú)損探傷。

25、電渦流傳感器可用于位移測(cè)量、振幅測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量和無(wú)損探傷。

26、電渦流傳感器從測(cè)量原理來(lái)分，可以分為高頻掃射式和低頻透射式兩大

類。

27、電感式傳感器可以分為自感式、互感式、渦流式三大類。

28、壓電式傳感器可等效為一個(gè)電荷源和一個(gè)電容并聯(lián),也可等效為一個(gè)與

電容相串聯(lián)的電壓源。

29、壓電式傳感器是?種典型的自發(fā)電型傳感器（或發(fā)電型傳感器），其以某些

電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ),來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量檢測(cè)的目的。

30、某些電介質(zhì)當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r(shí)內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的

表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為

極化效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場(chǎng)時(shí)電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱電致

伸縮效應(yīng)。

31、壓電式電壓放大器特點(diǎn)是把壓電器件的高輸出阻抗變換為傳感器的低輸出阻

抗，并保持輸出電壓與輸入電壓成正比。

32、電荷放大器的特點(diǎn)是能把壓電器件的高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的

電壓源，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電壓成正比,且其靈敏度

不受電纜變化的影響。

33、熱電動(dòng)勢(shì)來(lái)源于兩個(gè)方面，一部分由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)構(gòu)成,另一部

分是單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。

34、補(bǔ)償導(dǎo)線法常用作熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償，它的理論依據(jù)是中間溫度定

律。

35、常用的熱電式傳感元件有熱電偶和熱敏電阻。

36、熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的測(cè)溫元件，熱電阻和熱敏電阻是將溫度轉(zhuǎn)

換為電阻變化的測(cè)溫元件。

37、熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的測(cè)溫元件,熱電阻和熱敏電阻是將溫

度轉(zhuǎn)換為電阻變化的測(cè)溫元件。

38、熱電阻最常用的材料是」L和銅，工業(yè)上被廣泛用來(lái)測(cè)量中低溫區(qū)的溫度，

在測(cè)量溫度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，銅熱電阻得到了廣泛應(yīng)用。

39、熱電阻引線方式有三種，其中三線制適用于工業(yè)測(cè)量,一般精度要求場(chǎng)

合；二線制適用于引線不長(zhǎng)，精度要求較低的場(chǎng)合；四線制適用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量,

精度要求高的場(chǎng)合。

40、霍爾效應(yīng)是指—在垂直于電流方向加上磁場(chǎng)，由于載流子受洛侖茲力的作

用，則在平行于電流和磁場(chǎng)的兩端平面內(nèi)分別出現(xiàn)正負(fù)電荷的堆積，從而使這兩

個(gè)端面出現(xiàn)電勢(shì)差

—的現(xiàn)象。

41、制作霍爾元件應(yīng)采用的材料是半導(dǎo)體材料，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料能使截流子

的遷移率與電阻率的乘積最大，而使兩個(gè)端面出現(xiàn)電勢(shì)差最大。

42、應(yīng)該根據(jù)元件的—輸入電阻—、輸出電阻、靈敏度等合理地選擇霍爾元

件的尺寸。

43、按照工作原理的不同，可將光電式傳感器分為光電效應(yīng)傳感器、紅外熱

釋電傳感器、固體圖像傳感器和光纖傳感器。

44、按照測(cè)量光路組成，光電式傳感器可以分為透射式、反射式、輻射式和

開(kāi)關(guān)式光電傳感器。

45、光電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。

46、用石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產(chǎn)生的—電荷—與作用在晶面

上的壓強(qiáng)成正比，而與晶片幾何尺寸和面積無(wú)關(guān)。

47、把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù)—變壓器

的基本原理制成的，其次級(jí)繞組都用—同名端反向形式連接，所以又叫差

動(dòng)變壓器式傳感器。

48.電阻應(yīng)變片是將被測(cè)試件上的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的傳感元件。

49.影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)Ko的主要因素是導(dǎo)電材料兒何尺寸的變化。

50、傳感器的基本特性通常指的是傳感器的輸入和輸出之間的關(guān)

系特性。

51、在傳感器領(lǐng)域，應(yīng)用比較廣泛的基本電量傳感器有電阻式傳感器、

電容式傳感器、電感式傳感器和電渦流式傳感器。

52、物質(zhì)的光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光

生伏打效應(yīng)三類。

53、壓電式傳感器的工作原理是以晶體的壓電效應(yīng)為理論依據(jù)。

54、電阻應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。

55、.傳感器的動(dòng)態(tài)特性包括瞬態(tài)響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。

56、霍爾電勢(shì)與半導(dǎo)體薄片的厚度成—正比。

57、溫度傳感器主要用來(lái)檢測(cè)物體的—溫度o

58、傳感器是由敏感元件與轉(zhuǎn)換元件組成的。

59、紅外測(cè)溫儀是利用熱輻射體在—紅外波段的輻射通量來(lái)測(cè)量溫

度的。

60、霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)—原理將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為電勢(shì)的傳感器。

61、壓電傳感器的工作原理是以晶體的壓電效應(yīng)為理論依據(jù)。

62、熱電偶屬于_____溫度傳感器，常用來(lái)測(cè)量物體的溫度。

63、電磁波譜中紫光攜帶的能量比紅光攜帶的能量要大或多—。

64、光纖按其傳輸模式多少分為單模光纖和多模光纖。

65、濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外，對(duì)溫度亦十分敏感。

66、熱敏電阻按溫度系數(shù)可分為PTC（或正溫度系數(shù)型）、NTC

或負(fù)溫度系數(shù)型以及在某一溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻器CTR

的傳感器。

67、霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的傳感

器。

68、彈性滯后和彈性后效及蠕變是彈性敏感元件的兩個(gè)基本特性。

69、金屬應(yīng)變片的彎曲半徑越大，其橫向效應(yīng)也越大。

70、固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為固體的壓阻效應(yīng)。

71、熱電阻傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類。

72、光纖模式指的是光波沿光纖傳播的途徑和方式。

73、光敏二極管是一種利用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件。

75、電感式傳感器以電和磁為媒介，利用磁場(chǎng)變換引起線圈的

自感量或者互感量的變化，把非電量轉(zhuǎn)換為電量的裝置。

76、熱電偶回路產(chǎn)生的電勢(shì)由接觸電勢(shì)傳和溫差電勢(shì)兩部分組成。

77、光電管是利用外光電效應(yīng)制成的光電元件。

78、應(yīng)變片的敏感元件是敏感柵o

79、壓電式傳感器的工作原理是以晶體的壓電效應(yīng)為理論基礎(chǔ)。

80、磁敏二極管是利用磁阻效應(yīng)進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的。

81、熱敏電阻利用半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。

82、光電效應(yīng)通常分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。

83、金屬應(yīng)變片的工作原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)□

84、霍爾傳感器的誤差主要包括零位誤差和溫度誤差_____________o

85、傳感器的頻率響應(yīng)特性通常由幅頻特性和相頻特性組成。

86、壓電式傳感器的工作原理是以晶體的壓電效應(yīng)為理論依據(jù)。

87、紅外傳感器按工作原理可分為_(kāi)____量子型及熱型兩類。

88、常用的基本電量傳感器包括電阻式、電感式和電容式傳感器。

89、傳感器按能量變換關(guān)系分為有—源型和無(wú)源型。

90、光電池是基于光生伏打效應(yīng)。

91、傳感器的核心部分是轉(zhuǎn)換元件；

四、簡(jiǎn)答題（4題，共18分）

301、試述傳感器的定義、共性及組成。

答：①傳感器的定義：能感受被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件

或裝置；②傳感器的共性：利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非

電量（如位移、速度、加速度、力等）轉(zhuǎn)換為電量（電壓、電流、電容、電阻等）；

③傳感器的組成：傳感器主要由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

302、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性?簡(jiǎn)述在什么條件下只研究靜態(tài)特性就能

夠滿足通常的需要。

答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸

出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。

傳感器的靜態(tài)特性是指它在穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)）信號(hào)作用下的輸入一輸出關(guān)系。

靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、輸出關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。

當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)只研究靜態(tài)特性就能夠滿足通常的需要。

304、什么叫應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。

答：材料的電阻變化是由尺寸變化引起的，稱為應(yīng)變效應(yīng)。

應(yīng)變式傳感器的基本工作原理：當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、

力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連

的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。

輸出的電量大小反映了被測(cè)物理量的大小。

306、在傳感器測(cè)量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場(chǎng)

合?用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？

答：直流電橋適合供電電源是直流電的場(chǎng)合，交流電橋適合供電電源是交流的場(chǎng)

合。半橋電路比單橋電路靈敏度提高一倍，全橋電路比單橋電路靈敏度提高4

倍，且二者均無(wú)非線性誤差。

311、根據(jù)電容式傳感器工作原理，可將其分為幾種類型?每種類型各有什么特點(diǎn)?

各適用于什么場(chǎng)合？

答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3種：變極板間距的變極距型、

變極板覆蓋面積的變面積型和變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型。

變極板間距型電容式傳感器的特點(diǎn)是電容量與極板間距成反比，適合測(cè)量位移

且

里.O

變極板覆蓋面積型電容傳感器的特點(diǎn)是電容量與面積改變量成正比，適合測(cè)量線

位移和角位移。

變介質(zhì)型電容傳感器的特點(diǎn)是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，通過(guò)改變

介質(zhì)的介電常數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的檢測(cè)，并通過(guò)電容式傳感器的電容量的變化反映

出來(lái)。適合于介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變的場(chǎng)合。

316、何謂電渦流效應(yīng)?怎樣利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量？

答：：電渦流效應(yīng)指的是這樣一種現(xiàn)象：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀金屬導(dǎo)

體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的磁通將發(fā)生變

化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電流，并形成閉合曲線，狀似水

中的渦流，通常稱為電渦流。

利用電渦流效應(yīng)測(cè)量位移時(shí)，可使被測(cè)物的電阻率、磁導(dǎo)率、線圈與被測(cè)物的尺

寸因子、線圈中激磁電流的頻率保持不變，而只改變線圈與導(dǎo)體間的距離，這樣

測(cè)出的傳感器線圈的阻抗變化，可以反應(yīng)被測(cè)物位移的變化。

317、試比較自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同。

答：（1）不同點(diǎn)：

1）自感式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；

2）差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。

⑵相同點(diǎn)：兩者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、氣隙截面型和螺管

型。

323、什么是正壓電效應(yīng)?什么是逆壓電效應(yīng)?什么是縱向壓電效應(yīng)?什么是橫向壓

電效應(yīng)？

答：正壓電效應(yīng)就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)

生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。

當(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振

動(dòng)，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效

應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。

沿石英晶體的x軸（電軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為"縱向壓電效應(yīng)”。沿

石英晶體的y軸（機(jī)械軸）方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為"橫向壓電效應(yīng)"。

331、簡(jiǎn)述熱電偶的幾個(gè)重要定律，并分別說(shuō)明其實(shí)用價(jià)值。

答：1、中間導(dǎo)體定律；2、標(biāo)準(zhǔn)電極定律；3、連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律

實(shí)用價(jià)值：略。

332、熱電偶測(cè)溫時(shí)，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？常用的補(bǔ)償方法有哪些？

答（1）因?yàn)闊犭娕嫉臒犭妱?shì)只有當(dāng)冷端的溫度恒定時(shí)才是溫度的單值函數(shù)，而

熱電偶的標(biāo)定時(shí)是在冷端溫度特定的溫度下進(jìn)行的，為了使熱電勢(shì)能反映所測(cè)量

的真實(shí)溫度，所以要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

（2）A：補(bǔ)償導(dǎo)線法B：冷端溫度計(jì)算校正法C：冰浴法D：補(bǔ)償電橋法。

333、試說(shuō)明如圖所示的熱電偶三線制測(cè)溫時(shí)，是如何消

除連接導(dǎo)線電阻r帶來(lái)的測(cè)溫誤差的。

答：當(dāng)電橋平衡時(shí)，可寫(xiě)出下列關(guān)系式，即

（R,+r）/?2=（凡+r）R

由此可以得出R_R?Rj

RI~~RT+

設(shè)計(jì)電橋時(shí)如滿足RI=R2則圖中右邊含有r的項(xiàng)完全消去，這種第333題圖

情況下連線阻r對(duì)橋路平衡毫無(wú)影響，即可以消除熱電阻測(cè)量過(guò)程中r的影響。

但必須注意，只有在對(duì)稱電橋（R|=R2的電橋），且只有在平衡狀態(tài)下才如此。

335、熱電阻傳感器主要分為哪兩種類型?它們分別應(yīng)用在什么場(chǎng)合？

答:⑴伯電阻傳感器：特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫

度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中。止匕外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)

的傳遞，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。

（2）銅電阻傳感器：價(jià)錢較鉛金屬便宜。在測(cè)溫范圍比較小的情況下，有很好的

穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易提純，價(jià)

格便宜。不足之處是測(cè)量精度較鉛電阻稍低、電阻率小。

336、要用熱電偶來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)的平均溫度，若分別用并聯(lián)和串聯(lián)的方式，請(qǐng)簡(jiǎn)述

其原理，指出這兩種方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?

答:在并聯(lián)方式中，伏特表得到的電動(dòng)勢(shì)為2個(gè)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的平均電動(dòng)勢(shì),

即它已經(jīng)自動(dòng)得到了2個(gè)熱電動(dòng)勢(shì)的平均值，查表即可得到兩點(diǎn)的平均溫度。該

方法的優(yōu)點(diǎn)：快速、高效、自動(dòng)，誤差小，精度高。缺點(diǎn)：當(dāng)其中有一個(gè)熱電偶

損壞后，不易立即發(fā)現(xiàn)，且測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)實(shí)際上只是某一個(gè)熱電偶的。

在串聯(lián)方式中，伏特表得到的電動(dòng)勢(shì)為環(huán)路中2個(gè)熱電偶的總熱電動(dòng)勢(shì)，還

要經(jīng)過(guò)算術(shù)運(yùn)算求平均值，再查表得到兩點(diǎn)的平均溫度。該方法的優(yōu)點(diǎn):當(dāng)其中

有一個(gè)熱電偶損壞后，可以立即發(fā)現(xiàn)；可獲得較大的熱電動(dòng)勢(shì)并提高靈敏度。

缺點(diǎn)：過(guò)程較復(fù)雜，時(shí)效性低，在計(jì)算中，易引入誤差，精度不高。

339、什么是光電效應(yīng)和光電器件?常用的光電器件有哪兒大類？

答：所謂光電效應(yīng)，是指物體吸收了具有一定能量的光子后所產(chǎn)生的電效應(yīng)。根

據(jù)光電效應(yīng)原理工作的光電轉(zhuǎn)換器件稱為光電器件。

常用的光電器件主要有外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件兩大類。

340、試解釋外光電效應(yīng)器件和內(nèi)光電效應(yīng)器件各自的工作基礎(chǔ)并舉例。

答：外光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)基于外光電效應(yīng)。所謂外光電效應(yīng)，是指在光線

作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象。相應(yīng)光電器件主要有光電管和光電倍增管。

內(nèi)光電效應(yīng)器件的工作基礎(chǔ)是基于內(nèi)光電效應(yīng)。所謂內(nèi)光電效應(yīng)，是指在光

線作用下，物體的導(dǎo)電性能發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，它可分為光導(dǎo)效

應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)器件主要有光敏電阻、光電池、光敏二極管和

光敏晶體管。

341、什么是光電式傳感器?光電式傳感器的基本工作原理是什么？

答：光電式傳感器（或稱光敏傳感器）。利用光電器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電

壓、電流、電阻等）的裝置。

光電式傳感器的基本工作原理是基于光電效應(yīng)的，即因光照引起物體的電學(xué)特性

而改變的現(xiàn)象。

名詞解釋：

36.熱電效應(yīng)

熱電效應(yīng)是兩種不同的導(dǎo)體組成閉合回路時(shí)（1分），若兩接點(diǎn)溫度不同1分）在該電路

中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象.（1分）

38.霍爾效應(yīng)

當(dāng)置于磁場(chǎng)中的半導(dǎo)體薄片的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)（1分），在半導(dǎo)體薄片上平

行于電流和磁場(chǎng)方向（1分）的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象.（1分）

38.光電效應(yīng)

用光照射某一物體（1分），組成該物體的材料吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)的物

理現(xiàn)象.（2分）

38.靈敏度

傳感器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)（1分）輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比.（2分）

37.內(nèi)光電效應(yīng)

光照射于某一物體匕（1分）使其導(dǎo)電能力發(fā)生變化的現(xiàn)象.（2分）

39.簡(jiǎn)述傳感器的基本組成。

傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。（2分）敏感元件是能夠完成預(yù)變換作用的器件;

（1分）轉(zhuǎn)換元件是能將感覺(jué)到的被測(cè)非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量的器件；（1分）轉(zhuǎn)換元件是

傳感器的核心部分。（1分）并不是所有的傳感器都包括敏感元件與轉(zhuǎn)換元件.（1分）

42.光纖的主要參數(shù)有哪些？

光纖的主要參數(shù)有：（1）數(shù)值孔徑它反映纖芯吸收光量的多少，是標(biāo)志光纖接受性能的

重要參數(shù)；（2分）（2）光纖模式就是光波沿光纖傳播的途徑和方式；（2分）（3）傳

播損耗是由光纖纖芯材料的吸收、散射以及光纖彎曲處的輻射損耗影響造成的.（2分）

46.在《傳感器技術(shù)》這門課程中講述了多種傳感器，其中溫度傳感器在實(shí)際應(yīng)

用中具有重要實(shí)用價(jià)值，試論述常用的溫度傳感器的異同。

答:常用的溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻和集成溫度傳感器等；（2分）它們的相同點(diǎn)是：都

是接觸式測(cè)溫方法；（1分）不同點(diǎn)是：（1）工作原理不同熱電偶依據(jù)的是熱電效應(yīng)，

熱敏電阻利用的是半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，集成溫度傳感器是利用感溫PN的電

壓電流特性與溫度的關(guān)系；（3分）（2）主要特點(diǎn)不同熱電偶具有種類多、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

感溫部小、廣泛用于高溫測(cè)量的特點(diǎn)，熱敏電阻具有種類多、精度高、感溫部較大、體

積小、響應(yīng)快、靈敏度高等特點(diǎn)，集成溫度傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性好、價(jià)格

低等特點(diǎn).（3分）

40.電渦流傳感器是如何實(shí)現(xiàn)探傷的？

使電渦流傳感器與被測(cè)體距離不變，如有裂紋出現(xiàn)，將會(huì)引起金屬的電阻率、磁導(dǎo)率的

變化。（3分）在裂紋處也可以說(shuō)有位移的變化。這些綜合參數(shù)的變化將會(huì)引起傳感器參

數(shù)的變化，（2分）通過(guò)測(cè)量傳感器參數(shù)的變化即可達(dá)到探傷的目的.（1分）

43.簡(jiǎn)述霍爾電勢(shì)的產(chǎn)生原理。

?塊半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中（磁場(chǎng)方向垂直于薄片），當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，電子受到洛侖茲

力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。（2分）結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所枳累，而前端面缺少電

子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電

子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)：（2分）當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子枳累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的

方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì).（2分）

五、計(jì)算綜合題（3題，共22分）

1、如圖為實(shí)驗(yàn)室常采用的冰浴法熱電偶冷端溫度補(bǔ)償接線圖,

（1）圖中依據(jù)了熱電偶

兩個(gè)基本定律，分

別指出并簡(jiǎn)述其內(nèi)

容；（4分）

（2）將冷端至于冰水槽

的主要原因是什

么？（2分）

（3）對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線有何要求？（2分）

答案：

（1）中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，只要接入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則

對(duì)回路的總的熱電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有影響。中間溫度定律：熱電偶AB的熱電勢(shì)僅

取決于熱電偶的材料和兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度，而與溫度沿?zé)犭姌O的分布以及熱

電極的參數(shù)和形狀無(wú)關(guān)。

（2）熱電偶分度表以0攝氏度為基準(zhǔn)；

（3）與導(dǎo)體材料A、B有相同熱電特性

（不同型號(hào)的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同；連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)

極，使其分別與熱電偶的正負(fù)極一一對(duì)應(yīng)；補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出

（0~100℃）,否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。）

374、采用四片相同的金屬絲應(yīng)變片（K=2）,將其貼在實(shí)心圓柱形測(cè)力

彈性元件上。如圖（a）所示，力F=1000kg。圓柱斷面半徑r=lcm,1及?

楊氏模量E=2X10%/cm2,泊松比日=0.3o求（1）畫(huà)出應(yīng)變片在］\后葉不;1

圓柱上貼粘位置及相應(yīng)測(cè)量橋路原理圖；（2）各應(yīng)變片的應(yīng)變￡|

=?電阻相對(duì)變化量△R/R=?12口=，4

解：（1）按題意采用四個(gè)相同應(yīng)變片測(cè)力彈性元件，貼的位置如匚二二二

圖374（a）所示。

F

R1、上沿軸向受力F作用下產(chǎn)生正應(yīng)變

計(jì)算題374題圖

￡,>0,E3>0；

兄、R,沿圓周方向貼則產(chǎn)生負(fù)應(yīng)變

￡2V0,￡V0o

四個(gè)應(yīng)變電阻接入橋路位置入圖(b)所示。從而組成全橋測(cè)量電路可以提高輸

出電壓靈敏度。

(2)￡,=￡3=O/E=F/(SE)=1000X9.8/(2X3.14X12X2

X107)=1.56X10-4=156gs(U°

1=￡.1=-piF/SE=-0.3X1.56X104

=-0.47X1()T=-47pis------|i——

(b)

△R/RI=4R3/R3=L￡=2X1.56X10

=3.12X10-4

4-4

△R2/R2=ARyRi=-k2e=-2X0.47X10-=-0.94X10

376、采用四個(gè)性能完全相同的電阻應(yīng)變片（靈敏度系數(shù)為K）,將其貼在薄壁圓

筒式壓力傳感元件外表圓周方向，彈性元件周圍方向應(yīng)變，

(2-jn)d

2(D-d)EP

式中，P為待測(cè)壓力，口泊松比，E楊式模量，d為

筒內(nèi)徑，D為筒外徑?，F(xiàn)采用直流電橋電路，供電

橋電壓U。

要求滿足如下條件：

（1）該壓力傳感器有溫度補(bǔ)償作用；

（2）橋路輸出電壓靈敏度最高。

試畫(huà)出應(yīng)變片粘貼位置和相應(yīng)橋路原理圖并寫(xiě)出

橋路輸出電壓表達(dá)式。計(jì)算題376題圖

解：按題意要求圓周方向貼四片相同應(yīng)變片如果組成等臂全橋電路。當(dāng)四片全感

受應(yīng)變時(shí)，橋路輸出信號(hào)為零。故在此種情況下，要求有補(bǔ)償環(huán)境溫度變化的功

能，同時(shí)橋路輸出電壓還要足夠大，應(yīng)采取參比測(cè)量方式即兩片Ri、R3貼在有

應(yīng)變的圓筒壁上做敏感元件，而另兩貼片R2、R4在不感受應(yīng)變的圓筒外壁上作

為補(bǔ)溫元件，如圖（a）所示。

然后再將四個(gè)應(yīng)變片電阻接入圖（b）橋臂位置上。此時(shí)被測(cè)壓力變化時(shí)，R、

R：、隨筒壁感受正應(yīng)變量￡,>0,￡3>0o并且￡,=s3；乩和兄所處位置筒壁不產(chǎn)

生應(yīng)變，故￡2=￡（=0o橋路電壓U。只與敏感元件R、R,有關(guān),

故把R和R,放在橋壁上，可獲得較高的電壓靈敏度。則輸出信

號(hào)電壓Uo為

=1(小I端)U二貽+￡3)U3Q一加pu

4R1/?3422(D-d)E

(b)

另方面Rz、Ri放于橋臂上與Ri、Rs組成的全橋測(cè)量電路，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)產(chǎn)生

的電阻變化量均相同，故對(duì)環(huán)境溫度變化有補(bǔ)償作用，使

組—為+也—必=。

L

4&R2R3&

44.已知某廠生產(chǎn)的線性繞線電位器參數(shù)為：導(dǎo)線的電阻率

P=3.14X10-3Qm,導(dǎo)線橫截面積S=3.14Xl（y6m2,繞線節(jié)

距t=lmm,電位器骨架的高h(yuǎn)=50mm,寬b=30mm,試求

（1）該電位器的電阻靈敏度KR;

（2）若通過(guò)導(dǎo)線的電流為I=3A,求其電壓靈敏度K“。

解：由線性線繞電位器傳感器電阻靈敏度和電壓靈敏度的定義知，（1分）

W+W+（i

Rst"st

將已知數(shù)據(jù)代入上式得，

2x3.14x107（30’3爐）“6x10,（。的"分）

S.UxlO^xlxlO_3

K“=1.6x104x3=4.8x104（V/m）（1分）

45.已知某霍爾傳感器的激勵(lì)電流I=3A,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5X10-3T,導(dǎo)體薄

片的厚度d=2mm,霍爾常數(shù)RH=0.5,試求薄片導(dǎo)體產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)UH的大小。

解

由霍爾效應(yīng)原理實(shí)驗(yàn)知，力=跖?電（3分）

d

將已知數(shù)據(jù)代入上式得，

3X5X1（

UH=0,5XJ=3.75（V）（3分）

“2x10-3

eAB（kl）

閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成:

/\4)=,AB(0二?AB(，0)卜&(〃0)[為(14)

CA(t,to)IIABjeB(t?to)

I，下標(biāo)A表示正電極，B表示負(fù)電極，由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)

\J小很多，常常把它忽略不計(jì)，這樣熱電偶的電勢(shì)可表示為：

Y%(")=%。)--魚(yú))(D

eAB(t)---------------------------------------------------------

注意：如果下標(biāo)次序改為％,則熱電勢(shì)e前面的符號(hào)也應(yīng)相應(yīng)改變，即為?)=—%?

式(i)就是熱電偶測(cè)溫的基本公式。當(dāng)冷端溫度辦一定時(shí)，對(duì)于確定的熱電偶來(lái)說(shuō)，3為

常數(shù)，因此，其總熱電勢(shì)““就與溫度硬單值函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，和熱電偶的長(zhǎng)短、直徑無(wú)

關(guān)。只要測(cè)量出熱電勢(shì)大小，就能判斷被測(cè)溫度的高低，這就是熱電偶的溫度測(cè)量原理。

重要結(jié)論：

L如果組成熱電偶的兩種電極材料相同，則無(wú)論熱電偶冷、熱兩端的溫度如何，閉合

回路中的總熱電勢(shì)為零；

2.如果熱電偶冷、熱兩端的溫度相同，則無(wú)論兩電極材料如何，閉合回路中的總熱電

勢(shì)也為零

3.熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了冷、熱兩端的溫度有關(guān)之外，還與電極材料有關(guān)，也就是

說(shuō)由不同電極材料制成的熱電偶在相同的溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。

間導(dǎo)體定律和熱電勢(shì)的測(cè)量

熱電偶的輸出信號(hào)是毫伏信號(hào)，毫伏信號(hào)的大小不僅與冷、熱兩端的溫度有關(guān)，還和熱電偶

的電極材料有關(guān)，理論上任何兩種不同導(dǎo)體都可以組成熱電偶，都會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。

但如何來(lái)檢測(cè)熱電偶產(chǎn)生的毫伏信號(hào)呢？

因?yàn)橐獪y(cè)量毫伏信號(hào)，必須在熱電偶回路中串接毫伏信號(hào)的檢測(cè)儀表，那串接的檢測(cè)儀表是

否會(huì)產(chǎn)生額外的熱電勢(shì)，對(duì)熱電偶回路產(chǎn)生影響呢？

答：不會(huì)產(chǎn)生影響的。

例：求熱電偶回路

的電勢(shì)。r于是可得E.iscQ，%)=《.。)一弓。。。)=E,4s(r,%)

已知：

eAB（240）=9.747m同理還可以證明，在熱電偶中接入第四種、第五種……導(dǎo)

V,/)至伏計(jì)休以后,只要接入導(dǎo)體的兩端溫度相同,接入的導(dǎo)體對(duì)原

熱電偶回路中的熱電勢(shì)均沒(méi)有影響。

e.AB（50）=2.023mV

根據(jù)這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接

9

導(dǎo)線，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行

eAC（50）=3?048mV

測(cè)量而不影響熱電偶的輸出。

，^AC（10）

=0.591mVo

解一：E=eAB（240）+eBc（50）+ecA（10），

而e.AB（50）+eBc（50）+ecA（50）=0

E=eAB（240）+eCA（10）-eAB（50）-eCA（50）=10.181mV

解二：利用中間導(dǎo)體定律

E=eAB（240）+ejjA（50）+eAc（50）+ecA（10）

=eAB（240）+eCA（10）-eAB（50）-eCA（50）=10.181mV0

如果熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的

熱電勢(shì)相等，即當(dāng)寅八外二疑。0，％）,則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)是可以相互替換

的，這就是所謂的熱電偶等值替代定律。

例如左圖，設(shè)鳥(niǎo),證明該回路的總熱電勢(shì)為

恒溫環(huán)境

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)償導(dǎo)線

二亳伏計(jì)

C

D0

B冷端的延伸

熱電偶L/

被測(cè)設(shè)備y

某熱電偶，熱端溫度為t,冷端溫度為tc，顯然冷端溫度難以實(shí)現(xiàn)恒定，怎么辦？

可以把熱電偶做得很長(zhǎng)，一直到控制里.把途壁蚪伸到控制室，變?yōu)閠o,恒定to比較容易

此時(shí)，測(cè)得的熱電勢(shì)為%（認(rèn)）+/&，，0）=%（』八）

但熱電偶一般為（較）貴重的金屬，采用如圖所示的延伸方式將需要大量的貴金屬材料，不妥。

如果選用一組較廉價(jià)的材料（c、D）,且CD在一定溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱電偶AB在同

一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)相等，就可以用CD來(lái)替代ABM延伸段。

+ECDC，，O）=心￡'，%）

CD即為熱電偶AB的補(bǔ)償導(dǎo)線，通常CD采用比熱電偶電極材料更廉價(jià)的兩種金屬材料做成，-

般在0?100匕范圍內(nèi)要求補(bǔ)償導(dǎo)線要與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕季哂袔缀跬耆嗤臒犭娦再|(zhì)。

在選擇和使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要和熱電偶的型號(hào)相匹配，注意極性不能接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)

線連接處的溫度一般不能高于100匕。

熱電偶的電極材料在被測(cè)溫度范圍內(nèi)應(yīng)滿足：

熱電性質(zhì)穩(wěn)定、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大、熱電勢(shì)與溫度盡可能成

線性對(duì)應(yīng)關(guān)系、具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、復(fù)制性和互換性好等要求。

例用K型熱電偶來(lái)測(cè)量溫度，在冷端溫度為%=2式時(shí)，測(cè)得熱電勢(shì)為22.9mV,

求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。

解1：根據(jù)題意有E&25）=22.9刑V由K型熱電偶的分度表查出￡^（25:0）=l.OOO^r

因此有

￡K(t,0)=EK(J,25)+EK(25:0)=22.9mV+l.OOOmV=23.9mV

反查分度表有』7。+懿奇急*】。=5764。。

——然電偶冷型溫度的處理

4?…田______&拆開(kāi)冷端，串入“毫伏計(jì)”，可以測(cè)量熱電勢(shì)，而不

中間導(dǎo)體7E律影響總的熱電勢(shì)

等值替代定律利用補(bǔ)償導(dǎo)線來(lái)延伸冷端，是把熱電偶的冷端從溫度較高

?和不穩(wěn)定的現(xiàn)場(chǎng)延伸到溫度較低和比較趨定的操作室內(nèi)

由于操作室內(nèi)的溫度往往高于0℃,而且也是不恒定的（即使有空調(diào)也是不恒定的），這時(shí),

熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)必然會(huì)隨冷端溫度的變化而變。因此，在應(yīng)用熱電偶時(shí)，只有把冷端溫

度保持為0℃,或者進(jìn)行必要的修正和處理才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，對(duì)熱電偶冷端溫度的

處理稱為冷端溫度補(bǔ)償。目前，熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法：冰浴法

計(jì)算修正法電橋補(bǔ)償法

電樗補(bǔ)償法是儀表中最常用的一種處理方法，它利

用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來(lái)補(bǔ)償熱電相

因冷端溫度的變化而引起熱電勢(shì)的變化Eg

如圖，電橋由R1、電、R3（均為鐳銅電阻）和心（熱

敏銅電阻）組成。

在設(shè)計(jì)的冷端溫度（例如%=09）時(shí)，滿足RI=R2,

口3=%4，這時(shí)電橋平衡，無(wú)電壓輸tB,即I'K,回

路中的輸出電勢(shì)就是熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)

當(dāng)冷端溫度由t°變化到t%時(shí)，不妨設(shè)t%>t0,熱電偶輸出的熱電勢(shì)減小，但電橋中心隨

溫度的上升而增大，于是電橋兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡電壓Uab（t，°）

此時(shí)回路中輸出的熱電勢(shì)為：EQ,4）+%&）

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，可使電橋的不平衡電壓等于因冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化，即

成認(rèn)）十%&）女人）

于是實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。

實(shí)際的補(bǔ)償電橋一般是按%=20P設(shè)計(jì)的，即h=20℃時(shí)，補(bǔ)償電橋平衡無(wú)電壓輸出。

EC%）=E（tK）+U粒

幾=，（及「&）

R（：u（“）=Re”。。）［1+4,（4-J）］

如果滿足：R?=RCUQQ）

則：%=%?）%&-%）

事實(shí)上EQ,%）和E（M）的差值可以近似為：EQO-E9t0）=戶4—t°）

如果使：&“&）%*；一。）/=月&T。）即：RcMaloI=/3

可以滿足冷端溫度補(bǔ)償

補(bǔ)償電阻的阻值七”"。）取決于：％°、I、P

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式

熱電阻的測(cè)溫原理

熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。

因此，只要測(cè)出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y(cè)量出被測(cè)溫度。

目前，主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻:金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示：一

式巾，Rt為溫度t時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值

R,為溫度％（通常f0=O*C）時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值

a為溫度系數(shù)。

半導(dǎo)體熱敏電阻:半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度的關(guān)系為:

=Ae》"

式中，R為溫度t時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值

A、B是取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的物

金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的比較:_熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通

常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有一50?300C左右，大量用

于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于測(cè)量-200?500'C范圍內(nèi)的溫度

測(cè)量，其特點(diǎn)測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在過(guò)程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。

1——熱電函的信號(hào)連接方式|

熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳

遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀藪上。常用的引線方式有三種：

二線制；在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)。這種引線方式最簡(jiǎn)單

但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r.=的大，JA導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度等因素有關(guān)

很明顯.圖中的Rt=R,+2r

因此.這種引線方式只適用于測(cè)量精度要求較低的場(chǎng)合。

三線制：在熱電阻根部的一端連窗■根引線，另一觸接兩根引線的方式稱為三線制

這種方式通常與電橋配套使用，可以較好地消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)

程巾最常用的引線方式。。

事實(shí)上電橋上R1=&?R、氏，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可以使兩個(gè)一

橋臂上的電流相等，均為L(zhǎng)且UI乎不受R的影響,4

三線制的連接，每根線上同樣也存在導(dǎo)線電阻rR^X—T^（R：

r

此時(shí)，Ui=UM=??Ut=UAB-UCB=I（R,+r）-7（/?3+r）=7（^,-R3）

&可以起到調(diào)零的作用

四線制：在熱電阻根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式

稱為四線制，其巾兩根引線為熱電阻提

供恒定電流把以轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)4，

再通過(guò)另兩根引線把小引至二次儀表。

可見(jiàn)這種引線方式可以完全消除引線電

阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。

6.2壓電加速度傳感器

1.原理圖6.2為壓電加速度傳感器的原理圖。它由質(zhì)量塊、壓電元件和支座組成。支座

與待測(cè)物剛性地固定在一起。當(dāng)待測(cè)物運(yùn)動(dòng)時(shí)，支座與待測(cè)物以同一加速度運(yùn)動(dòng)，壓電元件受

到質(zhì)量塊與加速度相反方向的慣性力的作用,在晶體的兩個(gè)表面上產(chǎn)生交變電荷（電壓）。當(dāng)振

動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有共振頻率時(shí)，傳感器的輸出電荷（電壓）與作用力成正比。電信號(hào)經(jīng)

前置放大器放大，即可由一般測(cè)量?jī)x器測(cè)試出電荷（電壓）大小，從而得知物體的加速度。

質(zhì)量塊

輸出

弼

2.靈敏度公式的推導(dǎo)

如圖6.3所示,作用于壓電元件兩邊的力為

F-Ma

F=(M+m)a

式中,M為質(zhì)量塊質(zhì)量,m為晶片質(zhì)量,a為物體振動(dòng)加

速度,晶片中z處任一截面上的力為

F=Ma+zno（l--）

式中,I為晶片厚度。平均力為I

—1rl71

F--[Ma+ma（\--}\dz-（M+—m）a

設(shè)晶片為壓電陶瓷,極化方向在厚度方向（Z方向）。由于作用力沿著Z方向，故這時(shí)只有T3不

等于零淇平均值為n=l（M+l,n>

選用d型壓電方程，得2

2=%34

Q-D3A—d33（M+—m）a

式中,A為晶片電極面面積。質(zhì)量塊?般采用質(zhì)量大的金屬如鴇或其他金屬制成,而晶片

很薄，即有M?m,故上式通常寫(xiě)為Q=d33Ma

a=g（重力加速度）時(shí)得到的電荷Q值,常稱為靈敏度，單位記為C/g,即靈敏度為?個(gè)g

產(chǎn)生的電荷。上式為靈敏度的電荷表示法。靈敏度亦可用開(kāi)路輸出電壓表示，因?yàn)?/p>