机械工程测试技术课后习题答案.doc

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1、思考题与习题3-1传感器主要包括哪几部分？试举例说明。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成。如气体压力传感器。其内部的膜盒就是敏感元件，它的外部与大气压力相通，内部感受被测压力p，当p发生变化时，引起膜盒上半部分移动，可变线圈是传感器的转换元件，它把输入的位移量转换成电感的变化。基本电路则是完成上述电感变化量接入基本转换电路，便可转换成电量输出。3-2请举例说明结构型传感器与物性型传感器的区别。答：结构型传感器主要是通过传感器结构参量的变化实现信号变换的。例如，电容式传感器依靠极

2、板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。物性型传感器则是利用敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换。例如，水银温度计是利用水银的热胀冷缩性质；压电式传感器是利用石英晶体的压电效应等。3-3金属电阻应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？答：金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于：金属电阻应变片是基于电阻应变效应工作的；半导体应变片则是基于压阻效应工作的。3-4有一电阻应变片（见图3-105），其灵敏度S0=2，R=120Ω，设工作时其应变为1000μ

3、ε，问ΔR=？设将此应变片接成图中所示的电路，试求：1）无应变时电流指示值；2）有应变时电流指示值；3）试分析这个变量能否从表中读出？解：由得，即，1.5VmV图3-105题3-4图3-5电容式传感器常用的测量电路有哪几种?答：变压器式交流电桥、直流极化电路、调频电路、运算放大电路。3-6一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm，工作初始间隙δ=0.3mm，求：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Δδ=±1μm时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表

4、的灵敏度S2=5格/mV，在Δδ=±1μm时，读数仪表的指示值变化多少格？3-7差动变压器的输出电压信号如果采用交流电压表指示，能否反映铁芯的移动方向？试描述差动变压器经常采用的差动相敏检波电路的原理。3-8欲测量液体压力，拟采用电阻应变式、电感式、和压电式传感器，请绘出可行方案的原理图，并作比较。答：3-9压电式传感器所采用的前置放大器的主要作用？前置放大器主要包括哪两种形式，各有何特点？答：前置放大器的主要作用，一是将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出，二是放大传感器输出的微弱电信号。前置放大

5、器也有电荷放大器和电压放大器两种形式电荷放大器是一个带有反馈电容Cf的高增益运算放大器。因传感器的漏电阻和电荷放大器的输入电阻都很大，可视为开路，传感器与电荷放大器连接的等效电路如图3-47所示。由于忽略漏电阻故电压放大器，其输出电压与电容C（包括连接电缆的寄生电容Cc、放大器的输入电容Ci和压电式传感器的等效电容Ca）密切相关，因电缆寄生电容Cc比Ci和Ca都大，故整个测量系统对电缆寄生电容的变化非常敏感。连接电缆的长度和形状变化会引起Cc的变化，导致传感器的输出电压变化，从而使仪器的灵敏度也发

6、生变化。故目前多采用性能稳定的电荷放大器。3-10热电偶回路有哪些特点？热电偶基本定律包括哪些内容？答：⑴热电偶回路有以下特点：1）如果构成热电偶回路的两种导体相同，则无论两接点温度如何，热电偶回路中的总热电动势为零；2）如果热电偶两接点温度相同，则尽管导体A、B的材料不同，热电偶回路内的总电动势也为零；3）热电偶AB的热电动势与导体材料A、B的中间温度无关，只与接点温度有关。⑵热电偶基本定律：中间导体定律、参考电极定律、中间温度定律。3-11光电效应主要包括哪几种形式？基于各光电效应的光电器件有

7、哪些？答：光电效应分为外光电效应和内光电效应两类。外光电效应亦称为光电子发射效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应两类。外光电效应的：光电管内光电效应的：光电导效应的光敏电阻、光生伏特效应的光电倍增管。3-12光纤传感器主要有哪几类？试举出两类光纤传感器的应用实例。答：光纤传感器按其传感原理分为传光型（非功能型），光纤传感器、传感型（功能型）光纤传感器和拾光型光纤传感器。两类光纤传感器的应用实例：（1）功能型（传感型）光纤传感器。如下图a所示，光纤既是传播光线的介质，又作为敏感元件，被测量

8、作用于光纤，使其内部传输光线的特性发生变化，再经光电转换后获得被测量信息。（2）非功能型（传光型）光纤传感器。如下图b所示，光纤仅作为光线传输的介质，利用其他敏感元件实现对光的调制。光源光电器件电信号光纤被测对象光源光电器件电信号光纤被测对象敏感元件光电器件电信号被测对象光纤（3）拾光型光纤传感器。如下图c所示，光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。典型例子如辐射式光纤温度传感器、光纤多普勒速度计等。abc3-13何谓霍尔效应？用霍尔元件可以测量哪些物理量？答：