《传感器与自动检测技术》试卷1--答案

根据计算可知要使输出电压大于10mV ，则可采用差动全桥方式连接。

（2）有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，R1=R2=R3=100Ω，供电电压

为5V 。 1)

试画出测试电路。 2) 该电阻是何种材料。

3) 0℃时的阻值 4) –40℃及+40℃时的电阻值（查分度表）

5) 计算t=+40℃时电桥的开路输出电压U O （不考虑调零电位器和调满度电位器的影响） 解答：1）测试电路如图2-1所示。

2) 该电阻是铂金属材料。 3）0℃时的阻值为100Ω。 4) –40℃时的电阻值84.27Ω； +40℃时的电阻值115.54Ω

5）t=+40℃时测量臂电阻的变化

电桥的输出：

（3） 变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图3-1所示。传感器的起始电

容量C X0=20pF ，定动极板距离d 0=1.5㎜，运算放大器为理想放大器，R f 极大，输入电压u i =5sin ωt （V ）。求当电容传感器动极板上输入一位移量△x=0.15㎜使d 0减少时，电路输出电压u O 为多少？ 解答：由运算放大器工作原理可得

0i x

C U U C =-

对于平板式电容器来说， x x

A

C d ε=

,则00

x A

C d ε=

则 000i i x x C C U

U U d C A

ε=-

=- 将00

, 1.65X x A

C d d ε==-

=代入上式计算得:

00000

205sin 1.65 5.5sin ()

20 1.5

i i x x x C C U

U U d C C d t t V ωω=-

=-⨯=-⨯=-⨯

（4）压电式单向脉动力传感器测一正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电常

数为200x10-12

C/N ，电荷放大器反馈电容C f =2000pF ，测的输出电压u o =5sin ωt （V ）。求：1）该压电传感器产生的电荷Q 为多少？ 2）此时作用在其上的正弦脉动力为多少？

解答：根据题意压电元件是两片压电陶瓷并联，所以总电荷是单个压电元件电荷的两倍，即XX Q Q 2=,

根据电荷放大器的输出f

O C Q

U -

=，得1285sin 200010110sin ()O f Q U C t t C ωω--=-⨯=-⨯⨯=-⨯，

Q F d Q Z ZZ XX 2

1=⋅=,得压电传感器受到的作用力

8

12

11110sin 25sin ()2220010

Z ZZ F F Q t t N d ωω--⨯==⨯=-=-⨯⨯ （5）如图5-1所示为镍铬—镍硅热电偶测温电路，A ＇、B ＇为补偿导线，Cu 为铜导线，已

知t 1=40℃， t 2=0℃， t 3=40℃。1）当E 3=39.314mV 时计算被测点温度t ；2）如果A ＇、B ＇换成铜导线，此时E 2=37.702mV ，再求被测点温度t 。

3）将热电偶直接插到熔融金属同一高度来测量此点的温度，是利用了热电偶的什么定律？如果被测液体不是金属，还能用此方法测量吗？为什么？

图2-1 三线制电桥测量电路

40015.54R R R ∆=-=Ω

001115.54

5=194.25V 44100

i R U U R ∆=

=⨯⨯（m

）

答： 1）当A ′、B ′为补偿导线，Cu 为铜导线时。热电偶的冷端温度为 t 2=0.0℃，此时仪表的指示39.314mV 即为热端温度t 相对于0.0℃热电势，即

(,0)39.314AB E E t mV ==,查分

度表可得被测点温度t ≈ 950℃。

2）如果将A ′、B ′换成铜导

线，此时热电偶的冷端温度即变为t 1=40℃，此时仪表的指示为(,40)37.702AB E E t mV ==，根据中间温度定律即可求得测量端相对于0℃的热电势：

(,0)(,40)(40,0)37.702 1.61139.313AB AB AB E t E t E mV

=+=+=

查分度表可得被测点温度t ≈ 950℃。

3）将热电偶直接插到熔融金属同一高度来测量此点的温度，是利用了热电偶的中间导体定律，如果被测液体不是金属，就不能用此方法来测量？因为不满足热电偶的基本定律要求。

附1: 铂热电阻分度表

分度号Pt100 R （0℃）=100Ω

附2 : K 型（镍铬—镍硅）热电偶分度表 （参考端温度为0℃）

图5-1 热电偶测量炼钢炉熔融金属某一点温度