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1、生产布料的车间用图图3所示的装置来检测和控制布料卷取过程中的松紧程度
图3 差动变压器式张力检测控制系统
1—变速传送电动机2—传动辊3—导向辊4—张力辊5—衔铁6—砝码
7—卷取辊8—布料9—伺服电动机
卷取辊转动太快时，布料的张力将___增大______（增大/减小）。导致张力辊向___上_____（上/下）位移。使差动变压器的衔铁不再处于中间位置。N21与N1之间的互感量M1_ 增大______（增加/减小），N22与N1的互感量M2___减小____。因此U21___增大___（增大/减小），U22__减小____，经差动检波之后的Uo为___正___（负/正）值，去控制伺服电动机，使它的转速变__慢____（快/慢），从而使张力恒定。这个测控系统属于闭环系统。
2．某光电开关电路如图10a所示，史密特型反相器CD40106的输出特性如图10b所示
图10 光电开关
a）电路b）74HC14（CD40106）的输入/输出特性
1）当无光照时，VD1 截止(导通/截止)，IΦ为0 ，U i为0 ，所以U o为高电平，约为5 V，设V1的U be=0.7V，则I b约为 4.23 mA，设V1的β=100，继电器K的线圈直流电阻为100Ω，则I cs为47 mA。若K的额定工作电流为45mA，则K必定处于(吸合/释放)状态。
2）若光照增强，从图b可以看出，当U i 大（大/小）于 3 V 时，史密特反相器翻转，U o跳变为低电平，K 释放。
3）设R L =10kΩ，此时IΦ应大（大/小）于0.3 mA。
4）若此时光照度变化±500lx，U o（跳变/不变）。
5）当光照度E（大/小）于lx时，IC1才再次翻转，跳变为电平，K 。因此，使用具有史密特特性的反相器后，允许光照度E的回差为lx，史密特反相器在电路中起
（提高灵敏度/抗干扰）的作用。
6）若希望在光照度很小的情况下K动作，R L应变小（变大/变小），此时应将RP往上.（上/下）调。RP称为调.电位器。
7）图中的R2起限流作用，V1起电流（电压/功率）放大作用，VD2起稀放作用，保护V1 在K突然失电时不致被继电器线圈的反向感应电动势所击穿，因此VD2又称为续流.二极管。
下面这题的图片跟老师给的一模一样
2、某光电开关电路如图11—46a所示．史密特型反相器CD40106的输出特性：如图11- 46b所示
1)当无光照时，VD1__截止__(导通/截止)，Iφ为__0__，ui为__0__，所以Uo为__高__电平，约为__5__V，设v1的Ube=0.77V，则Ib约为__(5-0.77)/1K=4.23__mA，设V1的β=100，继电器K的线圈直流电阻为100Ω，
则集电极饱和电流Ics为__（5V一0.3V）/0.1=47____mA。若K的暂定工作电流为45mA，则K处于吸合(吸合／释放)状态。
2）.从图b可以看出,当Ui__大__(大/小)于__3__V时,史密特反相器翻转,Uo跳变为__低____电平,k__释放_____。
3).若希望在光照度很小的情况下K动作,RL应__变小___(变大/变小)。调节RP能改变
___RL___,此时应将RP往__上__(上/下)调。
4).图中的R2起__限流____作用,V1起___电流___(电流/电压/功率)放大作用,VD2起___稀放____作用,保护___V1__在K突然失电时不致被继电器线圈的反向感应电动势所击穿,因此VD2又称为__续流__二极管。
3．在一片0.5mm厚的不锈钢圆片边缘，用线切割机加工出等间隔的透光缝，缝的总数N1=60，如图16所示。将该薄圆片置于光电断续器的槽内，并随旋转物转动。用计数器对光电断续器的输出脉冲进行计数，在10s内测得计数脉冲数N如图所示（计数时间从清零以后开始计算，10s后自动停止）。问：
图16 利用光电断续器测量转速和圈数
1—光电断续器2—不锈钢薄圆片3—透光缝4—旋转物转轴
1）流过光电断续器左侧的发光二极管电流I D为多少毫安？（注：红外发光二极管的正向压降U LED=1.2V）2）光电断续器的输出脉冲频率f约为多少赫兹？
3）旋转物每秒平均约转多少圈？每分钟平均约转多少圈？
4）数码显示器的示值与转速n之间是什么关系？
5）旋转物在10s内共转过了多少圈又多少度？
解：1. ID=(VCC-ULED)/R2（R2=510欧姆）=（5-1.2）/510≈7.45毫安
2. f=N/t（t=10秒）=3001/10=300.1Hz
3. n=(f*1s)/N1=300.1/60≈5圈
4. n=[(N/t)*1s]/N1（2分），因此，数码显示器的示值与转速n成正比关系。
下面这题的图片跟老师给的一模一样
3.在一片0.5mm 厚的不锈钢圆片边缘，用线切割机加工出等间隔的透光缝，缝的总数N 1 =60 ，如图10-43 所示。将该薄圆片置于光电断续器（具体介绍见10 -38 a ）的槽内，并随旋转物转动。用计数器对光电断续器的输出脉冲进行计数，在10s 内测得计数脉冲数N 如图所示（计数时间从清零以后开始计算，10s 后自动停止）。问：
图10-43 利用光电断续器测量转速和圈数
1）流过光电断续器左侧的发光二极管电流I D 为多少毫安？（注：红外发光二极管的正向压降U LED =1.2V ）
2）光电断续器的输出脉冲频率f 约为多少赫兹？
3）旋转物每秒平均约转多少圈？每分钟平均约转多少圈？ 4）数码显示器的示值与转速 n 之间是什么关系？ 5）旋转物在 10s 内共转过了多少圈？
6）如果为加工方便，将不锈钢圆片缝的总数减少，使 N 1 =6 ，则转速与数码显示器的示值之间是几倍的关系？
解答：
1.RU=5-1.2=3.8U IR=U/R=3.8/10=7.5mA
2.f=30000/10=3000Hz
3.n=3000/60=50(r/s) n=50×60=3000(r/min)
4.r=50×10=500
5.数值为递增关系
6. n=50×60=3000(r/min)
7. 数值为递增关系
4. 一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图3-29a 所示。R 1、R 2、R 3、R 4按要求贴在等截面轴上。已知:
等截面轴的截面积为0.00196m 2，弹性模量E =2×1011N /m 2，泊松比0.3μ=，且R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω,
所组成的全桥型电路如题图3-29b 所示，供桥电压U =2V 。现测得输出电压U 0=2.6mV 。 求：①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？
②力F 为多少？
解：
211212340120;0.3;0.00196;210/;2; 2.6R R R R S m E N m U V U mV μ====Ω===?==Q
50.156//0.0008125
120.0004875
3.18510U R R U
l R R R R
l k r l
r l
F SE N
εμ
με?==Ω
???====+??=-=-==?按全桥计算：轴向应变：横向应变：力：
图3-29
5.如图气隙型电感传感器，衔铁截面积S=4×4mm2，气隙总长度δ=0.8mm，衔铁最大位移△δ=±
0.08mm，激励线圈匝数W=2500匝，导线直径d=0.06mm，电阻率ρ=1.75×.cm 10-6，当激励电源频率f=4000Hz时，忽略漏磁及铁损，求：
(1)线圈电感值；
(2)电感的最大变化量；
(3)线圈的直流电阻值；
(4)线圈的品质因数；
(5)当线圈存在200pF分布电容与之并联后其等效电感值
解：（1）线圈电感值
（2）衔铁位移Δδ=+0.08mm时，其电感值
衔铁位移Δδ=﹣0.08mm时，其电感值
故位移=±0.08mm时，电感的最大变化量为
6、如图所示的一种变面积式差动电容传感器，选用二极管双T网络测量电路。差动电容器参数为：a=40mm，b=20mm，dl=d2=d0=1mm；起始时动极板处于中间位置，Cl=C2=C0，介质为空气，ε=ε0=8.85×10-12F/m。测量电路参数：D1、D2为理想二极管；及R1=R2=R=10KΩ；Rf=1M Ω，激励电压Ui=36V，变化频率f=1MHz。
试求当动极板向右位移△x=10mm时，电桥输出端电压
Usc=?
7.有一只差动电感位移传感器，已知电源电U sr =4V ，f =400Hz ，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Ω，L= 30mH ，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题图3—16所示，试求：
(1)匹配电阻R 3和R 4的值；
(2)当△Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；
(3)用相量图表明输出电压sc U & 与输入电压
sr U &之间的相位差。
解：（1） 线圈感抗 X L =ωL=2πf L=2π?400?30?10-3=75.4（Ω）
线圈的阻抗
(Ω=+=+=4.854.7540222
2L X R Z
故其电桥的匹配电阻(见习题图3-16)
R 3 = R 4 =Z=85.4（Ω）
（2）当ΔZ=10Ω时，电桥的输出电压分别为
单臂工作：
()V Z Z U U sr sc 117.04.8510
444=?=?=
双臂差动工作：
()V Z Z U U sr sc 234.04.8510
242=?=?=
（3）
?===--9.274.7540
tan tan 11
L R ω?
四、简答题
1. 简述霍尔电动势产生的原理。
答：在N型半导体薄片的控制电流端通以电流I，则半导体中的载流子电子将沿着和电流相反的方向运动，再在垂直于半导体薄片平面的方向上加一磁场B，则由于洛伦兹力的作用，电子向一边偏转，并使该边形成电子积累，另一边则积累正电荷，于是产生内部电场，该电场阻止运动电子的继续偏转，当电场力与洛伦兹力大小相等时，电子的积累便达到动态平衡。此时，在薄片两端面之间建立的电场称为霍尔电场，相应的电势即为霍尔电动势。
2. 简述热电偶的工作原理。
答：由A 、B 两种不同导体材料两端相互紧密地连接在一起，形成一个闭合回路，这样构成一个热电偶。当两结点温度不等时，回路中就会产生电势，从而形成电流，这就是热电偶的工作原理。
总的热电势由接触电势和温差电势组成，热电偶产生热电势的条件为： ①热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极； ②热电偶的热端和冷端两个结点必须具有不同的温度。
3. 以石英晶体为例简述压电效应产生的原理。（P280-281）
4. 简述电阻应变片式传感器的工作原理。14. 金属电阻应变片的工作原理。
答：电阻应变式传感器是利用导体或半导体的应变效应来实现的，当导体或半导体在受到外力作用发生形变时，其阻值也随之改变。即：
设金属电阻丝，长度为l ，截面积为
A ，电阻率为ρ，则该导体的电阻为：A
l
R ρ=
。
当电阻丝受到拉力F 作用时，伸长l ?，截面积相应减小A ?，电阻率的改变为ρ?，则电阻的相对变化量为：
A
dA d l dl R dR -+=ρρ 5. 什么叫做热电动势、接触电动势和温差电动势？说明势电偶测温原理及其工作定律的应用。分析热电偶测温的误差因素，并说明减小误差的方法。（P208-213）
6. 分析应变片式传感器在使用单臂电桥测量电路时由于温度变化而产生测量误差的过程。 （答案见P152）
7. 传感器的定义和组成框图？
答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，由敏感元件和转换元件组成。组成框图如下：
8. 直流电桥和交流电桥有何区别？直流电桥的平衡条件是什么？应变片式电阻传感器、自感式、互感式、涡流式、电容式、热电阻式传感器分别可采用哪种电桥作为测量电路？ 答：直流电桥：P149-153；交流电桥：P235-236
9. 为什么要对应变片式电阻传感器进行温度补偿，分析说明该类型传感器温度误差补偿方法。17. 用应变片测量时，为什么要进行温度补偿？
答：用电阻应变片进行测量时，要求被测量只随应变而变，而不受任何其他因素的影响，但应变片的电阻变化受温度影响很大，给测量带来很大的误差，即温度误差，所以要对应变片式电阻传感器进行温度补偿。
导致温度误差的主要原因：①电阻的热效应；②试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致，使应变丝产生附加变形，造成电阻的变化。
温度误差补偿的方法：①自补偿法；②线路补偿法。
10. 以自感式传感器为例说明差动式传感器可以提高灵敏度的原理。（P253-254）
11. 什么是金属应变片的灵敏系数？请解释它与金属丝灵敏系数的区别。
答：金属应变片的灵敏系数：应变片的电阻相对变化与应变片轴向应变的比值，即单位应变所引起的阻值的改变量的大小。应变片的灵敏系数小于同种材料金属丝的灵敏系数，主要大原因是应变片的横向效应和粘贴胶带来的应变传递失真。
12. 热电阻与热敏电阻的电阻-温度特性有什么不同? 答：热阻效应P202，半导体热敏电阻P204-205
13. 试简述电容式传感器的工作原理及分类。
答：物体间的电容量与其结构参数有关，通过改变结构参数而改变物体间的电容量来实现对被测量的检测，就是电容式传感器的工作原理。
物体间的电容量与构成电容元件的两个极板的形状、大小、相互位置以及极板间的介电常数有关，即：
(,,)C f S εδ=，电容式传感器可通过改变介电常数ε，两极板相互覆盖的面积S 和极板间的距离δ来改变电
容量C 而实现测量。所以电容式传感器可分为变间隙、变面积和变介质三类。
15．简述正、逆压电效应。P280
16．简述热电偶的三个基本定律（要求有适当文字说明及公式表达）。
答：中间温度定律：热电偶AB 的热电势仅取决于热电偶的材料和两个结点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。用公式表示为：
0(,)(,)(,)AB AB C AB C E T T E T T E T T =+
中间导体定律：在热电偶AB 回路中，只要接入的第三导体两端的温度相同，则对回路的总热电势没有影响。用公式表示为：
0000(,)(,)(,,)(,)
ABC AB ABC C AB E T T E T T E T T T E T T ==
标准电极定律：当热电偶回路的两个结点温度为T ，T 0时，用导体AB 组成的热电偶的热电势等于热电偶AC 和热
电偶CB 的热电势的代数和，导体C 为标准电极，即：
00000(,)(,)(,)(,)(,)AB AC CB AC BC E T T E T T E T T E T T E T T =+=-
五、名词解释
1. 传感器：能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
2. 传感器的幅频特性和相频特性：
幅频特性：传感器输出特性的幅度与输入信号频率之间的关系。
相频特性：传感器输出特性的相位与输入信号频率之间的关系。
3. 传感器的分辨力、线性度：传感器在全部工作范围内，都能够产生可观测输出变化的最小输入变化量的最大值即传感器的分辩力。传感器实际的静态特性的校准特性曲线与某一参考直线不吻合程度的最大值即线性度。
4. 电阻应变片的横向效应：金属电阻丝制成应变片时，在电阻丝的弯段，电阻的变化率与直段不同，导致应变片的灵敏系数比直段线材的灵敏度小，即产生横向效应。
5. 压阻效应：固体受到作用力后电阻率发生变化的现象即固体的压阻效应。
6．热电效应：物质的电阻率随温度变化的物理现象。大多数金属的电阻随温度的升高而增加，其原因是：当温度增加时，自由电子的动能增加，这样要改变自由电子的运动方式使之形成定向运动所需的能量要增加，这反映到电阻上，其阻值增加。
7．接触电势：两种不同材料的导体相互紧密连接在一起，由于导体中自由电子的浓度不同，自由电子就会扩散，单位时间里自由电子浓度大的导体向浓度小的所扩散的电子数多，自由电子浓度大的导体因失去电子而带正电，浓度小的因得到电子而带负电，于是在接触处形成电位差，该电位差称为接触电势。
8. 温差电势：对于单一均质导体，当其两端的温度不同时，由于温度较高的一端的电子能量高于温度较低的一端的电子能量，因此产生电子扩散，形成了温差电势。
9. 中间温度定律：热电偶的热电势仅取决于热电偶的材料和两个结点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的参数和形状无关。
10. 霍尔效应：在金属或半导体薄片两端通以控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。
11．压电效应：逆压电效应：在电介质极化方向施加电场，电介质会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种将电能转变为机械能的现象称之为逆压电效应。正压电效应：某些电介质，当沿一定方向施加外力导致材料发生变形时，其内部将发生极化现象，同时在某些表面产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转变为电能的现象称为正压电效应。