《现代检测技术及仪表》习题解答

第 4章

１、 为什么线绕式电位器容易实现各种非线性特性而且分辨力比非线绕式电位器低? 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。因此电位器的电阻随电刷位移呈阶梯状变化。只要按精确设计绝缘骨架尺寸按一定 规律变化, 如图４－1-2(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 ４－1-2(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。

２、 电阻应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小吗?为什么?

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 变之比称为, 而应变电阻材料的应变灵敏系数k 0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: k ＜k , 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。 应变片的敏感栅一般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εx 和横向收缩εy 。粘贴在试件表面的应变片, 其纵栅承 受εx 电阻增加, 而横栅承受εy 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

⊗RR = k x ∑x + k y ∑ y = k x (1+〈H )∑x ,

按照定义, 应变片的灵敏系数为k = ⊗R / R = k (1+〈H ),

∑ x x

∑ y k y 因〈 = ∑ x < 0, 横向效应系数 H = k x

> 0, 故k < k x < k 0。 ３、 用应变片测量时, 为什么必须采取温度补偿措施?把两个承受相同应变的应变片接 入电桥的相对两臂, 能补偿温度误差吗? 为什么?

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。从图４－１ ⊗R + ⊗R T R E E －１５( b) 可知, 电桥输出电压为U H ⊕ = k (∑ +∑ ), 由此可见, 温度引 T 2 2

起的电阻变化 ⊗R T 也影响电桥输出电压, 此时, 从电桥输出电压测出的应变并不是真实应 变∑ , 而是(∑ +∑T ), 也就是说测量结果中包含有温度误差∑T 。

４、 热电阻与热敏电阻的电阻—温度特性有什么不同?

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, 因此,

一般所说的热敏电阻一般指负温度系数热敏电阻。

５、收集一个电冰箱温控电路实例, 剖析其工作原理。

答: 下面是日本生产的某电冰箱温控电路。该电冰箱的温控范围T L～T H 由窗口比较

器的窗口电压V L和V H 决定。调节电位器R P可调整T L。图中R t为热敏电阻, 当温度上升

时, R t减小, V T 升高。当冰箱内温度T > T H时, V T >V H >V L, 窗口比较器使 RS 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。

当冰箱内温度T < T L时, V T

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T L < T < T H时, V L

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。

6、为什么气敏电阻都附有加热器?

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200℃～400℃, 元件

在加热开始时阻值急剧地下降, 然后上升, 一般经2～10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。

7、试设计一个简易的家用有害气体报警电路。

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,