4.6压差传感器结构如图(a)所示，传感器接入变压器式测量电路，电路原理示意图如图(b)所示。已知电源电压有效值Ui=10V，压差电容C1=C2=5pF。试分析，当压力传感器有压差P1＞P2使电容变化ΔC=1pF时，求此时Uo电压，并画出Ua、Ub及Uo的波形。
图(a)图(b)
第五章
5.1什么是差动变压器式传感器零点残余电压？怎样消除？
8.9已知一个温度控制系统如下图所示，热电偶采用的是铂铑10-铂，分度号为S。热电偶通过温度变送器将电压信号转换成4-20mA电流信号给温度控制器使用。由于热电偶冷端温度波动，故需要采用补偿导线将其与温度变送器连接。温度控制器通过控制输出的触发脉冲宽度控制电炉丝两端电压，进而控制其加热状态。完成如下问题：
图3.1
3.6将四个完全相同的金属丝式电阻应变片（灵敏度K=2）粘贴在距自由端b的地方，如图所示的梁式测力弹性件，已知应变 和受力F关系： ，b=100mm，t=5mm，w=20mm，E=×105N/mm2。
(1)在图3.2上画出应变片粘贴位置和测量电桥电路。
(2)电桥由6v电源供电，当电桥输出电压为7.2mV时，此时作用力F为多少？
电信学院自动化系
《检测与转换技术》
课程习题集
2015年1月
第一章
1.1自动检测1.2什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？
1.3有三台测温仪表，量程均为0-600℃，精度等级分别为2.5级，2.0级，1.5级。现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？为什么？
第二章
2.1画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
2.2什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标，意义是什么？
2.3当线位移传感器从4mm变化为2mm时，输出电压减小了1mV，则该传感器的灵敏度为多少？
2.4某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：
铂电阻温度传感器：0.45Ω/℃
电桥：0.02V/Ω
1.4已知某差压变送器，其输入位移与输出电压之间的理想特性为V=8x，实际数据如下表所示：
x/mm
0
1
2
3
4
5
U/mv
0.1
8.0
16.3
24.1
31.6
39.7
试求：（1）最大绝对误差，相对误差；（2）若指示仪表量程为50mv，指出仪表的精度等级。
1.5有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?
5.2简述电涡流效应及电涡流传感器的分类。
第六章
6.1什么是压电效应？为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量？
6.2一压电式传感器的灵敏度K1＝10pC/MPa，连接灵敏度K2=0.008V/pC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm/V，当压力变化Δp=8MPa时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?
6.3用压电式传感器测量一正弦力变化，采用电荷放大电路，压电元件由两个压电陶瓷并联，压电系数为d=190×10-12C/N，电荷放大器中的运算放大器为理想运算放大器，反馈电容为Cf=3800C，实测测量电路输出电压为Uo=10sinwt V，画出测量电路，并求此时的作用力为？
6.4某加速度计的校准振动台，它能作50Hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K＝100mV/g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。
(3)该方法能不能实现对环境温度的补偿？为什么？
(4)设工件受力F的方向有两种，即垂直向上和垂直向下。现选取两个金属箔式电阻应变片R1和R2构成半桥测量电路，如图3.3所示，问该电路能否实现对力F上下方向的判别，若能简述原理。
图3.2图3.3
3.7如下的水位控制系统示意图，MPXM2010GS为应变式液位压力传感器。试完成：
8.4简述热电阻常见接线线制及其基本原理。
8.5如下图(a)为一通用温度变送器接线图，试完成(b)中热电阻、温度变送器和PLC输入通道的连线，其中热电阻采用三线制，变送器采用两线制输出。
(a)
(b)
8.6已知铂铑10-铂(S)热电偶的冷端温度t0＝25℃，现测得热电动势E(t，t0)＝11.712mV，求热端温度是多少度?
放大器：100(放大倍数)
笔式记录仪：0.2cm/V
求：(1)测温系统的总灵敏度；
(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。
第三章
3.1金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？优缺点是什么？
3.2哪些因素引起应变片的温度误差，写出相应误差表达式，并说明电路补偿的原理。
3.3采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。
第七章
7.1什么是霍尔效应？
7.2什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？
7.3集成霍尔传感器有什么特点？
7.4分析下面的采用霍尔传感器的液位控制系统工作过程。
7.4题图
第八章
8.1什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。
8.2简述热电偶的几个重要定律，并分别说明它们的实用价值。
8.3试简述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。
4.4有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sinωtV，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量△x=5mm时,电桥输出电压u0。
题4.3图
4.5变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路。C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K→∞,Zi→∞),Rf极大,输入电压u1=5sinωtV。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,画出测量电路，计算电路输出电压u0为多少?
(1)分析传感器检测液位的过程；
(2)画出此水位控制系统控制原理框图，简要说明调节过程
第四章
4.1试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?
4.2为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?
4.3差动式变极距型电容传感器，若初始容量 ，初始距离 ，当动极板相对于定极板位移了 时，试计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？
8.7如图8.1所示之测温回路，热电偶的分度号为K，毫伏表的示值应为多少度?
图8.1
8.8用镍铬-镍硅(K)热电偶测量某炉温的测量系统如图8.2所示，已知：冷端温度固定在0℃，t0＝30℃，仪表指示温度为210℃，后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线 ，相互接错了，问：炉温的实际温度t为多少度?
图8.2
(1)现有型号为NC、SC、KC三种补偿导线，应选择那种补偿导线和铂铑10-铂热电偶配套使用？
(2)完成下图中热电偶端子、补偿导线端子和温度变送器端子之间的连接。
（3）现测得温度变送器端温度为30℃，万用表测得经补偿导线连接的热电偶热电动势为10.76mV，则当前炉中温度为多少？
3.4采用阻值R=120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？
3.5如图3.1所示直流测量电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：
(1)若R1位置接入初值R0=120Ω的金属电阻应变片，其余为外接恒值电阻，当应变片R1增加电阻ΔR=1.2Ω时，电桥输出电压Uo为多少？
(2)若R1和R2位置接入初值R0=120Ω的金属电阻应变片，且两个应变片感受应变方向和大小均相同，问能否测量应变？
(3)如(2)中，若R1和R2感受应变方向相反大小相同，即ΔR1=-ΔR2=1.2Ω时，输出电压Uo为？