检测技术试题库和参考答案与解析

检测技术试题参考答案

一、填空题

1、传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成的器件或装置。

2、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的关系。

3、某一线性位移传感器，量程为0～100 cm，对应输出电压为0～300mV，最大输出偏差为3mV，则传感器的灵敏度为，非线性误差为

。

4、应变式传感器是利用金属的，将测量物体变形转换为电阻变化，通过测量电路（电桥）转换为输出电压的传感器。

5、电感式传感器按转换原理分为和自感两种。

6、电容式传感器分为变极距型、和三种。

7、霍尔传感器的零位误差主要由电动势和寄生直流电动势引起的。

8、热电偶的热电势由和组成。

9、激光器具有、和亮度高的优点。

10、CCD图像传感器的作用是将转换为。其中MOS

单元负责电荷的存储，MOS单元电荷在三相脉冲的作用下实现电荷的，

通过输出装置实现电荷的。

11、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。

12、传感器一般由、、三部分组成。

13、可以把压电元件等效为一个和一个电容器

14、电感式传感器按结构分为、和螺管式。

15、感应同步传感器是利用两个平面形绕组的互感随不同而变化的原理组成的可用来测量直线和或的位移。

16、电容传感器将被测非电量的变化转换为变化的传感器。

17、对于负特性湿敏半导体陶瓷，它的电阻率随湿度的增加而。

18、横向效应使电阻丝应变片的灵敏系数

19、热电偶工作原理是基于效应，其热电势包括电势

和电势。

20、光在光纤中无损耗传输是利用光在光纤中的原理实现的。光纤的数值孔径越大，表明光纤的集光本领越。

21、射线式传感器主要由和探测器组成，常用的探测器有、闪烁计数器和盖革计数管。

22、传感器的静态特性主要包括、、重复性、稳定性和静态误差。

23、传感器是一种以一定精确度把被测量转换成有确定关系、便于应用的某种物理量才测量装置。一般由、和转换电路组成。

24、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数______。

25、电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器，主要类型有：变极距型、______、_____ __。

26被测量的值处在稳定状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的，其主要技术指标有：、迟滞和重复性等27、为提高光栅式测试系统的分辨率和测得比栅距更小的位移量，经常采用______ 技术

28、压电式传感器使用________放大器时，输出电压几乎不受联接电缆长度变化的影响。

29、光敏电阻可以加电压，可以加电压。加上电压后，无光照时光敏电阻阻值，电路中电流很小。当有光照射光敏电阻时，因其急剧减小，电路中的电流迅速增加。

30、直流电桥的平衡条件是。

31、压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时，其发生变化。

32、热导式气体分析仪根据混合气体，实现气体组分的含量分析。

33、电涡流传感器中，被测导体中电涡流强度和被测导体与激磁线圈之间的距离呈线性关系，且随距离的，电涡流将迅速减小。

34、变间隙式电容式传感器常作成差动的，其主要目的之一是，目的之二是，目的之三是抗干扰。

35、传感器的动态特性是指传感器的输出的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。

36、传感器的标定是通过实验以建立传感器之间的关系。同时确定出不同使用条件下的误差关系。

37、直流电桥按桥臂工作方式不同可分为全桥、半桥和单臂电桥。

38、自感式传感器是把被测量的变化转换成自感的变化，通过一定转换电路转换成电压或电流输出。可分为式自感传感器、式自感传感器和螺线管是自感传感器。

39、光电管和光电倍增管是利用效应制成的光电器件。

40、对于给定光栅常数W的两光栅，夹角，则条纹宽度越大，即条纹越稀。

41、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量的被测量。

42、热导池是将混合气体的变化转换成电阻值变化的部件。

43、CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的通信网络。

44、虚拟仪器由通、模块化功能硬件和控制软件组成。

45、IEEEP1451.4标准提议定义一个允许传感器以数字信号模式或混合模式通信的标准，目的是使传感器能进行和自设置。

46、传感器的线性度是，即非线性误差。灵敏度指，一般用K或S表示。

47、电阻式应变片按其结构可以分为、、等三种形式。

48、电阻式应变传感器的零漂指；蠕变指

。

49、根据转换原理，电感式传感器分为和自感式两种，按结构自感式又可分为、和等。

50、某一铂电阻温度传感器，测量温度范围为0～100℃，测量温度为50.2℃，实际温度为50.0℃，绝对误差为，引用相对误差为。

51、热电偶冷端温度补偿方法有和或。

52、一称重传感器，满度输出为1V，正反行程最大偏差为7mV，其迟滞为

,若标准误差σ为0.35,误差表达式σ前系数取2，则重复性误差为。。

53、差动变压器两个次级线圈采用连接，原副线圈间靠耦合，输出特性曲线呈 V字型。

54、光栅尺栅距为0.02mm，主光栅与指示光栅相对位移，计数器计得脉冲数为500，则位移为，其分辨力为，若加细分电路4细分，则其最小分辨位移为。

55、用光电转速传感器测轴的转速，若传感器一周开缝数为500，5秒内测得计数值为5000个，则轴的转速为。

56、在自动控制领域中，光电耦合器的作用是。

57、超声波的发射探头是利用压电材料的来工作的，而接受探头是利用压电材料的来工作的。

58、光电池的短路电流与光照强度成关系，而开路电压与光强度成关系，所以把它作为照度计使用，宜工作于状态。

59、气敏元件都附有加热器，其作用是和。

60、某一涡流转速传感器，若旋转盘端部开20个齿，已测得传感器输出频率为10Hz，则轴的转速为。

填空题参考答案

1、可用输出信号

2、输出输入

3、0.3 、±1%

4、电阻应变效应

5、互感

6、变面积型、变介电常数型

7、不等位、寄生直流

8、接触电势、温差电势

9、单色性好、方向性好

10、图像信号、电荷信号、转移、输出

11、全反射

12、敏感元件、转换元件、基本转换电路

13、电荷源

14、变气隙、变截面

15、位置、转角

17、下降

18、减小

19、热电、温差、接触

20、全反射、大

21、放射源、电离室

22、线性度、迟滞

23、与之、敏感元件、转换元件

24、压阻、大

25、变面积型、变介电常数型

26、静态特性、线性度、灵敏度

27、细分

28、电荷

29、直流、交流、很大、阻值（亮电阻）

30、对臂电阻乘积相等

31、电阻率

32、导热能力的差异

33、增加

34、提高灵敏度、改善非线性

35、对随时间变化的输入量

36、输入量与输出量

37、全桥、半桥、单臂电桥

38、变气隙、变面积

39、外光电

40、越小

41、静态

42、导热系数

43、串行

44、用个人计算机

45、模拟量、自识别

46、传感器正向输入与反向输入时的输出特性不一致的程度，传感器在稳态下的输出变化对输入变化的比值

47、丝式、箔式，薄膜式

48、不受力，温度恒定，指示应变随时间而变化；受恒力，温度恒定，指示应变

随时间而变化

49、互感、变气隙、变截面、螺管式

50、0.2℃、0.2%

51、电桥补偿法、补偿导线、冰浴法

52、±0.35%.(0.7%)、±0.07%

53、差动、互感、V字

54、10mm、0.02mm、5um

55、120转/分或2转/秒

56、强弱电隔离

57、逆压电效应、压电效应

58、线性、非线性、短路电流

59、提供气敏元件合适的工作温度，使其有较高的灵敏度、去除杂质

二、选择题

1.压电式传感器是属于（）型传感器。

A. 参量型

B. 能量转换

C. 电感型

D. 电容型

2.当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（）

A. 变大

B. 变小

C. 不变

D. 不定

3.极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（）

A. 成正比

B. 成正比

C. 成反比

D. 平方成正比

4. 电涡流传感器是利用被测（）的电涡流效应。

A. 金属导电材料

B. 非金属材料

C. PVC

5.为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（）

A. 电压放大器

B. 电荷放大器

C.相敏检波器

D.全桥测量电路

6.调频式电涡流传感器的解调电路是（）

A. 电荷放大器

B. 相敏检波器

C. 鉴频器

D.脉宽调制电路

7.（）的基本工作原理是基于压阻效应。

A. 金属应变片

B. 半导体应变片

C. 压敏电阻

8.莫尔条纹光栅传感器是（）的。

A. 数字脉冲式

B. 直接数字编码式

C. 调幅式

9.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的（）变化产生的。

A. 尺寸

B. 电阻率

10．用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。

A．接线方便

B．减小引线电阻变化产生的测量误差

C．减小桥路中其它电阻对热电阻的影响

D．减小桥路中电源对热电阻的影响

11.单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（）。

A．大量程角位移B．小量程角位移

C．大量程直线位移D．小量程直线位移

12.螺线管三节式差动变压器主要由线圈组合、活动衔铁和导磁外壳组成。其零残余电压产生的主要原因是（）。

A．活动衔铁的初始位置不合适

B．两次级线圈电气参数和几何尺寸不对称

C．磁性材料饱合

13．电涡流式传感器激磁线圈的电源是（）。

A．直流B．不需要电源C．高频交流D．低频交流

14．用电容式传感器测量液体物位时，应该选用（）。

A．变间隙式B．变面积式

C．变介电常数式D．空气介质变间隙式

15．光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定电压下（）。

A．暗电阻大B．亮电阻大

C．暗电阻与亮电阻差值大D．暗电阻与亮电阻差值小

16.一个热电偶产生的热电势为E O，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。

A．增加B．减小

C．增加或减小不能确定D．不变

17．利用热电偶测温时，只有在（）条件下才能进行。

A．分别保持热电偶两端温度恒定

B．保持热电偶两端温差恒定

C．保持热电偶冷端温度恒定

D．保持热电偶热端温度恒定

18．热敏电阻测温的基础是根据它们的（）。

A．伏安特性B．热电特性

C．标称电阻值D．测量功率

19.在VXI的三中零槽控制器方案中，（）方式最方便系统扩展和升级

A.MXI总线控制方式

B.内嵌式计算机（控制器）控制方式

C.GPIB总线控制方式

20.为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（）

A. 电压放大器

B. 电荷放大器

C.相敏检波器

D.全桥测量电路

选择题参考答案

1 B

2 A

3 C

4 A

5 B

6 C

7 A

8 B

9 A 10 B

11 D 12 B 13 C 14 C 15 C 16 D 17 C 18 B 19 A 20B

二、简述题

1、比较金属应变片与半导体应变片在工作原理上的相同点与不同点。

2、霍尔元件温度误差产生原因及补偿方法。

3、简述热电偶测温原理，说明在热电偶回路中可引入连接导线和仪表的依据是什么？

4、什么是差动变压器式电感传感器零点残余电压？零点残余电压产生原因？

5、简述电阻应变片温度误差产生的原因及补偿方法

6、简述形成莫尔条文的光学原理，说明莫尔条文有何重要特性？

7、涡流存在的条件？怎样利用涡流效应进行位移测量？

8、试比较纵向压电效应与横向压电效应工作原理的异同。

9、什么是传感器？传感器在测控系统中起什么作用？

10、工业用热电偶测温，为何要对热电偶进行冷端温度补偿？任举一种冷端补偿方法，并简要说明补偿原理。

11、利用电涡流式传感器测量物体位移。试问：如果被测物体是塑料材料制成，此时位移测量是否可行？为什么？

12、什么是霍尔效应，并写出霍尔电势与电流强度和磁感应强度的关系。 13、简述正压电效应、逆压电效应及其物理机理。

14、试简述光栅测量原理，并写出原理式。如果要提高传感器的分辨力，应采用何种技术

简述题参考答案

1、 相同点：都是将被测力转换为应变片的电阻变化。

不同点：金属应变片是利用电阻应变效应，在外力的作用下发生机械变形，其电阻值发生变化。半导体应变片是利用压阻效应，受到作用力后其电阻率发生变化。半导体应变片的灵敏系数远大于电阻丝应变片的灵敏系数。

2、 霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温

度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生变化,致使霍尔电动势变化，产生温度误差。 补偿方法：（1）采用恒流源供电和输入回路并联电阻（2）合理选取负载电阻的阻值（3）采用恒压源和输入回路串联电阻（4）采用温度补偿元件(如热敏电阻、电阻丝等)（5）霍尔元件不等位电势采用桥路温度补偿

3、 热电效应，将两种不同材料的导体或半导体串接成一个闭合回路，两个接点置于不同温

度场，会产生电动势。冷端温度恒定，工作端置于被测温度场，由测得热电势可确定被测体温度。

中间导体定律，在热电偶回路中接入仪表或导线，只要两接点温度相同，不影响热电势的大小。

4、差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，它的存在使传感器的输出特性不过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。 零点残余电压产生原因：两电感线圈的等效参数不对称。

5、产生原因：（1）应变片电阻丝有电阻温度系数。温度变化造成应变片阻值变化。

（2）应变片电阻丝的线膨胀系数与试件的线膨胀系数不同，温度变化时，造成有附加电阻。 补偿方法：

方法1：应变片自补偿。选用温度系数小的应变片，温度变化时，造成电阻变化小。 方法2：桥路补偿。用与工作片特性一样的补偿片，将它们接于电桥相临两臂，并置于同一温度场，温度变化时，工作片与补偿片阻值变化相同值。对电桥输出无影响。 方法3：接成半桥或全桥电路，可实现温度补偿。

6、当指示光栅和标尺光栅的刻线相交一个微小的夹角时, 光源照射光栅尺，两光栅的栅线透光部分与透光部分叠加，光线透过透光部分形成亮带，而两光栅透光部分分别与另一光栅不透光部分叠加，互相遮挡，光线透不过形成暗带。这种由于光栅重叠形成的光学图案成为“莫尔条纹”。

重要特性：运动对应关系、位移放大关系、误差平均效应。 7、涡流存在的条件：①存在交变磁场②导电体处于交变磁场中。

涡流传感器测量的基本原理是当传感器的线圈与被测体之间的距离发生变化时，将引起线圈的等效阻抗变化，电涡流影响时的等效阻抗Z 的函数关系式为 在通电电流和被测材料确定的情况下，阻抗Z 成为位移X 的单值函数，由Z 可知X ，因此实现位移测量。

(,,,)

Z f x ρμω=

8、 相同点：两种压电效应均为双向压电效应。加动态力后均在垂直于电轴表面上产生电荷。 不同点：纵向压电效应与横向压电效应所产生的电荷极性相反。纵向压电效应产生的电荷与压电片的几何尺寸无关，而横向压电效应产生的电荷与压电片的几何尺寸有关。 9、能将被测量按一定 规律转换为可用信号（一般指电量）的器件或装置是传感器。传感器作为测控系统的前哨，是获取外界信息的主要手段和途径。它作为测控系统的电五官，负责信息的提取、转换和处理。它的提取转换精度直接影响测控系统的测控精度。

10、热电偶的热电势既与工作端温度有关，又与冷端温度有关，冷端温度变化，会对热电势产生影响，造成测量误差。所以要对热电偶冷端温度进行补偿。 可采用补偿导线法，用与热电偶热电特性基本一致的补偿导线将冷端连出，引到新的冷端，保持新冷端温度不变，即可实现冷端温度补偿。 亦可采用补偿电桥，将铜热电阻接于电桥电路中，铜热电阻与热电偶冷端置于同一温度场，室温时，电桥输出为0，冷端温度变化时，热电偶热电势的变化值与电桥不平衡输出大小基本相等，符号相反，串联回路输出不受影响。达到补偿目的。

11、不行。因为电涡流只能在铁磁性材料上产生。

12、半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间上产生电动势，此此现象为霍尔效应。 霍尔电动势与电流强度和磁场强度成正比，与载流体厚度成反比。

BI K U H H =

13、一些电介质的一定方向上施加机械力作用而产生变形时，会引起它们内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，此为正压电效应。

若对电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正、负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，此为逆压电效应。

14、当指示光栅相对于标尺光栅移动时，每移过一个栅距，屏幕上移过一个莫尔条纹。莫尔条纹对光栅栅距具有放大作用，用光电元件计移过莫尔条纹数目，即可实现测量位移。原理式为X=N W 。 采用电子细分技术。

三、计算分析题

1、下图为压电传感器电压放大器电路原理图。若压电元件上受到的正弦力为

m f F Sinwt =， 电阻为 /( ) c i c i R R R R R =+，电容为i c C C C =+ 。

（1）说明前置放大器的作用 （2）已推导出放大器输入端电压幅值为

说明为何电压输出型压电传感器不宜测静态力？

（3）说明压电传感器与前置放大器之间连接导线为何不宜随意更换长度？

im U =

2、推导差动电容传感器的变压器电桥的输出空载电压表达式。下图

3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知加速度计灵敏度为5PC/g ，电荷放大器灵敏度为50mv/PC 当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ，试求该机器的振动加速度。

4、单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相互覆盖的宽度为4mm 。两极板的间隙为0.5mm ，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若极板相对移动2mm ，求其电容变化量？已知128.8510ε-=?

5、（1）与简单变间隙电容传感器相比，差动变间隙电容传感器有何优点？ （2）若差动电容传感器动极板与定极板之间的起始距离为d 0，动极板向上移动△d 。试用台劳公式推导电容值的相对变化量。

（3）若采用差动变间隙电容传感器，动极板上移，上极板间间隙减小δ?，下极板间间隙增大δ?，推导传感器灵敏度。 6、下图为半波电压输出型差动整流电路。 （1） 试说明电路的作用。

（2）简述衔铁上移时电路的辨向原理。

7、霍尔元件l 、b 、d 尺寸分别为1.0cm ×0.35cm ×0.1cm ，沿l 方向通以电流I ＝1.0mA ，在垂直lb 面方向加有均匀磁场T B 3.0=，传感器的灵敏度系数为AT V /22试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。(电子电荷量e=1.602*10-19C)

8、一应变片的电阻Ω

k用作应变为800um/m的传感元件。求R

=

?

.0

=120

R，05

和R

?

R

9、（1）试比较石英晶体纵向压电效应与横向压电效应工作原理的相同点和不同点。

（2）要增大输出电压两片压电片应如何连接，若单片压电片电容为C，输出电压为U，写出连接后输出电压与电容的值。

（3）要增大输出电荷，压电片又应如何连接，若单片压电片电容为C，输出电荷为Q，写出连接后输出电荷与电容的值。

10、（1）与简单自感传感器比较，差动自感传感器有何优点？

（2）将差动自感传感器两个电感接于变压器电桥中，试推出输出电压。

（3）若使差动自感传感器能辨向，应采用何种电路？

（4）试分别画出辨向前后衔铁位移与传感器输出电压的关系曲线。

11、分析下图差动变压器的相敏检波电路工作原理

12、画出电涡流式传感器的等效电路，简述电涡流传感器的工作原理，计算线圈受金属导体影响后的等效阻抗。

13、光电编码器为何采用循环码盘？若要求码盘能分辨角度0.36度，应至少用几位二进制码盘？( ㏒2＝0.301)

14、工业用铂电阻测温为何多采用三线制电桥？将下图所示的铂电阻用连线接于电桥电路并简述补偿原理。

15、下图为差动变压器的相敏检波电路，若衔铁下移。 （1） 试分析电路的辨向过程。 （2）说明电路的作用。

16、下图为热电偶冷端温度补偿电桥电路。试分析说明补偿原理，若采用补偿导线对热电偶冷端温度补偿，对补偿导线有何要求？

17、下图为全波电压输出型差动整流电路。说明此电路的作用。差动变压器的衔铁上移一段距离，试说明电路的辨向过程

计算分析题参考答案

1、（1）放大微弱信号和阻抗变换（高输出阻抗输入变为低输出阻抗）。 （2）测静态力，由公式可知，0ω→ 0im U → 基本无输出电压。

（3）改变导线长度，分布0ω→电容C C 改变，输出电压变化，造成测量误差。

2、推导差动电容传感器的变压器电桥的输出空载电压表达式。

1020102020120

1

()1

()

122C C C C C C Z j C C Z j C C Z U C

U U

U Z Z C ωω=-?=+?=-?=

+??=-=-

+

3、

3550/2855010

K m V g U a g

K -=?===?? 4、

1233

3

3

3

123

11()8.85104102100.5101.416104108.85100.5105.4810/g ab a a b b a

C C b K a c m

εεεδδδ

εδ----------???=

-=?????=

?=???===???=?

5、

（1） 优点：提高灵敏度，减小非线性 （2）

121000000(1)1()S

d d d

C C C d d

d d d ε-?????=

=-

=++++??-???

(12)

2000000(1)1()S

d d d C C C d d d d d ε-?????==+=-+-+??+???

…

2

1200000

2[()]

2d d C C C C d d C d

C d ???=-=++??≈…

121000000

122000000

212000

00

(1)[1(

)(

)]

(1)[1()()]

2()[1()]

2

/A

C C C A C C C C C C C C K C εδ

δ

δ

δδδδδεδδδδδδδδδδδδδδ--???=

=-

=+++

-????==+=-+-+????=-=++?=

?=

6、(1)电路的作用：判别衔铁的位移大小和方向，消除零点残余电压。 (2)上移时，差动变压器互感M1>M2 Ui 正半周，D1,D2导通，U2>0 Ui 负半周，D1,D2截止，U2=0

经半波整流，只要衔铁上移U2>0，通过U2的极性判断衔铁的位移方向。 7、

33

22 1.0100.36.610H H U K IB V

--==???=?

19220

11

22 1.62100.1102.810H n K ed --=

=

????=?

8、

60.1968

0.00164120

2.0580*******.1968R R R k R ε-?==?==???=Ω62.0580*******.1968R

k R

R k R ε

ε-?=?==???=Ω 0.1968

0.00164120

R R ?== 9、

（1）相同点：都是将力变为压电片的电荷。

不同点：纵向压电效应产生的电荷只与力的大小有关，与压电片的几何尺寸无关。横向压电效应产生的电荷既与力的大小有关，又与压电片的几何尺寸有关。 （2）应串联，U 串= 2U C 串=C/2 。 （3）应并联，Q 串=2Q C 串 =2C

（1） 优点：提高传感器的灵敏度；减小非线性；消除温度等共模信号的干扰。 （2）

21021212

2Z Z U

U Z U U

Z Z Z Z Z U

Z -=-=++?=±

（3）可采用相敏整流电路或差动整流电路。

（4）

11、分析下图差动变压器的相敏检波电路工作原理

当衔铁在零位以上时0)t (x >

(1)载波信号在（0～π）时

U 与U0同相，变压器A 次级输出电压U1上正下负，U2上正下负；变压器B 次级输出电

压U01左正右负，U02左正右负。

U1正端接节点4，U01正端接节点1，由于011U U <<，所以4点电位低于1点，D1截止；

U1正端接节点4，U01负端接3，3点电压低于4点，D4截止； U2负端接2，U01正端接1，1点电位高于2点，D2导通；

U2负端接2，U02负端接3，由于U02>>U2，3点比4点电位更负，D3导通。 此时，D2回路

Rf

R U U i ++=

2

012，方向自下而上流经Rf

D3回路

Rf

R U U i +-=

2

023，方向自上而下流经Rf

由于32i i >，因此，流经Rf 的电流方向为自下而上，电压方向为下正上负，设，此时Rf 的电压为正。

（2）载波信号为下半周（ππ2~）时

U1上正下负，U2上正下负；变压器B 次级输出电压U01左负右正，U02左负右正。

辨向前

U1负端接节点4，U01负端接节点1，由于4点电位高于1点，D1导通； U1负端接节点4，U01正端接3，3点电压高于4点，D4导通； U2正端接2，U01负端接1，1点电位低于2点，D2截止；

U2正端接2，U02正端接3，由于U02>>U2，2点比3点电位低，D3截止。 D1回路

Rf

R U U i +-=

1

021，方向自上而下流经Rf

D4回路

Rf

R U U i ++=

1

024，方向自下而上流经Rf

由于14i i >，因此，此时Rf 上电流为自下而上，电压为正 2）当衔铁为零位以下时，分析情况同上

此时，Rf 上的电流始终为自上而下，因此，Rf 上电压为负

因此，当衔铁在零位以上时，Rf 上电压始终为正，当衔铁在零位以下时，Rf 上

电压始终为负。以次来判断衔铁移动的极性，并且消除了零点残余电压。 12、等效电路如图

R1 M R2

U

根据克希霍夫定律，可得方程

?????=++-=-+0

2222121111I jwL I R I jwM U I jwM I jwL I R 或

?????=++-=-+0

)()(22212

111I jwL R I jwM U I jwM I jwL R 等效阻抗为

][222

2222

22122222221L w R M w wL wL j L w R M w R R Z +-+++=

13、可避免二进制码盘由于制作工艺限制及光电元件安装位置误差，几位码同时跳变时造成错码。循环码盘其循环码相临两位只有一位变化，即使有误差，误差只有360°/2n 。 由360°/2n ≤0.36° 2n ≥1000 n ≥10 。至少用10位二进制码盘。

14、消除长连接导线电阻对测量结果的影响。补偿原理是电桥相临两臂增加同一阻值的电阻，

对电桥输出电压无影响。

15、（1）衔铁下移。互感M 2＞M 1 ，Z 2＞Z 1 。

Ui 正半周，A 正B 负，D1、D3导通，D2、D4截止。由于Z 2＞Z 1流过R1的电流大于流过R2的电流，C 点电位高于D 点电位，U0＞0。

Ui 负半周，A 负B 正，D2、D4导通，D1、D3截止。由于Z 2＞Z 1流过R1的电流小于流过R2的电流，C 点电位高于D 点电位，U0＞0。

无论Ui 为正为负，只要衔铁下移，输出电压为正。达到辨向目的。 （2）电路作用：辨别衔铁位移的方向和大小。消除零点残余电压。

16、补偿原理：将带有铜热电阻的补偿电桥与被补偿的热电偶串联，铜与热电偶的冷端置于同一温度场。室温时，电桥输出为零，当冷端温度变化时，铜电阻阻值变化造成电桥不平衡输出。此不平衡输出电压对热电偶输出变化有抵消作用。

要求补偿导线与热电偶具有相同的热电特性。保证接点处接触电势为零。 （新冷端温度应恒定）

17、辨别衔铁位移的方向和大小。

铁上移，差动变压器 由于互感M 1>M 2， 所以,ab

cd e e >

经桥式整流后，

0000

e f U U U >>

不论Ui 为正半周还是负半周，只要衔铁上移，U 0>0 。通过U 0极性判断位移的方向。

四、综合题

1、若将四片特性一致的半导体应变片平行贴在悬臂梁上，电阻值均为100Ω，悬臂梁受力在应变片处产生的应变为0.005，相应每个应变片电阻变化为1Ω，把应变片接入图3（b ）所示的电桥电路，电桥电源电压E 为1V 。 （1）在图3（b ）中标出对应的应变片标号。

（2）若采用并联调零电路调零，如图3（c ），试用连线将调零电路接于电桥电路。

（3）应变片灵敏系数K 是多少？ （4）电桥输出电压U 0是多少？

2、一柱式应变传感器，圆柱侧面纵向贴两个应变片，受力产生应变为ε，横向

贴两个应变片，产生应变为－με（μ＝0.3），将这四个应变片接于电桥电路

如图4（b）。若桥路输出电压为：3

124

1232

[]

4

i

o

U R

R R R

U

R R R R

?

???

=-+-

（1）试在电桥电路中标出应变片的标号。

（2）写出全桥输出电压与应变关系式。

（3）说明此电路能否实现温度补偿？为什么？

（4）采用并联调零电路调零，试将调零电路接于电桥电路如图，并说明调

零原理。

3、一个悬臂梁受力作用弯曲，现在用电阻应变片测量作用力F。当考虑采用电

阻应变片温度线路补偿法时，请画图表示应变片粘贴位置和测量线路的接法，画

出调零电阻，并说明调零电阻在测量线路中的作用。

F

图3（a）图3（b）

图3（C）图4（b）圆柱面展开图

综合题参考答案

1、 (3)

4292

150000.0050.51020010/10.0052

100

F N ES m N m R

K R

K εε--=

==????==?=

(4)对于全桥01

10.005100

5R U U V

R mV

?==?== 2、

（2）0

()(1)42

i i U U U k k k k k εμεεμεμε=+++=+

（3）能实现温度补偿。相临两桥臂应变片受温度影响增加相同阻值电阻，对电桥的输出无

影响。

（4）调节电位器，微调相临两桥臂电阻，使对角线电阻乘积相等，达到电桥平衡。 3、采用全桥测量电路消除温度对测量结果的影响，1R 、2R 、3R 、4R 分别为阻值相等的应变片，粘贴位置和测量电路如图所示。调零电阻使对角线电阻乘积相等，电桥平衡。

1

R 3R 2

R 4

R

R 1

R 2 R 3

R 4