第四章习题参考答案

4－1题

答：金属电阻应变片与半导体应变片的区别：

工作原理不同：金属电阻应变片是基于金属的电阻应变效应，即金属丝在外力作用下产生机械变形时，其电阻阻值发生变化。半导体应变片是基于晶体的压阻效应，即单晶体材料在沿某一方向受到外力作用时，电阻率发生相应变化而引起电阻阻值变化。

各自优缺点：金属电阻应变片灵敏度一般在1.7-4.0之间，但温度稳定性较好，用于测量精度要求较高场合；具有机械滞后性、蠕变等缺点。半导体应变片的灵敏度比金属电阻应变片的高50-70倍，横向效应和机械滞后小、体积小，但温度温度性差，在较大应变下，灵敏度的非线性误差大。

如何选用：在温度变化较大，要求精度较高且应变变形相对较大的场合选用金属电阻应变片；在温度变化较小，应变变形较小的情况下优选半导体应变片。

4-2题 解：62120100010024.R K R KR R

-?=ε??=ε=???=Ω （1）1500125125120...U I A mA R =

=== （2）15001247512475120024

....U I A mA R R ====+?+ （3）125124750025...I mA ?=-=

（4）示值差异太小，无法区分。

4-3题

答：差动传感器的优点：测量精度高、线性范围大、稳定性好和使用方便等优点。 原理：将两个结构相同的传感器正反相连组成一个差动传感器，当活动端（如衔铁）处于中间位置时，位移为零，输出电压为零（处于平衡态）。当活动端向一个方向偏移时，其中一个传感器感受正偏移，另一个传感器感受等值的负偏移，由于两个传感器是反向串接，则实际输出量是由一个传感器感受变化的两倍，且将由外界引起的等值偏差抵消掉，起到补偿作用，因而精度较高、线性范围大、稳定性好。

4-4题 解：

31222222

1088510449403C A r PF --?δ?δ±?=-ε=-??π??=-π??=δδ... 4-5题

答：压电效应：某些材料，当沿着一定方向受到作用力时，不但产生机械变形，而且内部极化，表面有电荷出现，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态的现象。

逆压电效应：在某些材料的某些方向上施加电场，它会出现机械变形，当去掉外加电场时，变形随之消失，这种现象称之（或电致伸缩效应）。

常见的压电材料有以下三类：压电单晶，如石英、铌酸锂等；压电陶瓷，如锆钛酸铅；新型压电材料，如有机压电薄膜——聚偏氟乙烯等、压电半导体——硫化锌等。

4-6题

答：由于压电式传感器输出的电荷量很小，而且压电元件本身的内阻很大。因此，通常将传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器（电压放大器、电荷放大器），经过阻抗变换以后，再进行其它处理。由于电压放大器输出受到连接电缆对地电容的影响，而在一定条件下电荷放大器输出电压与传感器的电荷量成正比，且与电缆电容无关，因而目前常采用电荷放大器作为前置放大器。

4-7题

答：霍尔效应：将导电体薄片置于磁场中，如果在其两端通以电流，则在另两端就会出现电位差，这种现象称之。

物理本质：由于运动电荷在磁场中受到洛仑兹力作用的结果，载流子在沿与电流方向相反的方向运动时，受到洛仑兹力的作用将偏向一侧，形成电子积累，与它对立的一侧由于减少电子的浓度而出现正电荷，在两侧间就形成了一个电场。当电场力与洛仑兹力相等时，电子偏移达到动平衡，这时由电子的偏移产生的电位差就是霍尔电势。

4-8题

测转速的装置：

霍尔元件

光电元件参照光电二极管或三极管、光电码盘。