《自动检测与转换技术》第2章练习题分析

《自动检测与转换技术》（“十四五”职业教育国家规划教材）统一书号ISBN978-7-111-62119-5第二章电阻传感器思考题与习题分析说明填空中的“红色文字”以及分析题中的“提示”并不等于就是答案，只是给出了怎样解题的思路和分析方法，给读者一点启发作者还在有关题目中，增加了一些新的技术和应用型知识限于篇幅的限制，有的传感器的内容无法在本教材正文中展开来讲的，现在有了这个“思考题与习题分析”，就可以在此展开介绍，希望对读者有一点帮助部分分析采用口语化的型式，希望能够提高读者的兴趣所展开的知识可能有一部分超过本教材的深度，读者可以上网对照有关资料来理解和提高希望读者看完本分析之后，就其中的疑难、错误等问题，来信与作者进行探讨，邮箱为liangsen2@

126.com,上海电机学院的梁森老师代表编写团队与大家交流谢谢大家

1.单项选择题1）电子秤中所使用的应变片应选择—稳定性好的，能够使用十年，没有“蠕变”、“静态阻值漂移”、“动态灵敏度漂移”等问题由于电子秤本着可以卖得贵一点，所以所使用的应变片稍微贵一点不要紧—应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择—半导体构成的各种传感器的体积均比较小，灵敏度高，容易与半导体集成电路匹配—；一次性、几百个应力试验测点应选择—一次性、数量大的试验，可以选择便宜一些的应变片，试验完就刮掉不要了—应变片A.金属丝式B.金属箔式C.电阻应变仪D.固态压阻式传感器2）应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择—将四个应变片组成四个桥臂，第一个相对臂（对角线）的两片应变片承受“拉应变”，另一相对臂（第二个对角线）的两片应变片承受“压应变”，这样可以提高输出电压，而且温漂可以相互提高—测量转换电路A.单臂半桥B,双臂半桥C.四臂全桥3）在图2-20a中，热敏电阻测量转换电路调试过程的步骤是—先调零，后调满度（大多数仪表亦是如此）—o若发现毫伏表的示值比标准温度计的示值大，应将RP2往—阻值大的方向调—调A.先调节RPi，然后调节RP2B.同时调节RPi、RP2C.先调节RP2，然后调节RPi D.上E.下F.左G.右4）图2-20中的Rt（热敏电阻）应选择—“温度/阻值”对应关系确定的、一致性好的（一大批同样型号的热敏电阻在25℃时的阻值、灵敏度等基本一致）—热敏电阻，图2-21中的用应选择—到达临界温度时，电阻值突然变小的（过热时，与热敏电阻串联的继电器电流增大）—热敏电阻A.NTC指数型B.NTC突变型C.PTC突变型D.PTC线性拓展思考可以用“一次性”易熔合金式“热熔断器”（俗称“温度保险丝”）保护电吹风、电熨斗、电5）圆盘式电位器的测量对象是哪一种非电量圆盘式传感器的测量对象，顾名思义是……请参考以上思路，写出它的输出廨I入特性方程“与3360）的比例关系成正比，与激励源电压g成正比A4图2-35直线式电位器传感器的测量转换电路（分压比电路）拓展思考当直线位移的数值超过直线式电位器传感器的最大行程时会产生上面问题？为什么？如果是圆盘式电位器传感器，当角位移的数值超过360时，为什么圆盘式电位器传感器不会损坏呢？

11.酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量带有较大的主观因素请上网查阅便携式、交通警察使用的酒后驾车测试仪说明其工作原理，画出结构图，写出使用说明书酒后驾车的危害性有数据表明，在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起；而造成死亡的事故中50%以上都与酒后驾车有关，酒后驾车的危害触目惊心，已经成为交通事故的第一大“杀手”科学研究发现，人呈微醉状开车，其发生事故的可能性为没有饮酒情况下开车的16倍所以,饮酒驾车，特别是醉酒后驾车，对道路交通安全的危害是十分严重的有鉴于此，2010年8月，十一届全国人大常委会第十六次会议将首次审议刑法修正案

（八）草案，醉酒驾驶或被判刑2011年5月1日起，《中华人民共和国刑法修正案

（八）》正式实施，醉驾者一旦被查实，将面临最高半年拘役的处罚酒后驾车的国家标准在国家标准《车辆驾驶人员血液、呼出酒精含量阈值与检测》中明确规定驾驶人员的每100mL血液中如果含有20〜80mg（不含80mg）的酒精就可视为饮酒驾驶，驾驶人员的每100mL血液中，如果含有80mg以上（含80mg）的酒精就可视为醉酒驾驶界定是否酒驾的困难但是，在现实生活中，如何界定是否酒驾却存在一些麻烦例如，在交通管理例行检查违章处理或交通事故现场中，要抽取驾驶人员的血液往往是不现实的；而把有关人员送到医院去抽血液，则往往会在路上花去一段时间，以至使血液中酒精浓度与事发现场时有较大的减少因此有必要研制“呼出气体酒精测试仪”对呼出气体酒精含量检测仪的要求“呼出气体酒精含量检测仪”（也简称为“酒检仪”）是指在规定的温度、湿度和气压条件下,分析、测量呼出的“肺深部”气体中乙醇（酒精）含量（mg/mL）的仪器从以上概念中不难看出，“酒检仪”的计量对象是“肺深部气体中的乙醇含量”，基本要求是“规定的温度、湿度和压力”由于是进行定量分析，因此对检测气体还有“量”的要求酒检仪应在呼出气体体积大于1L时开始采样，采样时呼出气体的持续时间应大于

2.5s若呼气过程中出现中断，酒检仪应发出报警信号;呼气流速小于O.lOL/s时，应视为呼气中断酒检仪必须使用适宜的吹管，当吹气流速为

0.17L/S时，气压应不超过240Pa只有达到这些要求，才能保证采样气体为公安部标准所要求的“肺深部气体”，从而确保量值的准确性和执法的公正性在接受交管部门使用酒检仪所进行的执法检查时，被检人应当尽可能地深呼吸，用新鲜的空气交换出肺深部气体，而后平稳均匀地向酒检仪持续呼出

2.5s时间以上，整个执法检测才可能圆满完成事实上，交管部门在执法过程中已经遇到许多因被检人不配合、故意轻吹气或短时间吹气而导致酒检仪检测失败的情况（那么就可能更换为更复杂的抽血检查）人体内90%酒精由肝脏氧化分解而消失，其余的不到10%的酒精则随汗水、尿液及呼出气体排出酒精经血液循环带到全身，当然也带到肺部测量出“口腔呼出气体”中的酒精的浓度，再乘以一定的比例系数，就可计算出血液中酒精的浓度根据经验和实验数据，被测人“呼出气体酒精的浓度”乘上系数2200（各厂家的系数有一些不同）就约等于被测人体中的“血液酒精浓度”“呼出气体酒精含量检测仪”的试验数据为了体验饮完不同饮料后的酒精测试仪测试效果，用通过校验的“呼出气体酒精含量检测仪”（例如WAT89EC-8）进行试验根据中国国际警用装备网的有关资料数据，试验者分别饮用了可乐、啤酒、红酒、白酒在饮完后的5分钟、15分钟、30分钟、45分钟、60分钟这几个时间段内进行了测试，得出以下各时间段的测量数值表2・01WAT89EC-8呼出气体酒精含量检测仪”的试验数据参考时间种类读数备注可乐0啤酒215分钟红酒23白酒85单位mg/100ml可乐0饮用量可乐330ML啤酒21啤酒400ML15分钟红酒17红酒200ML白酒3950度白酒50ML可乐0啤酒1330分钟红酒13白酒36可乐0啤酒045分钟红酒8白酒31可乐0啤酒060分钟红酒0白酒30135分科白酒15从上表可以看出，对于可乐类不含酒精的饮品，无论在任何时间段内，测试结果的读数均为零;而啤酒和红酒这类低酒精含量的饮品，则在5分钟至15分钟内保持一个相对稳定的读数，30分钟后，数值开始下降；而对于度数较高的白酒，在饮后5分钟内即达到最高值，15分钟后趋于相对的稳定高值（与其它饮品相比），在1小时后，酒精浓度依然没有明显下降通过观测发现，饮用白酒后，测试结果的读数到135分钟（2小时15分钟）后，才逐渐回落到正常范围内呼气酒精含量检测的分类呼气酒精含量检测分为“证据性呼气酒精测试（Evidential BreathAlcohol Testing）”和“初步呼气酒精测试（Preliminary BreathAlcohol Testing）”两类前者又称为“确认性测试（Confirmatory Test）”，后者又称为“初试性测试（Screening Test）”前者的测试结果可以作为法庭证据，而后者的测试结果法庭不予承认图2-02酒精测试仪外形及使用本题的传感器总体设计思路1）让被怀疑酒后驾车的驾驶员对准吹气管（一次性用品）呼气在吹气管的出口端的孔道中,装有多种传感器如果测试者的嘴稍微离开吹气管，根据流体力学的原理，气体流动时压力会减小，这就会把周围的空气一起带进仪器内（喷雾器就是根据这个原理制成的），相当于把呼气中的酒精浓度稀释了,检测到的呼气酒精浓度就会比被测者实际的呼气酒精浓度低，这显然是不能容许的所以要求被测试者咬住一次性吹气管，呼气的压力必须达到240Pa以上（小于240Pa时，吹气管的单向膜片不会打开，相当于“吹气不足”）O2）另一个必须注意的是吹管必须是“单向性”的，在吹气的时候进行检测，吸气时不能进行检测因为吸气时，吹管中的气体不来自人体，检测的结果自然不能反映人体内的酒精含量当测试者反向吸气的时候，空气会从出气管倒流进入酒精传感器，使得测试数据偏低，这是不允许的为了杜绝作弊，可以在吹气管内设置“单向阀”当测试者反向吸气的时候，单向阀截止，空气无法从出气管进入酒精传感器3）必须有一定的“呼气量”才能得到理想的测试值（体积除以时间，设计值为

2.5s,换算成流量，大概为20L/min）设计的时候，可以由微处理器对时间和气体的体积进行计数（如果要求很严格的科学试验，可以采用蜗轮式等流量传感器来计数）可以用一排发光二极管指示呼气量的大小（呼气量越多，点亮的LED越多）4）如果被测者断断续续地吹气，每次断续，微处理器就重新开始计数，最终结果当然是“吹气时间不足”，产生报警提示声音这样就防止了作弊5）当呼气量（体积和时间）达到允许值之后，“呼气确认”LED亮如果呼气量不够，则提示重新呼气如果呼气量达标，则用LCD液晶屏显示当前的酒精含量若超标酒精含量，LED闪亮，蜂鸣器发出“嘀……嘀……”声根据以上设计思路，建议按以下要求进行设计1）画出你构思中的便携式酒后驾车测试仪的外形图包括一根吹气管和出气口等“气路系统”、主机盒（液晶屏、按键等）在主机盒的面板上，画出电源按键、呼气指示LED若干个、酒精蒸气含量显示器（LCD）、报警LED、报警蜂鸣器发声孔、清零键等具体的设计可以参考“气敏传感器”的原理和电路再上网查找有关的毕业设计网络上有很多酒精蒸气传感器、酒后驾车测试仪的论文，包括传感器、硬件电路、单片机系统、单片机程序等,请读者自行查阅、下载还可以在“淘宝网”购买相应的酒精蒸气传感器（半导体式的），自己搭电路，编程序，做出实物2）设计的过程应该是有一个“选择酒精蒸气传感器”的论述可以对气体中酒精含量进行检测的传感器的几种基本类型

①气体色谱分析型；

②红外线型；

③比色型；

④半导体型；

⑤燃料电池型（电化学）请自行上网查阅并下载以上资料，写入到设计书的“前言”或“绪论”、“可燃性气体浓度检测综述”、“可燃性气体浓度检测现状”，或者“可燃性气体浓度检测的发展”……里面论述为什么交警要采用“燃料电池型”（电化学型）酒精传感器，而不用“半导体型”酒精传感器；以及为什么“自测”可以采用“半导体型”酒精传感器，本设计应该采用什么类型的酒精传感器等等由于价格和使用是否方便等因素，气体色谱分析型、红外线型、比色型都显得复杂（准确度也较高）论述其具体工作原理和结构目前普遍使用的“便携式呼气酒精含量测试仪”只有“燃料电池型”（电化学型）适合于现场使用半导体酒精传感器的优缺点半导体酒精传感器也有自己的优点即使在-70℃的环境下，也可以简单地将一个加热电流施加到半导体酒精传感器的钳丝上，使之止常工作；而对于燃料电池传感器，就必须附加一个加热装置，对整个燃料电池传感器进行加热；在高温场合，即使环境温度达到100℃以上，也不影响半导体气体传感器工作但是，燃料电池型传感器则会因为“失水”而失效，甚至毁坏对于学生而言，如果仅仅想做出一个比较简单的课程设计，可以用本教材所述的MQN型气敏电阻传感器读者可以上网查阅有关的毕业论文有许多所谓的“MQN型气敏电阻酒后驾车测试仪”都只能用于大致判定血液里面的酒精含量，可以用于“自测”或“汽车驾驶室的酒精报警”等，所显示的酒精蒸气浓度数据会有很大的“温漂”、“时漂”，误差可能达到30%,不能用于“呈堂证供”而且多数论文没有论述如何标所定得的输出电流与酒精蒸气的浓度之间的关系就就是说，设计者必须给出输出/输入的特性曲线MQN半导体气敏传感器的工作原理MQN半导体气敏传感器是利用待测气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化来检测气体的种类和浓度的当半导体器件被加热到稳定状态，在可燃性气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被200C的半导体圆片蒸发掉，另一部分残留分子固定在吸附处如果半导体的“功函数”大于吸附分子的“离解能”，吸附分子将向器件释放电子，而形成正离子吸附如H

2、CO、碳氢化合物等，被称为还原型气体当还原型气体吸附到N型半导体上时，半导体表面的载流子增多，半导体电阻值下降型号为MQ打头的气体传感器是指“半导体型的气体传感器SnCh类半导体这类半导体型气体传感器对可燃性气体敏感，输出信号大，称为“半导体型酒精测试仪”其最大优点是价格低廉,只有燃料电池型的几分之一，但性能远比燃料电池型的要差，所以通常只用在要求不高的场合，如“自我检测”或“一般性定性检测”作为执法或者处罚依据的人体酒精含量检测，应该使用完全符合“中华人民共和国公安部安全行业标准GA307-2001”的燃料电池型酒精测试仪，否则如果被执法者或被处罚者提出异议，将会造成不必要的法律麻烦燃料电池酒精传感器的优点具有稳定性好、准确度高、复现性好、抗干扰性能好（燃料电池传感器可以精确地控制特种催化剂的成分，使得它对其它气体的敏感度远远小于对酒精的敏感度）等优点目前仅有“燃料电池型（电化学型）”能够用于“证据性呼气酒精测试”，读者可以用“燃料电池”、“电化学型酒精”、“便携式酒精……”、“呼气酒精……”、酒后驾车”、“燃料电池酒精……”、“测酒仪”等“关键词”，上网查阅有关酒后驾车测试仪的资料本习题分析采用了多种不同名称（有点儿混乱），但意思类似的名词，以便读者上网查阅燃料电池型（电化学型）的有关知识以下内容远少于学生的设计要求，仅是“抛砖引玉”的简介需要学生自己上网查阅大量的资料，才能完成本设计燃料电池型呼气酒精测试仪采用“燃料电池酒精传感器”作为气敏元件，它属于电化学类型，因此又称为“电化学型”燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染大功率的燃料电池可以用于“燃料电池汽车”酒精传感器是燃料电池的一个分支燃料电池酒精传感器采用贵金属伯金作为电极，在燃烧室内充满了特种催化剂，它能使进入燃烧室内的酒精充分“燃烧”（无火燃烧），从而转变为电能（微弱的电流）也就是说，在燃料电池的正、负电极上能够产生电压，电能消耗在外接负载电阻上此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成确定的关系，这就是燃料电池型呼气酒精测试仪的基本工作原理燃料电池型呼气酒精测试仪的测量误差不应大于5%,示值重复性约为2%燃料电池是由正、负两个电极以及电解质组成与一般电池不同的是，普通电池的“活性物质”是贮存在电池内部，而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是催化转换元件，因此燃料电池能够将化学能转化为电能燃料电池式酒精传感器的化学反应酒精燃料电池的总反应式为乙醇与氧气反应生成乙醛，反应的方程式为CH3cH2OH+O2-CH3cHO+H2O其工作过程是含有酒精成分的“样气”被定量地泵入传感器的反应气室反应气室中有酸性“电解质膜”和伯金“催化层”在低温（20〜100℃）条件下，电解质一般为固体聚合物吹气（乙醉）离子交换膜1阳极H50H（乙醇）------CH3CHO0醛）♦箕2A粕催化剂修多孔广离子通过电解质去放大器匕电解质粕催化剂H O2离子交换膜2电子沿外电路流动，形成电流氧气，常从空气中获得o HO22每摩尔单位的酒精在工作电极（阳极）上发生氧化反应时，分别释放出2摩尔单位的H+和电子图2-03燃料电池式（电化学）酒精传感器的基本结构酒精（燃料）电解质膜电子和H+（本质上是不会移动到外电路的，仅存在于电解质中）分别通过电解质层和外电路的负载伯金催化层电阻构成回路，到达“对电极”，对氧气进行还原反应，构成“反应物”和“产物”的“物质平衡”、“电荷平衡”反应产生的电荷（特指负的e）流动形成电流，从而确定“被测样气”中酒精的含量燃料电池式酒精传感器的参考测量电路（实际设计时，比这个还要复杂很多，放大电路有好几级，还要有具体的参数计算，电源设计,A/D转换，单片机电路，人机对话电路等）图2-04a是燃料电池的电流测量电路，运放的负输入端的电流不会大于2piA负反馈电容是用于滤除交流电干扰，稳定测量数据“反相电流转换器（I/U转换器）的输出电压在图2-04b中，传感器的输出电流流经负载电阻RL（几十千欧），在RL上产生上正下负的电压（不会大于10mV）,经“正相放大器”的正输入端放大后，得到与酒精蒸气成一定关系的输出电压图2-04两种典型的燃料t电/o池2=式/iX（7电X化学）酒精传感器的驱动电路L（l+///2）（电路中的图形符号不符合国家标准GB4728f所规定的图形符号，需改画，并计算出具体数值）a）短路电流检测电路b）输出电流在负载上产生电压的检测电路“设计”还必须论述酒精测试仪的“校验”和“校验装置”以及有关结构的图纸请上网查阅有关资料，画出酒精测试仪的校验“气路图”酒精测试仪的定期校验酒精测试仪的校验是通过“模拟人体呼气”来进行的，即通过氧气瓶将一定量的氧气压入一个标准的瓶子内，然后再通过针筒（可以定量拉到一定的mL或mg的位置）将配好的酒精注入该瓶子，配成含有一定浓度（多少克每100毫升）的“酒精模拟标准气体”，再将其压入一个“充气袋”中，最后用“呼气酒精测试仪”对充气袋中的“模拟气体”进行测试，显示的数据跟之前设置的数值以及比例系数相对比，就可以判断测试仪是否准确酒精与氧气的数值关系必须设定为3个不同的比例，每个比例都需要进行3次测试，取平均值如果误差上、下浮动超过5%,该酒精测试仪就会被判定不合格例如，预先设定的模拟气体酒精含量为20mg/100mL,若测试数据低于9mg/100mL或高于21mg/100mL,那就是校验不过关，测酒仪需要检修了拓展思考1）画出MQN半导体气敏酒精测试仪的电路原理框图2）简要说明酒精测试仪的几个主要环节之间的信号流程3）写出“酒后驾车测试仪”的使用说明书饭锅、消毒柜、饮水机、咖啡壶等电器，在其温度超标时，切断加热回路，以避免故障扩大或火灾的发生问如果为了提高可靠性，使用了两枚85℃的热熔断器来监视该电器不同位置的温度，是互相并联还是串联之后，再与220V加热电路串联？为什么？5）MQN气敏电阻可测量—可燃性气体（还原性气体）—的浓度，TiCh气敏电阻可测量—氧原子进入二氧化钛晶格，使阻值增大—的浓度

1.CO2B.N C.气体打火机车间的有害气体D.锅炉烟道中剩余的氧气2拓展思考请上网查阅氧化倍氧含量传感器的原理、结构及使用6）湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了oA.提高灵敏度B.防止产生极化、电解作用C.减小交流电桥平衡难度提示如果使用直流电作为与湿度、液体有关的传感器的激励源，就会在两个电极周围分别产生氧气和氢气小气泡，降低了电极的有效表面积，使得两个电极之间的阻值增大，产生测量误差更为严重的是，会腐蚀电极，使得电极产生微小的“剥落”，直径会越来越小，最后可能断掉如果是使用交流电源（1kHz左右），由于两个电极的正负交替变化很快，阴极、阳极转换快，两个电极的周围的氧气和氢气来不及产生“气泡”就再次复合了，所以对测量的影响较小，腐蚀也较小而且当交流工作电压较低时（例如低于2V）,低于“分解电压”，所产生的电解作用就降低到可以忽略的程度7）当天气变化时，有时会发现在地下设施（例如地下室）中工作的仪器内部印制板漏电增大,机箱上有小水珠出现，磁粉式记录磁带结露等，影响了仪器的正常工作该水珠的来源是—相对湿度接近饱和，地板结水等现象—o（有很多人看到黄梅天水泥地板上面有一层水，就说是“地板下面的水泛上来了”那么在有隔层的地板上面也有一层水，就不可能是地底下的水渗透到地面上来的啦）A.从天花板上滴下来的B.由于空气的绝对湿度达到饱和点而凝结成水滴C.空气的绝对湿度基本不变，但气温下降，室内的空气相对湿度接近饱和，当接触到温度比大气更低的仪器外壳时，空气的相对湿度达到饱和状态，而凝结成水滴D.地下水冒上来8）在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用—与温度、应力等关系不大（紧张的时候，人的头上会冒汗的）—传感器来检测A.应变片B.热敏电阻C.气敏电阻D.湿敏电阻

2.有一测量吊车起吊物质量（即物体的重量）的拉力传感器如图2-29所示R、R

2、R

3、贴在等截面轴上，组成全桥，桥路电源为直流6V请画出测量转换电路（包括调零电路，注意R〜心的粘贴及受力方向是否与图2-4相同）图2-29测量吊车起吊物重量的电子称示意图a）卸去外壳后的弹性元件及应变片在等戳面轴上的粘贴b）遥控示意图提示在图2-29中，起重机吊起重物的时候，Ri、R2受拉（仅限于该图），、R4受压，所以R、R2应该处于四臂电桥的相对臂位置（对角线位置），同样道理，氏

3、应该处于四臂电桥的另一相对臂位置（另一对角线），R3处于对角线邻边，、处于对角线邻边……，所以Ri、R、R

3、R4在电桥的位置与图2-4是不相同的，不能照抄图2-4调零电路可以模仿图2-4或图2-20但是，现在的电子秤多数是在出厂的时候，在不平衡的桥臂上串联一个小的电阻，使得桥路的不平衡的大部分被这个小电阻抵消了，然后再加上“软件调零”,就可以使得在载荷等于零的时候，显示值等于零吊车的遥控多数是用无线电，而不是红外线但是必须用无线电编码的方法来提高抗干扰能力即使设计了很强大的抗干扰程序，也不允许站在吊钩下方，一避免出重大安全事故正值吊车在下降或上升，即使有短暂的干扰，也可能产生误动作

3.有一额定荷重/为20X1（）3N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度以为2mV/V,桥路电压Ui为12V,求1）在额定荷重时的输出电压Uom；2）当测得输出电压4为6mV时，承载方为多少牛（N）3）若在额定荷重时要得到4V的输出电压（去A/D转换器），放大器的放大倍数应为多少倍？提示1）在额定荷重时的输出电压Uom灵敏度心（mV/V）乘以桥路电压口，等于额定荷重时的输出电压U°m=KFUi=2mV/V12V=？？mV2）当测得输出电压“为6mV时，承载为多少牛（N）将输出电压4除以额定荷重时的输出电压Uom就等于承载所占额定荷重的百分比;再乘以额定荷重，就等于被测的载荷（（F=F Xt/o/t/onO^OxlO^X6mV/24mVNm3）若在额定荷重时要得到4V的输出电压（去A/D转换器），放大器的放大倍数应为多少倍:将要接到A/D转换器的4V电压，除以额定荷重时的输出电压mV数，就等于放大器的放大倍数K=4000mV+24mV=？？？倍

4.PtlOO热电阻的阻值R与温度，的关系在〜100C范围内可用式R产R（）（l+⑼近似表示，求:1）查表2-2,写出柏金属的温度系数a2）计算当温度为50℃时的电阻值3）查附录D（工业热电阻分度表）,50C时的电阻值为多少欧？4）计算法的误差为多少欧？示值相对误差又为多少？提示1）查表2・2,写出钻金属的温度系数公注意a值是有单位的2）计算当温度为50℃时的电阻值R产RoQ+油,式中的R）可以根据热电阻的型号得到如果被测温度为摄氏零度，则凡就等于扁3）查附录D（工业热电阻分度表），50℃时的电阻值为多少欧注意:附录D有Cu50与PtlOO的分度表……4）计算法的误差为多少欧？示值相对误差又为多少凡-心（1+血）的计算公式是假设伯热电阻的温度特性是线性的，但是实际上是非线性的，而且弯曲比较严重如果讲究的话，热电阻的阻值凡与温度/的关系可用下面的一般表达式表示R尸Ro（1+A t+Bt2+Ct3+0〃）式中R——热电阻在/时的电阻值；tRo——热电阻在℃时的电阻值；

4、B、C\D温度系数ITS-90分度表热电阻的阻值R与E之间不呈线性关系在规定的测温范围内，每隔1℃,测出伯热电阻和铜热电阻的R的电阻值，并列成表格，这种表格称为热电阻分度表，见附录C热电阻分度表是根据rrs-90标准所规定的实验方法而得到的，不同国家、不同厂商的同型号产品均需符合国际电工委员会（IEC）颁布的分度表数值最接近现在的国际温标称为“1990国际温标”，也称为ITS-90IEC发布了很多相关文件，我们可以在网络上买到“热电阻分度表”书中列出了各种常用的的标准热电阻的分度表（个别分度表甚至精确到

0.1℃）也就是说，个别分度表有一万多个格子,有几十页本教材只是列出了一页半的PtlOO的分度表，而且是每10C一格的，仅供学生练习的ITS-68分度表必须注意的是，网络上下载的一些分度表看似完整，但属于ITS-68的，也就是说，是1968年的标准，与本书所列表格对不起来，希望大家注意标准的日期在重要的应用场合，必须去购买“中国计量出版社”出版的分度表，不要完全相信网络的东西无论是在我国，还是美国、日本、俄罗斯……生产的同样型号的热电阻，其“温度/阻值特性”都应该符合ITS-90如果不太符合，就说明热电丝的纯度不够（要达到

99.999%）,或者是退火温度和加工、拉制工艺不对对于生产厂家，可以购买某种热电阻标准的生产加工工艺的国家标准每个生产温度传感器（例如销热电阻、热电偶等）的工厂，都要尽量往1990国际温标靠如果数据不一样，错误在你，真理不在你这一边检定证书在少量应用的场合，作为变通的方法，厂家可以根据每一根传感器（钳热电阻或热电偶）在不同的温度点的误差值，分别给出一张“检定证书”（表格）用户可以根据该修正表，自行修正

5.气泡式水平仪结构如图2-30所示，密封的玻璃管内充入导电液体，中间保留一个小气泡玻璃管两端各引出一根不锈钢电极在玻璃管中间对称位置的下方引出一个不锈钢公共电极请分析该水平仪的工作原理之后填空图2-30电子气泡式水平仪结构简图1一被测平面2—导电水柱3—气泡4—密封玻璃管5一不锈钢电极6—公共电极7—外壳1）当被测平面完全水平时，气泡应处于玻璃管的—不应该偏到任何一边，否则就不是水平的了一位置，左右两侧的不锈钢电极与公共电极之间的电阻R、的阻值—由于是对称的，所以是……的如果希望此时电桥的输出电压4=0,则

4、/

2、R、R4应满足—由于是对称的，、凡也所以是……的—的条件如果实际使用中，发现仍有微小的输出电压，则应调节_中间的那个使4趋向于零2）当被测平面向左倾斜（左低右高）时，气泡漂向—高的一边_边，R变―液体多了，导电性就好了R2变—气泡影响导电性能电桥失去平衡，”增大3）g应采用电源（直流/交流）为什么？答_有液体的电路最害怕“电解反应”，会产生很多气泡，时间久了，就失效了但是交流电是来回变化极性的，气泡来不及产生就复合了不过交流电的频率最好是1kHz左右，极性转换可以快一些，端电压要低于“分解电压”（例如低于2V）,而且在测量完毕的一分钟后就要自动断电，否则还是会有少量气泡产生的，而且会越积越多（请参阅湿敏电阻原理）

6.图2-31是应变式水平仪的结构示意图应变片描、声、以、尺粘贴在悬臂梁上，悬臂梁的自由端安装一质量块，水平仪放置于被测平面上请参考上题的分析步骤，写出该水平仪的工作原理答这道题主要要从水平仪的状态与悬臂梁的变形开始答题例如，假设左边低，右边高那么，悬臂梁将向哪一边倾斜？然后是吊、R受拉还是受压？、、受拉还是受压？然后电桥还平衡吗？……o拓展思考如果将应变片改为变隙式电容传感器，应该怎样设计传感器的结构sass图2-31应变式水平仪结构示意图1—质量块2—悬臂梁3—应变片4—显示器5—信号调理电路6—限位器7—外壳8—被测平面

7.图2-32是汽车进气管道中使用的热丝式气体流速（流量）仪的结构示意图在通有干净且干燥气体、截面积为A的管道中部，安装有一根加热到200c左右的细伯丝刈另一根相同长度的细钳丝安装在与管道相通、但不受气体流速影响的小室中，请分析填空图

2.32热丝式气体流速（流量）仪的结构示意图1—进气管2—伯丝3—支架4—与管道相通的小室（连通管道未画出）R2—与Ri相同的伯丝1）设在200℃时,RI=R2=20Q,EF12V,则流过R的电流为—根据欧姆定律,木=£/（4+）—A,使Ri处于微热状态2）当气体流速片时，R的温度与/2的温度—基本……—，电桥处于—平衡/不平衡—状态当气体介质自身的温度发生波动时，凡与同时感受到此波动，电桥仍然处于—平衡/不平衡—状态，所以设置火2是为了起—抵消什么—的作用3）当气体介质流动时，将带走R的热量，使用的温度变—想象被风吹在身上的超牝电桥—平衡/不平衡—，毫伏表的示值与气体流速的大小成一定的函数关系图中的RPi称为—总是那个哈—电位器，RP2称为一可以增加或者减小流过毫伏表的电流的……—电位器欲使毫伏表的读数增大，应将RP2向—阻值变小是哪一边？—（左/右）调4）设管道的截面积A=

0.01m\气体流速v=2m/s,则通过该管道的气体的体积流量qv=4尸—“平方米”乘以“米•每秒”—m3/so5）如果被测气体含有水汽，则测量得到的流量值将偏（大/小），这是因为传热更快了;如果用、改用铜丝，会产生—铜元素容易与哪些化学元素起什么类型的化学反应？问题

8.100m短跑比赛之前必须测量风速，以避免影响比赛成绩请根据题7的原理，构思一个手持式风速、风向仪请分别画出测量风速、风向的测量转换电路及仪器的外形（注风速仪的钳丝可用220V/35W的拇指式小型灯泡敲掉玻璃后露出鸨丝代替，风向标的转轴可与合适的角位移传感器联轴）提示常见的测量风速有三种方法皮托管式测量（测量压力差，见右下图）；涡轮式风速测量（测量转速，见右中图）；热丝式测量，见左下图用单片机测控，保持热丝的恒定温度，例如150℃,然后倒过来测量加热电流之所以加热电流会有变化，是因为风带走了热丝的热量为了保持热丝的温度不变，就要增大加热电流那么加热电流就与风速有明确的关系这种热丝式风速仪是闭环测量，稳定性较好，但耗电较大Rouwifi Vines做试验时，可用拇指式小1灯泡中的铝丝代替钳金丝w X140X图2-01几种风速传感器的外形及使用FVA605TA热式风速传感器技术指标测量范围

0.01-lm/s；测量介质干燥空气或者惰性气体；测量准确度±

1.0%量程，±

1.5%测量值；±

0.5%量程，±

1.5%测量值；温度范围0〜40℃；电源7〜10V/40mA；尺寸头部尺寸直径8mm,轴向尺寸15mm；进风口尺寸直径9mm；保护罩尺寸直径110mm比较器电路油烟（煤

9.图2-33为自动吸排油烟机原理框图，请分析填空1）图中的气敏电阻是一对可燃性气体有效的……―类型，被测气体浓度越高，其电阻值就越—大多数半导体都这样的……—o图2-33自动抽油烟机（吸排油烟机）电路原理框图2）气敏电阻必须使用加热电源的原因是—从化学反应的速度和灵敏度来考虑问题—，通常须将气敏电阻加热到—上网查—℃左右因此使用电池为电源、作长期监测仪表使用时,电池的消耗较—需要加热啦（大/小）3）当气温升高后，气敏电阻的灵敏度将—温度越高，内阻就越小……―（升高/降低），所以必须设置温度补偿电路，使电路的输出不随气温变化而变化4）比较器的参考电压UR越小，检测装置的灵敏度就越—比较器的翻转点与比较电压的大小有关—o若希望灵敏度不要太高，可将RP往把电位器沿参考电压UR变高的方向调整—（左/右）调节（现在多数智能化仪表均利用微处理器的程序来调整灵敏度）5）该自动吸排油烟机使用无触点的晶闸管而不用继电器来控制排气扇的原因是防止如果煤气漏气了，只需要一个电火花或者手机打电话所发射的信号就可以……o6）由于即使在开启排气扇后气敏电阻的阻值也不能立即恢复正常，所以在声光报警电路中，还应串接一只控制开关，以消除—可能要响一个晚上—（蜂鸣器/LED）继续烦人的报警拓展思考估计这种煤气报警器的寿命大约有多少年？为什么？如果安装于厨房间，寿命会缩短还是延长？为什么？

10.图2-34为电位器传感器的结构图，图2-35为直线式电位器传感器的测量转换电路，查某直线式电位器传感器的产品说明书如下

①寿命IO7次以上；

②温度系数小于i00ppm/C（一个ppm表示一百万分之一，即lOA；

③线性优于

0.1%；

④使用温度范围―50〜+125℃；

⑤最大端电压40V；

⑥最大行程500mm；

⑦额定电阻10ka）圆盘式电位器外形b）圆盘式电位器内部结构c）直线式电位器结构图2-34电位器式传感器结构简图1一接线端子2—转轴3—微型轴承4—外壳5—导电塑料6—滑动触点7—滑动触点电压引出轨道（铜质）根据以上指标，计算有关数据，并回答问题1）当施加在该直线式电位器传感器A、B两端的电压为最大端电压时，电位器的功耗为多少毫瓦？若超过最大端电压，从稳定性看，将产生哪些问题？2）当施加在电位器A、B两端的电压为24V、行程光从0mm增大到500mm时，U的变化范围为多少？3）写出C端的输出电压”与滑动臂的行程小激励源电压Ui之间的关系式4）当行程x等于150mm时丁列式计算、4各为多少5）圆盘式电位器的测量对象是哪一种非电量？请参考以上思路，写出它的输出/输入特性方程提示1）当施加在该直线式电位器传感器A、B两端的电压为最大端电压时，电位器的功耗为多少毫瓦P=U2/R若超过最大端电压，从稳定性看，将产生哪些问题P=UR,U增大,电位器必然发热，然后稳定性就……2）当施加在电位器A、B两端的电压为24V、行程X从0mm增大到500mm时，U的变化范围为多少就是从最小到最大哈……3）写出C端的输出电压，与滑动臂的行程X、激励源电压U之间的关系式“与（X/Xm）的比例关系成正比，与激励源电压Ui成正比4）当行程“等于150mm时，列式计算、U各为多少二（150mm/500mm）义1OkQU°二（l50mm/500mm）X24V=……40℃时的阻值与0℃时的阻值的温漂为40℃X100ppm/℃=

0.4%线性误差的绝对值不大于10kQX

0.1%=100Q例如，当电位器滑动到中间对称位置时，电刷的对地电阻值不一定就恰好5kQ,可能是

5.05kQ,也可能是

4.92kd但是不会超过5kQ±

0.lkC。