?C??ab?(a??a)b?b?????a?8.85?10?12?4?10?3?2?10?3?0.5?10?3?1.416?10?3
K?C?b?3?124?10g??a???8.85?100.5?10?3?5.48?10?11c/m四、综合题（10分）
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100?，试件初载等截面积为0.5?10?4m2，悬臂梁弹性模量E?200GN/m2，由50KN的压力引起的应变片电阻变化为1?，把应变片接入图（b）所示的电桥电路，电桥电源电压为1V。
（1）在图3（b）中标出对应的应变片标号。（2分）
（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。 （2分）
（3）应变片灵敏系数是多少？（4分） （4）电桥输出电压是多少？（2分） (3)
??FES?5000N0.5?10?4m2?200?109N/m2?0.005?RR?K?
K?1100?0.005?1?2(4)对于全桥U?R1?R10?UR?1?100?0.005VU0?UR?1?100?0.005V ?5mV?5mV
??FES?5000N0.5?10?4m2?200?109N/m2?0.005?RR?K?
K?1?0.005?1100?2 C
10.热导式气体分析仪根据混合气体 导热能力的差异 ，实现气体组分的含量分析。
三：简答题（4小题，每小题5分，共20分）
1.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？ 答：不行。
因为电涡流只能在铁磁性材料上产生。
2.电阻应变片温度误差产生的原因及补偿方法。 答：原因：（1）电阻温度系数的影响；
（2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。 补偿方法：（1）电桥补偿法；（2）应变片自补偿法；（3）热敏电阻补偿法 3.什么是霍尔效应，并写出霍尔电势与电流强度和磁感应强度的关系。
答：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。
UH?KHBI
4.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？
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。
- 5 -
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。
四、分析计算题（2小题，每小题10分，共20分） 1.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??8.85?10?12
?C??ab?(a??a)b?????b?a?8.85?10?12?4?10?3?2?10?3?0.5?10?3?1.416?10?13F
K?C?b?3?124?10g??a???8.85?100.5?10?3?7.08?10?11F/m2、分析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x(t)?0
(1)载波信号在（0～?）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U1??U01，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
相敏检波电路
i2?U01?U2R?Rf，方向自下而上流经Rf
D3回路
i3?U02?U2R?Rf，方向自上而下流经Rf
由于i2?i3，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（?~2?）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。
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
i1?U02?U1R?Rf，方向自上而下流经Rf
D4回路
- 6 -
i4?U02?U1R?Rf，方向自下而上流经Rf
由于i4?i1，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。
四、分析计算题（2小题，每小题10分，共20分） 1.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??8.85?10?12
?C??ab?(a??a)b?b?a??????12?8.85?10?4?10?3?2?10?30.5?10?3?1.416?10?13F
K??C??3?a?b??8.85?10?124?10g0.5?10?3?7.08?10?11F/m
五、设计题（10分）
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
答：采用全桥测量电路消除温度对测量结果的影响，R1、R2、R3、R4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。
R3 RR34 F R1RR2R4R2 1 粘贴位置
测量电路
粘贴位置
R3 - 7 -
R4 F R 4．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以详细解释。
光照射在物体上可看成一连串具有能量的光子对物体的连续轰击，物体吸收光子能量而产生
相应的电效应，称之为光电效应。这是实现光电转换的物理基础。
三、简答题（每题6分，共计30分） （2分） 1． 简述电涡流的趋肤效应的基本内容。 光电效应依据表现形式的不同，通常可分为三类：
电涡流式传感器在金属导体内产生的涡流存在趋肤效应。即涡流的渗透深度与激磁①光电导效应——光照射改变半导体导电率，从而引起半导体电阻值的变化效应。 电流的频率有关。（2分）频率越高，渗透深度越浅，趋肤效应越明显，频率越低，（4分）渗透深度越深，趋肤效应越弱。（5分） 2．试分析电容传感器中误差的主要来源以及减少和消除的方法。 （1）温度影响： a）温度主要影响传感器的结构尺寸。 （1分） 减少和消除方法：①尽量选择温度系数小且稳定的金属材料作电容器极板。 ②采用差动对称结构，在测量电路中加以补偿。 b）对某些介质的介电常数有一定的影响。 （2分） 减少和消除方法：这种变化引入的误差只有在测量电路中进行补偿。 （2）电场的边缘效应影响：边缘效应使电容传感器测量精度下降，非线性上升。（3分）
减少和消除方法：增加极板面积和减少极板间距离可减少边缘效应的影响。当检测
要求很高时，可考虑加装等位环，即在极板周边外围同一平面上加装一个同心圆环。（3）寄生电容的影响：电容传感器的电容值通常很小。测量电路若处理不当，寄生电容有可能大于传感器电容，使电容传感器无法工作。
减少和消除方法：①尽量减少电容器极板引出线长度，且不要平行布
线。 （4分）
②屏蔽电容器：可对传感器及测量电路实行整体屏蔽，即电容器，电路装在同一个屏蔽壳内，保持屏蔽体有效接地。 （5分）
3．简述热电偶的三个基本定律。
（1）中间导体定律：在热电偶测温时，在热电偶回路中接入第三种导体，
只要其两端温度相同，则不影响热电偶回路的总电势。 （1
分）
数学表达式为：EAB(T,T0)=EABC(T,T0) （2分）
（2）参考（标准）电极定律：当结点温度为T，T0时，导体A，B组成热电偶的回路电
势EAB(T,T0)等于导体A，C和C，B组成的热电偶回路电势EAC(T,T0)与ECB(T,T0)
之代数和。 （3分） 即EAB(T,T0)=EAC(T,T0)+ECB(T,T0) （4分）
（3）中间温度定律：热电偶在接触点温度为T，T0时的回路总电势，等于该热电偶在接
触点温度为T，Tn和Tn，T0（T>Tn>T0）时回路电势的代数和。
即EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,T0) （5分） （3分） ②光生伏特效应——光照改变半导体PN结电场，从而引起PN结电势的变化效应，又称PN结光电效应。 （4分） ③光电发射效应——某些物质（如金属丝）在光的照射下，能从表面向外
部发射电子的现象称为光电发射效应。 （5分）
5．简述拉依达准则的主要内容。 凡残余误差大于三倍标准偏差即被认为是粗差，它所对应的测量值就是坏值，应予以舍弃。 （3分） 数学表达式为：
Vb?Xb?X?3? （5分） 四、计算题（共计40分）
1．某1.0级电流表，满度值xm?100?A，求测量值分别x1?100?A
x2?80?A x3?20?A时的绝对误差和示值相对误差。 （10分）
解：对1.0级电流表可能产生的最大绝对误差：
?Xm??m?Xm??1.0%?100?A??1?A （2分）
而测得值分别为100?A、80?A、20?A时的示值相对误差各不相同。
??X1X%??Xm?100%??1?AX1??100A?100%??1.0% （4分） 1X1100? ? ?XX 2 ? X 2 ? 100 % ? ? X m ? 100 % ? ? 1 ?? A A ? 100 % ? ? 1.25% （6分） 2X280??X3??Xm?100%??1?AX3??100%?100%??5.0% （8分）
X20?A 3X3- 8 -