复习思考题选解3．直接测量方法有几种?它们的定义是什么？答：直接测量中有零位法，偏差法和微差法。零位法是指被测量与已知标准量在比较仪器中进行比较，当指零机构平衡（只零）时，确定被测量就等于已知标准量偏差法是指用测量仪表的指针相对于表盘上刻度线的位移来直接表示被测量的大小。微差法是零位法和偏差法的组合先将被测量与一个已知标准量进行比较，当然该标准量尽量接近被测量，这相当于不彻底的零位法。不足部分，也就是被测量与已知标准量之差，再用偏差法测出。仪表精度有几个指标？它们的定义是什么？4.答：与精度有关的指标有三个：精密度、准确度和精确度等级，精密度：描述测量仪表指示值不一致程度的量。准确度：描述仪表指示值有规律地偏离真值程度的量。精确度等级：精密度和准确度的总和称精确度，以测量误差的相对值表示。其等级是仪表在规定条件下，最大充许误差值相对仪表测量范围的百分数。3，传感器静态特性的技术指标及其定义是什么？答：传感器静态特性的技术指标有线性度，灵敏度，迟滞和重复性。线性度：指实际输出-输入特性曲线和理论曲线两者之间的偏差与输出满度值之比。灵敏度：指传感器在稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。迟滞：指传感器输入量增大行程期间和输入量减小行程期间，其两条输出一输入特性曲线不重合的程度。重复性：指传感器输入量在同一方向（增加或减小）做全程内连续重复测量所得精出一输入特性不一致的程度。3．弹性元件的弹性特性用什么表示?其定义是什么？答：弹性元件的弹性特性是指作用在弹性元件上的外力与相应变形间的关系，通常用刚度或灵敏度表示.刚度：弹性元件单位变形下所需的力，是弹性元件受外力后变形大小的量度。灵敏度：单位力作用下弹性元件产生的变形。它是弹性元件刚度的倒数。1、什么叫热电阻效应?金属热电阻效应的特点和形成的原因？答：物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象叫热电阻效应。金属热电阻效应的特点是其电阻一温度特性曲线为正斜率。即金属材料的电阻率随温度的升高而增加：产生上述特点
复习思考题选解 3． 直接测量方法有几种?它们的定义是什么？ 答：直接测量中有零位法，偏差法和微差法。 零位法是指被测量与已知标准量在比较仪器中进行比较，当指零机构平衡（只零）时， 确 定被测量就等于已知标准量． 偏差法是指用测量仪表的指针相对于表盘上刻度线的位移来直接表示被测量的大小。 微差法是零位法和偏差法的组合．先将被测量与一个已知标准量进行比较，当然该标准 量尽量接近被测量，这相当于不彻底的零位法。不足部分，也就是被测量与已知标准量之 差，再用偏差法测出。 4． 仪表精度有几个指标?它们的定义是什么？ 答：与精度有关的指标有三个：精密度、准确度和精确度等级． 精密度：描述测量仪表指示值不一致程度的量。 准确度：描述仪表指示值有规律地偏离真值程度的量。 精确度等级：精密度和准确度的总和称精确度，以测量误差的相对值表示。其等级是仪 表 在规定条件下，最大允许误差值相对仪表测量范围的百分数。 3， 传感器静态特性的技术指标及其定义是什么? 答：传感器静态特性的技术指标有线性度，灵敏度，迟滞和重复性。 线性度：指实际输出-输入特性曲线和理论曲线两者之间的偏差与输出满度值之比。 灵敏度：指传感器在稳态标准条件下，输出变化量与输入变化量的比值。 迟滞：指传感器输入量增大行程期间和输入量减小行程期间，其两条输出—输入特性曲 线 不重合的程度． 重复性：指传感器输入量在同一方向(增加或减小）做全程内连续重复测量所得精出— 输 入特性不一致的程度。 3． 弹性元件的弹性特性用什么表示?其定义是什么？ 答：弹性元件的弹性特性是指作用在弹性元件上的外力与相应变形间的关系，通常用刚 度 或灵敏度表示． 刚度：弹性元件单位变形下所需的力，是弹性元件受外力后变形大小的量度。 灵敏度：单位力作用下弹性元件产生的变形。它是弹性元件刚度的倒数。 1、 什么叫热电阻效应?金属热电阻效应的特点和形成的原因？ 答：物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象叫热电阻效应。金属热电阻效应 的特点 是其电阻—温度特性曲线为正斜率。即金属材料的电阻率随温度的升高而增加；产生 上述特点
的原因是由于金属材料的载流子为自由电子，当温度在一定范围内升高时，虽然自由电子的总数基本不变，但是，每个自由电子的动能将增加，造成自由电子作定向运动的阻力增加，这就是形成金属热电阻效应的原因。2.阐述热电阻式传感器的概念、功能及分类答：根据热电阻效应制成的传感器叫热电阻式传感器。热电阻式传感器的功能是将被测非电量温度的变化转换为电阻的变化。按电阻一温度特性的不同，该传感器可分为金属热电阻（一股称热电阻）和半导体热电阻（一般称热敏电阻）两大类。3.制造电阻体的材料应具备哪些特点？常用热电材料有哪几种？答：制造电阻体的材料应具备的特点为：（1)电阻温度系数的数值较大且稳定，单值性好：（2)电阻率P尽可能大：（3)在使用的温度范围内，化学、物理性能稳定：（4）材料的提纯、可延、复制等工艺性好：（5)大量使用时应考虑经济性。常用热电阻材料有铂、铜、镍、铁与铁合金。自前工业上大量使用的为铂、铜、镍三种。4、WZP和WZC各表示什么含义？它们的标准分度表的温度适应范围与百度电阻比各为多少？此表如何使用？答：WZP和WZC分别为我国定型生产的铂热电阻温度计和铜热电阻温度计的符号。WZP的标准分度麦的温度适应范围为-200～650C，百度电阻比W(100)=1.3850±0.0010。WZC的标准分度表的温度适应范围为一50150C，百度电阻比W(100)=1.428±0.002.WZp的标准分度表有两种，一种是初始电阻R。=10(分度号为PtlO)，另一种是R0=100欧(分度号为Ptl00)。WZC的标准分度表也有两种，一种是初始电阻R0=50欧姆（分度号为Cu50)，另一种是R0=100（分度号为Cul00)．在使用标准分度表之前，首先，应确定所用热电阻是WZP还是WZC，其次，应确定热电阻的分度号，这样才能确定应该用哪种标准分度衰，应用此表时，已知热电阻的电阻值Rt，查表求取对应的非电量温度5、用热电阻传感器进行测温时，常采用哪种测量线路？热电阻与测量线路有几种连接方式?通常采用哪种方式连接？为什么？答：用热电阻传感器进行测温时，常采用直流电桥为测量电路热电阻与测量电路的连接方式有两线制、三线制和四线制三种：在工业测量中，采用两线制和三线制接法为减小接线误差，通常采用三线制接法、在标准和实验室中，一般采用四线制接法（测量电路用双
的原因是由于金属材料的载流子为自由电子，当温度在一定范围内升高时，虽然自由 电子的 总数基本不变，但是，每个自由电子的动能将增加，造成自由电子作定向运动的阻力 增加， 这就是形成金属热电阻效应的原因。 2． 阐述热电阻式传感器的概念、功能及分类． 答：根据热电阻效应制成的传感器叫热电阻式传感器。热电阻式传感器的功能是 将被测 非电量温度的变化转换为电阻的变化。按电阻—温度特性的不同，该传感器可分为金 属热电阻 (一股称热电阻)和半导体热电阻(一般称热敏电阻)两大类。 3． 制造电阻体的材料应具备哪些特点？常用热电蛆材料有哪几种？ 答：制造电阻体的材料应具备的特点为：(1)电阻温度系数的数值较大且稳定，单 值 性好：(2)电阻率 p 尽可能大；(3)在使用的温度范围内，化学、物理性能稳定；(4）材 料 的提纯、可延、复制等工艺性好；(5)大量使用时应考虑经济性。 常用热电阻材料有铂、铜、镍、铁与铁铑合金。目前工业上大量使用的为铂、铜、 镍三种。 4、WZP 和 WZC 各表示什么含义？它们的标准分度表的温度适应范围与百度电阻 比各 为多少？此表如何使用？ 答： WZP 和 WZC 分别为我国定型生产的铂热电阻温度计和铜热电阻温度计的符 号。 WZP 的标准分度麦的温度适应范围为-200～650'C，百度电阻比 W(100)=1．3850 ± o．0010。WZC 的标准分度表的温度适应范围为一 50 一 150C，百度电阻比 W(100)=1．428 ±O．002． WZp 的标准分度表有两种，一种是初始电阻 R。=10(分度号为 Ptl0)，另一种是 R0 =100 欧(分度号为 Ptl00)。WZC 的标准分度表也有两种，一种是初始电阻 R0=50 欧姆(分 度号为 Cu50)，另一种是 R0=100(分度号为 Cul00)．在使用标准分度表之前，首先， 应确定所用热电阻是 WZP 还是 WZC，其次，应确定热电阻的分度号，这样才能确定 应该用 哪种标准分度衰．应用此表时，已知热电阻的电阻值 Rt，查表求取对应的非电量温度 t 5、用热电阻传感器进行测温时，常采用哪种测量线路?热电阻与测量线路有几种连接 方式?通常采用哪种方式连接?为什么? 答：用热电阻传感器进行测温时，常采用直流电桥为测量电路．热电阻与测量电 路的连 接方式有两线制、三线制和四线制三种．在工业测量中，采用两线制和三线制接法， 为减小 接线误差，通常采用三线制接法．在标准和实验室中，一般采用四线制接法(测量电路 用双
电桥或电位差计），目的是减小引线电阻和接触电阻的影响，提高测量精度。1、试述电位器的基本概念、组成部分，主要作用和优缺点答：电位器是一种将机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压的机电传感元件，它由电阻元件和电刷两个基本部分组成.电位器可以作变阻器用，也可以作分压器用.电位器具有精度高、稳定性好、结构简单、受环境因素影响较小和输出信号较大等一系列优点，它的主要缺点是存在摩擦和产生磨损.2、电位器的空载和有载特性的含义是什么?电位器的非线性误差与哪些参数有关？为什么？答：电位器空载运行(不接负载，即RL=O)时的工作特性(系指uO或Rx与电刷实际行程x的函数称为空载特性，而负载运行（接负载)时的工作特性则称为有载特性。1.说明单线圈和差动变隙式电感传感器的主要组成，工作原理和基本特性各：单线圈变隙式电感传感器主要由线圈、衔铁和铁芯组成。差动变隙式电感传感器主要由两个相同的电感线圈、铁芯，衔铁和导杆组成。两种传感器工作原理的共同点是：它们的衔铁都随被测体同步移动：引起磁路中气隙的磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感的变化，只要能测出线圈电感变化的大小和极性，就能确定被测体位移的大小和方向。两种传感器工作原理的不同点是：差动式两线圈的电感产生大小相等、极性相反的变化，配用差动电桥测量电路。单线圈变隙式只有一个线圈，测量电路配用单臂电桥差动式与单线圈式相比，前者的灵敏度高，线性度好.2为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的测位移范围？答：差动变隙式电感传感器的灵敏度K=，非线性项为的高次项，式中的为被测位移范围（衔铁与铁芯间气隙变化的范围），为初始气隙．因此，为提高灵敏度，需减小；而为提高线性度，又需使《，也就是说，为使传感器具有较高的灵敏度与较好的线性度，必须限制测位移范围。差动螺线管式电感传感器的灵敏度为，当每个线圈匝数W，活动铁芯的相对导磁率pr,活动铁芯半径和线圈长度确定后，灵敏度，为与被测位移范围无关的常敷因此，理论上可做到相当大的测位移范围。4.电感式传感器测量电路的主要任务是什么?变压器式电桥和带相敏整流的交流
电桥或电位差计)，目的是减小引线电阻和接触电阻的影响，提高测量精度。 1、试述电位器的基本概念、组成部分，主要作用和优缺点． 答：电位器是一种将机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压的机电传 感元 件，它由电阻元件和电刷两个基本部分组成．电位器可以作变阻器用，也可以作分压 器用． 电位器具有精度高、稳定性好、结构简单、受环境因素影响较小和输出信号较大 等一系 列优点，它的主要缺点是存在摩擦和产生磨损． 2、电位器的空载和有载特性的含义是什么?电位器的非线性误差与哪些参数有关? 为 什么？ 答：电位器空载运行(不接负载，即 RL=O)时的工作特性(系指 u0 或 Rx 与电刷实际 行程 x 的函数)称为空载特性，而负载运行(接负载)时的工作特性则称为有载特性。 1． 说明单线圈和差动变隙式电感传感器的主要组成，工作原理和基本特性． 咎：单线圈变隙式电感传感器主要由线圈、衔铁和铁芯组成。差动变隙式电感传 感器主 要由两个相同的电感线圈、铁芯，衔铁和导杆组成。 两种传感器工作原理的共同点是：它们的衔铁都随被测体同步移动；引起磁路中 气隙的 磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感的变化，只要能测出线圈电感变化的大小和 极性， 就能确定被测体位移的大小和方向．两种传感器工作原理的不同点是：差动式两线圈 的电感 产生大小相等、极性相反的变化，配用差动电桥测量电路．单线圈变隙式只有一个线 圈，测 量电路配用单臂电桥． 差动式与单线圈式相比，前者的灵敏度高，线性度好． 2 为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的测位移范围? 答：差动变隙式电感传感器的灵敏度 K=，非线性项为 的高次项，式中的 为 被测位移范围(衔铁与铁芯间气隙变化的范围)， 为初始气隙．因此，为提高灵敏度， 需减 小 ；而为提高线性度，又需使 《 ，也就是说，为使传感器具有较高的灵敏度与较 好的 线性度，必须限制测位移范围。 差动螺线管式电感传感器的灵敏度为 ，当每个线圈匝数 W，活动铁芯的相对导磁 率 pr， 活动铁芯半径 和线圈长度确定后，灵敏度，为与被测位移范围无关的常敷， 因此，理论上可做到相当大的测位移范围。 4． 电感式传感器测量电路的主要任务是什么?变压器式电桥和带相敏整流的交流
电桥谁能更好地完成这一任务？为什么？答：电感式传感器测量电路的主要任务是将传感器输出的电感量，转换成与此电感成一定关系的电信号（电压、电流、频率等），以便用电测仪表进行测试。带相敏整流的交流电桥能更好地完成上述任务，因为该电桥不仅消除了零点残余电压，而且其基本特性既能反映位移的大小，又能反映位移的方向。4、何谓零点残余电压，说明该电压的产生原因及消除方法.答：差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，或称为零位输出电压，简称零位电压对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和三次谐波组成．基波产生的原因主要是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）所造成的.消除或减小零点残余电压的主要方法有：（1)尽可能保证传感器几何尺寸，线圈电气参数和磁路的相互对称，这是减小零点残余电压的最有效方法（2)传感器设置良好的磁屏蔽，必要时再设置静电屏蔽．（3)将传感器磁回路工作区域设计在铁芯磁化曲线的线性段。（4)采用外电路补偿.（5）配用相敏检波测量电路1、什么叫电涡流效应?什么叫线圈一导体系统？答：块状金属导体置于变化的磁场中，或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上产生电涡流的现象称为电涡流效应电涡流式传感器的测试系统由电涡流式传感器和被测金属体两部分组成：该系统是一个电磁过程十分复杂，难以用基本方法建立数学模型的实际系统，因此，为便于对其工作原理和基本特性进行分析，往往将电涡流式传感器用传感器线圈代替（这是符合实际的），将被测金属体等效成短路环（假设电涡流仅仅分布于该环之内），构成上述系统的简化模型，简称线圈一导体系统，2.概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理答：电涡流式传感器的基本结构主要由线圈和框架组成。利用电涡流式传感器进行测试时，必须由传感器和被测金属体构成系统，简称线
电桥 谁能更好地完成这一任务?为什么? 答：电感式传感器测量电路的主要任务是将传感器输出的电感量，转换成与此电 感成一 定关系的电信号(电压、电流、频率等)，以便用电测仪表进行测试。 带相敏整流的交流电桥能更好地完成上述任务，因为该电桥不仅消除了零点残余 电压， 而且其基本特性既能反映位移的大小，又能反映位移的方向。 4、 何谓零点残余电压，说明该电压的产生原因及消除方法． 答：差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，或称为零位输出电压， 简称 零位电压． 对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和三次谐波组成．基波产 生的原 因主要是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生的原因主 要是磁 性材料磁化曲线的非线性(磁饱和、磁滞)所造成的． 消除或减小零点残余电压的主要方法有：(1)尽可能保证传感器几何尺寸，线圈电 气参 数和磁路的相互对称，这是减小零点残余电压的最有效方法．(2)传感器设置良好的磁 屏 蔽，必要时再设置静电屏蔽．(3)将传感器磁回路工作区域设计在铁芯磁化曲线的线性 段。 (4)采用外电路补偿．(5）配用相敏检波测量电路． 1、 什么叫电涡流效应?什么叫线圈—导体系统? 答：块状金属导体置于变化的磁场中，或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内 将产 生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上产生电涡流的现象称为电涡流效应． 电涡流式传感器的测试系统由电涡流式传感器和被测金属体两部分组成．该系统 是一个 电磁过程十分复杂，难以用基本方法建立数学模型的实际系统，因此，为便于对其工 作原理 和基本特性进行分析，往往将电涡流式传感器用传感器线圈代替(这是符合实际的)，将 被测 金属体等效成短路环(假设电涡流仅仅分布于该环之内)，构成上述系统的简化模型，简 称线 圈—导体系统． 2． 概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理． 答：电涡流式传感器的基本结构主要由线圈和框架组成。 利用电涡流式传感器进行测试时，必须由传感器和被测金属体构成系统，简称线
圈-导体系统，该系统的工作原理为：当线圈只通以交变电流时，其周围产生交变磁场，置于此磁场中的导体将感应出交变电涡流，又产生新的交变磁场。它的作用将反抗原磁场H，导致线圈阻抗Z发生变化，Z的变化完全取决于导体中的电涡流效应，而电涡流效应既与被测导体的电租率、磁导率、几何尺寸有关。又与线圈的几何参数、线圈中激磁电流频率f有关，还与线圈和导体间的距离x有关.因此，可得等效阻抗Z的函数关系为Z=F(式中，「为线圈与被测体的尺寸因子，以上分析说明：如果改改变上式中的一个参数而保持其它参数不变，则Z就仅仅是该参数的单值函数，测量等效阻抗乙，就可实现对该参量的测量，4电涡六的形成范围包括哪些内容？它们的主要特点是什么？答：电涡流的形成范围包括电涡流的径向形成范围、电涡流强度与距离的关系和电涡流的轴向贯穿深度，电涡流的径向形成范围的特点为：1)金属导体相对线圈面上的电涡流分布在以线圈轴线为圆心，以(1.8～2.5）为半径的范围之内，且分布不均匀．(2)在线圈轴线（即短路环的圆心处)电涡流密度为零(3)电涡流密度的最大值在r=r.：附近的一个狭窄区域内.电涡流强度与距离X呈非线性关系，且随着x的增加，电涡流密度将迅速减小当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x/r=0.05一0.1569范围内才具有较好的线性度和较高的灵敏度.电涡流密度的轴向贯穿深度按指数规律分布，即电涡流密度在被测体表面处最大，随着深度的增加，按指数规律衰减5.被测体对电涡流传感器的灵敏度有何影响？答：被测体的电阻率，相对导磁率、形状、几何尺寸以及与周围金属物的距离等因素，都会影响传感器的灵敏度，被测体的电阻率和相对导磁率r越小，被测体短路环外半径与线圈外半径之比越大，传感器的灵敏度越高。金属被测体厚度大于两倍的电涡流穿透深度h或非金属被测体所粘贴的金属片厚度大于(1.5一2)h时，灵敏度几乎不受影响，否则灵敏度将会降低.不属于被测体的其它金属物与线圈之间至少要有一个线圈直径的间隔，对灵敏度才不会产生较大的影响
圈-导 体系统，该系统的工作原理为：当线圈只通以交变电流时，其周围产生交变磁场，置 于 此磁场中的导体将感应出交变电涡流，又产生新的交变磁场。它的作用将反抗原磁 场 H，导致线圈阻抗 Z 发生变化，Z 的变化完全取决于导体中的电涡流效应．而电涡流 效应 既与被测导体的电租率 p、磁导率、几何尺寸有关．又与线圈的几何参数、线圈中激磁 电 流频率 f 有关，还与线圈和导体间的距离 x 有关．因此，可得等效阻抗 Z 的函数关系为 Z=F( ) 式中，r 为线圈与被测体的尺寸因子． 以上分析说明：如果改改变上式中的一个参数而保持其它参数不变，则 Z 就仅仅 是 该参数的单值函数，测量等效阻抗 Z，就可实现对该参量的测量． 4． 电涡六的形成范围包括哪些内容?它们的主要特点是什么? 答：电涡流的形成范围包括电涡流的径向形成范围、电涡流强度与距离的关系和电涡 流 的轴向贯穿深度． 电涡流的径向形成范围的特点为：1)金属导体相对线圈面上的电涡流分布在以线圈 轴 线为圆心，以(1．8～2．5) 为半径的范围之内，且分布不均匀．(2)在线圈轴线(即短 路环 的圆心处)电涡流密度为零．(3)电涡流密度的最大值在 r＝r．．附近的一个狭窄区域内． 电涡流强度与距离 x 呈非线性关系，且随着 x 的增加，电涡流密度将迅速减小．当 利用电 涡流式传感器测量位移时，只有在 x／r＝o．05 一 o．1569 范围内才具有较好的线性度 和较高的 灵敏度． 电涡流密度的轴向贯穿深度按指数规律分布，即电涡流密度在被测体表面处最大， 随着 深度的增加，按指数规律衰减． 5． 被测体对电涡流传感器的灵敏度有何影响？ 答：被测体的电阻率，相对导磁率、形状、几何尺寸以及与周围金属物的距离等 因 素，都会影响传感器的灵敏度． 被测体的电阻率和相对导磁率 r 越小，被测体短路环外半径与线圈外半径之比 越 大，传感器的灵敏度越高．金属被测体厚度大于两倍的电涡流穿透深度 h 或非金属被 测体所 粘贴的金属片厚度大于(1．5—2)h 时，灵敏度几乎不受影响，否则灵敏度将会降低．不 属 于被测体的其它金属物与线圈之间至少要有一个线圈直径的间隔，对灵敏度才不会产 生较大 的影响．