图为一直流应变电桥，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。 ③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。
解：1）U0=(U/4) ×(ΔR1/R1)=(4/4) ×(3.5/350)=0.01V
2)由于R1、R2感受应变极性大小相同，则ΔR1=ΔR2 ,
又R1=R2 所以U0=4/4(ΔR1/R1-ΔR2/R2)=4/4×0=0V
3) 由于R3、R4感受应变极性大小相反，则ΔR1=﹣ΔR2，又R1=R2=350Ω 所以U0=4/4(ΔR1/R1-ΔR2/R2)=(4/4) ×(2ΔR1/350)= ΔR1/175V=0.02V 9.某日，测得在标准大气压下，露点温度为5°C，环境温度为20°C，依据下表，求 ①绝对湿度②相对湿度 表2-1 在标准大气压的不同温度下饱和水蒸气的气压
解①查表知，5℃时饱和水蒸气的气压为6.45Pa，则此时绝对湿度AH=6.45Pa ②查表知，20℃时饱和水蒸气的气压为17.54Pa，则此时相对湿度
RH=PV/PW×100％=6.45/17.54×100％=36.77％
10.图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？ ②2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？ ③分析调节电位器RP有什么作用?
解：1）TGS—812是气敏电阻式传感器。
2）2、5脚时加热器引线，作用是给传感器加热使气体氧化还原反应更快和烧灼掉传感器表面的污物。 3）调节电位器RP调节酒精测试仪的灵敏度。 11.有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。
已知R1、R2、R3、R4标称阻值均为120Ω，桥路电压为2V，物重m引起R1、R2变化增量为1.2Ω（1）画出应变片组成的电桥电路计算出测得的输出电压2）说明R3R4起到作用？
解：1）输出电压U0=U/4(ΔR1/R1+ΔR3/R3)= (2/4) ×(1.2/120+1.2/120)V=0.01V 2)R3、R4作为温度补偿电阻，起到了抑制温漂的作用。 12.有一个金属热电阻，分度号为 P t 100 ，采用不平衡电桥， R 2 = R 3 = R 4 =100Ω ， U i =5V ，在+ 40 ℃的电阻为115.54 Ω求：1 ）该电阻的材料2 ）测温范围3 ）0 ℃ 时的电阻值。 4）计算 t = 40 ° C 时电桥的开路输出电压 U o 。
解：（1）该电阻的材料为Pt。（2）测温范围为﹣200℃~850℃。（3）100Ω
（4）U0=﹣U/4·ΔR1/R1= [5×(115.54-100) ]/(4×100)=0.193V
13. Pt100 热电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系在 0~ 100 ℃ 范围内可用式 Rt =R 0 (1+ a t ) 近似表示，a=0.00385 . 查表得50 ℃ 时的电阻值为119.4Ω，求： 1 ）计算当温度为 50 ℃ 时的电阻值。 2 ）计算法的误差为多少Ω？示值相对误差又为多少？
解：1）50℃时Pt100热电阻的阻值Rt=R0(1+αt)=100（1+0.00385×50）=119.25Ω
2）误差Δ=Ax－A0=119.25-119.4=﹣0.15Ω
γx=±0.15/119.4×100％=0.126％
14.由电容式传感器组成的二极管双T形电桥电路如图题4-4所示。已知R1＝R2=R＝40 kΩ，RL=20 kΩ，U=45 V(频率为1 MHz的方波)，C0=10 pF，C1=10 pF，△C1=1 pF。求Uo的表达式和对应上述参数的Uo的值。
图题4-4
解：U={[R(R=2RL)]/(R+RL)} ·RL·Uf(C1-C2)由ΔC1=1pf可知，C1-C2=1pf则 U0=(3200/3600)×20KΩ×45V×1MHZ×1pf=0.8V
15.已知变面积式电容传感器的电容两极板间距离为10 mm，ε＝50 pF／m，电容两极板的几何尺寸均为30 mm×20 mm×5 mm，在外力作用下，动极板在原位置上向外移动了10 mm，试求△C。 解：Cx1=C0(1－10/20)=1.5pf，ΔC=Cx1－C0=﹣1.5pf 16.在某电荷前置放大电路中，已知Ca=100pF，Ra无穷大，Cf=10 pF，不考虑Cc的影响，当A=1 000时，输出电压是多少？
解：Q=CU,U0=-Q/Cf=-10V 17.用压电式传感器测量一个按正弦变化的力，压电元件用两片压电陶瓷并联，压电系数 d=200×10?12 C/N，电荷放大器的反馈电容Cf=2000 pF，输出电压uo=5 sin ωt V。求用在 压电式传感器上的正弦力为多少？解：U0=-Q/Cf，Q=-2×10-9 ×5Sinwt=-10-8Sinwt 又因为Q=d·Fx，Fx=Q/d=-50Sinwt 18.用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为 70pC/ g （ g 为重力加速度），电荷放大器灵敏度为 10mV/pC ，试确定输入 3 g （平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压U0（平均值，不考虑正负号），并计算此时该电荷放大器的反馈电容 C f 。 解：U0=3g×70pc/g×10mv/pc=2.1V Cf=1/K=1/10- 3pf=100pf。 19. 两根高分子压电电缆（外形见b ）相距 2m ，平行埋设于柏油公路的路面下约 5cm ，如图所示。它可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算机内部的档案数据，判定汽车的车型。a ）PVDF 压电电缆埋设示意图 b ）A、B 压电电缆的输出信号波。。
解：1）车速Δt1=3×25m/s=7.5×10- 2s，V=S/Δt1=2/(7.5×10- 2)=96Km/h
2）轮间距Δt2=6×25ms=0.15s S（间距）=VΔt2=2/(7.5×10- 2)×0.15=4m轮距与车型有关。3）a=(Vt－V1)/ Δt当时间间隔小，a增大。F=ma，V车=S/Δt1，时间间隔Δt越小，U越大。当载重量m越大时，a越小， 则Δt越大。当载重量m越小时，a越大，则Δt越小。
20．图 所示为镍铬 - 镍硅热电偶测温电路，热电极 A 、 B 直接焊接在钢板上（ V 型焊接）， A' 、 B' 为补偿导线， Cu 为铜导线，已知接线盒 1 的温度 t 1 = 40°C ，冰水温
度 t 2 = 0°C ，接线盒 2 的温度 t 3 = 20°C 。 （1）当 U x =39.314mV 时，计算被测点温度 t x 。 （2）如果 A' 、 B' 换成铜导线，此时 U x =37.702mV ，再求 t x 。 （3）直接将热电极 A 、 B 焊接在钢板上，是利用了热电偶的什么定律？
解：1）由于冷端温度为0℃，且Ux=37.702mv， 即EAB（tx，0℃）=37.702mv查表得tx=910℃
2）若将A′B′换成铜导线，则此时冷端温度为t1=40℃ 查表得EAB（40℃，0℃）=1.612mv,,又由于Ux=39.34mv
所以EAB（tx，0℃）=39.314mv+1.612mv=40.926mv,,查表得tx=1000℃（3）中间导体定律 21．用镍铬 - 镍硅（ K ）热电偶测温度，已知冷端温度 t 0 为 40 ° C ，用高精度毫伏表测得这时的热电势为 29.186mV ，求被测点温度。附：镍铬—镍硅热电偶分度表（部分）
解：冷端温度为40℃，查表得EAB（40℃，0℃）=1.612mv，又由于Ux=29.186mv 则EAB（tx，0℃）=29.186mv+1.612mv=30.798mv,查表得tx=740℃
3．在炼钢厂中，有时直接将廉价热电极（易耗品，例如镍铬、镍硅热偶丝，时间稍长即熔化）插入钢水中测量钢水温度，如图 所示。试说明 （1）为什么不必将工作端焊在一起？2） 要满足哪些条件才不影响测量精度？采用上述方法是利用了热电偶的什么定律（3）如果被测物不是钢水，而是熔化的塑料行吗？为什么？
解：1）由于钢水时导体，相当于在热电偶回路中接入了中间导体，若该导体两
端温度相同，对热电偶回路的总电势无影响。
2）应使两电极周围温度相等，采用了热电偶的中间导体定律 3）不行，因为塑料不是晶体，没有固定的熔点。
22.用镍铬-镍硅热电偶测温度已知冷端温度t0=50 ℃，用高精度的测温毫伏表测得这时的热电势为29.186 mV，求热端温度。解：冷端温度为50℃，查表得EAB（50℃，0℃）=2.023mv，又由于Ux=29.186mv则EAB（tx，0℃）=29.186mv+2.023mv=31.211mv,查表得tx=750℃ 23. 如图题5所示，某一物体的材料为铜，测得超声波探头发射到接收信号的时间为3 s，试计算该铜制品的厚度(铜的声速为8.9 km/s)。 解：厚度h=vt/2=(8.9km/s×3s)/2=13.35km 24. 用超声波测厚仪测某钢构件的厚度，双晶直探头从发射到接收信号之间的时间间隔t=2.5×10-3s，已知钢的声速为5.9 km/s，求该钢构件的厚度 解：厚度h=vt/2=(5.9km/s×2.5×10﹣3s)/2=7.375km
25. 用图示超声波液位计测量液位时，已测得超声波从反射小板4返回的时间t0=1.5ms，从液面返回的时间t1=6.0ms，已知水底与超声波探头的间距为10m，反射小板与探头的距离为0.5米，求液位。
解：设探头与反射小板的距离为h0，与液面的距离为h
则，h1/h=t1/t0，得h1=t1/t0×h0=2m 所以液位h2=10m-2m=8m
26.用镍铬—镍硅(K)热电偶测温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电势为29.188mV，求被测点温度。
解：冷端温度为40℃，查表得EAB（40℃，0℃）=1.612mv，又由于Ux=29.186mv 则EAB（tx，0℃）=29.188mv+1.612mv=30.8mv, 查表约得tx约等于740℃ 六：分析题
1. 下图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200°C左右的细铂丝R1。另一根相同长度的细铂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。
1）当气体流速n=0时，R1的温度与R2的温度 相等 ，电桥处于 平衡 状态。当气体介质自身的温度发生波动时，R1与R2同时感受到此波动，电桥仍然处于 平衡 状态，所以设置R 2是为了起到 温度补偿 的作用。
2）当气体介质流动时，将带走R1的热量，使R1的温度变 低 ，电桥 失去平衡 ，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RP1称为 调零 电位器，RP2称为 调满度 电位器。欲使毫伏表的读数增大，应将RP2向 左 （左/右）调。
3)设管道的截面积A=0.01m2，气体流速n =2m/s，则通过该管道的气体的体积流量q V =___0.02__m3/S。
2.下图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 __还原型__类型，被测气体浓度越高，其电阻值就越__小_____ 。 2）气敏电阻必须使用加热电源的原因是① 烧掉附着在探测部分的油雾和尘埃②起清洁作用，通常须将气敏电阻加热到_200—300 °C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____大_（大/小）。
3）当气温升高后，气敏电阻的灵敏度将降低（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高 。若希望灵敏度不要太高，可将RP往____右____（左/右）调节。 5）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 喇叭 （喇叭/ LED）继续烦人的报警。
3. 气泡式水平仪结构如图所示，密封的玻璃内充入导电液体，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 气泡式水平仪结构简图
1）当被测平面完全水平时，气泡应处于玻璃管的中间位置，左右两侧的不锈钢电极与公共电极之间的电R1、R2的阻值相等。如果希望此时电桥的输出电压Uo=0，则R1、R2、R3、R4应满足R1/R2=R4/R3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 RP1 ，使Uo趋向于零。 2）当被测平面向左倾斜时，气泡漂向右边，R1变小，R2变大，电桥失去平衡，Uo增大。
3）U i应采用 电源（直流/交流）为什么？答U i应采用交流电源，防止导电液体电解 。 4.下图为酒精检测报警器原理框图，请分析填空。
1） 图中的气敏电阻是 _还原型 类型，被测气体浓度越高，其电阻值就越__小____ 。 2）三端稳压器7805的作用是 为加热器提供一个稳定的电压 。 3）当传感器接触酒精气味后，B点电压 升高 ，且其值随检测到的酒精浓度增大而 增大 。 4）RP在电路中的作用是调节灵敏度 。若希望灵敏度不要太高，可将RP往下（上/下）调
