第一章

電磁量測試是指電學量和磁學量測量。測量方式按測量結果的過程分為3類:直接測量（直

接從實測數據中取得測量結果）、間接測量（通過測量一些與被測量有函數關系的量，通過

L算得到測試結果）、組合測量（屢次直接測量具有一定函數關系關系式的某些量的根底上,

通過聯立求解各函數的關系式，來確定被測量大小的方式）。測量還可以分為：直讀測量法、

比擬測量法。電磁量測量的結果由測量單位和純數組成。量具:測量單位的整數倍或分數

倍的復制體。基逼—最精密地復現或保存單位的物理現象或實物。假設基準是通過物理現

象建立的稱為自然基準；假設基準是建立在實物上的稱為實物基準。基準器：保存基準值

的實物體或裝置。標準電池：復現電壓或電動勢單位“伏特”的量具。標準電阻：復現和

俁存電阻單位“歐姆”的量具。兩種主要電阻箱；接線式、開關式。傳感器：一種以一定

精確度把被測量（主要是非電量）轉換為與之有確定關系、便于應用的某種物理量（主要

是電量〕的測量裝置。3個組成局部：敏感元件、轉換元件、轉換回路。傳感器的特性是

傳感器的輸入、輸出關系。分為靜態特性和動態特性。傳感器的靜態特性:被測量的值處

于穩定狀態時傳感器的輸出與輸入關系。靜態性能指標有線性度、靈敏度、遲滯、重復性。

傳感器的動態特性：住測量隨時間變化的動態非電量時傳感器輸出與輸入之間的關系。笠

精度測量:在同一條件下所進行的一系列重復測量。非等精度測量：在屢次測量中,如對

測量結果精確度有影響的一切條件不能完全維持不變的測量。測量誤差分為：系統誤差（屢

次測量同一量值時絕對值和符號保持不變）、隨機誤差（偶然誤差）（在同一測量條件下，

屢次測量同一量值時，絕對值和符號以不可預定的方式變化的誤差）、粗大誤差（超出規定

條件下預期的誤差）。精度j反響測量結果與真值接近程度的量。測量誤差的表示方法：絕

對誤差1示值與被測量真值之間的差值）、相對誤差（絕對誤差與被測量的約定值之比）、

粗大誤差（最常用的統計判別法是36準那么）

第二章

電測儀表按測量方式的不同，可分為直讀式儀表和比擬式儀表兩大類。直讀式儀表按顯示

方式可分為，模擬量指示儀表和數字量顯示儀表。比擬式測量儀表可分為，補償測量儀表

和電橋測量儀表。補償測量儀表有全補償和差值補償兩種全補償法：將被測量（僅限于電

壓）與標準量相比擬，在測量過程中始終通過檢測儀表觀察被測對象與標準量之間的差異，

當調節到檢測儀表為零時，即兩個量已相等，到達了全補償狀態。差值補償法：利用標準

量將被測量的絕大局部補償掉，對剩下的被測量與標準量之間的微小差異，或用檢測儀表

讀出，或用其他方法平衡［補償），那么被測對象的大小等于標準量加上讀出的微小差值或

微小平衡量。直流電位差計：測量直流電壓的比擬儀器,其誤差可小于±0.005%,甚至更

小。直流電位差計分為：定阻變流式和定流變阻式。直流電位差計按被測電壓端口輸出電

阻的上下可分為：高阻電位差計（輸出電阻大于10KQ/V）和低阻電位差計（輸出電阻小

于100Q/V）直流電位差計按測量量限可分為：高電壓電位差計〔測量上限2V左右，輸出

電阻高達2xlO4Q,工作電流/（）為0.1mA左右）和低電壓電位差計（測量上限20而左右，

輸出電阻20。，工作電流人為1mA左右）。直流電位差計按使用條件分為：實驗室型和便

攜型。直流電位差計的準確度有0.0005、0.00k0.002、0.005、0.0k0.02、0.05和0.1

等8個級別。

電位差計用于測量有源量（電壓或電動勢），而直流電橋專用于測量電阻或與電阻有關的參

量。直流電橋分為：單臂電橋和雙臂電橋。單臂電橋又稱惠斯登電橋，用于測量阻值為

107（）9。的電阻；雙臂電橋又稱開爾文電橋，主要用于測量1（）~1（『C的電阻。直流單臂

電橋平衡時，電橋文寸臂之積相等。電橋的準確度由比例臂和比擬臂長度的準確度決定。

交流四臂電橋平衡時，兩相對橋臂阻抗的模的乘積相等，相角之和也要相等。交流電橋的

分類：實比型、虛比型、實積型、虛積型西林電橋橋臂電路屬于虛積電橋,適合測量高壓

電容器。平衡時有人=叁凡6\.=裳C，被測電容損耗因數為tan及=/&麥氐電橋

QR2

是實積電橋，用來測量低Q值電感。平衡時有R,=2&4=凡此此被測線圈品質因數為:

叫

Q,=W4R4。海氏電橋屬于實積電橋,適合在磁性測量中測量Q值較高的鐵心線圈的電感,

平衡時％=&&a(〃￡4)2L,二竺.，Q,此電橋用標準電容測量電感，準

「

確度較高。歐文電橋屬于虛比電橋，用于電感的準確測量。平衡時RX="RR4=砰3殳

C3

被測線圈品質因數：Q”尹”文氏電橋屬于實比電橋，用于正弦電源頻率的測量,

G&-C禺

平衡時3=舁+冬/=―,1假設凡=2尺,&=&，C=C4時，f=^—

&c3&2冗帆3孰2叫G

第四章

表的結構。數字化儀表的特點：準確度高;輸入阻抗高；靈敏度高；測試結果直接以數字

形式給出，無度數誤差；測試速度快；測量過程自動化，操作簡單。采用大量電子元件，

結構復雜；對維修人員的要求高；不便于觀察動態過程，不直觀；價格高。電子計數器用

途有記錄脈沖個數、測量頻率、頻率比、周期和時間間隔。電子技術器的組成包括輸入通

道、時間基準電路、控制電路、計數器和顯示器。電子計數器的誤差有測量頻率的誤差和

測量周期的誤差。相位測量原理:具有相位差的兩個同頻率正弦信號和，經過放大、整形

后變成方波，其前后沿分別對應正弦波的正向過零點。可以用兩信號波形過零的時間表示

兩信號向量的大小。二360/T.電壓的數字化測量中逐位逼近比擬數字電壓表標準電壓源產生

一組由大到小互為二進制關系的標準電壓，相當于電壓祛碼故稱為“祛碼電壓，硅碼電壓

的準確度取決于一基準源、數模轉換器和比擬器的性能指標。電阻的數字化測量方法有比

例運算法和比率法。電容的數字化測量方法：容抗法、脈寬調制法。微機化儀表具有以下

特點：用軟件控制測量過程、具備數據處理功能、多功能化。單片機是目前在電測儀表中

常用的一種微處理器，起著處理、控制和通信的作用。單片機在發揮著什么作用：被測的

電壓、電流等電參量通過調理電路的放大和濾波，直接送入單片機內部的ADC,經行采樣

和轉換，然后經行處理，得到電壓電流的數值；調理電路中可能有程控放大器，可以有單

片機外設經行控制。被測的非電量通過調理電路放大、濾波后送至ADC轉換成數字量再進

行處理得到其數值。被測的頻率、時間間隔等量通過調理電路的放大、濾波后，進行整形，

由單片機內部的通用定時器經行測量。我們將微機化儀器細分為三類：帶微處理器的儀表、

基于數字信號處理的微機化儀表、虛擬儀器。帶帶微處理器的儀表有以下功能：自動校準、

零飄電壓的校正、屢次采樣平均值測量法。電磁量采集的方法主要有：直流采樣和交流采

樣兩種。

第八章

應變式扭矩傳感器具有以下優點：1、精度高，線性度好，靈敏度高2、滯后和蠕變現象較

小，抗疲勞特性和壽命長3、容易與二次儀表匹配配接4、結構簡單，體積小巧，應用靈

活5、工作穩定可靠，維護保養方便。電阻應變效應：金屬導體在外力作用下發生機械變

形時其電阻值發生變化的現象。電阻應變式傳感器是由彈性體、電阻應變片、應變膠、橋

路組成。金屬電阻應變片是傳感器的核心元件。金屬電阻應變片可以分為：絲式電阻應變

片、箔式電阻應變片、薄膜電阻應變片。應變片的特性：1、靈敏系數2、橫向效應3、機

械滯后、零漂與蠕變4、溫度效應5、應變極限與疲勞壽命6、絕緣電阻與最大工作電流7、

動態響應特性。應變片的溫度誤差：由于測量現場環境溫度的改變給測量帶來相應的附加

誤差。電阻應變片的溫度補償方法通常有電橋補償、應變片自補償和熱敏電阻補償

1.電氣新基準復現電動勢單位伏特和電阻單位歐姆的兩種物理現象是什么？答:標準電池

組，標準電阻組。2.什么是傳感器的整態特性?它有哪些性能指標?如何用公式表征這些指

標性能？答:傳感器的靜態特性是指被測量的值處于穩定狀態時輸出與輸入的關系。5個

性能指標：靈敏度、線性度、遲滯、重復性、漂移。靈敏度：S二△），/?,漂移：

3.什么是傳感器的動態特性？對于一階傳感器其動態特性的主要技術指標是什么？答:傳

感器的動態特性是指輸入量隨時間變化時傳感器的響應特性。指標有：靜態靈敏度和時間

常數T。如果時間常數T越小，系統的頻率特性就越好。在彈簧阻尼系統中，就要求系統

的阻尼系數小，而彈簧剛度要大。4為什么在使用各種儀表時，總希望被測量在全量程的

2/3?答:選用儀表時要考慮被測量的大小越接近儀表上限越好,為了充分利用儀表的準確度,

選用儀表前要對被測量有所了解，其被測量的值應大于其測量上限的2/3o5.用量程為

0~100mA,準確度為Q5級的電流表，分別取測量100A和50mA的電流，求測量結果的最大

相對誤差各為多少？（方法）：準確度0.5也就是精度0.5%（△,”），它的最大絕對誤差是：

最大量程*0.5%,最大相對誤差等于絕對誤差與真值的百分比

X1（）0%O6.為測量稍微低于100V的電壓，現實驗室中有0.5級

0~300V和1.0級0~100V電壓表，為使測量準確應使哪種？

△i*±A〃，為％=±300x0.5%二±]5%

九〃二

A、A100

〃—△2,〃_+4,一5％

+100x1.0%

%/〃----A---.--.---工-------------A--------------=±1.0%

100前者絕對誤差大于后者,

但誤差對測量結果的影響后者大于前者，衡量測量結果應用相對誤差，所欲先。?300V電壓

表。7.檢定1只1.0級電流表，其量限為0~250mA,檢定時發現在200mA處的誤差最大，

為-3mA,問此量限是否合格？答：該表最大引用誤差是

-3

7=dAxl00%=，xl00%=—1.2%

/""An250此電流表合格。

為什么用直流電位差計直接測量電壓可以到達較高的測量準確度？答:電位差計是一個電

阻分壓裝置，可用來產生準確、、又有一定調節范圍的電壓，用它與被測電壓比擬，可以得

到被測電壓值，使得被測電壓的測量值僅取決于電阻和標準電動勢，囚而可以到達較高的

測量準確度。什么是補償法？答:是一個電壓或電動勢去抵消另一個電壓或電動勢。全

補償法:將被測量（僅限于電壓）與標準量相比擬，在測量過程中始終通過檢測儀表觀察

被測對象與標準量之間的差異，當調節到檢測儀表為零時，即兩個量已相等，到達了全補

償狀態。差值補償法:利用標準量將被測量的絕大局部補償掉，對剩下的被測量與標準量

之間的微小差異，或用檢測儀表讀出，或用其他方法平衡（補償），那么被測對象的大小等

于標準量加上讀出的微小差值或微小平衡量。電位差計的準確度級與讀數位數之間的關

系？答:不同準確度級的電位差計，要求能讀出的被測對象的數字位數不同。為什么定阻

變流式電位差計的準確度比定流變阻式電位差計的準確度低？采取怎樣的措施能盡可能減

少用它測量電壓時的誤差？答:因為定阻變流式電位差計原埋電路中的回路電流是由直讀

式儀表給出的，誤差較大。因此想要提高電位差計的準確度，必須提高校準電流的準確度。

為什么不能用單電臂電橋測量小電阻？答:由于接觸耳阻和導線電阻的的影響，直流單臂

電橋測量的誤差將大大增加。在雙臂電橋中，對跨接線R有什么要求？為什么？答:R要

求盡可能的小。可減小誤差。試比擬用電橋和用電位差計測量電阻的區別？答:電位差計

是用補償原理構造的儀器。電橋是用比擬法測量物理量的電磁學根本測量儀器，電橋的種

類很多，測量中等阻值（10-106歐姆）的電阻要用惠斯登單臂電橋進行測量；假設要測

量更大阻值的電阻，一般采用高電阻電橋或兆歐表；而要測量阻值較小的電阻，一般采用

雙臂電橋（開爾文電橋）。電橋準確度高、穩定性好。通用示波器主要由哪幾局部構成？簡

述作用。顯示電路、垂直（Y軸）放大電路、水平（X軸）放大電路、掃描與同步電路、電

源供應電路。作用：示波管的作用是：將電信號轉換成光信號，顯示被測信號的波形。幅

度校正器的作用是：用于校正Y通道靈敏度。掃描時間校正器的作用是：用于校正x軸時

間標度，或用來檢驗掃描因數是否正確。電源的作用是：為示波器的各單元電路提供適宜

的工作電壓和電流。掃描方式有幾種？在每種掃描方式中，各自如何獲得完整穩定的顯示

波也有兩種掃描方式連續掃描和觸發掃描。通常用被測信號的前沿使觸發電路產生觸發

脈沖，用觸發脈沖去啟動掃描電路，再用延遲線的作月就將被測信號延遲至掃描電壓產生

后再送入垂直偏轉板上，這樣就可以保證在屏幕上顯示完整的被測信號波形。示波器的主

要性能有哪些？頻率響應范圍、時域響應指標、偏轉靈敏度（S）、掃描頻率、輸入阻抗、示

波器的瞬態響應、掃描方式等。簡述取樣示波器和數字示波器各自的特點？取樣示波器屬

于實時測量方法，受示波管Y軸放大寬帶、時基掃描速度的限制，上限工作頻率只能做到

L500MHZ.取樣門過載能力差，關鍵器件不過關。數字示波器功能多，精度高、帶寬廣等優

點可存儲信號。便于觀察。試說明電子計數器測量頻率的工作原理。電子計數器是將被測

信號進行A/D轉換后，用計數的方法累計出被轉換后的數字量在單位時間T內重復變化的

次數N,最終把結果用數字形式在顯示器上顯示出來的儀表。以頻率測量為例，把被測量

的頻率與作為量化單位的標準頻率/N進行比擬，得到整量化的數字N,N=IxfN且由于/

故fx=N/TN,說明頻率的測量，實質上是測量在標準時間t內被測頻率信號通過的

個數No

試解釋電子計數器產生計數誤差aNnti的原因。被測量與標準單位不是正好為整數倍,

因此在量化過程中有一局部時間零頭沒有被計算在內而造成的誤差，再加之閘門開啟和關

閉的時間和被測信號不同步（隨機的），使電子計數器5現±1誤差。測量頻率時，為什么

要求門控信號的寬度應比擬準確？因為測量頻率時,得到周期Td的脈沖信號，用來控制計

數器的門電路的開啟。如果被測信號的周期為Tx,在Td這段時間內進入計數器的脈沖個

數Nx為Nx=Td/Tx=Tdfx=kfx電子計數器怎樣實現既能測量頻率又能測量周期？為什么要

通過測量周期的方法測量低頻信號的頻率？電子計數器測量頻率和測量周期的根本原理相

同，只是測量頻率時，以被測電壓作為計數對象，用標準時間信號作為門控信號；而在測

量周期時那么相反，用標準時間脈沖作為計數對象，而用被測電壓作為門控信號，如果兩

個開關變換兩者的位置，就可以實現兩種功能的轉換。說明相位-時間式相位計的原理。通

過測量頻率的方法測星頻率，當測量信號的頻率越低，被測周期越長，儀表顯示讀數N越

小，相對誤差就越大。在測量頻率時，是用被測周期作為脈沖信號，計數器的計數值為

N=Tx/To,當AN=±1時，最大的相對誤差為AN/N。可見被測頻率越低，相對誤差就越大，

所以測量低頻信號的頻率時，不選用測量信號頻率的方法，而選用測量周期的方法。為什

么電壓-時間型單斜率式數字電壓表的抗干擾能力比擬差U-T變換型單斜率式數字電壓表

的優點是線路比擬簡單。缺點是受斜坡電壓非嚴格線性變化的限制，準確度達不到很高，

且由于它測的是瞬時電壓，因此抗干攏能力不強，加上隨斜坡電壓下降脈沖計數需要的時

間較長，所以測量的速度也不快。怎樣用直流數字電壓表測量電流和電阻?用一個標準電阻

串到電路里，測標準電阻電壓就可知道電路電流。用一個標準內阻的恒壓源接到被測電阻

上，測被測電阻的電壓就叮算出電阻阻值。常用過程控制系統可分為哪幾類？答:過程控制

系統主要分為三類:反響控制系統：反響控制系統是根據被控參數與給定值的偏差進行控

制的，最終到達或消除或減小偏差的目的，偏差值是控制的依據。它是最常用、最根木的

過程控制系統。前饋控制系統：前饋控制系統是根據擾動量的大小進行控制的，擾動是控

制的依據。由于沒有被控量的反響，所以是一種開環控制系統。由于是開環系統，無法檢

查控制效果，故不能單獨應用。前饋一反響控制系統：前饋控制的主要優點是能夠迅速及

時的克服主要擾動對被控量的影響，而前饋一反響控制利用反響控制克服其他擾動，能夠

是被控量迅速向準確地穩定在給定值上，提高控制系統的控制質量。過程控制系統過渡過

程的質量指標包括哪些內容？它們的定義是什么？哪些是靜態指標？哪些是動態質量指

標？答:1.余差（靜態偏差）e：余差是指系統過渡過程結束以后，被控參數新的穩定值y（8）

與給定值c之差。它是一個靜態指標，對定值控制系統。希望余差越小越好。什么是正作

用調節器和反作用調節器？如何實現調節器的正反作用？答:輸入增加時，調節器輸出也

隨之增加稱為正作用調節器；輸入增加時，調節器輸出減小稱為反作用調節器。在調節器

輸入級的輸入端設有一個雙向開關S7,通過切換改變輸入信號的極性來實現調節器的正反

作用。

ITS-90國際溫標主要包括哪上方面內容？A.溫度單位,符號位T,單位為K；B,定義固定

溫度點；復現固定溫度點的方法。熱電阻溫度計的側量原理是什么？溫度檢測的方法有兩

種及接觸式和非接觸式，熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特

性來進行溫度測量的。測溫原理熱電阻是利用其電阻值隨溫度的變化而變化這一原理制成

的將溫度量轉換成電阻量的溫度傳感器。溫度變送器通過給熱電阻施加一鼓勵電流測量其

兩端電壓的方法得到電阻值［電壓/電流），再將電阻值轉換成溫度值，從而實現溫度測量。

半導體熱敏電阻隨溫度變化的典型特性有哪幾種？熱敏電阻可分為三類分別為:正溫度系

數；負溫度系數；臨界溫度系數熱敏元件。熱電阻的引出線方式有幾種？都有什么影響？

熱電阻的引出線方式有3種：即2線制、3線制、4線制。2線制熱電阻配線簡單，但要帶

進引線電阻的附加誤差。因此不適用制造A級精度的熱電阻，且在使用時引線及導線都不

宜過長。3線制可以消除引線電阻的影響，測量精度高于2線制。作為過程檢測元件，其

應用最廣。4線制不僅可以消除引線電阻的影響，而且在連接導線阻值相同時，還可以消

陵該電阻的影響。在高精度測量時，要采用4線制。常用的熱電偶主要有哪幾種？鉗錢10-

的熱電偶（S型）；伯餡30-伯佬6熱電偶型）；銀飴-銀硅熱電偶（K型）；銀格-銅銀合

金熱電偶（E型）.用熱電偶測量時，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償的方法

有哪些？熱電偶產生的熱電勢Et,與熱電偶的冷端溫度有關。一般情況下，熱電偶的冷端

溫度并不固定，而是隨室溫變化，這樣就使Et也隨室溫變化，從而帶來測量誤差。因此，

要求對熱電偶的冷端溫度進行補償，以減小熱電偶冷端溫度變化所引起的信號測量誤差。

在熱電偶溫度變送器中，設計冷端溫度補償電路，根據熱電偶型號的不同，一般按0℃時

冷端補償電勢25mV和當溫度變化At=50℃時八￡1=冷端補償電勢變化量兩個條件計算。

熱電阻的測量原理是什么？熱電阻是利用金屬導體或w導體有溫度變化時本身電阻也隨著

發生變化的特性來測量溫度的，熱電阻的受熱局部（感溫元件）是用細金屬絲均勻地繞在絕

緣材料作成的骨架上或通過激光濺射工藝在基片形成。當被測介質有溫度梯度時，那么所

測得的溫度是感溫元件所在范圍內介質層的平均溫度。

磁電感應式速度傳感器也稱為感應式傳感游或電動式傳感器,它是利用導體和磁場相對運

動產生感應電動勢的一種機-電能量轉換型傳感器。其特點是不需要供電電源,具有電路簡

單、性能穩定、輸出阻抗小、頻率響應范圍寬等特點，適用于動態測量，通常用于振動、

速度、扭矩等測量。磁阻式傳感器:將位移、轉速、加速度等非電物理量轉換為磁阻變化

的傳感器。分為開磁路式和閉磁路式。

說明磁電感式傳感器的工作原理？磁電式傳感器是利月電磁感應原理,將輸入運動速度變

換成感應電勢輸出的傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機械能轉換成易于測

量的電信號，是一種有源傳感器。什么是霍爾效應？當電流垂直于外磁場方向通過導體時,

在垂直于磁場和電流方向的導體的兩個端面之間出現電勢差的現象稱為霍爾效應，該電勢

差稱為霍爾電勢差1霍爾電壓）。集成霍爾傳感器有什么特點？具有在靜止狀態下感受磁場

的能力，且結構簡單，形小體輕，頻帶寬（可從直流到微波），動態特性好、動態范圍大，

壽命長和可進行非接觸測量等優點。光電傳感器的特點？可實現非接觸測量,對被測物體

限制少，響應時間短，分辨率高，可實現顏色判別，便于調整。采用光電傳感器可能測量

的物理量有哪些？電絕緣抗電線位移,線速度，角位移，角速度。

什么是外光電效應？指在光線作用下,使電子逸出物體外表而產生光電子發射的現象。光

電效應方程式得出的兩個根本概念是什么？A、入射光頻譜不變時，被照射物體單位時間內

發出的光電子數與入射光強度成正比。B、對某種物體產生光電效應有最低頻率單色光的限

制稱為紅限。高于物體紅限的入射光，不管多弱，被照射物體能產生光電發射。低于物體

紅限的入射光，不管多強，被照射物體也不能產生光電發射。光電器件的根本特性有哪些？

各定義？1、光譜靈敏度：光電器件對單色輻射通量的反響。2、相對光譜靈敏度：是光譜

靈敏度跟最大光譜靈敏度之間的比值。3、積分靈敏度：是光電器件對連續輻射通量的反響。

4、通量閥：是光電器件輸出端產生的與固有噪聲電平等效信號的最小輻射通量。5、轉化

特性與時間常數：當入射的輻射通量很小時，光電器件可看作成一個線性系統，光電器件

的動態特性可以用轉換特性的時間常數來表示。6、光電器件的頻率特性：光電器件相對光

譜靈敏度隨入射輻射通量的調制頻率的變化關系。7、光照特性：是光電器件的積分與其入

射輻射通量的關系。8、光譜特性：是光線波長與相對靈敏度之間的關系。9、溫度特性：

是光電器件對溫度范圍內的靈敏度、暗電流或光電流與溫度的關系。10、伏安特性：在保

持入射光普成分不變的情況下，光電器件的電流與電壓之間的關系。試述光電管的簡單結

構及其光譜特性、伏安特性、光電特性、暗電流的特點。答:光電管由一個光電陰極和一

個陽極封裝在玻璃殼內組成。陰極用化學成分較復雜的陰極涂料制成，其結構根本有半圓

筒形金屬片和光電陰極材料覆蓋在玻璃殼內壁上兩種。光譜特性：光電管對入射光的光譜

具有選擇性。檢測不同顏色的光需要選用光電陰極材料不同的光電管，以便使用光譜特性

由線中靈敏度較高的區段。伏安特性：隨著陽極電壓的增加，光電流也增加。當陽極電壓

到達某個數值后，光電流不再增加，進入飽和狀態。隨著光通量的增加，飽和陽極電壓和

飽和陽極電流也增加。它們的大小還與光電管結構及入射光光譜有關。光電特性：光電管

上陽極電壓足夠大，使其工作在飽和電流條件下，正常情況下其光電特性是條直線。暗電

流：暗電流隨著光電管上陽極電壓的升高而增加。光電碼盤測位移有何特點？比擬光敏電

阻、光電池、光敏二極管和光敏晶體管的性能差異，給出什么情況下應選用哪種器件最為

適宜的評述?答:光敏電阻的光電流和電壓成線性關系。不同的光照度可以得到不同的伏安

特性，說明電阻值隨光照度發生變化。光照度不變的情況下，電壓越高，光電流也越大，

而旦沒有飽和現象。由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不適宜作線性敏感元件，

這是光敏電阻的缺點之一。所以在自動控制中光敏電阻常用作開關量的光電傳感器。血

池的特點是工作時不需要外加偏壓，接收面積小，使月方便。缺點是響應時間長。光電池

的光照特性為開路電壓與光照度之間為對數關系，因而具有飽和性。因此，把硅光電池作

為敏感元件時，應該把它當作電流源的形式使用，即利用短路電流與光照度成線性的特點，

這是硅光電池的主要優點。光敏二極管的光照特性亦呈良好線性,這是由于它的電流靈敏

度一般為常數。而光敏三極管在弱光時靈敏度低些，在強光時那么有飽和現象，這是由于

電流放大倍數的非線性所至，對弱信號的檢測不利。故一般在作線性檢測元件時，可選擇

光敏二極管而不能用光敏三極管。光敏三極管的光電流比同類型的光敏二極管大好幾十倍,

零偏壓時，光敏二極管有光電流輸出，而光敏三極管那么無光電流輸出。原因是它們能產

生光生電動勢，只因光電三極管的集電結在無反向偏壓時沒有放大作用，所以此時沒有電

流輸出（或僅有很小的漏電流）。

8.1什么是金屬導體應變效應，試利用應變效應解釋金屬電阻應變的工作原理。答:在外

力作用卜，導體或半導體材料產生機械變形，從向引起材料電阻值發生相應變化的現象，

稱為應變效應。其表達式為R,式中K為材料的應變靈敏系數，當應變材料為金屬

dR

或合金時，在彈性極限內K為常數。金屬電阻應變片的電阻相對變化量了與金屬材料的軸

向應變￡成正比，因此，利用電阻應變片，可以將被測物體的應變￡轉換成與之成正比關系

的電阻相對變化量，這就是金屬電阻應變片的工作原理。8.2金屬應變片與半導體應變片

的工作原理有何區別，各有何優點。電阻應變式測力傳感器是將力作用在彈性元件」彈

性元件在力作用下產生應變，利用貼在彈性元件上的應變片將應變轉換成電阻的變化。半

導體應變片的工作原理是基于壓阻效應。半導體應變片橫向效應小，其橫向靈敏度幾乎為

零；機械滯后小，可制作成小型和超小型片子，這對測量局部應變很有作用。半導體應變

片的缺點是應變靈敏系數的離散性大，機械強度低，非線性誤差大溫度系數大。

8.3金屬電阻應變片傳感器由哪幾局部組成，各局部的功能是什么

8.6試述應變片溫度誤差的概念，產生原因和補償方法。答:由于測量現場環境溫度偏離

應變片標定溫度而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片溫度誤差。產生應變片溫度誤差的

主要原因有：⑴由于電阻絲溫度系數的存在，當溫度改變時，應變片的標稱電阻值發生變

化。⑵當試件與與電阻絲材料的線膨脹系數不同時.，日于溫度的變化而引起的附加變形，

便應變片產生附加電阻。電阻應變片的溫度補償方法有線路補償法和應變片自補償法兩大

類。電橋補償法是最常用且效果較好的線路補償法，應變片自補償法是采用溫度自補償應

變片或雙金屬線柵應變片來代替一般應變片，使之兼顧溫度補償作用。

擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個完全相同的電阻應變片組成差動全橋電路，試問：

(1)四個應變片應怎樣粘貼在懸臂梁上？

(2)畫出相應的電橋電路圖。

答：①如題圖3-4(a)所示等截面懸梁臂，在外力尸作用下，懸梁臂產生變形，梁的上

外表受到拉應變，而梁的下外表受壓應變。中選用四個完全相

同的電阻應變片組成差動全橋電路，那么應變片如題圖3-4

(a)等截面懸臂梁(b)應變片粘貼方式(c)測量電路

②電阻應變片所構成的差動全橋電路接線如圖3-4(c)所示，與、此所受應變方向相

同，色、所受應變方向相同，但與與、氏4所受應變方向相反。

5.圖示為一直流應變電橋。圖中E=4V,&二/二&二凡二1200,試求：

(1)"為金屬應變片，其余為外接電阻。當力的增量為△&=12。時，電橋輸出電壓

4)二?②R」都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都相同，其余為外接

電阻，電橋輸出電壓°。=?⑶題(2)中，如果&與&感受應變的極性相反，且

AS=混=12Q,電橋輸出電壓4=?

答：①如題3-5圖所示

〃￡第41.2Q

UQ=------=—x-----=0.01

444120Q②由于R.Rz均為應變片，且批

號相同，所受應變大小和方向均相同，那么

&=R、=RA/?)=AR、=AR

③根據題意，設飛=R+M氏2二穴一班

U_______R?_AT??__________&￡

°=〔（與+的）+低-混）一%+七1

_R2—△.2R&

R]-R2R3+R4

EAR,41.2八八c

#么2R2120

814簡述磁電相位差式扭矩傳感器的根本工作原理.

磁電相位差式扭矩傳感器是依據扭力軸在受扭后產生的扭轉角大小來測量外加轉矩的。

將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應變橋，假設向應變橋提供工

作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號。

8—12簡述振弦式扭矩傳感器的根本工作原理。

振弦式傳感器是把機械位移轉為弦振動頻率變化的一種傳感器。振弦式傳感器的根本

原理是一根拉緊的金屬絲（稱振弦）置在磁場中，振弦的一端固定在文承上，另一端與傳感器

的可動部件相連,振弦由可動部件拉緊,其張力由待測參數決定。

什么是霍爾效應？當電流垂直于外磁場方向通過導體時,在

垂直于磁場和電流方向的導體的兩個端面之間出現電勢差的

現象稱為霍爾效應，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓）。

*3—6題3—6圖為等強度懸臂梁測力系統，4為電阻應變

片，應變片靈敏系數K=2.05,未受應變時，N=1200。當

試件受力F時，應變片承受平均應變￡=800〃/〃/〃？,試求：

1.應變片電阻變化量AR、和電阻相對變化量\RJ/?,。2.將電阻應變片/?,置于單臂測量電橋,

電橋電源電壓為直流3V,求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。3.假設要減小非線性誤差，

應采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。

：K=2.05,=1200,=800///??/w=8.00x1O_4,E=3V

求：ARJ,AR〕,，yL

解：①應變片的電阻相對變化量為ARI/RI=KE=2.05x8.00x1（）7=1.64x10-3

電阻變化量為AN=與=120X1.64X10-3=0.1968（Q）②設電橋的倍率n=1,那么電橋

的輸出電壓為

A/?,

X函1.64x10-3

電橋的非線性誤差為2+1.64x10-3=0.08%

九=7--E

1+〃+-L2/J

<凡，

③假設要減小非線性誤差，可以采用差動電橋電路（半橋差動電路或者全橋差動電路）。此

時可以消除非線性誤差，而且可以提高電橋電壓的靈敏度，同時還具有溫度補償作用。

（a）如果采用半橋差動電路，需要在等強度梁的上下兩個位置安裝兩個工作應變片，一個

受拉應變，一個受壓應變，接入電橋的相鄰橋臂，構成半橋差動電路。此時電橋的輸出電

壓為

3

=1xl.64xl0-3=2.46xl0-3(V),是單臂工作時的兩倍。

(b)如果采用全橋差動電路，需要在等強度梁的上下四個位置安裝四個工作應變片，兩個

受拉應變，兩個受壓應變，將兩個應變符號相同的接入相對橋臂上，構成全橋差動電路。

化時電橋的輸出電壓為

4=E=3xl.64xlO-3=4.92xlO-3(V),是單臂工作時的四倍。

*3—7在題3—6條件下，如果試件材質為合金鋼，線膨脹系數=11x1/。。，電阻應

變片敏感柵材質為康銅,其電阻溫度系數a=15xlO6/。。，線膨脹系數由=14.9X10-6/℃,

當傳感器的環境溫度從10℃變化到50c時，所引起的附加電阻相對變化量[AR：R)為多

少？折合成附加應變&為多少？

解:：試件合金鋼的線膨脹系數4=11x10“'/°。，電阻應變片的靈敏系數為K0=2.05,電

阻溫度系數a=15xlO?/℃,線膨脹系數,=149八10-6/。_,&=50-10=40(。。)，

那么由溫度變化引起的附加電阻相對變化為：

4

轉八分叫心nL*班丈Ro2.802X1CT-r,A-4

折合成附加應變為與二—--=----------=1.37x10

'K.2.05

什么是直流電橋？假設按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計算？

答：如題圖3-3所示電路為電橋電路。假設電橋電路的工作電源E為直流電源，那么

該電橋稱為直流電橋。

按應變所在電橋大同的工作橋臂，電橋可分為：

⑴單臂電橋,Ri為電阻應變片，R2、R3、RJ為電橋固定

T.雪

電阻。其輸出壓為4%

⑵差動半橋電路，陽、R2為兩個所受應變方向相反的應變

Uo=±/L

片，R3、R4為電橋固定電阻。其輸出電壓為：2R[

⑶差動全橋電路,R1、R、比、R,均為電阻應變片，且相鄰兩橋臂應變片所受應變方向

A/?.

U=E?-L

相反。其輸出電壓為：0為

4-1試說明電了計數器測量頻率的工作原理。

電子計數器是將被測信號進行A/D轉換后，用計數的方法累計出被轉換后的數字量在單位時間T

內重復變化的次數N,最終把結果用數字形式在顯示器上顯示出來的儀表。以頻率測量為例，把被測量

的頻率與作為量化單位的標準頻率/N進行比擬，得到整量化的數字N,N=lxfN且由于/N=1T故fx

=N/TN,說明頻率的測量，實質上是測量在標準時間t內被測頻率信號通過的個數N。

4.2試解釋電子計數器產生計數誤差4N=±1的原因。

被測量與標準單位不是正好為整數倍，因此在量化過程中有一同部時間零頭沒有被計算在內而造成的誤

差，再加之閘門開啟和關閉的時間和被測信號不同步（隨機的〕，使電子計數器出現±1誤差。

4-3測量頻率時，為什么要求門控信號的寬度應比擬準確？

因為測量頻率時，得到周期Td的脈沖信號，用來控制計數器的門電路的開啟。如果被測信號的周

期為Tx,在Td這段時間內進入計數器的脈沖個數Nx為Nx=Td/Tx=Tdfx=kfx

4-4電子計數器怎樣實現既能測顯頻率又能測量周期？為什么要通過測顯周期的方法測量低頻信號的頻

率？

電子計數器測量頻率和測量周期的根本原理相同，只是測量頻率時，以被測電壓作為計

數對象，用標準時間信號作為門控信號；而在測量周期時那么相反，用標準時間脈沖作為計數對象，而

用被測電壓作為門控信號，如果兩個開關變換兩者的位置，就可以實現兩種功能的轉換。

4-5

4-6

4-7說明相位-時間式相位計的原理。

4T0為什么電壓-時間型單斜率式數字電壓表的抗干擾能力比擬差

U-T變換型單斜率式數字電壓表的優點是線路比擬簡單。缺點是受斜坡電壓非嚴格線性變化的限制，準

確度達不到很高，且由于它測的是瞬時電壓，因此抗干攏能力不強，加上隨斜坡電壓下降脈沖計數需要

的時間較長，所以測量的速度也不快。

4-13怎樣用直流數字電壓表測量電流和電阻？

用一個標準電阻串到電路里，測標準電阻電壓就可知道電路電流。用一個標準內阻的恒壓源接到被測電

阻上，測被測電阻的電壓就可算出電阻阻值。

4-16

必考的6個知識點

1.常用過程控制系統可分為哪兒類?答：過程控制系統主要分為三類：

2.反響控制系統：反響控制系統是根據被控參數與給定值的偏差進行控制的，最終到達或消除或減小偏

差的目的，偏差值是控制的依據。它是最常用、最根本的過程控制系統。

3.前饋控制系統：前饋控制系統是根據擾動量的大小進行控制的，擾動是控制的依據。由于沒有被控量

的反響，所以是一種開環控制系統。由于是開環系統，無法檢查控制效果，故不能單獨應用，

4.前饋一反響控制系統：前饋控制的主要優點是能夠迅速及時的克服主要擾動對被控量的影響，而前饋

一反響控制利用反響控制克服其他擾動，能夠是被控量迅速而準確地穩定在給定值上，提高控制系統的

控制質量。

5.過程控制系統過渡過程的質量指標包括哪些內容？它們的定義是什么？哪些是靜態指標？哪些是動態

質量指標？

答：1.余差（靜態偏差）e：余差是指系統過渡過程結束以后，被控參數新的穩定值y（8）與給定值c之

差。它是一個靜態指標，對定值控制系統。希望余差越小越好。

6.什么是正作用調節器和反作用調節器？如何實現調節器的正反作用？

答：輸入增加時，調節器輸出也隨之增加稱為正作用調節器：輸入增加時，調節器輸出減小稱為反作用

調節器。在調節器輸入級的輸入端設有一個雙向開關S7,通過切換改變輸入信號的極性來實現調節器

的正反作用。

8.1什么是金屬導體應變效應，試利用應變效應解釋金屬電阻應變的工作原理。

答：在外力作用下，導體或半導體材料產生機械變形，從而引起材料電阻值發生相應變化的現象，

dR“

—=AT*C

稱為應變效應。其表達式為正，式中K為材料的應變靈敏系數，當應變材料為金屬或合金

血

時，在彈性極限內K為常數。金屬電阻應變片的電阻相對變化量尺與金屬材料的軸向應變￡成正比,

因此，利用電阻應變片，互以將被測物體的應變￡轉換成與之成正比關系的電阻相對變化最，這就

是金屬電阻應變片的工作原理。

8.2金屬應變片與半導體應變片的工作原理有何區別，各有何優點。

電阻應變式測力傳感器是將力作用在彈性元件上，彈性元件在力作用下產生應變，利用貼在彈性元件上

的應變片將應變轉換成電阻的變化。半導體應變片的工作原理是基于壓阻效應。半導體應變片橫向效應

小，其橫向靈敏度幾乎為零；機械滯后小，可制作成小型和超小型片子，這對測量局部應變很有作用。

半導體應變片的缺點是應變靈敏系數的離散性大，機械強度低，非線性誤差大溫度系數大。

8.3金屬電阻應變片傳感器由哪幾局部組成，各局部的功能是什么

8.6試述應變片溫度誤差的概念，產生原因和補償方法。答：由于測量現場環境溫度偏離應變片標定

溫度而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片溫度誤差。產生應變片溫度誤差的主要原因有：⑴由于電阻

絲溫度系數的存在，當溫度改變時，應變片的標稱電阻值發生變化。⑵當試件與與電阻絲材料的線膨脹

系數不同時，由于溫度的變化而引起的附加變形，使應變片產生附加電阻。電阻應變片的溫度補償方法

有線路補償法和應變片自補償法兩大類。電橋補償法是最常用且效果較好的線路補償法，應變片自補償

法是采用溫度自補償應變片或雙金屬線柵應變片來代替一般應變片，使之兼顧溫度補

償作用。

4.擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個完全相同的電阻應變片組成差動全橋電路，試問：

(1)四個應變片應怎樣粘貼在懸臂梁上？

(2)畫出相應的電橋電路圖。

應登片

答：①如題圖3-4(a)所示等截面懸梁臂，在外力,作用下，懸梁臂

產生變形,卜表受到拉應變，而梁的下外表受壓應變。中選用四個完全相同的電阻應變片組成差

動全橋電路，那么應變片如題圖3-4(b)所示粘貼。

題圖3-4(a)等截面懸臂梁(b)應變片粘貼方式(c)測量電路

②電阻應變片所構成的差動全橋電路接線如圖3-4(c)所示，局4所受應變方向相同，*2、

所受應變方向相同，但與人［、所受應變方向相反。

5.圖示為一直流應變電橋。圖中E=4V,斤?=*2=*3=**12?1,試求：

⑴A,為金屬應變片，其余為外接電阻。當衣■的增量為從時，電橋輸出電壓U。:

外，都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都相同，其余為

外接電阻，電橋輸出電壓4=?

題(2)中，如果A?與A|感受應變的極性相反，且從1=叢2=1四，電

橋輸出電壓4=?

答：①如題3-5圖所示

②由于R.七均為應變片，旦批號相同，所受應變大小和方向均相同，那么=

③根據題意，設

冬3乂

A1—

EAJt,412

=—----------=——x------=0.02

那么2K2120

*3-6題3—6圖為等強度懸憎梁測力系統，.為電阻應變片，應變

片靈敏系數K=2.05,未受應變時，?二】200。當試件受力F時，

應變片承受平均應變k皿/始/*,試求：

①應變片電阻變化量"和電阻相對變化量.

②將電阻應變片.置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V,求電橋輸出電壓及電橋非線性

誤差。

③假設要減小非線性誤差，應采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。

.gntA=12℃f=aJOxflw/m-SOOxMT1E-W

求：1/&I%〃

解：①應變片的電阻相對變化量為M/A=X￡=i?xi.ooxi(r<=L?xi(r4

M=&空=120x164xlO-1=01%8(Q)

電阻變化量為VAJ

②設電橋的倍率n=l,那么電橋的輸出電壓為

2fl64x101

電橋的非線性誤差為