第2章习题、答案、解题过程,2017-5-28

答案、解题过程、知识点、难易程度

一、单项选择题

1、电子秤中所使用的应变片应选择（ ）应变片。

A．金属丝式 B．金属箔式 C．电阻应变仪 D．固态压阻式压力传感器 答案：B

解题过程：根据表2-1，金属箔式温漂小，适用于电子秤的精密测量。 知识点：应变片的类型与结构 难易程度：易

2、为提高集成度，测量气体压力应选择（ ）。

A．金属丝式 B．金属箔式 C．电阻应变仪 D．固态压阻式压力传感器 答案：D

解题过程：根据图2-9及有关文字，固态压阻式压力传感器在测量气体压力时的输出信号电压比较大。

知识点：应变片的应用 难易程度：易

3、一次性、几百个应力试验测点应选择（ ）应变片。

A．金属丝式 B．金属箔式 C．电阻应变仪 D．固态压阻式压力传感器 答案：A

解题过程：根据图2-3及有关文字，金属箔式价廉，适合于一次性（测量结束就铲掉）、大批量测量。

知识点：应变片的应用 难易程度：易

4、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（ ）测量转换电路。

A．单臂半桥 B．双臂半桥 C．四臂全桥 D．四臂半桥 答案：C

解题过程：可参考第2.1.3节有关内容。四臂全桥的灵敏度，比半桥及单臂半桥高，并且四个桥臂的温漂可以相互抵消。

知识点：应变片桥路 难易程度：易

5、在图2-17a中，热敏电阻测温电路调试过程的步骤是（ ）。

1

A．先调节RP1，然后调节RP2 B．同时调节RP1、RP2 C．先调节RP2，然后调节RP1 D．RP2往上调

答案：A

解题过程：可参考第2.2.2节有关内容。多数仪表的调试过程是先调零，后调满度。即使是带有微处理器的仪表，用软件调零和调满度时，也是先调零，后调满度。

知识点：热敏电阻测温电路 难易程度：易

6、在图2-17a中，若发现毫伏表的满度值偏大，应将（ ）。

A．RP2往左调 B．RP2往右调 C．RP2往下调 D．RP2往上调 答案：B

解题过程：可参考第2.2.2节有关内容。必须减小测温桥路的激励源电流，使桥路的灵敏度下降，毫伏表的输出电压就能减小。当RP2往右调的时候，桥路激励源与测温电桥之间串联的电阻值增大，激励电流减小，桥路的输出电压灵敏度下降。

知识点：热敏电阻测温电路 难易程度：易

7、图2-17中的Rt（热敏电阻）应选择（ ）热敏电阻。

A．负指数型NTC B．突变型NTC C．突变型PTC D．线性型PTC 答案：A

解题过程：可参考第2.2.2节有关内容。负指数型NTC热敏电阻的“温度-阻值特性”非常稳定，R与B值有确定的关系，可以用于测量温度。但是，突变型NTC和突变型PTC、线性型PTC的阻值与温度之间的数学关系不稳定，批量产品的一致性较差。

知识点：热敏电阻的应用 难易程度：易

8、图2-18中，当温度升高时，继电器失电复位，Rt应选择（ ）热敏电阻。 A．负指数型NTC B．突变型NTC C．突变型PTC D．线性型PTC 答案：C

解题过程：可参考第2.2.2节有关内容。当突变型PTC热敏电阻的温度上升到“转折温度”以上时，电阻值急剧上升，流过继电器的电流急剧下降，继电器失电，触发继电器保护电路。

知识点：热敏电阻的应用 难易程度：易

9、MQN气敏电阻可用于测量（ ）的浓度。

A．CO2 B. N2 C．气体打火机车间的有害气体 D．锅炉烟道中剩余的氧气 答案：C

解题过程：可参考第2.3.1节有关内容。根据表2-3，MQN气敏电阻可用于测量可燃性气体的浓度。

知识点：气敏电阻的应用 难易程度：易

10、TiO2气敏电阻可用于测量（ ）的浓度。

2

A．CO B. N2 C．气体打火机车间的有害气体 D．锅炉烟道中剩余的氧气 答案：D

解题过程：根据第2.3.2节内容，TiO2气敏电阻可用于测量燃烧尾气的氧含量浓度。 知识点：气敏电阻的应用 难易程度：易

11、湿敏电阻使用交流电作为激励电源是为了（ ）。 A．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 D．防止烧毁 答案：B

解题过程：根据第2.4.2节内容，如果使用直流电作为湿敏电阻的激励电源，会产生极化、电解和腐蚀。而交流电的极性快速变化，减小了电化学过程。

知识点：湿敏电阻的激励电源 难易程度：易

12、在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用（ ）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 答案：D

解题过程：由于紧张，手心出汗，可能使得湿敏电阻的阻值减小。 知识点：湿敏电阻 难易程度：易 14、二线制齐纳安全栅用于液化气灌装站的汽油压力变送器的信号传导，接线示意图如图2-30所示。安全栅应安装在（ ）；熔断器一侧的1、2接线端应该接到（ ）；电流限制回路的3、4接线端应该接到（ ）。

A．控制室的二次仪表 B．液化气灌装区的压力变送器 C．液化气灌装区的内墙面 D．液化气灌装区的外墙面

图2-30 二线制齐纳安全栅示意图

a）安全栅内部电路 b）安全栅的连接

3

答案：D；A；B

解题过程：根据图2-30b、a，熔断器一侧的1、2接线端应该接到安全区的二次仪表。所谓安全区，可以是仪表控制室等。电流限制回路的3、4接线端是“本质安全”的，不会产生电火花等危害，也不会过电压（不超过30V）、过电流（不超过30mA）。所以经过安全栅的隔离后，可以将信号线接到危险区的一次仪表。

如果将安全栅置于在危险区域（本题中的液化气灌装区），当熔断器熔断的瞬间，产生电火花时，电火花可能点燃危险区（液化气灌装区）的可燃性气体，所以应该将安全栅至于危险区的外面（灌装区的外墙），但应紧靠危险区区。

知识点：安全栅 难易程度：难

二、填空题

1、导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其______也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。

答案：电阻值

解题过程：可参考第2.1.1节的应变效应的有关内容。 知识点：应变效应 难易程度：易

2、纵向应变也称______向应变，εx=Δl / l。应变εx通常很______，常用10-6表示。 答案：轴；小

解题过程：可参考第2.1.1节的横向应变的有关内容。 知识点：应变效应 难易程度：易

3、当ε=0.000001时，在工程中常表示为______10-6，或1μm/m。 答案：1

解题过程：可参考第2.1.1节的纵向应变的有关内容。将1μm除以1m，等于110-6，纵向应变的“量纲等于1”。

知识点：纵向应变 难易程度：易

4、横向应变也称______向应变，Δr/r=εy（受______时为负值）。 答案：径；拉

解题过程：可参考第2.1.1节，横向应变。 知识点：应变效应 难易程度：易

5、钢的泊松比约为______。当钢丝受到拉力，长度拉长千分之一时，直径就缩小千分之零点三。但是，更大的拉力将使钢丝的变形超过胡克定律适应的范围，将发生______可逆的变形。

答案：0.3；不

解题过程：可参考第2.1.1节的横向应变的有关内容。

4

知识点：应变效应 难易程度：易

6、单晶硅材料在受到应力作用后，______率发生明显变化，这种现象被称为压阻效应。但是容易受到温______、光照、杂质浓度等影响。

答案：电阻；度

解题过程：可参考第2.1.1节的压阻效应的有关内容。 知识点：应变效应 难易程度：易

7、半导体的压阻灵敏度Δ/比金属材料的应变灵敏度______几十倍。

x答案：高

解题过程：可参考第2.1.1节半导体材料的压阻系数。 知识点：应变效应 难易程度：易

8、图2-4中，电桥的一对对角线结点______接入桥路激励电源电压Ui，另一对对角线结点______作为输出电压Uo的输出端。

答案：a、c；b、d

解题过程：参见图2-4桥式测量转换电路. 知识点：应变电桥 难易程度：易

9、在图2-4b中，调节RP，可以使R1与(R′＋R5)、R2与(Rʺ＋R5)的并联结果之比等于R4/R3，电桥趋于______，Uo就可被预调到零位，这一过程称为______。

答案：平衡；调零

解题过程：可参考第2.1.3节有关内容。 知识点：应变电桥的调零 难易程度：易 10、采用双臂半桥或全桥的好处是能实现温度自补偿功能。设温度引起的电阻值变化为Δt，由于4个应变电阻感受到的温度相同，所以ΔR1t=ΔR2t=ΔR3t=ΔR4t，则Uot=______。只要组成全桥的4个应变片感受到的______相同，就能够克服温漂。

答案：0；温度

解题过程：可参考第2.1.3节有关内容。 知识点：应变电桥的温度自补偿 难易程度：易

11、常见的测量力的传感器有：环式拉应______传感器、环式压应变传感器、双连孔剪______式电子秤。

答案：变；梁

解题过程：参见图2-5应变式力传感器的几种型式 知识点：应变传感器的应用

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难易程度：易

12、力矩T等于作用力F和______L的乘积，即：T=FL。力矩的单位为______，在较______的力矩测量时，也用mN·m为单位。

答案：力臂；N·m；小

解题过程：参见图2-6应变式力矩传感器。 知识点：应变传感器的应用 难易程度：易

13、使机械部件转动的力矩称为______矩。 答案：转

解题过程：参见图2-6应变式力矩传感器。 知识点：转矩 难易程度：易

14、应变式荷重传感器的输出电压Uo______比于荷重F。 答案：正

解题过程：可参见式（2-9）。 知识点：荷重传感器 难易程度：易

15、压阻式固态压力传感器是利用半导体材料的______效应，在压力作用下，半导体膜片产生变形，电阻值发生变化。四个半导体应变片可以组成全桥。

答案：压阻

解题过程：可参见图2-9。

知识点：压阻式固态压力传感器 难易程度：易 16、金属热电阻简称热电阻，是利用金属电阻随温度升高而______这一特性来测量温度的传感器。目前应用较为广泛的热电阻材料是______和铜。

答案：增大；铂

解题过程：可参考第2.2.1节有关内容。 知识点：金属热电阻 难易程度：易

17、测得一支安装在加热炉内部的铂热电阻（Pt100）的阻值为175.86Ω，加热炉的温度tPt100等于______℃。

答案：200

解题过程：根据第2.2.1节，查附录C的铂热电阻的分度表，得tPt100=200℃。 知识点：金属热电阻的分度表 难易程度：易

18、半导体热敏电阻简称______敏电阻，是一种半导体测温元件。按其温度系数，可分为______温度系数热敏电阻（NTC）和______温度系数热敏电阻（PTC）两大类。

6

答案：热；负；正

解题过程：可参见图2-15。 知识点：热敏电阻 难易程度：易 19、PTC热敏电阻的电阻变化趋势与温度的变化趋势______，属于______突变型热敏电阻。在电子线路中多起限流、保护作用，例如可以用作“自恢复熔断器”。

答案：相同，正

解题过程：可参见图2-15。 知识点：热敏电阻的应用 难易程度：易

20、当当NTC的温度上升时，电阻值反而______。可用于测量0~120℃范围内的温度。 答案：下降

解题过程：可参见图2-15。 知识点：热敏电阻的应用 难易程度：易

21、NTC的B值是NTC的______常数，也称材料常数。 答案：温度

解题过程：可参见图2-15。

22、突变型热敏电阻又称临界温度型热敏电阻CTR。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然______，可用于抑制各种电子电路“上电”时的浪涌电流。

答案：下降

解题过程：可参见图2-15。 知识点：热敏电阻的应用 难易程度：易

23、当正常工作电流通过（或元件处于正常环境温度）高分子PTC自恢复熔断器时，自复熔断器呈______阻状态；当电路中有异常过电流（或环境温度超过额定值）时，自恢复熔断器呈______阻状态；当电路中过电流（超温状态）消失后，PTC中的导电粒子又重新构成导电通路，自复熔断器又呈初始的______阻状态。

答案：低；高；低

解题过程：可参考第2.2.2节有关内容 知识点：热敏电阻的应用 难易程度：易

24、当还原性气体传感器N型半导体的表面在高温下遇到可燃性气体时，电阻率下降，电阻______。

答案：减小

解题过程：可参见图2-19。 知识点：气敏电阻的应用 难易程度：易

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25、目前多采用“燃料______”来检测酒后驾车酒精蒸气的含量，直接输出电压信号，反应时间只需几秒，一致性好。

答案：电池

解题过程：燃料电池遇到酒精蒸气时，会产生与浓度有确定关系的输出电动势。 知识点：酒精蒸气传感器 难易程度：易 26、二氧化钛氧传感器的电阻值与温度及氧含量分压有确定的关系。当氧气含量减小时，RTiO2的阻值______。TiO2气敏电阻必须在300~400℃的高温下才能工作。

答案：减小

解题过程：可参见第2.3.2节有关内容。 知识点：气敏电阻的应用 难易程度：易

27、当氧化锆尾气传感器被加热到700℃时，氧化锆固体电解质组成氧浓度差电池能够输出毫伏信号，与燃烧后的尾气中的______浓度有确定的关系。

答案：氧气

解题过程：可参考第2.3.2节有关内容。 知识点：氧浓度差电池传感器 难易程度：易

28、MgCr2O4-TiO2（铬酸镁-氧化钛）等金属氧化物以高温烧结的工艺制成多孔性陶瓷半导体薄片。吸附水气后，电阻值______。

答案：下降

解题过程：可参见图2-22节有关内容。 知识点：湿敏电阻的应用 难易程度：易

29、湿敏电阻对湿度的变化具有“湿滞特性”，在吸湿和脱湿两种情况下的特性曲线不相重复，造成测量误差。陶瓷湿敏传感器吸湿快（3min左右），而脱湿要______许多，从而产生滞后现象。有时可用重新加热脱湿的办法来解决。

答案：慢

解题过程：可参考第2.4.2节有关内容。 知识点：湿敏电阻的应用 难易程度：易

30、本安型仪表的“______安全”是由电路本身实现的，能适用于危险场所和各种爆炸性气体混合物。

答案：本质

解题过程：可参考第2.5.4节有关内容。 知识点：本安型仪表 难易程度：易

8

31、安全栅又称安全保持器、本安回路的安全接口等。它能在安全区和______区之间双向转递电信号，并限制安全区的危险能量进入危险区，限制送往危险区的电压和______。

答案：危险；电流

解题过程：可参考第2.5.4节有关内容。 知识点：安全栅 难易程度：易

32、齐纳式安全栅是基于齐纳二极管的______向击穿导通性能而工作的。 答案：反

解题过程：可参考第2.5.4节有关内容。 知识点：齐纳式安全栅 难易程度：易

33、齐纳二极管属于大电流雪______型稳压二极管，用于限制被保护电路的______，额定电压略高于24V。当回路电压达到安全限压值时，齐纳二极管击穿而导通，线路两端的电压保持在安全限压值以下。

答案：崩；电压

解题过程：可参考第2.5.4节有关内容。 知识点：齐纳二极管 难易程度：易

34、快速熔断器具有圆孔狭颈结构。发生短路故障时，狭颈处电流密度较______，狭颈处首先熔断，熔断时间______于齐纳二极管的过热时间。

答案：大；小

解题过程：可参考第2.5.4节有关内容。 知识点：快速熔断器 难易程度：易

35、隔离式安全栅先将信号进行调制，接到______进行隔离。光耦之后，再进行解调，变换回隔离前的原信号模式。输入、输出以及电源三者之间是相互______的。输入/______之间的耐压：可达1500V。

答案：光耦；隔离；输出

解题过程：可参考第2.5.4节有关内容。 知识点：隔离式安全栅 难易程度：易

36、电子气泡式水平仪结构简图如图2-33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。

9

图2-33 气泡式电子水平仪结构简图

1－被测平面 2－导电水柱 3－气泡 4－密封玻璃管

5－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中位置，左右两侧的不锈钢电极与公共电极之间的电阻R1、R2的阻值相同。如果希望此时电桥的输出电压Uo=0，则R1、R2、R3、R4应满足______的条件。2）如果实际使用中，发现仍有微小的输出电压，则应调节______，使Uo趋向于零。3）当被测平面向左倾斜（左低右高）时，气泡漂向右边，R1变______，R2变______，电桥失去平衡，Uo增大。

答案：1）R1/R2=R4/R3；2）RP1；3）小；大 解题过程：可参见图2-4b的电桥调零过程。 知识点：水平仪 难易程度：中

37、应变式水平仪结构示意图如图2-34所示。应变片R1、R3粘贴在悬臂梁的左侧，R2、R4粘贴在悬臂梁的右侧，悬臂梁的自由端安装一质量块，水平仪放置于被测平面上。分辨力是______ mm/m；“mm/m”是指在1m距离范围内，两端的______度差有多少毫米。

答案：0.01mm/m；高 解题过程：如果没有附加说明，可以认为数字式仪表的最后一位所代表的数值就是该仪表的分辨力。“mm/m”是水平仪的基本单位，分子是mm，分母是1m。

知识点：水平仪 难易程度：中

图2-34 应变式水平仪结构示意图

1－质量块 2－悬臂梁 3－应变片R1、R3 4－显示器的单位

5－信号调理电路 6－限位器 7－外壳 8－被测平面

三、计算题

1、有一额定荷重为20×103N的等截面空心圆柱式荷重传感器，其灵敏度KF为2mV/V，

10

桥路电压Ｕi为12V，求：

1）在额定荷重时的输出电压Uom；2）当承载为5×103N时的输出电压Uo；3）若在额定荷重时要得到5.000V的输出电压（去A-D转换器），放大器的放大倍数应为多少倍？

答案：1）24mV；2）6mV；3）208.3

解题过程：可参考第2.1.4节的有关内容。

1）在额定荷重时的输出电压Uom=UiKF=12V2mV/V=24mV。

F5103N2）当承载为5×10 N时的输出电压UoUom24mV=6mV。 3Fm2010N3

3）若在额定荷重时要得到5V的输出电压（去A-D转换器），放大器的放大倍数等于：

要求的输出电压除以在额定荷重时的输出电压，即：Uom：K=5000mV/24mV=208.3。

知识点： 难易程度：难

2、用图2-7所示的荷重传感器称重。最大荷重Fm=10t，灵敏度KF=2mV/V。当桥路电压为12V时，测得桥路的输出电压为8mV，求：1）额定荷重时的最大输出电压Um为多少毫伏？2）被测荷重F为多少牛？

答案：1）Uom=24mV；2）F=3.33t

解题过程：1）可参考第2.1.4节的有关内容。从图2-7所示的荷重传感器铭牌上得到：Fm=10103kg，KF=2mV/V，根据式（2-8）得Uom= Uom=KFUi=2mV/V×12V=24mV。

2）被测荷重

UoUo8103FFmFm10t3.33t 3UomKFUi21012知识点：荷重传感器

难易程度：难

3、某一NTC型热敏电阻在额定温度（25℃）时的电阻值R0为1MΩ，B值为4000，求： 1）-30℃的阻值R-30为多少MΩ？2）100℃时的阻值R100为多少kΩ？（该题不列入试卷范围）

答案：1）6.1MΩ；2）19.7kΩ

解题过程：可参考第2.2.2节的有关内容。

1）根据式（2-12），有R-302）R1001Me4000(11)273243=6.1M。（不列入试卷范围）

1Me4000(11)273373=0.0197M=19.7k。

知识点：NTC型热敏电阻

难易程度：难（不列入试卷范围）

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