傳感器與檢測技術(shù)胡向東-第2版習(xí)題解答-wenkub
2023-04-08 06:57:03 本頁面
【正文】 圖中，試求：(1) 為金屬電阻應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)?shù)脑隽繛闀r(shí)，電橋的輸出電壓(2) , 都是電阻應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋的輸出電壓(3) , 都是電阻應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為，但極性相反，其余為外接電阻，電橋的輸出電壓解：(1) 單臂(2) 極性相同(3)半橋 在圖311中，設(shè)電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K=，未受應(yīng)變時(shí)，=120Ω。全橋差動(dòng)電路的電壓輸出靈敏度是單臂電橋的4倍。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)致其材料幾何尺寸的變化；半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是主要基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。試估算阻尼比和固有角頻率的大小。∴對(duì)照玻璃水銀溫度計(jì)特性的微分方程和一階傳感器特性的通用微分方程，有該溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)為2s，靈敏度為1。解：一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為∴∴∴， 玻璃水銀溫度計(jì)通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程來表示。設(shè)壓力為0MPa時(shí)輸出為0mV。第2章 傳感器的基本特性 什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入、輸出關(guān)系。① 按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進(jìn)行分類按輸入量分類的傳感器以被測物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。 傳感器的共性是什么？答：傳感器的共性就是利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等）輸出。 傳感器一般由哪幾部分組成？答：傳感器的基本組成分為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分，分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。② 按傳感器的工作原理進(jìn)行分類根據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應(yīng)、半導(dǎo)體理論、化學(xué)原理等），可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器等。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入輸出關(guān)系中不含時(shí)間變量。壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程解：①求非線性誤差，首先要求實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大誤差，擬合直線在輸入量變化不大的條件下，可以用切線或割線擬合、過零旋轉(zhuǎn)擬合、端點(diǎn)平移擬合等來近似地代表實(shí)際曲線的一段（多數(shù)情況下是用最小二乘法來求出擬合直線）?，F(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計(jì)特性的微分方程是y代表水銀柱高（mm）, x代表輸入溫度（℃）。 某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mv；在t=5s時(shí)輸出為50mv；在t→∞時(shí)，輸出為100mv。解：， 在某二階傳感器的頻率特性測試中發(fā)現(xiàn)，諧振發(fā)生在頻率216Hz處，試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率的大小。 試分析差動(dòng)測量電路在應(yīng)變電阻式傳感器測量中的好處。 將100Ω電阻應(yīng)變片貼在彈性試件上，如果試件截面積，彈性模量，若由的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為1Ω，求電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。當(dāng)試件受力F時(shí)，電阻應(yīng)變片承受平均應(yīng)變值。Q解：(1) 由應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，及應(yīng)力與受力面積的關(guān)系，得，，；(2) 由，得。做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，靈敏度將提高一倍。零點(diǎn)殘余電壓的消除方法：①盡可能保證傳感器的幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路的對(duì)稱；②采用適當(dāng)?shù)臏y量電路，如差動(dòng)整流電路。只能根據(jù)的符號(hào)判斷銜鐵的位置在零位處、零位以上或以下，但不能判斷運(yùn)動(dòng)的方向。測量時(shí)，一塊極板在原始位置上向左平移了2mm，求該傳感器的電容變化量、電容相對(duì)變化量和位移靈敏度K（已知空氣相對(duì)介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)）。② 電容式傳感器解決此問題的方法參見P80圖56所示的圓筒結(jié)構(gòu)變介質(zhì)型電容式傳感器，總的電容值為在圓筒結(jié)構(gòu)變介質(zhì)式電容傳感器中的液位達(dá)到桶高4m的對(duì)應(yīng)位置時(shí)，電容值達(dá)到一個(gè)特定值，接入測量電路，就可以在液位達(dá)到4m時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，關(guān)閉閥門，停止注水。解：以x為界，可以看作兩個(gè)電容器并聯(lián)，右邊的電容器又可以看作兩個(gè)電容器串聯(lián)。=1，=4。② 當(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。z軸：是通過錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性隨著改變。 將一壓電式力傳感器與一只靈敏度可調(diào)的電荷放大器連接，然后接到靈敏度為=20mm/V的光線示波器上記錄，已知壓電式壓力傳感器的靈敏度為=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)的總靈敏度為S=，試問：(1) 電荷放大器的靈敏度應(yīng)調(diào)為何值(V/pc)？(2) 用該測試
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