傳感器與檢測技術胡向東-第2版習題解答-wenkub
2023-04-08 06:57:03 本頁面
【正文】 圖中，試求：(1) 為金屬電阻應變片，其余為外接電阻，當?shù)脑隽繛闀r，電橋的輸出電壓(2) , 都是電阻應變片，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，電橋的輸出電壓(3) , 都是電阻應變片，且批號相同，感應應變的大小為，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，設電阻應變片的靈敏度系數(shù)K=，未受應變時，=120Ω。全橋差動電路的電壓輸出靈敏度是單臂電橋的4倍。金屬電阻應變片的工作原理是主要基于應變效應導致其材料幾何尺寸的變化；半導體電阻應變片的工作原理是主要基于半導體材料的壓阻效應。試估算阻尼比和固有角頻率的大小?！鄬φ詹Ａy溫度計特性的微分方程和一階傳感器特性的通用微分方程，有該溫度計的時間常數(shù)為2s，靈敏度為1。解：一階傳感器的單位階躍響應函數(shù)為∴∴∴， 玻璃水銀溫度計通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程來表示。設壓力為0MPa時輸出為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)特性的主要指標有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入、輸出關系。① 按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進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的物理、化學或生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）輸入轉換成電量（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換元件兩部分，分別完成檢測和轉換兩個基本功能。② 按傳感器的工作原理進行分類根據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應、半導體理論、化學原理等），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系中不含時間變量。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、過零旋轉擬合、端點平移擬合等來近似地代表實際曲線的一段（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)，當受階躍函數(shù)作用時，在t=0時，輸出為10mv；在t=5s時輸出為50mv；在t→∞時，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。 試分析差動測量電路在應變電阻式傳感器測量中的好處。 將100Ω電阻應變片貼在彈性試件上，如果試件截面積，彈性模量，若由的拉力引起應變計電阻變化為1Ω，求電阻應變片的靈敏度系數(shù)。當試件受力F時，電阻應變片承受平均應變值。Q解：(1) 由應力與應變的關系，及應力與受力面積的關系，得，，；(2) 由，得。做成差動結構形式，靈敏度將提高一倍。零點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)和磁路的對稱；②采用適當?shù)臏y量電路，如差動整流電路。只能根據(jù)的符號判斷銜鐵的位置在零位處、零位以上或以下，但不能判斷運動的方向。測量時，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、電容相對變化量和位移靈敏度K（已知空氣相對介電常數(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所示的圓筒結構變介質型電容式傳感器，總的電容值為在圓筒結構變介質式電容傳感器中的液位達到桶高4m的對應位置時，電容值達到一個特定值，接入測量電路，就可以在液位達到4m時輸出一個觸發(fā)信號，關閉閥門，停止注水。解：以x為界，可以看作兩個電容器并聯(lián)，右邊的電容器又可以看作兩個電容器串聯(lián)。=1，=4。② 當在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，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，也稱為逆壓電效應。z軸：是通過錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會產(chǎn)生壓電效應。石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用力方向改變時，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調為何值(V/pc)？(2) 用該測試
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