傳感器習題周真(編輯修改稿)
2025-04-20 06:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關。傳感器的電壓靈敏度為 所以，壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時，連接電纜不能太長。電纜長，電纜電容就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。圖43是壓電式傳感器與電荷放大器連接的等效電路，由“虛地”原理可知，反饋電容折合到放大器輸入端的有效電容為 (41)設放大器輸入電容為、傳感器的內(nèi)部電容為和電纜電容為，則放大器的輸出電壓 (42)當，放大器的輸出電壓為 (43)當時，傳感器的輸出靈敏度就可以認為與電纜電容無關了，即電荷靈敏度與電纜的長度無關。圖43壓電傳感器與電荷放大器連接的等效電路7. 有一壓電晶體，其面積S=20mm2，厚度=10mm，當受到壓力P=10MPa作用時，求產(chǎn)生的電荷量Q及輸出電壓。(1)零度X切的縱向石10英晶體；(2)利用縱向效應之BaTiO3。解：(1)石英晶體受力F作用后產(chǎn)生的電荷量為式中 d11——壓電系數(shù)。石英晶體在x軸方向受壓縮力時， P——壓力(1Pa=1N/m2)。代入相應的值，得 其內(nèi)部電容量 式中 ——相對介電常數(shù)，； ——真空介電常數(shù)，為。故 則輸出電壓 (2)同理可得BaTiO3壓電材料的參數(shù)：電荷 電容 = =電壓 ，其參數(shù)為：Ra=10，Rt=10，Ca=30pF，Co=10pF，Ct=20pF。求電路的等效時間常數(shù)；若誤差要求≤5%；求在單位階躍脈沖作用下的有效測量時間？圖44解：電容放電 ，則t=180。104 s。=，其截面積=5cm，厚度=。試求：(1)此壓電元件兩極片間的電壓值？(2)若壓電元件與高阻抗運算放大器之間連接電纜的電容為C0=4pF，求此時壓電式傳感器的輸出電壓。解： (1)(2)，要求在1Hz時靈敏度下降不超過5%，若測量回路的總電容為500pF，求所用電壓前置放大器的輸入電阻應為多大。解：相對幅頻特性，將已知量代入，則R=34MW，已知：加速度計靈敏度為5pC/g，電荷放大器靈敏度為50mV/pC，當機器達到最大加速度值時相應的輸出電壓幅值等于2V，試計算該機器的振動加速度。解：系統(tǒng)靈敏度k等于傳感器靈敏度與電荷放大器靈敏度的乘積，所以， 測得的加速度=測得的電壓值/系統(tǒng)靈敏度=2/=8g。已知：加速度計的靈敏度為(g為標準重力加速度，)，電荷放大器靈敏度為，當機器達到最大加速度值時，相應的輸出電壓幅值為2V，試計算該機器的振動加速度。解：系統(tǒng)靈敏度k等于傳感器靈敏度與電荷放大器靈敏度的乘積，故測得的加速度=測得的電壓值/系統(tǒng)靈敏度 a=(2/)g=8g：輸出電壓為，輸入電阻大于，輸出電阻為，頻率響應：0~150kHz，噪聲電壓(有效值)最大為2mV(指輸入信號為零時所出現(xiàn)的輸出信號值)，非線性誤差：%，溫度漂移：。(1)如果用內(nèi)阻為的電壓表測量電荷放大器的輸出電壓，試求由于負載效應而減少的電壓值。(2)假設用以輸入電阻為的示波器并接在電荷放大器的輸入端，以便觀察輸入信號波形，此時對電荷放大器有何影響？(3)噪聲電壓在什么時候會成為問題？(4)試求當環(huán)境溫度變化時，電荷放大器輸出電壓的變化值，該值對測量結果有否影響？(5)當輸入信號頻率為180kHz時，該電荷放大器是否適用？解：(1)設不接電壓表時輸出電壓為U，則加接電壓表后有輸出電壓=所以，減小的電壓值=也就是說，輸出電壓減少了1%。(2)可視為示波器輸入電阻與電荷放大器輸入電阻并聯(lián)，前者為，后者大于，所以電荷放大器總的輸入電阻將小于。(3)當電荷放大器的信號電平很低時，噪聲電壓的干擾明顯增加。(4)由于電荷放大器溫度漂移為，故溫度變化時引起的輸出電壓變化為，因輸出電壓只有幾伏，故對測量精度沒有嚴重影響。(5)能用，但電荷放大器的增益會下降。第5章 電感式傳感器2. 差動變氣隙式自感傳感器與單線圈式自感傳感器相比，主要的優(yōu)點是什么？答：(1)差動變氣隙式自感傳感器的靈敏度是單線圈式自感傳感器的2倍；(2)在線性化時，差動變氣隙式自感傳感器忽略以上的高次項，單線圈式忽略以上的高次項，因此差動式自感傳感器線性度得到明顯改善。？我們可以采取哪些措施去減小零點殘余電壓。答：零點殘余電壓主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。零點殘余電壓的波形十分復雜，主要由基波和高次諧波組成?；óa(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱，導致它們產(chǎn)生的感應電勢的幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置， 兩線圈中感應電勢都不能完全抵消。 高次諧波中起主要作用的是三次諧波， 產(chǎn)生的原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性(磁飽和、磁滯)。為了減小電感傳感器的零點殘余電壓，可以采取下列措施：(1)在設計和工藝上，要求做到磁路對稱、線圈對稱。鐵心材料要均勻，特性要一致。兩線圈繞制要均勻，松緊一致。(2)采用拆圈的實驗方法，調(diào)整兩個線圈的等效參數(shù)，使其盡量相同，以減小零點殘余電壓。(3)在電路上進行補償。補償方法主要有：加串聯(lián)電阻、加并聯(lián)電容、加反饋電阻或反饋電容等。，根據(jù)結構可以分為幾類。答：互感式電感傳感器是把被測量轉換成線圈互感量的變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組用差動形式連接，故稱之為差動變壓器式傳感器，簡稱差動變壓器。根據(jù)結構可以分為變隙式、變面積式和螺管式等幾類。答：差動變壓器式傳感器與彈性敏感元件(膜片、膜盒和彈簧管等)相結合，可以組成壓力傳感器。圖51所示為差動變壓器式壓力傳感器，銜鐵固定在膜盒中心。在無壓力作用時，膜盒處于初始狀態(tài)，銜鐵位于差動變壓器線圈的中部，輸出電壓為零。當被測壓力作用在膜盒上使其發(fā)生膨脹，銜鐵移動，差動變壓器輸出正比于被測壓力的電壓。這種微壓力傳感器可測的壓力。1接頭 2膜盒 3底座 4線路板5差動變壓器線圈 6銜鐵 7罩殼 8插頭 9通孔圖51差動變壓器式壓力傳感器，已知電源電壓U=4V，f=400Hz，傳感器線圈銅電阻和電感量分別為，L=30mH，用兩只匹配電阻設計成4臂等阻抗電橋，如圖52所示，試求：圖52(1)匹配電阻R1和R2的值為多大才能使電壓靈敏度達到最大；(2)當△Z=10時，接成差動電橋后的輸出電壓值。答：(1)阻抗的幅值為使4臂阻抗相有：(2)差動
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