傳感器與檢測(cè)技術(shù)課后答案(編輯修改稿)
2024-12-05 09:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 且隨 ω 變化而變化。 在這種情況下，每當(dāng) 改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。 3．簡(jiǎn)述電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。 解： 優(yōu)點(diǎn)： (1) 溫度穩(wěn)定性好 (2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 (3) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 （ 4） 可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng) 缺點(diǎn) ： （ 1） 輸出阻抗高，負(fù)載能力差 （ 2） 寄生電容影響大 4．電容式傳感器測(cè)量電路的作用是什么？ 解：電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小 ， 這樣微小的電容量還不能直接被目前的顯示儀表顯示 ， 也很難被記錄儀接受 ， 不便于傳輸。這就必須借助于測(cè)量電路檢出這一微小電容增量 ， 并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流 或者頻率。電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等 5．下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測(cè)量電路，其中 CX為傳感器電容， C為固定電容，假設(shè)運(yùn)放增益A=∞，輸入阻抗 Z=∞；試推導(dǎo)輸出電壓 U0與極板間距的關(guān)系，并分析其工作特點(diǎn)。 題圖 41 12OIXI X OIIOXIIdUdUccdt dtcU c UcU cdUUcS??????? ? ? ?兩 邊 積 分 得 到 ： 式中負(fù)號(hào)表示輸出電壓 0U? 的相位與電源電壓反相。上 式說(shuō)明運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離 d 線性關(guān)系。運(yùn)算放大器電路解決了單 個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問(wèn)題。但要求 Zi及放大倍數(shù) K足夠大。為保證儀器精度 ， 還要求電源電壓 iU? 的幅值和固定電容 C值穩(wěn)定。 第五章習(xí)題答案 1．簡(jiǎn)述正、逆壓電效應(yīng)。 解： 某些電介質(zhì)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。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn) 生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。 2．壓電材料的主要特性參數(shù)有哪些？ 解：壓電材料的主要特性參數(shù)有 ： （ 1）壓電常數(shù)：壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù) ， 它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。（ 2）彈性常數(shù)：壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。（ 3）介電常數(shù)：對(duì)于一定形狀、尺寸的壓電元件 ， 其固有電容與介電常數(shù)有關(guān) ； 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（ 4） 機(jī)械耦合系數(shù)：在壓電效應(yīng)中 ， 其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根 ； 它是衡量 壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。（ 5）電阻壓電材料的絕緣電阻：將減少電荷泄漏 ， 從而改善壓電傳感器的低頻特性。（ 6）居里點(diǎn)：壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)。 3．簡(jiǎn)述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)。 解： 電壓放大器的應(yīng)用具有一定的應(yīng)用限制， 壓電式傳感器在與電壓放大器配合使用時(shí)，連接電纜不能太長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問(wèn)題就可以得到克服，使它具有廣泛的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：電纜長(zhǎng)，電纜電容 Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。不過(guò)由于固態(tài)電子器件和集成電路 的迅速發(fā)展， 電荷放大器的優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓 Uo與電纜電容 Cc無(wú)關(guān) ， 且與 Q 成正比 ， 這是電荷放大器的最大特點(diǎn)。但電荷放大器的缺點(diǎn)：價(jià)格比電壓放大器高，電路較復(fù)雜，調(diào)整也較困難。 要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，電壓放大器和電荷放大器都應(yīng)加過(guò)載放大保護(hù)電路，否則在傳感器過(guò)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的輸出電壓。 4．能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？為什么？ 解：不可以，壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高 ， 而輸出能量較小 ， 為了保證壓電傳感器的測(cè)量誤差較小，它的測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來(lái)測(cè)量靜態(tài)壓力。 5．題圖 51 所示電荷放大器中 Ca=100 PF， Ra=∞， Rf= ∞， Ri= ∞， CF=10 PF。若考慮引線電容 CC 影響，當(dāng) A0=104時(shí)，要求輸出信號(hào)衰減小于 1%，求使用 90 PF/m 的電纜，其最大允許長(zhǎng)度為多少？ A 04 8Ca Raq Cc Ci RiRfCfU0 題圖 51 解：0 (1 )a c i fKQU C C C K C?? ? ? ? ?因此若滿(mǎn)足 ? ?1 f a c iK C C C C? ? ?時(shí) ， 式（ 64）可表示為 o fQU C?? 第六章習(xí)題答案 1．說(shuō)明霍爾效應(yīng)的原理？ 解：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體 ， 當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí) ， 載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ， 這種現(xiàn)象稱(chēng)霍爾效應(yīng)。 2．某霍爾元件 dbl ?? 為 cm?? 沿 l 方向通以電流 mAI ? ，在垂直 lb 面方向加有均勻磁場(chǎng) TB ? ，傳感器的靈敏度系數(shù)為 TAV ?./22 ，試求其輸出霍爾電勢(shì)及載流子濃度。 （ Cq ??? ） 解：H H HIBU R K IBd??，式中 KH=RH/d 稱(chēng)為霍爾片的靈敏度 所以輸出的霍爾電勢(shì)為 3322 1 10 0. 3 6. 6 10HU ??? ? ? ? ? ?，因?yàn)镠 IBU ned??，式中令 RH=1/（ ne ） ， 稱(chēng)之為霍爾常數(shù) ， 其 大 小 取 決 于 導(dǎo) 體 載 流 子 密 度 , 所以濃度HIBUdq? = 33 1 91 1 0 0 .36 .6 1 0 0 .1 1 .6 0 2 1 0?????? ? ? ? ? 3．磁電式傳
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