傳感器及檢測技術課后習題答案解析(編輯修改稿)
2024-07-15 06:44 本頁面
【文章內容簡介】 感器測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。這就必須借助于測量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉換成與其成單值函數(shù)關系的電壓、電流或者頻率。電容轉換電路有調頻電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調制電路等5．下圖為變極距型平板電容傳感器的一種測量電路，其中CX為傳感器電容，C為固定電容，假設運放增益A=∞，輸入阻抗Z=∞；試推導輸出電壓U0與極板間距的關系，并分析其工作特點。題圖41式中負號表示輸出電壓的相位與電源電壓反相。上式說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離d線性關系。運算放大器電路解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。但要求Zi及放大倍數(shù)K足夠大。為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容C值穩(wěn)定。第五章1．簡述正、逆壓電效應。解：某些電介質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。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)象稱為正壓電效應。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。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強弱的參數(shù)，它直接關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態(tài)特性。（3）介電常數(shù)：對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（4） 機械耦合系數(shù)：在壓電效應中，其值等于轉換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根； 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數(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：壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點。3．簡述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點。解：電壓放大器的應用具有一定的應用限制，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。優(yōu)點：微型電壓放大電路可以和傳感器做成一體，這樣這一問題就可以得到克服，使它具有廣泛的應用前景。缺點：電纜長，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：輸出電壓Uo與電纜電容Cc無關，且與Q成正比，這是電荷放大器的最大特點。但電荷放大器的缺點：價格比電壓放大器高，電路較復雜，調整也較困難。要注意的是，在實際應用中，電壓放大器和電荷放大器都應加過載放大保護電路，否則在傳感器過載時，會產(chǎn)生過高的輸出電壓。4．能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？為什么？解：不可以，壓電傳感器本身的內阻抗很高，而輸出能量較小，為了保證壓電傳感器的測量誤差較小，它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，所以不能用來測量靜態(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A0=104時，要求輸出信號衰減小于1%，求使用90 PF/m的電纜，其最大允許長度為多少？題圖51解：因此若滿足時，式（64）可表示為 第六章1．說明霍爾效應的原理？解：置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。2．某霍爾元件為沿方向通以電流，在垂直面方向加有均勻磁場，傳感器的靈敏度系數(shù)為，試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度。 （） 解：，式中KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度所以輸出的霍爾電勢為，因為，式中令RH=1/（ne），稱之為霍爾常數(shù)，其大小取決于導體載流子密度,所以濃度= 3．磁電式傳感器與電感式傳感器有何不同？解：磁敏式傳感器是通過磁電作用將被測量（如振動、位移、轉速等）轉換成電信號的一種傳感器。磁電感應式傳感器也稱為電動式傳感器或感應式傳感器。磁電感應式傳感器是利用導體和磁場發(fā)生相對運動產(chǎn)生電動式的，它不需要輔助電源就能把被測對象的機械量轉換成易于測量的電信號，是有源傳感器。電感式傳感器是利用電磁感應原理將被測非電量如位移、壓力、流量、重量、振動等轉換成線圈自感量L或
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