傳感器及檢測(cè)技術(shù)課后習(xí)題答案解析(編輯修改稿)
2024-07-15 06:44 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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式中負(fù)號(hào)表示輸出電壓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(xiàn)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(xiàn)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，還要求電源電壓的幅值和固定電容C值穩(wěn)定。第五章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(xiàn)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？題圖51解：因此若滿(mǎn)足時(shí)，式（64）可表示為 第六章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．某霍爾元件為沿方向通以電流，在垂直面方向加有均勻磁場(chǎng)，傳感器的靈敏度系數(shù)為，試求其輸出霍爾電勢(shì)及載流子濃度。 （） 解：，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，因?yàn)?，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= 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(guò)磁電作用將被測(cè)量（如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器也稱(chēng)為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)式的，它不需要輔助電源就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是有源傳感器。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、重量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈自感量L或
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