8傳感器習(xí)題與答案(11月16日)(編輯修改稿)
2025-07-21 18:29 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為多少? 解：由測(cè)量電路可得 /V,極板長(zhǎng)度a=4cm,極板間距離δ=,。解：這是個(gè)變面積型電容傳感器，共有4個(gè)小電容并聯(lián)組成。 /pF (x的單位為毫米) /pF/mm，并與單極式電容傳感器相比較。解：411. 某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑，工作初始極板間距離，介質(zhì)為空氣。問(wèn)：（1）如果極板間距離變化量，電容的變化量是多少？（2）如果測(cè)量電路的靈敏度，讀數(shù)儀表的靈敏度（格／mV）在時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少？解：（1）根據(jù)公式 ，其中PFPF（2）根據(jù)公式 ，可得到PF mv。電容式傳感器能夠測(cè)量哪些物理參量？解：413. 簡(jiǎn)述電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場(chǎng)合以及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。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。解：、高為5m的鐵通，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變片式或電容式傳感器系統(tǒng)來(lái)解決該問(wèn)題的途徑辦法。解：第五章習(xí)題答案51．什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？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，稱為逆壓電效應(yīng)。不可以用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力，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。、Y、Z軸的名字是什么？有哪些特征？解：。作為壓電元件比較它與石英晶體有哪些特點(diǎn)？解：54．簡(jiǎn)述電壓放大器和電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)，各自要解決的問(wèn)題。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。，已知，加速度計(jì)靈敏度為5pC/g；電荷放大器靈敏度為50mV/pC，最大加速度時(shí)輸出幅值2V，試求機(jī)器震動(dòng)加速度。解：56．為什么說(shuō)壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量或瞬態(tài)量?答：因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y(cè)量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測(cè)量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。？為什么？解：58．壓電式傳感器測(cè)量電路的作用是什么?其核心是解決什么問(wèn)題?答：壓電式傳感器測(cè)量電路的作用是將壓電晶體產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，其核心是要解決微弱信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強(qiáng)的輸出信號(hào)。 59．一壓電式傳感器的靈敏度K1＝10pC／MPa，連接靈敏度K2=／pC的電荷放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度K3=25mm／V，當(dāng)壓力變化Δp=8MPa時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移為多少?解：記錄筆在記錄紙上的偏移為 S=10258=16/mm，測(cè)量回路的總電容為100pF,試求用壓電式加速度計(jì)相配測(cè)量1Hz低頻振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的幅值誤差。解：，要求在1Hz時(shí)靈敏度下降不超過(guò)5%，若測(cè)量回路的總電容為500pf,求所用的電壓前置放大器的輸入電阻應(yīng)為多大？解:=，其無(wú)阻尼固有頻率fo=32kHz，若要求傳感器的輸出幅值誤差在5%之內(nèi)，試確定傳感器的最高響應(yīng)頻率。解：，試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、輸出電容的關(guān)系，以及每種接法適用于何種場(chǎng)合。解：第六章習(xí)題答案？解：？可以檢測(cè)哪些非電量？解：，它如何通過(guò)測(cè)量電路來(lái)獲取相應(yīng)的位移和加速度信號(hào)？解：？磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)。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)換成線圈自感量L或互感量M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置。65試證明霍爾式位移傳感器的輸出與位移成正比。解：？霍爾元件的不等位電動(dòng)勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？解：答：霍爾元件溫度補(bǔ)償方法主要有利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償和利用輸出回路的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償兩種。1）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。下圖是輸入補(bǔ)償?shù)幕揪€路，圖中的四端元件是霍爾元件的符號(hào)。兩個(gè)輸入端串聯(lián)補(bǔ)償電阻R并接恒電源，輸出端開路。根據(jù)溫度特性，元件霍爾系數(shù)和輸入內(nèi)阻與溫度之間的關(guān)系式為RHt=RH0(1+αt) Rit=Ri0(1+βt)式中，RHt為溫度為ｔ時(shí)霍爾系數(shù)；RH0為0℃時(shí)的霍爾系數(shù)；Rit為溫度為ｔ時(shí)的輸入電阻；Ri0為0℃時(shí)的輸入電阻；α為霍爾電壓的溫度系數(shù), β為輸入電阻的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化Δt時(shí)，其增量為: ΔRH=RH0αΔt ΔRi=Ri0βΔt根據(jù)及I=E/(R+Ri)，可得出霍爾電壓隨溫度變化的關(guān)系式為對(duì)上式求溫度的導(dǎo)數(shù)，可得增量表達(dá)式 (1)要使溫度變化時(shí)霍爾電壓不變，必須使 即 (2)式(1)中的第一項(xiàng)表示因溫度升高霍爾系數(shù)引起霍爾電壓的增量，第二項(xiàng)表示輸入電阻因溫度升高引起霍爾電壓減小的量。很明顯，只有當(dāng)?shù)谝豁?xiàng)時(shí)，才能用串聯(lián)電阻的方法減小第二項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)償。將元件的α、β值代入式(2)，根據(jù)Ri0的值就可確定串聯(lián)電阻R的值。 (2) 利用輸出回路的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。上圖為補(bǔ)償原理電路圖，霍爾元件的輸入采用恒流源，使控制電流Ｉ穩(wěn)定不變。這樣，可以不考慮輸入回路的溫度影響。輸出回路的輸出電阻及霍爾電壓與溫度之間的關(guān)系為UHt=UH0(1+αt) Rvt=Rv0(1+βt)式中，UHt為溫度為t時(shí)的霍爾電壓；UH0為0時(shí)的霍爾電壓；Rvt為溫度為t時(shí)的輸出電阻；Rv0為０時(shí)
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