傳感器第四版唐文彥習題答案(編輯修改稿)
2025-07-21 20:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 何謂磁電式速度傳感器的線圈磁場效應，如何補償？答：線圈磁場效應是指磁電式速度傳感器的線圈中感應電流產(chǎn)生的磁場對恒定磁場作用，而使其變化。如公式知，由于B的變化而產(chǎn)生測量誤差。補償方法通常是采用補償線圈與工作線圈串接，來抵消線圈中感應電流磁場對恒定磁場的影響。為什么磁電感應式傳感器在工作頻率較高時的靈敏度，會隨頻率增加而下降？答：由理論推到可得傳感器靈敏度與頻率關系是：當振動頻率低于傳感器固有頻率時，這種傳感器的靈敏度是隨振動頻率變化；當振動頻率遠大于固有頻率時，傳感器的靈敏度基本上不隨振動頻率而變化，而近似為常數(shù)；當振動頻率更高時，線圈阻抗增大，傳感器靈敏度隨振動頻率增加而下降。變磁通式傳感器有哪些優(yōu)缺點？答：變磁通式傳感器的優(yōu)點是對環(huán)境條件要求不高，能在－150—+900C的溫度條件下工作，而不影響測量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。缺點主要是它的工作頻率下限較高，約為50Hz，上限可達100kHz，所以它只適用于動態(tài)量測量，不能測靜態(tài)量。什么是霍爾效應？霍爾式傳感器有哪些特點？答：金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時。在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應?；魻杺鞲衅鞯奶攸c是結構簡單、體積小、堅固、頻率響應寬（從直流到微波）、動態(tài)范圍（輸出電動勢的變化范圍）大、無觸點、使用壽命長、可靠性高、易于微型化和集成化。但它的轉換率較低，溫度影響大，在要求轉換精度較高時必須進行溫度補償。某霍爾元件l、b、沿l方向通以電流I=，在垂直于lb面方向加有均勻磁場B=，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/AT，試求其輸出霍爾電動勢及載流子濃度。已知：lbd=；I=；B=；kH=22V/AT；求：UH=?；n=？解：如圖∵ ∴ 而：∴ n=試分析霍爾元件輸出接有負載RL時，利用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻R進行溫度補償?shù)臈l件。如圖，設：t0時，靈敏系數(shù)kH0；輸入電阻Ri0；輸出電阻RO0。t時，靈敏系數(shù)kHt；輸入電阻Ri0；輸出電阻ROt。兩者關系為：因為：；而：所以：；則：VL不隨溫度t變化的條件是：而：即有：若忽略Ro的影響，即RO0=0，則有：試說明霍爾式位移傳感器的輸出UH與位移x成正比關系。答：因為霍爾電壓為：，若I一定，而使霍爾元件在一個沿空間均勻梯度的磁場中運動即：。則有：，所以霍爾式位移傳感器的輸出UH與位移x成正比關系。霍爾式速度傳感器和磁電感應式速度傳感器相比，各有哪些特點。答：霍爾式速度傳感器能測量慢速運動物體的速度。另外它的信號處理電路通常也集成在一起封裝的，無需外加信號處理電路，提高了抗干擾能力，并且，大多數(shù)霍爾式速度傳感器輸出的是數(shù)字信號，所以它與數(shù)字邏輯、微機及PLC兼容。而磁電感應式速度傳感器不適合于測量低速運動的物體。其輸出為模擬信號，若要輸出數(shù)字信號需要附加處理電路，另外，磁電感應式速度傳感器可以應用于較高溫度的環(huán)境，工作溫度超過300度，而前者工作溫度范圍較小。第六章 思考題與習題什么是壓電效應？答：沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)加力而使其變形時，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當外力取消，又重新回到不帶電狀態(tài)，這一現(xiàn)象稱為正壓電效應。當在某些電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機械變形或機械壓力，當外加電場散去，這些變形和應力也隨之消失，此即稱為逆壓電效應。為什么壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量？答：壓電元件送入放大器的輸入電壓由上式可知，用當作用在壓電元件上的力是靜壓力（ω=0）時，前置放大器輸入電壓等于零。因為電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器本身的泄漏電阻漏掉。所以壓電傳感器不能測量靜態(tài)物理量。壓電式傳感器中采用電荷放大器有何優(yōu)點？為什么電壓靈敏度與電纜長度有關？而電荷靈敏度與電纜長度無關？答：p115●補充題：有一壓電晶體，其面積為20mm2，厚度為10mm，當受到壓力p=10MPa作用時，求產(chǎn)生的電荷及輸出電壓：①零度X切的縱向石英晶體；②利用縱向效應之BaTiO3（壓電陶瓷）。已知：S=20 mm2，δ=10mm，P=10MPa，求：Q=？，V=？解：①∵ 而：∴ 又∵ 而：∴ 解②∵ 而：∴ 同上：又∵ 而：∴ 某壓電晶體的電容為1000pF。Kq=,Cc=3000pF,示波器的輸入阻抗為1MΩ和并聯(lián)電容為50pF,求；①壓電晶體的電壓靈敏度；②測量系統(tǒng)的高頻響應③如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為5%,可測最低頻率時多少？④如頻率為10Hz,允許誤差為5%,用并聯(lián)方式，電容值是多少？已知：求：解①∵ ∴ 解②依據(jù)教材p113(614)式∵ ；而：∴ 解③依據(jù)教材p113(615)式因： 高頻響應時：而：則：其中：解得：解④因： 則： 其中：解得：用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器的振動，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為2V,試求該機器的振動加速度。已知：ka=5pC/g，kq=50mV/pC，Vomax=2V求：amax=？解：因為： 則有： 所以： 石英晶體壓電式傳感器，面積
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