【正文】 第七章 磁電式傳感器 ？霍爾電勢與哪些因素有關？ 答：金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。反之，在電介質的極化方向上施加交變電場或電壓，它會產生機械變形，當去掉外加電場時，電介質變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應”。 Z1?Z0Z2?Z0 Z0?Z2?Z1?C0?C1?C2? ?UpZ1?Z0Z2?Z0C0?C1C0?C2eAB＝ UB?UA?Up ∵ C ∴ e0??C1， C0??C2 ?C1?C21?CUp?Up 2C02C0AB 當 C1?C2 時， Z1?Z2， UA＝ UB， eAB＝ 0； ?C2 時， Z1?Z2， UpA?B0?UA?UBUpA?BUA?UB?0 當 C1，所以 eAB?0； 當 C1?C2 時， Z1?Z2， UpA?BUA?UB?0UpA?B0?UA?UB，所以 eAB?0。 解： 題 5— 8 圖 Up t UpU（ a） Up為正半周時 （ b） Up為負半周時 當 Up為正半周時， D D3 導通，等效電路如圖（ a）所示。當 h=0 環(huán)形二極管電容測量電路原理圖 時調節(jié) Cd?C0? 2??HD1nd ，則輸出電 壓 U與液位 h之間呈 線性關系。 可見 C與液面高度 h呈線性關系。 ？ 答：采用差動式結構，可以使非線性誤差減小一個數(shù)量級。 調幅式測 量電路如題圖 4— 11﹙ｂ﹚所示，石英晶體振蕩器起恒流源作用，給諧振回路提供了一個激勵頻率 ?f?穩(wěn)定的 0 激勵電流 i，由傳感器線圈 L、電容器 C構成一個 LC振 0 蕩電路，其輸出電壓 U0?i0?f?z?，當金屬導體遠離電渦流傳感器或去掉時， LC并聯(lián)諧振回路的諧振頻率即為石英振蕩頻率 f，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸 0 出電壓也最大；當金屬導體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感 L 發(fā)生變化，導致回路失諧而偏離了激勵頻率，從而使輸出電壓降低， L的數(shù)值隨距離 x的變化而變化，因此，輸出電壓也隨 x 而變化。 電渦流的軸向貫穿深度按指數(shù)規(guī)律分布，即電渦流密度在被測體表面最大，隨著深度的增加，按指數(shù)規(guī)律衰減。③電渦流密度的最大值在 r?r附近的一個狹窄區(qū)域 as 內。測量出等效阻抗 Z，就可實現(xiàn)對位移量 x的測量。 電渦流式傳感器的測試系統(tǒng)由電渦流式傳感器和被測金屬兩部分組成。 所以該測量電路輸出電壓幅值反映了被測量的大 ?小，而 U的符號則反映了該被測量的變化方向。若 ?Ui為負半周，則 VD VD4 導通， VD VD3 截止，電流 I?1?流 ?V， Z， V， Z， R經 R，而電流 I??流經 R，此時 U 1 D2 1 2 2D42 1 ??R?I11， ??I??RUR222 ，且如圖所示 ?UR1 與 ?UR2 方向相反， ??U??U??0U0R1R2。橋路的一個對角接有交流電 O 源 U，另一個對角線為輸出端 U，試分析該電路的工作原理。（ n1為 變壓器 T的變比）。當 ?x0 時， U與 U同頻同相。圖 中 V， V， V， V 為四 D1D2D3D4 個性能相同的二極管。③將傳感器磁回電 路工作區(qū)域設計在鐵芯曲線的線性段。 2a2a2b2b 5. 差動變壓器式傳感器的零點殘余電壓產生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響？ 答：差動電壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓。因此可以測量大位移范 圍。應綜合考慮； U 與 ?成反比關系， 因此要求 ?越小越好，但較小的 ?使測量范圍受到約 00 束，通常在 左右。當選定鐵芯，銜鐵材料及尺寸，確定線圈的匝數(shù)及電氣特性，則 ?L?f????。工作時，銜鐵與被測件相連，當被測體上下移動時，帶動銜鐵也以相同的位移上下移動，使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等方向相反的變化。 R R應變片 4 感受軸向應變： ?應變片 8 感受周向應變： ?滿量程時， a) (b) 1 (c) RR5 (d) ?R1??R2??R3??R4?K?xR?K F10kNR???120?????10mm??10Pa ?R5??R6??R7??R8?K?yR????R1??????? 電橋的輸出為： ???R1??R1???R3??R3??R6??R6???R8??R8? U0?Ui??? ?R1??R1?R3??R3?R5??R5?R7??R7R6??R6?R8??R8?R2??R2?R4??R4? ???? ?10V?????10mV ???????? 第四章電感式傳感器 1. 說明差動變隙電壓傳感器的主要組成，工作原理和基本特性。則 ?s??0?1??s?t???01??10?6??50?10?，當兩者粘貼在一起時， ?? 電阻絲產生附加電阻變化 ?R?為： ?R??K0R1??g??s???t ??120?11?10?6??10?6??50?10????? = ? 當測量的環(huán)境溫度從 10℃變化到 50℃時，金屬電阻絲自身溫度系數(shù) ??15?10/℃。 此時 U0???R1?? ?L?0 6 條件下，如果試件材質為合金鋼，線膨脹系數(shù) ?g?11?10?6/℃，電阻應變片敏感柵材質為康銅，其電阻溫度系數(shù) ??15?10/℃，線膨漲系數(shù) ??6s??10?6/℃。當試件受力 F時， 應變片承受平均應變ε =800μ m/m，求： （ 1） 應變片電阻變化量Δ R1 和電阻相對變化量Δ R1/ R1。 題圖 34（ a）等截面懸臂梁 （ b）應變片粘貼方式 （ c）測量電路 ②電阻應變片所構成的差動全橋電路接線如圖 34 ﹙ｃ﹚所示， R、 R所受應變方向相同， R、 R、所受 1423 應變方向相同，但與 R、 R所受應變方向相反。其輸出壓為 1U0?E?R1?4R1 ⑵差動半橋電路， R、 R為兩個所受應變方向相反 2 的應變片， R、 R為電橋固定電阻。電橋補償法是最常用且效果較好的線路補償法，應變片自補償法是采用溫度自補償應變片或雙金屬線柵應變片來代替一般應變片，使之兼顧溫度補償作用。 答：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度偏離應變片標定溫度而 給測量帶來的附加誤差，稱為應變片溫度誤差。 答：在外力作用下，導體或半導體材料產生機械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生相應變化的現(xiàn)象，稱 dR?K??為應變效應。對于后者，盡管在該頻段內也有幅值誤差不大于 3％，但是該頻段的相頻特性很差而通常不被采用。 若要求傳感器的幅值誤差不大于 3％，應滿足 ?A????。 求：傳感器的工作頻率范圍。 ? ?(??) ∴ ?? 22A(?)?1? ②在上面的時間常數(shù)及 50Hz 的正弦信號輸入代入幅頻特性方程可知振幅誤差： A(?)?1 ?(??)2?1?(50?)2? 振幅誤差為 =%。 答：由題可知該測溫傳感器為典型的一階系統(tǒng)，則傳感器的輸出 y(t)與時間滿足如下關系： y(t)?1?e?。 2)由子樣方差公式知 1n S?(yjiI?yj)2?n?1i?1 2jI S2 jD1n?(yjiD?yj)2?n?1i?1 上式中的 n=3， j分別為 0， ， ， ， ， ( 105Pa)壓力 。 70等。即傳感器在全量程范圍內最大的遲滯差值Δ Hmax與滿量程輸出值 Y之比稱為遲滯誤 FS ?HmaxrH??100%YrFS 差，用 L表示，即： ④重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。 ①靈敏度是指傳感器輸出量增量△ y 與引起輸出量增量△ y的相應輸入量增量△ x的之比。由于傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調理與轉換電路，進行放大、運算調制等，此外信號調理轉換電路以及傳感器的工作必須要有輔助的電源，因此信號調理轉換電路以及所需的電源都應作為傳感器組成的一部份。 ?(b0?12b)??(b0?13b)????(b0?14b)??(b0?15b)???(b0?16b)?? ?(b0?18b)??(b0?20b)????(b0?22b)??(b0?24b)???(b0?26b)?? ?5b0?70b???5b0?110b? b0???b?? 故所求的經驗公式為 ??? y 方法二： 應用最小二乘法求取經驗公式的 b0 和 b 時，應使各測量數(shù)據點與回歸直線的偏差平方和為最小，見教材圖 110。 測量電勢 Ex的電位差計原理線路圖 解：根據電位差計的測量原理，當電位差計的輸出電勢 Uab與被測電勢 Ex等時，系統(tǒng)平衡，檢流計指零，此時有 I（ ?I2R2?Ex 1R1?rp） 當 rp=5Ω系統(tǒng)平衡時 , 被測電勢 Ex?I（ ?I2R2?4?（ 5?5） ?2?10?20mv 1R1?rp） 由于 R R rp（ Rp的一部分）存在誤差，所以在檢測的過程中也將隨之產生系統(tǒng)誤差，根據題意系統(tǒng)誤差是用絕對誤差表示，因此測量 Ex時引起的系統(tǒng)誤差 為 ?Ex??Ex?E?E?E?E?R1?x?rp?x?I1?x?R2?x?I2?R1?rp?I1?R2?I2 ?I1?R1?I1?rp?R1?I1?rp?I1?I2?R2?R2?I2 ?4??4??2?? ?計算結果說明， R R rp的系統(tǒng)誤差對被測電勢 Ex的綜合影響使得 Ex值 20mv 大于實際值 Ex，故消除 系統(tǒng)誤差的影響后，被測電勢應為 Ex?== I=，電壓 U=，標準差分別為 ?=， ?=，求所耗功率及其標準差。 G??== 所有 vi?值均小于 G??，故已無壞值。 Zc?==v7