傳感器與檢測技術(shù)胡向東-第2版習題解答-文庫吧資料
2025-03-30 06:57本頁面
【正文】 光線示波器上記錄，已知壓電式壓力傳感器的靈敏度為=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)的總靈敏度為S=，試問：(1) 電荷放大器的靈敏度應調(diào)為何值(V/pc)？(2) 用該測試系統(tǒng)測40Pa的壓力變化時，光線示波器上光點的移動距離是多少？解：(1) (2) 第7章 磁敏式傳感器 什么是霍爾效應？霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)？答：① 一塊長為l、寬為d的半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Uh。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內(nèi)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。y軸：與x、z軸同時垂直的軸為y軸，稱為機械軸（該方向只產(chǎn)生機械變形，不會出現(xiàn)電荷集聚）。z軸：是通過錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會產(chǎn)生壓電效應。答：石英晶體的化學成分是，是單晶結(jié)構(gòu)，理想形狀六角錐體，如圖61a所示。② 當在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機械振動，即壓電片在電極方向上產(chǎn)生伸縮變形，壓電材料的這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應，也稱為逆壓電效應。解：特性曲線是一條斜率為1的直線。=1，=4。故，總的電容量為。解：以x為界，可以看作兩個電容器并聯(lián)，右邊的電容器又可以看作兩個電容器串聯(lián)。設真空的介電常數(shù)為，圖中，極板寬度為W。② 電容式傳感器解決此問題的方法參見P80圖56所示的圓筒結(jié)構(gòu)變介質(zhì)型電容式傳感器，總的電容值為在圓筒結(jié)構(gòu)變介質(zhì)式電容傳感器中的液位達到桶高4m的對應位置時，電容值達到一個特定值，接入測量電路，就可以在液位達到4m時輸出一個觸發(fā)信號，關(guān)閉閥門，停止注水。電容相對變化量,電容式傳感器的位移靈敏度（單位距離改變引起的電容量相對變化）為,或電容式傳感器的位移靈敏度（單位距離改變引起的電容量變化）為 有一個直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當注水量達到桶容量的80%時就應當停止，試分析用應變電阻式傳感器或電容式傳感器來解決該問題的途徑和方法。測量時，一塊極板在原始位置上向左平移了2mm，求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移靈敏度K（已知空氣相對介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)）。經(jīng)過相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負位移輸出負電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負表明位移的方向。只能根據(jù)的符號判斷銜鐵的位置在零位處、零位以上或以下，但不能判斷運動的方向。以圖415b為例分析差動整流的工作原理。零點殘余電壓的消除方法：①盡可能保證傳感器的幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱；②采用適當?shù)臏y量電路，如差動整流電路。（2）當△Z=10Ω時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值。做成差動結(jié)構(gòu)形式，靈敏度將提高一倍。真空磁導率，線圈匝數(shù)N ＝3000，求單線圈式傳感器的靈敏度。Q解：(1) 由應力與應變的關(guān)系，及應力與受力面積的關(guān)系，得，，；(2) 由，得。解：圖311是一種等強度梁式力傳感器，(1) 由K= (ΔR/R)/ε得ΔR/R=Kε，(2) 電阻應變片阻值為120Ω，靈敏系數(shù)K=2， 的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量，泊松比μ=。當試件受力F時，電阻應變片承受平均應變值。要求：(1) 繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；(2) 計算傳感器在滿量程時，各應變片電阻變化；(3) 當橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。 將100Ω電阻應變片貼在彈性試件上，如果試件截面積，彈性模量，若由的拉力引起應變計電阻變化為1Ω，求電阻應變片的靈敏度系數(shù)。 ② 半橋差動電路的電壓輸出靈敏度比單臂電橋提高了一倍。 試分析差動測量電路在應變電阻式傳感器測量中的好處。第3章 電阻式傳感器 電阻應變片的種類有哪些？各有什么特點？答：常用的電阻應變片有兩種：金屬電阻應變片和半導體電阻應變片。解：， 在某二階傳感器的頻率特性測試中發(fā)現(xiàn)，諧振發(fā)生在頻率216Hz處，試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率的大小。解：，∴，∴τ=5/= 某一質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)在受到階躍輸入激勵下，出現(xiàn)的超調(diào)量大約是最終穩(wěn)態(tài)值的40%。 某傳感器為一階系統(tǒng)，當受階躍函數(shù)作用時，在t=0時，輸出為10mv；在t=5s時輸出為50mv；在t→∞時，輸出為100mv。解：一階傳感器的微分方程為式中τ——傳感器的時間常數(shù)；——傳感器的靈敏度?，F(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計特性的微分方程是y代表水銀柱高（mm）, x代表輸入溫度（℃）。5％以內(nèi)，時間常數(shù)應取多少？如果用該傳感器測量50Hz的正弦信號，其幅值誤差和相位誤差各為多少？解：一階傳感器頻率響應特性：幅頻特性：由題意有，即又所以：0＜τ＜取τ=，ω=2πf=2π50=100π幅值誤差：%≤△A(ω)＜0相位誤差：△φ(ω)=arctan(ωτ)=≤△φ(ω)＜0 某溫度傳感器為時間常數(shù)τ
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