傳感器與檢測(cè)技術(shù)(胡向東第2版)習(xí)題解答-文庫(kù)吧資料
2025-06-05 23:51本頁(yè)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(cè)試系統(tǒng)的總靈敏度為S=，試問(wèn)：(1) 電荷放大器的靈敏度應(yīng)調(diào)為何值(V/pc)？(2) 用該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)40Pa的壓力變化時(shí)，光線示波器上光點(diǎn)的移動(dòng)距離是多少？解：(1) (2) 第7章 磁敏式傳感器 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)？答：① 一塊長(zhǎng)為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Uh。這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。石英晶體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。y軸：與x、z軸同時(shí)垂直的軸為y軸，稱(chēng)為機(jī)械軸（該方向只產(chǎn)生機(jī)械變形，不會(huì)出現(xiàn)電荷集聚）。z軸：是通過(guò)錐頂端的軸線，是縱向軸，稱(chēng)為光軸，沿該方向受力不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。答：石英晶體的化學(xué)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(dāng)在片狀壓電材料的兩個(gè)電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，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(chēng)為電致伸縮效應(yīng)，也稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。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(gè)電容器并聯(lián)，右邊的電容器又可以看作兩個(gè)電容器串聯(lián)。設(shè)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(wèn)題的方法參見(jiàn)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(dá)到桶高4m的對(duì)應(yīng)位置時(shí)，電容值達(dá)到一個(gè)特定值，接入測(cè)量電路，就可以在液位達(dá)到4m時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，關(guān)閉閥門(mén)，停止注水。電容相對(duì)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(duì)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(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變電阻式傳感器或電容式傳感器來(lái)解決該問(wèn)題的途徑和方法。測(cè)量時(shí)，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(duì)變化量和位移靈敏度K（已知空氣相對(duì)介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)）。經(jīng)過(guò)相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向。只能根據(jù)的符號(hào)判斷銜鐵的位置在零位處、零位以上或以下，但不能判斷運(yùn)動(dòng)的方向。以圖415b為例分析差動(dòng)整流的工作原理。零點(diǎn)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(duì)稱(chēng)；②采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，如差動(dòng)整流電路。（2）當(dāng)△Z=10Ω時(shí)，分別接成單臂和差動(dòng)電橋后的輸出電壓值。做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，靈敏度將提高一倍。真空磁導(dǎo)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(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，及應(yīng)力與受力面積的關(guān)系，得，，；(2) 由，得。解：圖311是一種等強(qiáng)度梁式力傳感器，(1) 由K= (ΔR/R)/ε得ΔR/R=Kε，(2) 電阻應(yīng)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(dāng)試件受力F時(shí)，電阻應(yīng)變片承受平均應(yīng)變值。要求：(1) 繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；(2) 計(jì)算傳感器在滿(mǎn)量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化；(3) 當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。 將100Ω電阻應(yīng)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(yīng)變計(jì)電阻變化為1Ω，求電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。 ② 半橋差動(dòng)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(dòng)測(cè)量電路在應(yīng)變電阻式傳感器測(cè)量中的好處。第3章 電阻式傳感器 電阻應(yīng)變片的種類(lèi)有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：常用的電阻應(yīng)變片有兩種：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。解：， 在某二階傳感器的頻率特性測(cè)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(lì)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(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mv；在t=5s時(shí)輸出為50mv；在t→∞時(shí)，輸出為100mv。解：一階傳感器的微分方程為式中τ——傳感器的時(shí)間常數(shù)；——傳感器的靈敏度。現(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計(jì)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?xún)?nèi)，時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少？如果用該傳感器測(cè)量50Hz的正弦信號(hào)，其幅值誤差和相位誤差各為多少？解：一階傳感器頻率響應(yīng)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(shí)間常數(shù)τ
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