機(jī)械工程測試技術(shù)課后習(xí)題答案

1、第三章：常用傳感器技術(shù)3-1傳感器主要包括哪幾部分？試舉例說明。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。力札乍皓如圖所示的氣體壓力傳感器。其內(nèi)部的膜盒就就是敏感元件，它的外部與大氣壓力相通，內(nèi)部感受被測壓力 P，當(dāng)P發(fā)生變化時，引起膜盒上半部分移動，可變線圈就是傳感器的轉(zhuǎn)換 元件，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。基本電路則就是完成上述電感變化量接入基本 轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。3-2請舉例說明結(jié)構(gòu)型傳感器與物性型傳感器的區(qū)別。答:結(jié)構(gòu)型傳感器主要就是通過傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實(shí)現(xiàn)信號變換的。例如，電容式傳感器依靠極板間距離變化引起電容量的變化；電感式傳感器依靠銜鐵位移引起

2、自感或互感的變化。物性型傳感器則就是利用敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)信號變換。例如，水銀溫度計(jì)就是利用水銀的熱脹冷縮性質(zhì)；壓電式傳感器就是利用石英晶體的壓電效應(yīng)等。3-3金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？ 答：（1）金屬電阻應(yīng)變片就是基于金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)”，即電阻材料在外力作用下發(fā)dR生機(jī)械變形時，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象，其電阻的相對變化為1 2；R（2）半導(dǎo)體應(yīng)變片就是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)”,即電阻材料受到載荷作用而產(chǎn)生應(yīng)力時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，其電阻的相對變化為 E 。R3-4 有一電阻應(yīng)變片（見圖3-105），其靈敏度 So=2，R=120Q，設(shè)工

3、作時其應(yīng)變?yōu)?000 ，問AR=?設(shè)將此應(yīng)變片接成圖中所示的電路，試求:1）無應(yīng)變時電流指示值；2）有應(yīng)變時電流指示值；3）試分析這個變量能否從表中讀出？圖3-105題3-4圖解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式R/R= Sg得R=Sg R=2 1000 10-6 120=0、241）li=1、5/R=1、5/120=0、0125A=12、5mA2）12=1、5/（R+ R）=1、5/（120+0、24） 0、012475A=12、475mA3）電流變化量太小，很難從電流表中讀出。如果采用高靈敏度小量程的微安表，則量程不夠，無法測量12、5mA的電流;如果采用毫安表，無法分辨0、025mA的電流變化。一般

4、需要電橋來測量，將無應(yīng)變時的零位位電流平衡掉，只取有應(yīng)變時的微小輸出量，并可根據(jù)需 要采用放大器放大。3-5電容式傳感器常用的測量電路有哪幾種？答:變壓器式交流電橋、直流極化電路、調(diào)頻電路、運(yùn)算放大電路等。3-6 一個電容測微儀其傳感器的圓形極板半徑r=4mm，工作初始間隙 3=0、3mm，求:1）工作時，如果傳感器與工件的間隙變化量A=呵時，電容變化量就是多少？2）如果測量電路的靈敏度S1=100mV/pF,讀數(shù)儀表的靈敏度 S2=5格/mV，在 時，讀數(shù)儀表的指示值變化多 少格？解 :1）0 0128.85 10 12 10 ( 0 )(4 10 3)2( 1010 6)(0.3 10 3

5、)2n4.94 10 15F m4.94 10 3pF2）B=S1S2 C=100 5 （m4、94 10-3） m2、47 格3-7 差動變壓器的輸出電壓信號如果采用交流電壓表指示，能否反映鐵芯的移動方向？試描述差動變壓器經(jīng)常采用的差動相敏檢波電路的原理。答:采用交流電壓表指示，無法反應(yīng)鐵芯移動方向。差動相敏檢波電路請參考教材115頁圖4-11 o3-9 壓電式傳感器所采用的前置放大器的主要作用？前置放大器主要包括哪兩種形式，各有何特點(diǎn)？答:前置放大器的主要作用，一就是將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出，二就是放大傳感器輸出的微弱電信號。前置放大器也有電壓放大器與電荷放大器兩種形式：電壓放

6、大器，其輸出電壓與電容 C（包括連接電纜的寄生電容Cc、放大器的輸入電容 Ci與壓電式傳感器的等效電容Ca）密切相關(guān)，因電纜寄生電容 Cc比Ci與Ca都大,故整個測量系統(tǒng)對電纜寄生電容的變化非常敏感。連接電纜的長度與形狀變化會引起Cc的變化，導(dǎo)致傳感器的輸出電壓變化，從而使儀器的靈敏度也發(fā)生變化。電荷放大器就是一個帶有反饋電容Cf的高增益運(yùn)算放大器。其輸出電壓與電荷量成正比,而且與電纜分布電容無關(guān)。3-10 熱電偶回路有哪些特點(diǎn)？熱電偶基本定律包括哪些內(nèi)容？答: 熱電偶回路有以下特點(diǎn)：1）如果構(gòu)成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體相同，則無論兩接點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路中的總熱電動勢為零；2）如果熱電偶兩接點(diǎn)

7、溫度相同，則盡管導(dǎo)體 A、B的材料不同，熱電偶回路內(nèi)的總電動勢 也為零；3）熱電偶AB的熱電動勢與導(dǎo)體材料 A、B的中間溫度無關(guān)，只與接點(diǎn)溫度有關(guān)。熱電偶基本定律：1) 中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要其兩端溫度相同，則第三種導(dǎo)體的引入不會影響熱電偶的熱電動勢。2) 參考電極定律 如教材圖3-54所示，將標(biāo)準(zhǔn)電極C 接在A、B之間，當(dāng)熱電偶兩個接點(diǎn)溫度為 T、To時, 用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶的熱電動勢等于 AC熱電 偶與CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)與。匹茅宅電玩尼it汞*3!3) 中間溫度定律 如教材圖3-55所示，當(dāng)熱電偶AB的 兩個接點(diǎn)溫度為 T、Ti時，熱電動勢為 Eab(

8、T,Ti);當(dāng)熱電偶 AB的兩個接點(diǎn)溫度為 Ti、To時，熱電動勢為Eab(Ti，To);AAA當(dāng)執(zhí)TT11八、+圖3-55中間溫度定律示意圖=tTo電偶AB的BBB兩個接點(diǎn)溫度為T、To時，熱電動勢為Eab T， TiEab Ti， ToEab T， To3-13 何謂霍爾效應(yīng)？用霍爾元件可以測量哪些物理量?，在垂直于電流與磁場答:金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，沿著垂直于磁場方向通以電流光纖被測對象光纖 被測對象光纖 被測對象方向上產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 霍爾元件可以測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。(a)(b)(c)3-14 CCD固態(tài)圖像傳感器如何實(shí)現(xiàn)光光電轉(zhuǎn)換、電

9、型存儲與轉(zhuǎn)移過程，在工程測試中有哪些應(yīng)用？、-心 大土答:1、光電轉(zhuǎn)換、電荷存儲與轉(zhuǎn)移過程如非功能型：拾光型電荷的產(chǎn)生、存儲：構(gòu)成CCD的基本單元就是 MO電容器，結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體以P型硅為例， 金屬電極與硅襯底為電容器的兩極 ，SiO2為介質(zhì),在金屬電極上加正向電壓 G時,由此形 成的電場穿過 SiC2薄層，吸引硅中的電子在 Si SiO2的界面上，而排斥Si SiC2界面附近 的空穴，因此形成一個表面帶負(fù)電荷，而里面沒有電子與空穴的耗盡層。與此同時,Si SiO2界面處的電勢發(fā)生相應(yīng)變化，若取硅襯底內(nèi)的電位為零，表面勢S的正值方向 朝下，當(dāng)金屬電極上所加的電壓G超過MOS晶體上開啟電壓時，Si SiC2界面可存儲電子。由于電子在那里勢阱較低，可以形象的說，半導(dǎo)體表面形成了電子勢阱 ，當(dāng)光照射到CCD硅片表面時，在柵極附近的耗盡區(qū)吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對。這就是在柵極電壓的作用下，空穴被排斥出耗盡區(qū)而電子被收集在勢阱中，形成信號電荷存儲起來，如果G保持時間不長，則在各個MOS電容器的勢阱中儲積的電荷取決于照射到該點(diǎn)的光強(qiáng)。電荷包的轉(zhuǎn)移：若MOSI容器之間排列足夠緊密，使得相鄰的MOSI容的勢阱相互溝通 即相互耦合，那么就可以使信號電荷在各個勢阱中轉(zhuǎn)移，并盡可能的向表面勢 S最大的位置堆積，因此，在各個柵極上加以不同幅值的正向