傳感器及檢測技術(shù)胡向東課后答案解析

用某一階傳感器測量100Hz的正弦信號，如要求幅值誤差限制在±5%以內(nèi)，時間常數(shù)應(yīng)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(yīng)特性：H(jco)=1—，幅頻特性：4(69)=.1武加)+1油+⑷丁產(chǎn)<5%由題意有A(jco)<5%<5%由題意有A(jco)<5%，即又啰===27tf=200?，所以0YrY0.523/715，取7=0.523儂Ti2(1/J1+—2)-1幅值誤差：一y——X100%=—1.32%相位誤差：△①(助=-arctan(69r)=-9.3°某溫度傳感器為時間常數(shù)丁=3s的一階系統(tǒng)，當傳感器受突變溫度作用后,試求傳感器溫差的三分之一和二分之一所需的時間。溫差為二分之一時,t=2.08s溫差為三分之一時,t=l.2164s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，foo時,輸出為100mV。試求該傳感器的時間常數(shù)。T=8.5s如果將100。應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，試件截面積SuOSxlCT4根2,彈性模量石=2xlO"N/蘇，假設(shè)5X1CTN的拉力引起應(yīng)變計電阻變化為1Q,求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。ARari解：K=——/￡,加?=1。,所以——二——RR100F50xl032211d2a=一=-N/m=1xlON/m,A0.5x10-4由b=￡e得￡=2=1義1°=5x10-E2x10”匚匚?〃AR/R1/100c所以K==-=285x10-3一個量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)徑18mm，在其外表粘貼八個應(yīng)變片，四個沿軸向粘貼，四個沿周向粘貼,應(yīng)變片的電阻值均為120Q,靈敏度為2.0，泊松比為0.3，材料彈性模量為2.1x10"Pa,要求：U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(yīng)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。

解：(24=%(R2—/)=59.7xl0—6機2〔3U0=1相丫圖3.5中,設(shè)負載電阻為無窮大(開路，圖中,E=4V,解：(1U()=E[—R]+A/?l壇—]=4x(―_l)v?0.01V°(N+ARJ+JR3+R42012[24=E[R[+A7?l邑—]=4x(---)V=0V°(6+△6)+(&+△&)R3+R42012〔3當用受拉應(yīng)變,R2受壓應(yīng)變時，當與受壓應(yīng)變,R2受拉應(yīng)變時，圖3-11中，設(shè)電阻應(yīng)變片用的靈敏度系數(shù)K=2.05,未受應(yīng)變時，與=120。。當試件受力為F時,應(yīng)變片承受平均應(yīng)變￡=800/zm/m,試求：(1應(yīng)變片的電阻變化量、R\和電阻相對變化量AR/與o(2將電阻應(yīng)變片與置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V,求電橋輸出電壓及其非線性誤差。(3如果要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差的大小。解:i1ARJR]=Ke=2.05x800x1()-6=L64xlO-317ar3(2U0=—x^-=-xl.64xl0-3=1.23mV°4R]4(3假設(shè)要減小非線性誤差，一是要提高橋臂比，二是要采用差動電橋。4.3變氣隙厚度電感式傳感器的鐵芯截面積S=1.5cm2，磁路長度L=20cm，相對磁導率4=5000，氣隙品=Q.5cm,八5=±0.1即,真空磁導率〃0=4乃*10一7”/機,線圈匝數(shù)W=3000,求單線圈式傳感器的靈敏度AL/AS。假設(shè)將其做成差動結(jié)構(gòu)，靈敏度如何變化？解:AL=L()〃54^,xlO"3解:AL=L()所以：K-—二10,8〃=34,0.5x10-2做成差動結(jié)構(gòu)形式靈敏度將提高一倍。4.8引起零點剩余電壓的原因是什么？如何消除零點剩余電壓？原因有三：〔1傳感器的兩個次級繞組的電氣參數(shù)不同和幾何尺寸不對稱〔2磁性材料的磁化曲線的非線性〔3勵磁電壓本身含高次諧波。消除方法：［1盡可能保證傳感器的幾何尺寸、繞組線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱；(2采用適當?shù)臏y量電路，如相敏整流電路。根據(jù)電容式傳感器工作原理，可將其分為幾種類型？每種類型各有什么特點？各適用于什么場合？答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，可將其分為3種：變極板間距的變極距型、變極板覆蓋面積的變面積型和變介質(zhì)介電常數(shù)的變介質(zhì)型。變極板間距型電容式傳感器的特點是電容量與極板間距成反比，適合測量位移量。變極板覆蓋面積型電容式傳感器的特點是電容量與面積改變量成正比，適合測量線位移和角位移。變介質(zhì)型電容傳感器的特點是利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同,通過改變介質(zhì)的介電常數(shù)實現(xiàn)對被測量的檢測,并通過電容式傳感器的電容量反映出來。適合于介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變的場合。一個以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器結(jié)構(gòu)如圖5-3a所示，其中a=10mm>b=16mm,兩極板間距=brano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Ko〈空氣的相對介電常數(shù)J=1,真空時的介電常數(shù)%=8.854x1()72尸/相>。解：(1電容變化量試討論變極距型電容式傳感器的非線性及其補償方法。差動結(jié)構(gòu)自=A《xlOO%某電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑廠=4m加,工作初始間隙4=0.3相加,問：U工作時，如果傳感器與工件的間隙變化量Ad=2〃篦時,電容變化量是多少？(2如果測量電路的靈敏度S1=100mV/，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV,在△(1=2/zm時，讀數(shù)儀表的示值變化多少格？解:(1AC=0.987x10-14F(25格試分析電荷放大器和電壓放大器兩種壓電式傳感器測量電路的輸出特性。傳感器與電壓放大器連接的電路,其輸出電壓與壓電元件的輸出電壓成正比，但容易受到電纜電容的影響。傳感器與電荷放大器連接的電路,其輸出電壓與壓電元件的輸出電荷成正比，電路電容的影響小。壓電元件在使用時常采用串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，試述在不同接法下輸出電壓、輸出電荷、輸出電容的關(guān)系,以及每種接法的適用場合。并聯(lián)接法在外力作用下正負電極上的電荷量增加了1倍，電容量也增加了1倍，輸出電壓與單片時相同。適宜測量慢變信號且以電荷作為輸出量的場合。串聯(lián)接法上、下極板的電荷量與單片時相同，總電容量為單片時的一半，輸出電壓增大了1倍。適宜以電壓作為輸出信號且測量電路輸入阻抗很高的場合。什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動勢與哪些因素有關(guān)？當載流導體中通電電流方向與磁場方向垂直時,在導體的兩個端面上就有電勢產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫做霍爾效應(yīng)。與載流子濃度、激勵電流大小、磁場強度、電子遷移率、載流導體的厚度有關(guān)。某霍爾元件尺寸（/、b、d為1.0cm*0.35cm*0.1cm,沿著/方向通以電流/=1.0阿4,在垂直出面加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A?T,求其輸出霍爾電動勢和載流子濃度。解：UH=KhZ5=22x1.0xIO-3x0.3mV=6.6mV8.1什么是熱電效應(yīng)、接觸電動勢、溫差電動勢？兩種不同導體組成閉合回路，如果兩接點溫度不同，那么在閉合回路中就有熱電勢產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。在熱電效應(yīng)中因為導體電子密度不同，因接觸而產(chǎn)生的熱電勢稱為接觸電動勢單一導體內(nèi)部，因為兩端的溫度不同產(chǎn)生的熱電勢稱為溫差電勢。8.5熱電偶的冷端溫度補償有哪些方法？各自的原理是什么？補償導線法、冷端溫度恒溫法、冷端溫度計算校正法、電橋法。8.7用兩只K型熱電偶測量兩點溫度差，其連接電路如圖8-30所示。。=420°。，"=30°。，測得兩點的溫差電勢為15.24mV,問兩點的溫差是多少？如果測量tx溫度的那只熱電偶錯用的是E型熱電偶，其他都正確，那么兩點的實際溫度是多少？8.9鋁電阻溫度計在100C時的電阻值是139Q,當它與熱的氣體接觸時，電阻值增至281Q,試確定該氣體的溫度？〔設(shè)0℃時的電阻值為100。.10銀格-鍥硅熱電偶的靈敏度為0.04mV/℃,把它放在溫度為1200C處,假設(shè)以指示表作為冷端，此處溫度為50c試求熱電動勢的大小。46mV8.11將一靈敏度為0.08mV/℃的熱電偶與電壓表連接，電壓表接線端是50℃,假設(shè)電位計上讀數(shù)60mV,求熱電偶的熱端溫度。8008.15試分析三線制和四線制接法在熱電阻測量中的原理及其不同特點。三線制接法在熱電阻兩端引出3根線，兩根接在橋路的對角線上，另外一根接在電橋電源相串聯(lián)，對橋路平衡沒有影響。其特點是可較好地減小引線電阻的影響，主要適用于大多數(shù)工業(yè)測量場合。四線制接法在熱電阻的兩端引出4根線，其中的兩根接在直流電位差計的回路上，另外兩根接在恒流源的回路上，四根導線對測量均無影響，其特點是精度高，能完全消除引線電阻的影響,主要適用于實驗室等高精度測量場合。2光電式傳感器按照工作原理可分為哪四大類？反射式、透射式、4什么是光電效應(yīng)？內(nèi)光電效應(yīng)？外光電效應(yīng)？當光照射到某些物體上時，光能量作用于被測物體而釋放出電子，即物體吸收具有一定能量的光子后所產(chǎn)生的電效應(yīng)叫光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)、外光電效應(yīng)5典型的光電器件有哪些？光電管、光敏電阻、光敏晶體管、光敏二極管、光電耦合器23一個8位光電碼盤的最小分辨率是多少？如果要求每個最小分辨率對應(yīng)的碼盤圓弧長度至少為O.Olmni,那么碼盤半徑應(yīng)有多大？(1.40625°；0.40824利用某循環(huán)碼盤測得結(jié)果為〃0110