補(bǔ)充習(xí)題3市公開課一等獎?wù)n件省賽課獲獎?wù)n件

補(bǔ)充習(xí)題3

主要對應(yīng)第6~7章需要掌握知識點(diǎn)；大家回去后自己做習(xí)題，下次課解說。1/22第6章

知識重點(diǎn)：

壓電效應(yīng)；以石英晶體為例，說明壓電效應(yīng)；壓電傳感器前置放大器；ba2/22第6章

電路圖：壓電式傳感器等效電路壓電傳感器測量電路；3/22第6章習(xí)題：什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？石英晶體和壓電陶瓷壓電效應(yīng)有何不一樣之處？為何說PZT壓電陶瓷是優(yōu)能壓電元件？用壓電元件和電荷放大器組成壓力測量系統(tǒng)能否用于靜態(tài)測量？壓電傳感器放大電路為何常用電荷放大器？用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量加速度，已知：加速度計(jì)敏捷度為5PC/g，電荷放大器敏捷度為50mV/PC，當(dāng)機(jī)器加速度達(dá)成最大值時，對應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求該機(jī)器振動加速度。4/22答案什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？答：某些電介質(zhì)在沿一定方向受到外力作用變形時，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同步在兩個表面上產(chǎn)生符號相反電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向變化時，電荷極性伴隨變化。晶體受力所產(chǎn)生電荷量與外力大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。5/22答案石英晶體和壓電陶瓷壓電效應(yīng)有何不一樣之處？為何說PZT壓電陶瓷是優(yōu)能壓電元件？比較幾個常用壓電材料優(yōu)缺陷，說出各自適用于什么場所？答：石英晶體整個晶體是中性，受外力作用而變形時沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷PZT是一種多晶體，原始壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理后，留下了很強(qiáng)剩下極化強(qiáng)度，才能使其展現(xiàn)出壓電特性。

6/22答案石英晶體和壓電陶瓷壓電效應(yīng)有何不一樣之處？為何說PZT壓電陶瓷是優(yōu)能壓電元件？比較幾個常用壓電材料優(yōu)缺陷，說出各自適用于什么場所？答：比較石英晶體d11、d12，壓電陶瓷縱向壓電常數(shù)d33大得多，是它們上百倍。因此壓電陶瓷制作傳感器敏捷度高。常用優(yōu)能壓電陶瓷是鋯鈦酸鉛（PZT），它具有很高介電常數(shù)，工作溫度可達(dá)250℃。7/22答案用壓電元件和電荷放大器組成壓力測量系統(tǒng)能否用于靜態(tài)測量？答：由壓電傳感器等效電路可見，要確保輸出信號與輸入作用力間線性關(guān)系，只有在負(fù)載電阻較大，工作頻率較高時，傳感器電荷才能得以保存補(bǔ)充，需要測量電路具有沒有限大輸入阻抗。但事實(shí)上這是不也許，故壓電傳感器只能作動態(tài)測量，不宜作靜態(tài)信號測量，只能在其上加交變力，電荷才能不停得到補(bǔ)充，并給測量電路一定電流。8/22答案壓電傳感器放大電路為什么常用電荷放大器？答：由于壓電傳感器輸出信號很小，本身內(nèi)阻抗很大，輸出阻抗很高，因此給它后續(xù)測量電路提出了很高要求。為理解決這一矛盾，通常需要將傳感器輸出接入一個高輸入阻抗前置放大器。通過阻抗變換后再送入普通放大器進(jìn)行放大、檢波等處理。前置放大器有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。如果使用電壓放大器，其輸出電壓與電容Ca、Ci、Cc相關(guān)，雖然Ca、Ci很小，但Cc隨連接電纜長度與形狀而變化，從而會給測量帶來不穩(wěn)定因素，影響傳感器靈敏度。因此常采取性能穩(wěn)定電荷放大器。9/22答案

用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量加速度，已知：加速度計(jì)敏捷度為5PC/g，電荷放大器敏捷度為50mV/PC，當(dāng)機(jī)器加速度達(dá)成最大值時，對應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求該機(jī)器振動加速度。解：已知加速度計(jì)敏捷度為5PC/g，電荷放大器敏捷度為50mV/PC，當(dāng)輸出幅值為2V時，機(jī)器振動加速度為：10/22第6章習(xí)題：一壓電式力傳感器，將它與一敏捷度Sv可調(diào)電荷放大器連接，然后接到敏捷度為Sx=20mm/v光線示波器上統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)知壓電式壓力傳感器敏捷度Sp=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)總敏捷度為S=0.5mm/Pa，試問：電荷放大器敏捷度Sv應(yīng)調(diào)為何值（v/Pc）?用該測試系統(tǒng)測40Pa壓力變化時，光線示波器上光點(diǎn)移動距離是多少？11/22答案習(xí)題：一壓電式力傳感器，將它與一敏捷度Sv可調(diào)電荷放大器連接，然后接到敏捷度為Sx=20mm/v光線示波器上統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)知壓電式壓力傳感器敏捷度Sp=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)總敏捷度為S=0.5mm/Pa，試問：電荷放大器敏捷度Sv應(yīng)調(diào)為何值（v/Pc）?解：12/22答案習(xí)題：一壓電式力傳感器，將它與一敏捷度Sv可調(diào)電荷放大器連接，然后接到敏捷度為Sx=20mm/v光線示波器上統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)知壓電式壓力傳感器敏捷度Sp=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)總敏捷度為S=0.5mm/Pa，試問：用該測試系統(tǒng)測40Pa壓力變化時，光線示波器上光點(diǎn)移動距離是多少？解：13/22第7章

知識重點(diǎn)：

磁電式傳感器工作原理14/22第7章

知識重點(diǎn)：霍爾效應(yīng)；霍爾元件構(gòu)造；霍爾元件基本檢測電路。15/22第7章習(xí)題：簡述變磁通式和恒磁通式磁電傳感器工作原理。什么是霍爾效應(yīng)？霍爾元件常用材料有哪些？為何不用金屬做霍爾元件材料？某一霍爾元件尺寸為L=10mm，b=3.5mm，d=1.0mm，沿L方向通以電流I=1.0mA，在垂直于L和b方向加有均勻磁場B=0.3T，敏捷度為22V/(A·T)，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。16/22第7章

習(xí)題：霍爾元件敏捷度KH=40V/(A·T)

，控制電流I=3.0mA，將它置于1×10-4～5×10-4T線性變化磁場中，它輸出霍爾電勢范圍有多大？霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生原因有哪些？17/22答案簡述變磁通式和恒磁通式磁電傳感器工作原理。

答：恒磁通式傳感器是指在測量過程中使導(dǎo)體（線圈）位置相對于恒定磁通變化而實(shí)現(xiàn)測量一類磁電感應(yīng)式傳感器。變磁通式磁電傳感器主要是靠變化磁路磁通大小來進(jìn)行測量，即通過變化測量磁路中氣隙大小，從而變化磁路磁阻來實(shí)現(xiàn)測量。什么是霍爾效應(yīng)？答：通電導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流與磁場垂直，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。18/22答案霍爾元件常用材料有哪些？為何不用金屬做霍爾元件材料？答：任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都能夠制造霍爾元件。只有半導(dǎo)體材料適于制作霍爾元件。又因一般電子遷移率大于空穴遷移率，因此霍爾元件多采取N型半導(dǎo)體制造?；魻柍?shù)RH等于霍爾片材料電阻率ρ與電子遷移率μ乘積，即RH=μρ。若要霍爾效應(yīng)強(qiáng)，則希望有較大霍爾系數(shù)RH，因此要求霍爾片材料有較大電阻率和載流子遷移率。一般金屬材料載流子遷移率很高，但電阻率很??；而絕緣材料電阻率極高，但載流子遷移率極低，故只有半導(dǎo)體材料才適于制造霍爾片。19/22答案解：

某一霍爾元件尺寸為L=10mm，b=3.5mm，d=1.0mm，沿L方向通以電流I=1.0mA，在垂直于L和b方向加有均勻磁場B=0.3T，敏捷度為22V/(A·T)，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。則輸出霍爾電勢：則載流子濃度為：20/22答案

霍爾元件敏捷度KH=40V/(A·T)

，控制電流I=1.0mA，將它置于1×10