力、壓力傳感器課后習(xí)題

力傳感器的組成是什么？答：力傳感器主要由力敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量、顯示電路組成。彈性敏感元件的作用是什么？其分類有幾種？各有何特點？答：轉(zhuǎn)換電路將應(yīng)變或位移轉(zhuǎn)換為電信號?！病沉D(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換力的彈性敏感元件〔2〕壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件特點：變換力的彈性敏感元件圓柱式：構(gòu)造簡潔，可承受較大的載荷，便于加工，實心圓柱形可測10kN1~10kN的力，且應(yīng)力變化均勻。靈敏度，適用于測量較小的力。懸臂梁式：它的一端固定，一端自由，構(gòu)造簡潔，加工便利，應(yīng)變和1~5kN的力。壓力的彈性敏感元件彈簧管：C形彈簧管的一端密封但不固定，成為自由端，另一端連接F作用下，彈簧管的橫截面力圖變成圓形截面，截面的短軸力圖伸長。使自由端便產(chǎn)生了位移。通過測量位移的大小，比可得到壓力的大小。波浪管：波浪管的軸向在流體壓力作用極易變形，有較高的靈敏度。波浪膜片和膜盒：線性度好，靈敏度高及各種誤差小。產(chǎn)生拉伸力和應(yīng)變力。3、電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是什么？它是如何測量試件的應(yīng)變的？答：電阻的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號輸出。上，隨著試件受力變形，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使假設(shè)通過肯定的測量線路將這種電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化，的大小。4、電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路有哪些？各有何特點？答：恒壓源供電的直流電橋電橋平衡被打破，有電壓輸出，輸出的電壓與被測量的變化成比例。恒流源供電的直流電橋特點：當(dāng)橋臂電阻發(fā)生變化時，電橋有輸出，輸出大小與橋臂電阻變化成正比。5、電阻應(yīng)變片為什么要進展溫度補償？補償方法有哪些？答：電阻應(yīng)變片傳感器是靠電阻值來來度量應(yīng)變的，所以期望它的電阻只隨應(yīng)變而變，不受其它因素的影響。但實際上，雖然用作電阻絲(大約在=(2.5～5.0)×10-5/℃)，但與所測應(yīng)變電阻的變化比較，仍屬同一量級。如不補償，會引起很大誤應(yīng)變片的溫度誤差?！尘€路補償。〔2〕應(yīng)變片自補償。6、應(yīng)變片的粘貼、固化和檢查工藝有哪些？答：去污3～5倍。粘貼接劑稍干，馬上應(yīng)變片貼在畫線位置，用手指滾壓，把氣泡和多余的粘接劑擠出。留意，應(yīng)變片的底面也要清理。粘貼后測量損壞的應(yīng)變片。焊接將引線和端子用烙鐵焊接起來，留意不要把端子扯斷。〔5〕固定i72-88為始終流應(yīng)變電橋Ui

R R R2 3

11〔1〕R11

變化量為R

1.2時，11電橋輸出電壓U0為多少？11R、R

1 2o其余為外接電阻，電橋的輸出電壓U ?o題〔2〕中，假設(shè)R、R

感受應(yīng)變的極性相反，且且R R121.2，電橋的輸出電壓Uo?〔4〕由題〔1〕～〔3〕能得出什么結(jié)論與推論？1〕當(dāng)R為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻時，1電橋為單臂工作電橋，當(dāng)R變化量為R

1.2時， 圖2-88直流應(yīng)變電橋1 1電橋輸出電壓：U 1RU0 4R i

1 1.2 4 120

V=12.5mV當(dāng)R、R

都是應(yīng)變片，且批號一樣，感受應(yīng)變的極性和大小都相1 2同，其余為外接電阻時，依據(jù)電橋的輸出總公式UR R R RU i 1 2 3 41，3 0 4 1，3 1 2

R R 可知，此時R

R2

=R R3

R4

=0。電橋的輸出：UURR R R 5 R R 0 04RRRR4120 120120120U i 101

2 32 3

4= 4

=0〔2〕R、R

感受應(yīng)變的極性相反且R

R

1.21 2 1 21也就是R1

-R2

=1.2，此時電橋為差動雙臂電橋〔半橋，U 1RU

1 1.2

5=0.025〔V=25〔mV〕

0 2R

2 120 此時電橋。拉，一個受壓，電橋才有輸出。壓電式傳感器的工作原理是什么？壓電材料有哪些？答：體外表產(chǎn)生符號相反的電荷，外力去掉后，電荷消逝，力的方向轉(zhuǎn)變時，電荷的方向也隨之轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)?！?〕石英晶體〔2〕壓電陶瓷〔3〕高分子壓電材料試用石英晶體為例說明壓電效應(yīng)產(chǎn)生的過程。10.壓電陶瓷有何特點？答：石英晶體是一種應(yīng)用廣泛的壓電晶體，它是二氧化硅單晶體，3個硅離6時，正負電荷中心重合，對外不顯電性。當(dāng)在x軸向施加壓力時，如圖aBABxb所示，各晶格上的帶電粒子沿x軸向外產(chǎn)生位移，因而A面呈現(xiàn)正電荷，B面呈現(xiàn)負電荷。在y軸上施加壓力時，如圖c所示，晶格沿y軸被向內(nèi)壓縮，A面呈現(xiàn)正電荷，B面呈現(xiàn)負電荷。在y軸上施加拉力時，如圖d所示，晶格在y軸被拉長，x向縮短，B面呈現(xiàn)正電荷，A呈z10.壓電陶瓷有何特點？答:壓電陶瓷是人工制造的一種多晶體電體，它由很多的單晶組成,各單晶的自發(fā)極化方向是任意排列的，因此每個單晶具有強的壓電性質(zhì)，但組成單晶后，各單晶的壓電效應(yīng)卻相互抵消了，所以，原始的條件下，對壓電陶瓷施加強電場，使極性軸轉(zhuǎn)動到接近電場的方向，了壓電壓電性，在極化電場去除后，留下很強的剩余極化強度。當(dāng)壓就會消滅電荷，所以承受壓電陶瓷的壓電式傳感器靈敏度較高。壓電傳感器的測量電路是什么？各有何特點？為什么壓電傳感器不能測量靜態(tài)的力？答：電壓放大器電荷放大器dFU m特點：由電壓放大器的輸im

CCCi c

出可以看出，放大器輸入電QCCc有關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)變連接傳感器與前置放大器的電纜長度時，CcQCU 電荷放大器輸出電壓o

f纜電容無關(guān)。因此電纜可以很長，可長達數(shù)百米，甚至上千米，靈敏度卻無明顯損失。這是電荷放大器的一個突出優(yōu)點。因此在測量時，不必考慮傳感器與放大器配套的問題，放大器與傳感器可以任意互換。為什么壓電傳感器不能測量靜態(tài)的力？由于外力作用在壓電元件上限大的輸入阻抗，這實際上是不行能的。由于在實際測量時，放大器i的輸入電阻Ri

和傳感器的泄漏電阻R

ai通過放大器的輸入電阻Rai

和傳感器的泄漏電阻R

a器不能用于靜態(tài)力測量。壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不aU QoCf可U QoCf可知, 壓電陶瓷上產(chǎn)生的電荷QUC 0.40.011064109o f依據(jù)QdzzzzFzF=zQzzdzzQdzz4109510108(N)2-32電荷放大器等效電路XXd 2.31012C/N231〕當(dāng)XX沿電軸方向施加3104NC器測量的輸出電壓是多少？

0.01Fff

的電荷放大y〔2〕Fy

答：〔1〕電荷放大器的輸出U 答：〔1〕電荷放大器的輸出U QoCfdXX XXfCgF 2.3101231040.01106(2)a=3b當(dāng)沿機械軸施加力F時，產(chǎn)生的由yQ dXYaFXXbYy

為多少？U依據(jù)式O

QCf

QU C得O f得QQ

d aF U CXY XXb Y O fF求出Y

U CO

30.01106 4348(N)b 1 b 1a d 3b 2.31012b 1 b 1XX用壓電式傳感器測量一正弦變化的作用力，承受電荷放大器，壓電元件用兩片壓電陶瓷并聯(lián)，壓電系數(shù)dzz=190x10-12C/N，放大器為抱負運放，反響電容Cf=3800pF，實際測得放大器輸出電壓為Uo=10sinωt〔V〕，試求此時的作用力F=?元件電荷的兩倍，即Q2QXX,根據(jù)電荷放大器的輸出

U QO f ，得O ，QU C 10sint380010123.8108sint，O fQ d FXX ZZ

12Q

, 得壓電傳感器受到的作用力FFZ

Q 121121d

3.810821901012

sint100sint(N)電容式傳感器的工作原理是什么？可分成幾種類型？各有個特點？答：依據(jù)平行極板的電容器，假設(shè)不考慮其邊緣效應(yīng)，則電容器的電容量為A AC 0rd d由上式可知，電容C是A、d、ε的函數(shù)，即Cf(dA。當(dāng)A、d、ε轉(zhuǎn)變時，電容量C也隨之轉(zhuǎn)變。假設(shè)保持其中兩個參數(shù)不變，通過量的變化。這就是電容傳感器的根本工作原理。變介電常數(shù)式三種；按極板外形不同有平板形和圓柱形兩種。特點：變間隙式電容傳感器：只能測量微小位移〔微米級；可以測量較大位移的變化。試說明差動式電容傳感器構(gòu)造是如何提高測量靈敏度，減小非線性誤差的？答：以變間隙式電容傳感器為例來分析。當(dāng)d變化時，電容量的相對變化約為

〔2-35〕CC CC dd0121當(dāng)中間極板不受外力作用時，由于d1

d d22 2

C。當(dāng)中間極CCCCC 1 22dd0C0C2dCd00〔2-37〕2-44差動式電容器構(gòu)造式〔2-37〕與式〔2-35〕相比，輸出靈敏度提高了一倍。1

C

減小，總電容的變化量C為電容式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路主要有哪些？答:常見的電容式傳感器測量轉(zhuǎn)換電路有橋式電路、調(diào)頻電路、充放電脈沖電路、運算放大器電路等。有一個以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器，如圖2-45a所示，其中a=8mmb=12mm，兩極板間距為d=1mm。當(dāng)動極板在原5mm后，求傳感器電容量的變化ΔC及電容相對變化量ΔC/Co。

Cx0答：依據(jù)變面積型平板式電容傳感器的電容表達式：C a可得當(dāng)0動極板在原始位置上平移了5mmx5mm0C0C

x 5=- =-0.625a 8傳 感 器 電 容 量 的 變 化x g

gagb x 18.8541012812 5C=C

r 0 531.24pF0 a d a 1 8電感傳感器的根本原理是什么？可分成幾種類型？電量()將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，來實現(xiàn)非電量電測的。感式和互感式兩大類。電感傳感器的常用的測量電路有哪些？路。差動變壓器輸出電壓可直接用溝通電壓表接在反相串聯(lián)的兩個二次O 21 22繞組上測量此時空