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傳感器與檢測技術(shù)胡向東-第2版習(xí)題解答(編輯修改稿)

2026-04-20 06:57 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】要是三次諧波）；③（電源）勵(lì)磁電壓本身含高次諧波。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；②采用適當(dāng)?shù)臏y量電路，如差動(dòng)整流電路。在使用螺線管電感式傳感器時(shí)，如何根據(jù)輸出電壓來判斷銜鐵的位置？答：常見的差動(dòng)整流電路如圖415所示。以圖415b為例分析差動(dòng)整流的工作原理。由圖可知：無論兩個(gè)二次繞組的輸出瞬時(shí)電壓極性如何，流經(jīng)電容的電流方向總是從2端到4端，流經(jīng)電容的電流方向總是從6端到8端，所以整流電路的輸出電壓為當(dāng)銜鐵位于中間位置時(shí)，故輸出電壓=0；當(dāng)銜鐵位于零位以上時(shí)，則；當(dāng)銜鐵位于零位以下時(shí)，則有。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。如何通過相敏檢波電路實(shí)現(xiàn)對(duì)位移大小和方向的判定？答：相敏檢測電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號(hào)。經(jīng)過相敏檢波電路，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。第5章電容式傳感器有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器如下圖所示，其中a=10mm，b=16mm，兩極板間距為。測量時(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)）。解：電容變化量為即電容減小了。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解決該問題的途徑和方法。解：① 電阻應(yīng)變片式傳感器解決此問題的方法參見P48圖318所示的電阻式液體重量傳感器，當(dāng)注水達(dá)到桶容量的80%時(shí)，也就是位于感壓膜上的液體高度達(dá)到桶高4m的對(duì)應(yīng)位置時(shí)，輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓，通過一個(gè)電壓比較器就可以在液位達(dá)到4m時(shí)輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，關(guān)閉閥門，停止注水。② 電容式傳感器解決此問題的方法參見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，停止注水。試推導(dǎo)圖520所示變介質(zhì)型電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電常數(shù)為，圖中，極板寬度為W。其它參數(shù)如圖所示。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)。參見P79圖55。故，，總的電容量為。，設(shè)δ=d=1mm，極板為正方形（邊長50mm）。=1，=4。試針對(duì)x=0~50mm范圍內(nèi)，繪出此位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說明。解：特性曲線是一條斜率為1的直線。，其傳感器的圓形極板半徑 r=4mm，工作初始間隙d=，問：(1) 工作時(shí)，如果傳感器與工件的間隙變化量Δd=2μm 時(shí)，電容變化量為多少?(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Δd=2μm 時(shí)，讀數(shù)儀表的示值變化多少格?解： (1)，間隙增大，間隙縮小，(2)第6章壓電式傳感器什么是壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？答：① 正壓電效應(yīng)就是對(duì)某些電介質(zhì)沿一定方向施以外力使其變形時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象而使其出現(xiàn)電荷集聚的現(xiàn)象。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)象稱為電致伸縮效應(yīng)，也稱為逆壓電效應(yīng)。試分析石英晶體的壓電效應(yīng)原理。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。石英晶體是各向異性材料，不同晶向具有各異的物理特性，用x、y、z軸來描述。z軸：是通過錐頂端的軸線，是縱向軸，稱為光軸，沿該方向受力不會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。x軸：經(jīng)過六面體的棱線并垂直于z軸的軸為x軸，稱為電軸（壓電效應(yīng)只在該軸的兩個(gè)表面產(chǎn)生電荷集聚），沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”。y軸：與x、z軸同時(shí)垂直的軸為y軸，稱為機(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）。沿該方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(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。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)石英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)。將一壓電式力傳感器與一只靈敏度可調(diào)的電荷放大器連接，然后接到靈敏度為=20mm/V的光線示波器上記錄，已知壓電式壓力傳感器的靈敏度為=5pc/Pa，該測試系統(tǒng)的總靈敏度為S=，試問：(1) 電荷放大器的靈敏度應(yīng)調(diào)

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