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傳感器與檢測技術(胡向東第2版)習題解答(編輯修改稿)

2026-06-26 23:51 本頁面

　

【文章內容簡介】要是三次諧波）；③（電源）勵磁電壓本身含高次諧波。零點殘余電壓的消除方法：①盡可能保證傳感器的幾何尺寸、線圈電氣參數和磁路的對稱；②采用適當的測量電路，如差動整流電路。在使用螺線管電感式傳感器時，如何根據輸出電壓來判斷銜鐵的位置？答：常見的差動整流電路如圖415所示。以圖415b為例分析差動整流的工作原理。由圖可知：無論兩個二次繞組的輸出瞬時電壓極性如何，流經電容的電流方向總是從2端到4端，流經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銜鐵位于中間位置時，故輸出電壓=0；當銜鐵位于零位以上時，則；當銜鐵位于零位以下時，則有。只能根據的符號判斷銜鐵的位置在零位處、零位以上或以下，但不能判斷運動的方向。如何通過相敏檢波電路實現對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幅波經相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測量信號。經過相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負位移輸出負電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負表明位移的方向。第5章電容式傳感器有一個以空氣為介質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，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K（已知空氣相對介電常數，真空的介電常數）。解：電容變化量為即電容減小了。電容相對變化量,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）為有一個直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內連續注水，當注水量達到桶容量的80%時就應當停止，試分析用應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，當注水達到桶容量的80%時，也就是位于感壓膜上的液體高度達到桶高4m的對應位置時，輸出一個對應的電壓，通過一個電壓比較器就可以在液位達到4m時輸出一個觸發信號，關閉閥門，停止注水。② 電容式傳感器解決此問題的方法參見P80圖56所示的圓筒結構變介質型電容式傳感器，總的電容值為在圓筒結構變介質式電容傳感器中的液位達到桶高4m的對應位置時，電容值達到一個特定值，接入測量電路，就可以在液位達到4m時輸出一個觸發信號，關閉閥門，停止注水。試推導圖520所示變介質型電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設真空的介電常數為，圖中，極板寬度為W。其它參數如圖所示。解：以x為界，可以看作兩個電容器并聯，右邊的電容器又可以看作兩個電容器串聯。參見P79圖55。故，，總的電容量為。，設δ=d=1mm，極板為正方形（邊長50mm）。=1，=4。試針對x=0~50mm范圍內，繪出此位移傳感器的特性曲線，并給以適當說明。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，如果傳感器與工件的間隙變化量Δd=2μm 時，電容變化量為多少?(2) 如果測量電路的靈敏度S1=100mV/pF，讀數儀表的靈敏度S2=5格/mV，在Δd=2μm 時，讀數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？什么是逆壓電效應？答：① 正壓電效應就是對某些電介質沿一定方向施以外力使其變形時，其內部將產生極化現象而使其出現電荷集聚的現象。② 當在片狀壓電材料的兩個電極面上加上交流電壓，那么壓電片將產生機械振動，即壓電片在電極方向上產生伸縮變形，壓電材料的這種現象稱為電致伸縮效應，也稱為逆壓電效應。試分析石英晶體的壓電效應原理。答：石英晶體的化學成分是，是單晶結構，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，沿該方向受力不會產生壓電效應。x軸：經過六面體的棱線并垂直于z軸的軸為x軸，稱為電軸（壓電效應只在該軸的兩個表面產生電荷集聚），沿該方向受力產生的壓電效應稱為“縱向壓電效應”。y軸：與x、z軸同時垂直的軸為y軸，稱為機械軸（該方向只產生機械變形，不會出現電荷集聚）。沿該方向受力產生的壓電效應稱為“橫向壓電效應”。石英晶體在沿一定的方向受到外力的作用變形時，由于內部電極化現象同時在兩個表面上產生符號相反的電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態；而當作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。這種現象稱為正壓電效應。反之，如對石英晶體施加一定變電場，晶體本身將產生機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應。將一壓電式力傳感器與一只靈敏度可調的電荷放大器連接，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，該測試系統的總靈敏度為S=，試問：(1) 電荷放大器的靈敏度應調

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