《2022年传感器与自动检测技术余成波主编第三章答案 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年传感器与自动检测技术余成波主编第三章答案 .docx（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精品_精品资料_传感器与自动检测技术作业电信 10-1 杨文军1006110124可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_第三章3.3 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律,应变片的结构尺寸变化时,电阻也会相应的变化,其电导率P 并未发生变化.而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应.压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是,其电导率P 就发生变化的现象.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.5 某始终流电桥,供电电源电动势E3V ,R3R4100, R1和 R2 为相同型可编辑资料 - - -
2、 欢迎下载精品_精品资料_号的电阻应变片,其电阻均为 100,灵敏度系数 K2.0 .两只应变片分别黏贴于等强度梁同一截面的正、反两面.设等强度梁在受力后产生的应变为5000.,试求此时电桥输出端电压 UO .解：由题意知：分析得差动电桥可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由于： UOER1R1R1R1R2R3R2R3R4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_又 R1R2, R1R2, R3R4 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以 UOR11 ER12 R1
3、116可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_又有= KSR1X .因此： UOEK S x23250001020.015V可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以：此时电桥输出电压U0=0.015V .3.6 哪些因素引起应变片的温度误差,写出相对的误差表达式, 并说明电路补偿法的原理.答：第一, 由于测量现场环境温度的转变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差. 产生应变片温度误差的主要因素有: a、电阻温度系数的影响： : 敏锐栅的电阻丝阻值 随 温 度 变 化 的 关 系 可 用 下 式 表 示 ： 当 温 度 变 化 t 时 , 电 阻 丝 电 阻 的 变
4、 化 值为 Rt=Rt- R0= Ro o t . b、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响：当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不管环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样 , 不会产生附加变形.当试件和电阻丝线膨胀系数不同时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形 , 从而产生附加电阻.有：R /Ro= t .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_依据电路分析,可知电桥输出电压UO 与桥臂参数的关系为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_UOUaUbR1UR3UR1 R4R2 R3U可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_R1R2R3R4R
5、1R2 R3R4 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_UogR1 R4R2 R3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_gR1U R2 R3R4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_即 g 是由桥臂电阻和电源电压打算的常数.由此可知,当R3, R4 为常数时,R1, R2对电桥输可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_出电压UO 的作用成效相反.利用这一关系即可对测量结果进行补偿.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.12 电感式传感器有几大类？各
6、有何特点？答： 1电感式传感器分为自感式传感器、互感式传感器和涡流式传感器等三大类.2常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型.在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差.a、变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙随被测量的变化而转变,从而转变磁阻.它的灵敏度和非线性都随气 隙的增大而减小,因此经常要考虑两者兼顾.一般取在0.1 0.5 毫米之间. b、变面积型电感传感器这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对掩盖面积即磁通截面 随被测量的变化而转变 ,从而转变磁阻.它的灵敏度为常数,线性度也很好.c、螺管插铁型电感传感器它由螺管线圈和与被测物体相连的柱
7、型衔铁构成.其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化.衔铁随被测物体移动时转变了线圈的电感量.这种传感器的量程大,灵敏度低,结构简洁,便于制作.3.13 什么叫零点残余电压？产生的缘由是什么？ 答：如下图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_第一问：当两线圈的阻抗相等时,即Z1=Z2 ,这时电桥平稳输出电压为零.由于传感器阻抗是一个复数阻抗,有感抗也有阻抗,为了到达电桥平稳,就要求两线圈的电阻R 相等,两线圈的电感L 相等.实际上,这种情形是难以精确到达的,就是说不易到达电桥的肯定平稳. 假设画出衔铁位移x 与电桥输出电压 UO 有效值的关系曲线, 就如下图, 虚线为抱负特性曲
8、线, 实线为实际特性曲线, 在零点总有一个最小的输出电压.一般把这个最小的输出电压称为零点残余压,并e0 表示.其次问： 零点残余电压产生的主要缘由有两个方面：1. 由于两个二次测量线圈的等效参数不对称时输出的基波感应电动势的幅值和相位不同,调整磁芯位置时, 也不能到达幅值和相位同时相同. 2. 由于铁芯的 B-H 特性非线性,产生高次谐波不同,不能相互抵消.3.17 电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？答： 电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何外形,线圈的几何参数,鼓励电流的频率以及线圈到被测导体之间的距离等因素影响.电涡流式传感器具有结构更简洁、
9、体积小、灵敏度高、 测量线性范畴大 频率响应宽、抗干扰才能强、不受油污等介质影响,并且可以进行无接触测量等优点.3.18 什么是压电效应？以石英晶体为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的？答：压电效应就是当某些物质沿其肯定方向施加压力或拉力时,会产生变形, 此时这种材料的两个外表将产生符号相反的电荷.当去掉外力后,他又重新回到不带电状态.石英晶体属于单晶体,化学式为SiO2, 外形结构呈六面体, 沿各方向特点不同.从石英晶体上沿机械轴y方向切下一块晶体片,当在电轴x 轴方向受到力作用时, 在与电轴 x 轴垂直的平面上将产生电荷qx.假设在同一晶体片上, 当在机械轴 y 轴方向受到力作用时, 就仍
10、在与电轴 x 轴垂直的平面上将产生电荷qy 电荷 qx和 qy 的符号由受力是拉力仍是压力打算的.qx 的大小与晶体片外形尺寸无关,而qy 与晶体片的几何尺寸有关.即沿X 方向电轴 的力作用产生电荷的压电效应称”纵向压电效应”.沿 Y 方向的 机械轴 的力作用产生电荷的压电效应称”横向压电效应” .沿 Z 方向的 光轴 的力作用时不产生压电效应.3.19 压电式传感器能否用于静态测量？为什么？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答：不能,压电式传感器是将被测量变化转换成由于材料受机械力产生的 静电电荷或电压变化的传感器, 它的原理就是利用压电效应这一特性,需要先有外力才能够工作,在
11、静态或者准静态由于没有外力的作用,因此不能测量.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.20 某压电式传感器的灵敏度为810 4pC / Pa ,假设输入压力为 3105Pa 时的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_输出电压为 1V,试确定传感器总电容量.答：依据公式, q=d F=U C, S=q/F=8 10-4pC/Pa C 总=8 10-43 105 10-12 10-10F3.21 如下图是用压电式传感器和电荷放大器测量某种机器的振动,已知传感器的灵敏度为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_100 pC /g ,电荷放大器的反馈电容Cf0.01F
12、,测得输出电压峰值为U om =0.4V ,振动频可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_率为 100Hz .(1) 求机器振动的加速度最大值am .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(2) 假定振动为正弦波,求振动的速度vt .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_(3) 求出振动的幅度的最大值xmo .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解：1由于 Uo| q | Cf所以： qUO .Cf0.40.0110 64109 C可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由传感器的灵敏度可得机械振动
13、的加速度最大值：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_amq k4210091010 1240 g409.8392m /s2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2）amxm0ma即 xm02am2 f 239223.1410020.99mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_即振动的速度为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_vt=xm 0 sint = 23.141000.99310sin 23.14100t0.624 sin 628t可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（3）振动的幅
14、度的最大值xm 0 为：amxm02am2 2 f 39223.1421000.99mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.22依据图中所示石英晶体切片上的受力方向,标出晶体切片上产生电荷的符号.解：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关？答：霍尔效应是电磁效应的一种, 这一现象是美国物理学家霍尔 A.H.Hall ,1855 1938 于 1879 年在讨论金属的导电机制时发觉的.当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会显现电势差,这一现象就是霍尔效应.因素有关： 霍尔电压 VH=RH*Ix*B
15、z/d ,其中 RH 是霍尔常数,与材料的性质种类有关, Ix 是 x 方向的电流, Bz 是 z 方向的磁场, d 是材料的厚度.此时将会产生 Y 方向的电压.什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？答：各种不同材料的霍尔输出电压随温度变化的程度不同,霍尔电压与其工作温度之间的变化关系称为霍尔元件的温度特性.霍尔元件的温度补偿常用 并联补偿电阻法 和 温度敏锐元件补偿法.简述热电偶的几个重要定律,并分别说明他们的有用价值.答：1、中间导体定律假设在热电偶回路插入中间导体,无论插入导 体的温度分布如何, 只要中间导体两端温度相同, 就对热电偶回路的总电动势无影响. 其有用价值在于,利用热电偶测
16、温度时,可以将连接导线和显示外表看成是中间导体,只要保证中间导体两端温度相同,就对热电偶的热电动势无影响.2、中间温度定律热电偶在结点温度为 T、T0 时的热电动势 EABT, T0等于该热电偶在 T,T0及 Tn,T0时的热电动势 EAB T, T0与EABTn,T0之和.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_其中 Tn 称为中间温度.其有用价值在于,当自由端温度不为 0时,可利用该定律及分度表求的工作端 T,另外热电偶中补偿导线的使用也是依据以上定律.3、参考电极定律也称组成定律热电极 A 、B 与参考电极 C 组成的热电偶在结点温度为 T,T0时的热电动势分别为 EACT,T0
17、与 EBCT, T0,就相同温度下,由 A、B 两种热电极配对后的热电动势 EABT, T0可按公式运算 EAB T,T0=EACT, T0-EBCT,T0.其有用价值在于,大大简化了热电偶选配电极的工作,只要获得有关热电极 与参考电极配对的热电动势, 那么任何两种热电极配对时的电动势均可利用该定律运算,而不需逐个进行测定.4、均值导体定律由同一种均质材料导体或半导体两端焊接组成闭合回路, 无论导体截面如何以及温度如何分布, 将不产生接触电势,温差电势相抵消,回路中总电势为零.其有用价值在于,假如热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的 温度如何, 热电动势为零. 依据这个定律, 可以检
18、验两个热电极材料成分是否相同,也可以检查热电极材料的匀称性.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_用镍铬-镍硅k 型热电偶测温度,已知冷端温度为得这时的热电动势为 29.188mV ,求被测点温度.解： EAB T ,T0 = E AB T , Tn+ E AB T n, T0 40O C ,用高精度毫伏表测可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_EAB T , Tn , EAB T n, T0 已知,先求 E AB T , T0 再查分度表得出炉温.1查镍铬镍硅热电偶K分度表：EAB T n,0 = EAB 40 , 0 2 E AB T , 0 = EAB T , Tn
19、+ E AB Tn, 0 = EAB T ,40 + E AB 30 ,0 mv3再查分度表得：EAB T , 0 =30.799mv的温度值为 740试述热电偶冷端温度补偿的几种重要方法和补偿原理.答：1、冷端恒温法将热电偶的冷端置于冰水混合物的恒温容器中,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_使冷端的温度保持 0不变.2、运算修正法利用中间温度定律运算修正.3、外表机械零点调整法当热电偶与动圈式外表配套使用时,假 设热电偶的冷端温度比较恒定, 对测量精度要求又不太高时, 可将动圈式外表的机械零点调至热电偶冷端所处的温度T0处,这相当于在输入热电偶的热电动势前就给外表输入一个热电动
20、势 ET, 0.4、电桥补偿法利用电桥平稳原理,适当的挑选桥臂电阻和电流的数值,可以使 Uab正好补偿热电偶冷端温度上升所降低的热电动势值.请说明热电偶的参考端在实际应用中的意义和处理方法.答：由热电偶的测温原理可知,热电偶产生的热电动势大小与两端温度有 关,热电偶的输出电动势只有在参考端温度不变的条件下,才与工作端温度成单值函数.热电偶的在实际应用中选用应依据被测温度、压力、介质性质、测温时 间长短来挑选热电偶和爱护管,其安装位置要有代表性,安装方法要正确.光电效应有哪几种？与之对应的光电器件各是哪些？请简述其特点.答：光电效应有外光电效应和内光电效应,其中内光电效应又可以分为光电导效应和光
21、生伏特效应.基于为光电效应工作原理制成的光电器件,一般都是真空的或充气的光电器件,如光电管和光电倍增管.基于光电导效应工作原理制成的光电器件为光敏电阻.基于光生伏特效应工作原理制成的光电器件有光电二极管、光电三极管和光电池.比较微波传感器与超声波传感器有何异同.答：两者都是传感器, 微波传感器取得是微波电磁波能量. 超声波传感器取得是超声波的波能量. 两者的相同点是都可以发射和接受相应的波信号, 并转换成相应的电信号.不同点是超声波传感器对应的波信号是振动频率为 20KHz以上的机械波,而微波传感器对应的波信号为波长为 1mm1m的电磁波.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_什么是
22、智能传感器？传感器的智能化主要包括什么内容？答：1智能传感器是基于人工智能、信息处理技术实现的具有分析、判定、量程自动转换、漂移、非线性和频率响应等自动补偿,对环境影响量自适应,自学习以及超限报警、 故障诊断等功能的传感器.2有：自补偿、自诊断、自学习、数据自处理、 储备记忆双向通信、 数字输出等功能, 通过软件技术可实现高精度的信息采集,而且成本低.具有肯定的编程自动化才能.功能多样化.微传感器的特点是什么？有什么应用？ 答：特点： 1体积小、重量轻功耗低性能好易于批量生产、成本低便于集成化和多功能化提高传感器化智能化水平应用：微型传感器是目前最为胜利并最具有用性的微型机电器件,主要包括利用微型膜片的机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器.此外,仍有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等,这些微型传感器的面积大多在 1 mm2 以下.随着微电子加工技术,特殊是纳米加工技术的进一步进展,传感器技术仍将从微型传感器进化到纳米传感器.这些微型传感器体积小, 可实现很多全新的功能, 便于大批量和高精度生产, 单件成本低, 易构成大规模和多功能阵列,这些特点使得它们特别适合于汽车方面的应用.可编辑资料 - - - 欢迎下载