傳感器試題庫(kù)

#數(shù)疽⑴，只要線圈之間距離D-定’測(cè)得氣的值即可計(jì)算出板厚度t。412、圖示為二極管相敏整流測(cè)量電路。e為交流信號(hào)源，e為差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)，e為參TOC\o"1-5"\h\z1 2 r考電壓，并有|e|>>|eI，e和e同頻但相位差為0。或180。，為調(diào)零電位器，D至D是1r2r2 W 1 4整流二極管，其正向電阻為r,反向電阻為無(wú)窮大。試分析此電路的工作原理（說(shuō)明鐵心移動(dòng)方向與輸出信號(hào)電流i的方向?qū)?yīng)關(guān)系）。412解一：根據(jù)已知條件|e|>>|e|，所以四個(gè)二極管工作狀態(tài)可完全由e而定。設(shè)e正半周ar 2 r r點(diǎn)正、B點(diǎn)為負(fù)此時(shí)D、D導(dǎo)通，D、D截止。此時(shí)ADBF回路是對(duì)稱的，因而D點(diǎn)和F點(diǎn)1 2 3 4等電位；e負(fù)半周A點(diǎn)為負(fù)，B點(diǎn)為正，此時(shí)D、D截止，D、D導(dǎo)通，此時(shí)ACBF也是r 12 3 4對(duì)稱回路，故C點(diǎn)和F點(diǎn)等電位。在以下兩種情況下1）當(dāng)鐵心在中間位置e=0，此時(shí)E點(diǎn)與C2點(diǎn)、D點(diǎn)等電位，因此E點(diǎn)與F點(diǎn)也等電位，因此流過(guò)電流表的電流1=0；（2）當(dāng)鐵心上移，設(shè)信號(hào)電壓e與電壓e同相位，e正半周期時(shí)e的極性為c點(diǎn)為正、2r r 2D點(diǎn)為負(fù)，此時(shí)D點(diǎn)與F點(diǎn)等電位，I電流由E—mA表—F（C）。所以鐵心上移，電流走向是由E—F。（3）反之鐵心下移，e與e反相位，即e在正半周期時(shí)，e的極性為C點(diǎn)為負(fù)，D點(diǎn)2r r 2為正，同理可分析得電流I流向?yàn)镕—E與上述相反。412解二：（1）鐵心上移e與e同相位。設(shè)定e正半周A為正，B點(diǎn)為負(fù)，同時(shí)的e正半周C2r r 2點(diǎn)為正，D點(diǎn)為負(fù),二極管%D2導(dǎo)通氣、D4截止。電流走向分兩個(gè)回路：左半回路2（e+e）產(chǎn)生電流，又a點(diǎn)—D—d點(diǎn)—E點(diǎn)—mAF—點(diǎn)；右半回路1（e-e）2 2r 1 1 2 2r產(chǎn)生電流七,由F點(diǎn)—mA—E點(diǎn)—D點(diǎn)—D2— B點(diǎn)?因?yàn)椤?gt;E，總電流方向由E—F，I="E>0。er為負(fù)半周極性均與（1）中情況相反，此時(shí)2、D2截止，D3、D4導(dǎo)通電流走向仍分兩回路：右半回路2（e+e）產(chǎn)生電流，由b點(diǎn)—D—c點(diǎn)—E點(diǎn)—mA—F2 2r 3 3點(diǎn)；左半回路=（e-e）產(chǎn)生電流i，有F點(diǎn)—mA—E點(diǎn)—C點(diǎn)—D—A點(diǎn)。因?yàn)閕>i,2 2r 4 4 3 4總電流方向仍由E—F，I=i-i>0。34所以鐵心上移總電流方向是由E—2）鐵心下移e2則與er反相位，e2極性情況與（1）相反故分析結(jié)果與正、負(fù)半周均為I<0即電流由F—E與（1）相反。413、有一壓電晶體，其面積S=32，厚度t=0.3mm,在零度，x切型縱向石英晶體壓電系數(shù)d11=231X1。-12c/N。求受到壓力p=ioMPa作用時(shí)產(chǎn)生的電荷q及輸出電壓U。。413解：受力F作用后，石英晶體產(chǎn)生電荷量為q=d?F=d-p-S代入數(shù)據(jù)得11 11eesq=2.31x10-12x10x106x3x10-4,6.93x10-9c晶體的電容量C,0rt式中e真空介電常數(shù)，e,8.85X10-12F/m；e石英晶體相對(duì)介電常數(shù)￡。rC，&85X10-12X4.5x3x1。-4,3.98x10-11f0.3x10-3則輸出電壓U，q,6.93X1°-9，174VC3.98x10-11414、某壓電式壓力傳感器為兩片石英晶體并聯(lián)，每片厚度t=0.2mm,圓片半徑r=1cm,e=4.5,x切型d11=2.31X10-12C/N。當(dāng)MMPa壓力垂直作用于px平面時(shí)，求傳感器輸出電荷q和電極間電壓U0的值。14解：當(dāng)兩片石英晶體并聯(lián),輸出電荷q'x為單片的2倍,所以得到n2-12n22 ,145X10-12xx11x11 xC=145pC并聯(lián)總電容為單電容的2倍，得2x1/3.6nx4.5xnx12 =125pF0.02145所以電極間電壓氣=q/C'=誘,1.16V415、分析壓電式加速度計(jì)的頻率響應(yīng)特性。若電壓前置放大器測(cè)量電路的總電容C=1000pF,總電阻R=500M…，傳感器機(jī)械系統(tǒng)固有頻率f°=30kH乙，相對(duì)阻尼系數(shù)；=0.5。求幅值誤差小于2%時(shí)，其使用的頻率下限為多少？415解：根據(jù)壓電式加速度計(jì)頻率響應(yīng)特性可知其下限截止頻率取絕于前置放大器參數(shù)，對(duì)電壓前置放大器而言，其實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之比的相對(duì)幅頻特性為K，J COT式中①為作用在壓電元件上的信號(hào)角頻率，①=2nf；匸=RC為前置放大器回路時(shí)間常數(shù)。由①*T題意可知當(dāng)K,l=,(1-2%)時(shí)，代入數(shù)據(jù)T,R?C,5X108X10-9,0.51+(①T)2S,可計(jì)算出們=10,而①n ，所以其輸入信號(hào)頻率下限為f=—=2=1.6Hl l l2n 2n z416、已知某壓電式傳感器測(cè)量最低信號(hào)頻率/叫，現(xiàn)要求在1Hz信號(hào)頻率時(shí)其靈敏度下降不超過(guò)5%,若采用電壓前置放大器輸入回路總電容=。求該前置放大器輸入總電i阻R是多少解：根據(jù)電壓前置放大器實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓幅值比公式及題意得i=丿 =(1—5%)解方程可得①，=3.04。將3=2n及?代入上式計(jì)算ii2n?2n??5xlO-io=3.04得= 304 =969MQ2兀xxx計(jì)算題417計(jì)算題417題圖表達(dá)式417、如圖所示電荷前置放大器電路。已知C=100F,R,=10F。若考慮引0 a F線的影響，當(dāng)a=104時(shí)，要求輸出信號(hào)衰減小C 0于1%。求使用90的電纜其最大允許長(zhǎng)度為多少？417解：由電荷前置放大器輸出電壓+(,ac 0F

可知，當(dāng)運(yùn)算放大器為理想狀態(tài)A€8時(shí)上式可簡(jiǎn)化為U'=q。則實(shí)際輸出與理想輸出信F號(hào)的誤差為U'-U C+C…= 一sc,a?貫由題意已知要求…V1%并代入C、C、A得U' 偵+A丿C aF0,90pF所以電纜線最大長(zhǎng)度為L(zhǎng),90pF所以電纜線最大長(zhǎng)度為L(zhǎng),900和100+Cc〈1%解出(1+104)X10 解出418、用石英晶體加速器測(cè)量機(jī)器的振動(dòng)。已知加速計(jì)的靈敏度為2.5pC/g(g為重力加速度,g=9.8m/s2)，電荷放大器靈敏度為80mV/pC，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)，相應(yīng)輸出幅值電壓為4V。試問(wèn)計(jì)算機(jī)的振動(dòng)加速度是多少418解：系統(tǒng)靈敏度系數(shù)K應(yīng)等于傳感器靈敏度與電荷放大器靈敏度乘積，故輸出電壓值K,2.5X80,200mV,g系統(tǒng)靈敏度系數(shù) 測(cè)得加速度值a，所以求出加速度為a,U, 4Xg,20gK200x10-3419某石英晶體壓電元件x切型《］=2.31x10-12/，e,4.5，截面積s=52，厚度t=0.5cm。試求：(1)縱向受壓力F9.8N時(shí)壓電片兩極間輸出電壓值是多少？(2)若此元件與高阻抗運(yùn)放間連X接電纜電容4。求該壓電元件的輸出電壓是多少？c419解：(1)Ux^d11Fx/cx^d11Fxt/(e0e『S)=2.31*10-12*9.8*0.005/(8.85*10-12*4.5*5*10-4)=5.68(V)由5-20式知UjmHFmd/Kc+CaX2.31*10-12*9.8/(4*10-12+8.85*10-12*4.5*5*10-4/0.005=2.835(V)420、將一支靈敏度0.08mV/0C的熱電偶與電壓表相連，電壓表接線端處溫度為500。電壓表上讀數(shù)為60mV，求熱電偶熱端溫度。解：根據(jù)題意，電壓表上的毫伏數(shù)是由熱端溫度t，冷端溫度為500產(chǎn)生的，即E(t,50丿=60mV。E(t,0),E(t,50丿+E(50,0),60+50x0.08,64所以熱端溫度t=64/).08=8000。度。422、用補(bǔ)償熱電偶可以使熱電偶不受接線盒所處溫度?變化的影響如圖（a）所示接法。試用回路電勢(shì)的公式證明。422解：如圖（a）所示，AB為測(cè)溫?zé)犭娕?，CD為補(bǔ)償熱電偶，要求補(bǔ)償熱電偶CD熱電性質(zhì)與測(cè)溫?zé)犭娕糀B在0—100°范圍內(nèi)熱電性質(zhì)相近，即有 計(jì)算題422題圖e€）,e）即有 計(jì)算題422題圖AB CD畫出如圖（b）等效電路圖。因此回路總電勢(shì)E0//）主要是由四部分ABCD10接觸電勢(shì)組成。則有

TOC\o"1-5"\h\zE(撰/)=g(t)_e(t)+eG)-e(t) (1)ABCD10AB CD0BD1AC1根據(jù)熱電勢(shì)特性；當(dāng)回路內(nèi)各點(diǎn)溫度相等時(shí)，回路電勢(shì)為零。即當(dāng)t=t。時(shí)，E =0,0 1ABCD得eG)-eG)=eG)-eG) (2)BD1AC1CD1AB1因?yàn)閑G)=eG),故上式(2)等于零，此時(shí)將(2)式帶入(1)式有AB1CD1E(撰/)=g(t)