(完整版)《传感器与检测技术》习题答案--周杏鹏

4.5

FFE?S?SdL?L解:杨氏模量…………(1)

dR?Ks? R…………(2)

由公式(1)(2)得:

Ks10.5?10?4dRS12?0.2?10??2??E?5RF= 1000.5?10

4.6

解:

由图(a)所示,当重力F作用梁端部后,梁上表面R1和R3产生正应变电阻变化而下表面R2和R4则产生负应变电阻变化,其应变绝对值相等。

?1??3???2???4????R16Flbt2E??RR1U0???R3R3R???R2R2???R4R42R?K??RU?K?U?K6FlbtEU?2?

6?0.5?9.8?100?6?17.8mV2411?3?2?10

4.7

解:如图﹙a﹚所示等截面悬梁臂,在外力F作用下,悬梁臂产生变形,梁的上表面受拉应变,而梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路,则应变片如图﹙b﹚所示粘贴。

(a)等截面悬臂梁

应变片应变片 (b)应变片粘贴方式

(c)测量电路

电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图3-4﹙c﹚所示,R1、R4 所受应变方向相同,

R2、R3所受应变方向相同,但与R1、R4所受应变方向相反。

该电路可采用桥路补偿法克服温度误差。

4.8

答:① 变极距型电容传感器, 一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在20~100pF之间,极板间距离在25~200?m的范围内。最大位移应小于间距的1/10,故在微位移测量中应用最广。

②变面积型电容式传感器,能够进行力、位移和转角的测量。

③变介质型电容式传感器,变介质型电容传感器有较多的结构形式,可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度,也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。

4.9

答:电容式传感器的测量电路主要有调频电路、运算放大式电路、二极管双T形电路、差动脉冲调宽电路等。 调频电路特点:

(1)转换电路生成频率信号,可远距离传输不受干扰。

(2)具有较高的灵敏度,可以测量高至0.01μm级位移变化量。

(3)但非线性较差,可通过鉴频器(频压转换)转化为电压信号后,进行补偿。 运算放大式电路特点:

(1)解决了单个变极板间距离式电容传感器的非线性问题

(2)要求Zi及放大倍数足够大

(3)为保证仪器精度,还要求电源电压的幅值和固定电容稳定 (4)由于Cx变化小,所以该电路实现起来困难 (5)输入阻抗高(避免泄漏)、放大倍数大(接近理想放大器) 二极管双T形电路特点和使用要求参见本教材P92~p93。 差动脉冲调宽电路特点参见本教材P94。

4.10

答:改变传感器总的电容量,甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化;使传感器电容变的不稳定,易随外界因素的变化而变化。可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。

4.11

边缘效应使电容传感器的灵敏度降低,而且产生非线性,绝缘结构可消除边缘效应的影响;屏蔽和电缆,消除寄生电容的影响,抗干扰。

解决办法:1、驱动电缆法;2、整体屏蔽法;3、采用组合式与集成技术。

4.12

答:采用可以差动式结构,可以使非线性误差减小一个数量级,且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性,它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。

4.13

答: 参见本教材P93~P94。

4.14

答:低频时容抗Xc较大,传输线的等效电感L和电阻R可忽略。而高频时容抗Xc减小,等效电感和电阻不可忽略,这时接在传感器输出端相当于一个串联谐振,有一个谐振频率f0存在,当工作频率f?f0谐振频率时,串联谐振阻抗最小,电流最大,谐振对传感器的输

出起破坏作用,使电路不能正常工作。通常工作频率10MHz以上就要考虑电缆线等效电感L0的影响。

4.15

解:变极距平板型电容传感器输出的线性表达式

?CC??dd0

?d?d忽略高阶项非线性表达式为

?C?C?d0[1?d0

?C??C] 线性度

el?

C?C?C??dd0

C由题意得测量允许变化量

?d?eLd0?0.001mm

4.16

解:

?2S4*4*10 C?0rK????0.707(PF/cm)?1?1aa*3.6*?*d4**3.6*3.14*0.5* 1010?2S2*4*10 ?rC???0.142(PF)?1?13.6*?*d4**3.6*3.14*0.5* 1010

4.17

答:电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测,其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等,与带材距离相等的极板,这样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极,而带材就是电容的另一个极,其总电容为C1+C2,如果带材的厚度发生变化,将引起电容量的变化,用交流电桥将电容的变化测出来,经过放大即可由电表指示测量结果。

4.18

答:电感式传感器种类:自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 工作原理:自感、互感、涡流、压磁。详细参看教材相关章节。

4.19

答:略

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