传感器与检测技术课后答案

传感器与检测技术课后答案内容摘要：

且随 ω 变化而变化。 在这种情况下，每当 改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。 3．简述电容式传感器的优缺点。 解： 优点： (1) 温度稳定性好 (2) 结构简单 (3) 动态响应好 （ 4） 可以实现非接触测量，具有平均效应 缺点 ： （ 1） 输出阻抗高，负载能力差 （ 2） 寄生电容影响大 4．电容式传感器测量电路的作用是什么。 解：电容式传感器中电容值以及电容变化值都十分微小 ， 这样微小的电容量还不能直接被目前的显示仪表显示 ， 也很难被记录仪接受 ， 不便于传输。 这就必须借助于测量电路检出这一微小电容增量 ， 并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流 或者频率。 电容转换电路有调频电路、运算放大器式电路、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等 5．下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中 CX为传感器电容， C为固定电容，假设运放增益A=∞，输入阻抗 Z=∞；试推导输出电压 U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。 题图 41 12OIXI X OIIOXIIdUdUccdt dtcU c UcU cdUUcS??????? ? ? ?两 边 积 分 得 到 ： 式中负号表示输出电压 0U? 的相位与电源电压反相。 上 式说明运算放大器的输出电压与极板间距离 d 线性关系。 运算放大器电路解决了单 个变极板间距离式电容传感器的非线性问题。 但要求 Zi及放大倍数 K足够大。 为保证仪器精度 ， 还要求电源电压 iU? 的幅值和固定电容 C值稳定。 第五章习题答案 1．简述正、逆压电效应。 解： 某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。 这种现象称为正压电效应。 反之，如对晶体施加一定变电场，晶体本身将产 生机械变形，外电场撤离，变形也随之消失，称为逆压电效应。 2．压电材料的主要特性参数有哪些。 解：压电材料的主要特性参数有 ： （ 1）压电常数：压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数 ， 它直接关系到压电输出的灵敏度。 （ 2）弹性常数：压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。 （ 3）介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件 ， 其固有电容与介电常数有关 ； 而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。 （ 4） 机械耦合系数：在压电效应中 ， 其值等于转换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根 ； 它是衡量 压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。 （ 5）电阻压电材料的绝缘电阻：将减少电荷泄漏 ， 从而改善压电传感器的低频特性。 （ 6）居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。 3．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 解： 电压放大器的应用具有一定的应用限制， 压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。 优点：微型电压放大电路可以和传感器做成一体，这样这一问题就可以得到克服，使它具有广泛的应用前景。 缺点：电缆长，电缆电容 Cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。 不过由于固态电子器件和集成电路 的迅速发展， 电荷放大器的优点：输出电压 Uo与电缆电容 Cc无关 ， 且与 Q 成正比 ， 这是电荷放大器的最大特点。 但电荷放大器的缺点：价格比电压放大器高，电路较复杂，调整也较困难。 要注意的是，在实际应用中，电压放大器和电荷放大器都应加过载放大保护电路，否则在传感器过载时，会产生过高的输出电压。 4．能否用压电传感器测量静态压力。 为什么。 解：不可以，压电传感器本身的内阻抗很高 ， 而输出能量较小 ， 为了保证压电传感器的测量误差较小，它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，所以不能用来测量静态压力。 5．题图 51 所示电荷放大器中 Ca=100 PF， Ra=∞， Rf= ∞， Ri= ∞， CF=10 PF。 若考虑引线电容 CC 影响，当 A0=104时，要求输出信号衰减小于 1%，求使用 90 PF/m 的电缆，其最大允许长度为多少。 A 04 8Ca Raq Cc Ci RiRfCfU0 题图 51 解：0 (1 )a c i fKQU C C C K C?? ? ? ? ?因此若满足 ? ?1 f a c iK C C C C? ? ?时 ， 式（ 64）可表示为 o fQU C?? 第六章习题答案 1．说明霍尔效应的原理。 解：置于磁场中的静止载流导体 ， 当它的电流方向与磁场方向不一致时 ， 载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势 ， 这种现象称霍尔效应。 2．某霍尔元件 dbl ?? 为 cm?? 沿 l 方向通以电流 mAI ? ，在垂直 lb 面方向加有均匀磁场 TB ? ，传感器的灵敏度系数为 TAV ?./22 ，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 （ Cq ??? ） 解：H H HIBU R K IBd??，式中 KH=RH/d 称为霍尔片的灵敏度 所以输出的霍尔电势为 3322 1 10 0. 3 6. 6 10HU ??? ? ? ? ? ?，因为H IBU ned??，式中令 RH=1/（ ne ） ， 称之为霍尔常数 ， 其 大 小 取 决 于 导 体 载 流 子 密 度 , 所以浓度HIBUdq? = 33 1 91 1 0 0 .36 .6 1 0 0 .1 1 .6 0 2 1 0?????? ? ? ? ? 3．磁电式传。