《电气测试技术》

电气测试技术—复习1、石英晶体为例简述压电效应产生的原理1、石英晶体为例简述压电效应产生的原理2、如图所示变压器式传感器差分整流电路全波电压输出原理图，试分析其工作原理。773、证明①（线性）电位器式传感器由于测量电路中负载电阻Rl带来的负载误差11+mr(1-r)11+mr(1-r)X100%，R假设r二RmaxR——^^ax~。RL4、试证明热电偶的中间导体定律5、由热电偶工作原理可知，热电偶输出热电势和工作端与冷端的温差有关，在实际的测量过程中，要对热电偶冷端温度进行处理，经常使用能自动补偿冷端温度波动的补偿电桥，如图所示，试分析此电路的工作原理

6、测得某检测装置的一组输入输出数据如下：X0.92.53.34.55.76.7Y1.11.62.63.24.05.0试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度7、霍尔元件采用分流电阻法的温度补偿电路，如图所示。试详细推导和分析分流电阻法。8、采用四片相同的金属丝应变片（K=2）,将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。力F=1000kg。圆柱断面半径r=lcm,E=2X107N/cm2,M=0.3。求：（1） 画出应变片在圆柱上贴粘位置和相应测量桥路原理图；（2） 各应变片的应变的值,电阻相对变化量；⑶若U=6V,桥路输出电压U0；（4）此种测量方式能否补偿环境温度的影响,说明理由。JF11叫呂cR431i1F解：(1)按题意可知，如图所示。F1000x9.82)8=8= = =1.56x10-41 3SE兀x12x2x107F8=8=—卩一=-0.47x10-4TOC\o"1-5"\h\z2 4 SE-R1=-R3=k8=3.12x10-4RR1\o"CurrentDocument"1 3-R -RR2(3)U=上(2--4=—k8=-0.94xR2(3)U=上(R 241-R-R.-R-R1—■ 2^' 3—■ 4)U0 4RRRR\o"CurrentDocument"12 3 4-R-R--(———2丿U-1.22mVRR12(4可以补偿温度误差。9、一台变间隙式平板电容传感器，其极板直径9、一台变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距d0=lmm.,极板间介质为空气，其介电常数％=8.85xlO-i2F/m。试求：初始电容C0；当传感器工作时，间隙减小-d=10pm，则其电容量变化-C；如果测量电路的灵敏Ku=100mV/pF，则在-d=±1pm时的输出电压U0。10、热电阻测量电路采用三线连接法，测温电桥电路如图所示。(1)试说明电路工作原理；已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为t=50°C，试计算出R的值和Rttta的值；电路中已知R]、R2、R3和E,试计算电桥的输出电压VABO(其中(R]=10KQ，R2=5KQ，R3=10KQ，E=5V，A=3.940X10-3/C,B—5.802X10-7/C，C=—4.274X10-12/C)11、一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm，在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Q,灵敏度为2.0,波松比为0.3,材料弹性模量E=2.1X10nPa。要求：绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；计算传感器在满量程时,各应变片电阻变化；当桥路的供电电压为10V时,计算传感器的输出电压。12、压电式加速度传感器与电荷放大器连接,电荷放大器又与一函数记录仪连接已知传感器的电荷灵敏度K=100PC/g，电荷放大器的反馈电容为Cf=0.001uF,被测加速度a=0.5g，求："电荷放大器的输出电压V。二？电荷放大器的灵敏度K=?如果函数记录仪的灵敏度K=20mm/mv,求记录仪在纸上移动的距离y二？v画出系统框图，求其总灵敏度K=?013、如图所示,试证明热电偶的标准电极定律14、热电阻测温电桥的三线接法,如图所示。试分析电路的工作原理。（a）15、一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm，在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Q，灵敏度为2.0，波松比为0.3,材料弹性模量E=2.1X101Pa。要求：（1） 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；（2） 计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；（3） 当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。16、某种压电材料的压电特性可以用它的压电常数矩阵表示如下：d11d12d13d14d15d16[D]=dddddd212223242526dddddd313233343536试分析压电常数矩阵的物理意义。17、额定载荷为8t的圆柱形电阻应变传感器，其展开图如图所示。未受载荷时四片应变片阻值均为120Q，允许功耗208.35mW，传感器电压灵敏度kU=0.008V/V，应变片灵敏度系数k=2。（1）、画出桥路接线图；（2）、求桥路供桥电压；（3） 、荷载4t和8t时，桥路输出电压分别是多少？（4） 、荷载4t时，R1~R4的阻值分别是多少？

p^=^^^u=^4pZr=iovuom=kvu=80mKUo^^Uom^40mV0=2666x10"R\=R3=R+Rks=120.64Qsr=—1333x10"R2=&=R+Rksr=119.6^0.18、已知某霍尔元件的尺寸为长L=10mm,宽b=3.5mm,厚d=1mm。沿长度L方向通以电流I=1.0mA，在垂直于bXd两个方向上加均匀磁场B=0.3T，输出霍尔电势U=6.55mV。求该霍尔元件的灵敏度系数K和载流子浓度n。已知电子电HH量q=-1.6X1019C。(1)由U二KxIxB，可得：HHU H—U H—IxB6.55x10-31.0x10-3x0.3=21.83V/A-T2)1nxqx2)1nxqxd可得：1n=—KxqxdHIxBUxqxdH1.0x10-3x0.36.55x10-3x1.6x10-19x10-3=2.86x1020C/m319、推导差动自感式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。解：(1)单极式自感式传感器的灵敏度为：假设初始电感为：L=也卩0S002l0当气隙变化为：l=l+al时，电感为：L=— 0^0-i0 i2(l+Al)0电感的变化量为：A W2卩SW2卩SW2卩S Al 1电感的变化量为：AL=L—L= o_—o=—oxx一io2(l+Al) 2l 2ll7Al00001+-l

灵敏度为：S气=-f07 &1—+

l0f灵敏度为：S气=-f07 &1—+

l02）差动式自感式传感器的灵敏度为：当气隙变化时，/二/+当气隙变化时，/二/+A/,10l二l—Al,10电感变化为：LW2卩S0—,2(1+AI)0W2pSL= o_0—2 2(1—Al)0电感的变化量为：AL=L—电感的变化量为：AL=L—L1W2pS= 0_0—2(1+Al)0W2pS2l0W2pS^-0X——X2l0A1T~A：1+-

l

0W2pW2pS0_=W2pS Al0—0X X2l07 &1—+

l0W2pSAL=L—L= a_a—2 2 0 2(l—Al) 2l00电感总变化量为：AL=L+L1灵敏度为：S= =— 0Al0结论：是单极的2倍。20、如图所示为气隙型电感传感器，衔铁断面积S=4X4mm2，气隙总长度为1=0.8mm，衔铁最大位移Al=±0.08mm，激励线圈匝数N=2500匝，，真空磁导率卩0=4兀X10-7H/m，导线直径d=0.06mm,电阻率p=1.75X10-6Q.cm。当激励电源频率f=4000Hz时，要求计算：（1） 线圈电感值；（2） 电感量的最大变化值；（3） 当线圈外断面积为11X11mm2时，其电阻值；（4） 线圈的品质因数；（5） 当线圈存在200pF发布电容与之并联后其等效电感值变化多大。

解：(1)线圈电感值为：TN2卩S25002x4兀x10-7x4x4x10-6L= 」= =157mH0l 0.8x10-35(2)电感量的最大变化值当Al=+0.08mm时：5N2卩S 25002x4兀x10-7x4x4x10-6L= 0 = =131mHl+2Al (0.8+2x0.08)x10-355当A=-0.08mm时：5N2卩S25002x4兀x10-7x4x4x10-6L= 0 = =196mHl-2Al (0.8-2x0.08)x10-355最大电感量为：AL=L-L=65mH214xpxNxl4xpxNxlcpnd2=46404x1.75x10-6x2500x4x0.75=4640兀x(0.06x10-1)24)线圈的品质因数qL2兀x4000x157x10-3TOC\o"1-5"\h\zQ= = =8.5R 464当线圈存在200pF发布电容与之并联后其等效电感值变化多大Al= 0 —L=3mH\o"CurrentDocument"(1-Q2LC) 0021、已经测得某热敏电阻在J=320°C时电阻值R=965X1030；在T2=4OO°C时112电阻值R=364.6X1030。2求：(1)热敏电阻的静态模型—电阻与温度的关系；(2)当测得该热敏电阻RT=500X103。，预估对应的温度T。答案：热敏电阻的静态模型—电阻与温度的关系为：根据已知条件，该热敏电阻是负温度系数热敏电阻。其温度和阻值之间的关系为：R=A-eB/T若已知两个电阻值R]和R2，以及相应的温度值-和T2，便可求出A、B两个常数。R=A-eB/T1R=A-eB/T22解方程可得：TTRB=i21n_L=4855K21