传感器试题库

#数疽⑴，只要线圈之间距离D-定’测得气的值即可计算出板厚度t。412、图示为二极管相敏整流测量电路。e为交流信号源，e为差动变压器输出信号，e为参TOC\o"1-5"\h\z1 2 r考电压，并有|e|>>|eI，e和e同频但相位差为0。或180。，为调零电位器，D至D是1r2r2 W 1 4整流二极管，其正向电阻为r,反向电阻为无穷大。试分析此电路的工作原理（说明铁心移动方向与输出信号电流i的方向对应关系）。412解一：根据已知条件|e|>>|e|，所以四个二极管工作状态可完全由e而定。设e正半周ar 2 r r点正、B点为负此时D、D导通，D、D截止。此时ADBF回路是对称的，因而D点和F点1 2 3 4等电位；e负半周A点为负，B点为正，此时D、D截止，D、D导通，此时ACBF也是r 12 3 4对称回路，故C点和F点等电位。在以下两种情况下1）当铁心在中间位置e=0，此时E点与C2点、D点等电位，因此E点与F点也等电位，因此流过电流表的电流1=0；（2）当铁心上移，设信号电压e与电压e同相位，e正半周期时e的极性为c点为正、2r r 2D点为负，此时D点与F点等电位，I电流由E—mA表—F（C）。所以铁心上移，电流走向是由E—F。（3）反之铁心下移，e与e反相位，即e在正半周期时，e的极性为C点为负，D点2r r 2为正，同理可分析得电流I流向为F—E与上述相反。412解二：（1）铁心上移e与e同相位。设定e正半周A为正，B点为负，同时的e正半周C2r r 2点为正，D点为负,二极管%D2导通气、D4截止。电流走向分两个回路：左半回路2（e+e）产生电流，又a点—D—d点—E点—mAF—点；右半回路1（e-e）2 2r 1 1 2 2r产生电流七,由F点—mA—E点—D点—D2— B点•因为〈>E，总电流方向由E—F，I="E>0。er为负半周极性均与（1）中情况相反，此时2、D2截止，D3、D4导通电流走向仍分两回路：右半回路2（e+e）产生电流，由b点—D—c点—E点—mA—F2 2r 3 3点；左半回路=（e-e）产生电流i，有F点—mA—E点—C点—D—A点。因为i>i,2 2r 4 4 3 4总电流方向仍由E—F，I=i-i>0。34所以铁心上移总电流方向是由E—2）铁心下移e2则与er反相位，e2极性情况与（1）相反故分析结果与正、负半周均为I<0即电流由F—E与（1）相反。413、有一压电晶体，其面积S=32，厚度t=0.3mm,在零度，x切型纵向石英晶体压电系数d11=231X1。-12c/N。求受到压力p=ioMPa作用时产生的电荷q及输出电压U。。413解：受力F作用后，石英晶体产生电荷量为q=d・F=d-p-S代入数据得11 11eesq=2.31x10-12x10x106x3x10-4,6.93x10-9c晶体的电容量C,0rt式中e真空介电常数，e,8.85X10-12F/m；e石英晶体相对介电常数£。rC，&85X10-12X4.5x3x1。-4,3.98x10-11f0.3x10-3则输出电压U，q,6.93X1°-9，174VC3.98x10-11414、某压电式压力传感器为两片石英晶体并联，每片厚度t=0.2mm,圆片半径r=1cm,e=4.5,x切型d11=2.31X10-12C/N。当MMPa压力垂直作用于px平面时，求传感器输出电荷q和电极间电压U0的值。14解：当两片石英晶体并联,输出电荷q'x为单片的2倍,所以得到n2-12n22 ,145X10-12xx11x11 xC=145pC并联总电容为单电容的2倍，得2x1/3.6nx4.5xnx12 =125pF0.02145所以电极间电压气=q/C'=诱,1.16V415、分析压电式加速度计的频率响应特性。若电压前置放大器测量电路的总电容C=1000pF,总电阻R=500M…，传感器机械系统固有频率f°=30kH乙，相对阻尼系数；=0.5。求幅值误差小于2%时，其使用的频率下限为多少？415解：根据压电式加速度计频率响应特性可知其下限截止频率取绝于前置放大器参数，对电压前置放大器而言，其实际输入电压与理想输入电压之比的相对幅频特性为K，J COT式中①为作用在压电元件上的信号角频率，①=2nf；匸=RC为前置放大器回路时间常数。由①*T题意可知当K,l=,(1-2%)时，代入数据T,R•C,5X108X10-9,0.51+(①T)2S,可计算出们=10,而①n ，所以其输入信号频率下限为f=—=2=1.6Hl l l2n 2n z416、已知某压电式传感器测量最低信号频率/叫，现要求在1Hz信号频率时其灵敏度下降不超过5%,若采用电压前置放大器输入回路总电容=。求该前置放大器输入总电i阻R是多少解：根据电压前置放大器实际输入电压与理想输入电压幅值比公式及题意得i=丿 =(1—5%)解方程可得①，=3.04。将3=2n及„代入上式计算ii2n•2n••5xlO-io=3.04得= 304 =969MQ2兀xxx计算题417计算题417题图表达式417、如图所示电荷前置放大器电路。已知C=100F,R,=10F。若考虑引0 a F线的影响，当a=104时，要求输出信号衰减小C 0于1%。求使用90的电缆其最大允许长度为多少？417解：由电荷前置放大器输出电压+(,ac 0F

可知，当运算放大器为理想状态A€8时上式可简化为U'=q。则实际输出与理想输出信F号的误差为U'-U C+C…= 一sc,a„貫由题意已知要求…V1%并代入C、C、A得U' 侦+A丿C aF0,90pF所以电缆线最大长度为L,90pF所以电缆线最大长度为L,900和100+Cc〈1%解出(1+104)X10 解出418、用石英晶体加速器测量机器的振动。已知加速计的灵敏度为2.5pC/g(g为重力加速度,g=9.8m/s2)，电荷放大器灵敏度为80mV/pC，当机器达到最大加速度时，相应输出幅值电压为4V。试问计算机的振动加速度是多少418解：系统灵敏度系数K应等于传感器灵敏度与电荷放大器灵敏度乘积，故输出电压值K,2.5X80,200mV,g系统灵敏度系数 测得加速度值a，所以求出加速度为a,U, 4Xg,20gK200x10-3419某石英晶体压电元件x切型《］=2.31x10-12/，e,4.5，截面积s=52，厚度t=0.5cm。试求：(1)纵向受压力F9.8N时压电片两极间输出电压值是多少？(2)若此元件与高阻抗运放间连X接电缆电容4。求该压电元件的输出电压是多少？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、将一支灵敏度0.08mV/0C的热电偶与电压表相连，电压表接线端处温度为500。电压表上读数为60mV，求热电偶热端温度。解：根据题意，电压表上的毫伏数是由热端温度t，冷端温度为500产生的，即E(t,50丿=60mV。E(t,0),E(t,50丿+E(50,0),60+50x0.08,64所以热端温度t=64/).08=8000。度。422、用补偿热电偶可以使热电偶不受接线盒所处温度«变化的影响如图（a）所示接法。试用回路电势的公式证明。422解：如图（a）所示，AB为测温热电偶，CD为补偿热电偶，要求补偿热电偶CD热电性质与测温热电偶AB在0—100°范围内热电性质相近，即有 计算题422题图e€）,e）即有 计算题422题图AB CD画出如图（b）等效电路图。因此回路总电势E0//）主要是由四部分ABCD10接触电势组成。则有

TOC\o"1-5"\h\zE(撰/)=g(t)_e(t)+eG)-e(t) (1)ABCD10AB CD0BD1AC1根据热电势特性；当回路内各点温度相等时，回路电势为零。即当t=t。时，E =0,0 1ABCD得eG)-eG)=eG)-eG) (2)BD1AC1CD1AB1因为eG)=eG),故上式(2)等于零，此时将(2)式带入(1)式有AB1CD1E(撰/)=g(t)