第四章传感器原理习题.doc

第四章传感器原理习题4-1以阻值R=120?，敏捷系数K=2.0的电阻应变片与阻值120?的固定电阻构成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电压为无量大，当应变片的应变成2με和2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种状况下的敏捷度4-2在资料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两片应变片接入差动电桥(题图4-2)若钢的泊松比μ=0.285，应变片的敏捷系数K=2，电桥的电源电压Ui=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值?R=0.48?，试求电桥的输出电压U0；若柱体直径d=10mm，资料的弹性模量E21011N/m2，求其所受拉力大小题图4-2差动电桥电路4-3一台采纳等强度的梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重量的传感器，如习题图4-3所示已知l=10mm，b0=11mm，h=3mm，E2.1104N/mm2，K=2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V，求其电压灵敏度(Ku=U0当称重0.5kg时，电桥的输出电压U0为多大?/F)题图4-3悬臂梁式力传感器4-4有四个性能完整同样的应变片(K=2.0)，将其贴在习题图4-4所示的压力传感器圆板形感压膜片上。

已知膜片的半径R=20mm，厚度h=0.3mm，资料的泊松比μ=0.285，弹性模量E21011N/m2现将四个应变片构成全桥丈量电路，供桥电压Ui=6V求：(1)确立应变片在感压膜片上的地点，并画出地点表示图；(2)画出相应的全桥丈量电路图；(3)当被测压力为0.1MPa时，求各应变片的应变值及丈量桥路输出电压U0；(4)该压力传感器能否拥有温度赔偿作用?为何?(5)桥路输出电压与被测压力按能否存性关系?题图4-4膜片式压力传感器4-5一丈量线位移的电位器式传感器，丈量范围为0~10mm，分辨力为0.05mm，敏捷度为2.7V/mm，电位器绕线骨架外径d=0.5mm，电阻丝资料为铂铱合金，其电阻率为ρ3.25104Ωmm当负载电阻RL=10k?时，求传感器的最大负载偏差4-6某差动螺管式电感传感器(题图4-6)的构造参数为单个线圈匝数W=800匝，l=10mm，lc=6mm，r=5mm，rc=1mm，设实质应用中铁芯的相对磁导率μr=3000，试求：(1)在均衡状态下单个线圈的电感量L0=?及其电感敏捷度足KL?(2)若将其接入变压器电桥，电源频次为1000Hz，电压E=1.8V，设电感线圈有效电阻可忽视，求该传感器敏捷度K。

3)若要控制理论线性度在1%之内，最大批程为多少?题图4-6差动螺管式电感传感器4-7有一只差动电感位移传感器，已知电源电压Usr=4V，?=400Hz，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40?，L=30mH，用两只般配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如题图4-7所示，试求：(1)般配电阻R3和R4的值；(2)当?Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；(3)用相量图表示输出电压Usc与输入电压Usr之间的相位差题图4-7差动电感位移传感器四臂等阻抗电桥4-8如题图4-8所示气隙型电感传感器，衔铁截面积S44mm2,气隙总长度δ=0.8mm，衔铁最大位移?δ=±0.08mm，激励线圈匝数W=2500匝，导线直径d=0.06mm，电阻率ρ1.75106Ωcm，当激励电源频次?=4000Hz时，忽视漏磁及铁损，求：(1)线圈电感量；(2)电感的最大变化量；(3)线圈的直流电阻值；(4)线圈的质量因数；(5)当线圈存在200pF散布电容与之并联后其等效电感值题图4-8气隙型电感式传感器(变隙式)4-9试计算题图4-9所示各电容传感元件的总电容表达式图 4-94-10在压力比指示系统中采纳差动式变空隙电容传感器和电桥丈量电路，如题图4-10所示。

已知：δ0=0.25mm，D=38.2mm，R=5.1k?；Usr=60V(沟通)，频次?=400Hz试求：(1)该电容传感器的电压敏捷度Ku(V/μm)；(2)当电容传感器的动极板位移?δ=10μm时，输出电压Usc值题图4-104-11有一台变空隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=4mm，假定与被测工件的初始空隙d0=0.3mm试求：(1)假如传感器与工件的空隙变化量?d=±10μm，电容变化量为多少?(2)假如丈量电路的敏捷度足Ku=100mV/Pf,则在?d=±1μm时的输出电压为多少?4-12有一变空隙式差动电容传感器，其构造如图13所示采纳变压器沟通电桥作丈量电路差动电容器参数：r=12mm，d1=d2=d0=0.6mm，空气介质，即εε8.851012F/msrsr3sinωinωt试求当动板上输0丈量电路参数：u=u=U入位移(向上位移)?x=0.05mm时，电桥输出端电压Usc?题图4-124-13一只电容位移传感器如图14所示，由四块置于空气中的平行平板构成板A、C和D是固定极板；板B式活动极板，其厚度为t，它与固定极板的间距为dB、C和D极板的长度均为a，A板的长度为2a，各板的宽度为b。

忽视板C和D的空隙及各板的边沿效应，试推导活动极板刀从中间地点挪动x=±a/2时电容CAC和CAD的表达式(x=0时为对称地点)题图4-134-14已知平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积Saa(22)cm2，间隙 d0=0.1mm求：传感器的初始电容值：若因为装置关系，使传感器极板一侧空隙d0，而另一侧空隙d0+b(b=0.01mm)，此时传感器的电容值4-15如图4-15a所示差动式齐心圆筒柱形电容传感器，其可动内电极圆筒外径d=9.8mm，固定电极外圆筒内径D=10mm，初始均衡时，上、下电容器电极覆盖长度L1=L2=L0=2mm，电极间为空气介质试求：(1)初始状态时电容器C1、C2的值；(2)当将其接入图4-15b所示差动变压器电桥电路，供桥电压E=10V(沟通)，传感器工作时可动电极筒最大位移?x=±0.2mm，电桥输出电压的最大变化范围为多?题图4-15(a)(b)4-16有一压电晶体，其面积为20mm2，厚度为10mm，当遇到压力p=10MPa作用时，求产生的电荷量及输出电压：(1)零度X切的纵向石英晶体；(2)利用纵向效应的BaTiO34-17某压电晶体的电容为1000pF，kq=2.5C/cm，电缆电容CC=3000pF，示波器的输入阻抗为1M?和并联电容50pF，求：(1)压电晶体的电压敏捷度足Ku；(2)丈量系统的高频响应；(3)如系统同意的丈量幅值偏差为5%，可测最低频次是多少?(4)如频次为10Hz，同意偏差为5%，用并联连结方式，电容式多大?4-18剖析压电加快度传感器的频次响应特征。

若丈量电路为电压前量放大器C总=1000pF，R总=500M?；传感器固有频次?0=30kHz，阻尼比ζ=0.5，求幅值偏差在2%之内的使用频次范围4-19用石英晶体加快度计及电荷放大器丈量机器的振动个，已知：加快度计敏捷度为5Pc/g，电荷放大器敏捷度为50mV/pC，当机器达到最大加快度值时相应的输出电压幅值为2V，试求该机器的振动加快度g为重力加快度)4-20用压电式传感器丈量最低频次为1Hz的振动，要求在1Hz时敏捷度降落不超出5%若丈量回路的总电容为500pF，求全部电压前置放大器的输入电阻为多大?4-21已知压电式加快度传感器的阻尼比ζ=0.1，其无阻尼固有频次?0=32kHz，若要求传感器的输出幅值偏差在5%之内，试确立传感器的最高响应频次4-22某压电式压力传感器为两片石英晶片并联，每片厚度h=0.2mm，圆片半径r2.311012C/N当0.1MPa压力垂直作用于PX平面r=1cm，ε=4.5，X切型d11时，求传感器输出电荷Q和电极间电压Ua的值4-23已知铜热电阻—Cu100的百度电阻比W(100)=1.42，当用此热电阻丈量50oC温度时，其电阻值时多少?若测温时的电阻值为92?，则被测温度是多少?4-24用分度号为Pt100铂电阻测温，在计算时错用了Cu100的分度表，查得的温度为140oC，问实质温度为多少?4-25镍铬-镍硅热电偶敏捷度为0.04mV/oC，把它放在温度为1200oC处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50oC，试求热电势大小。

4-26用K型热电偶测某设施的温度，测得的热电势为20mV，冷端(室温)为25mV，求设施温度?假如改用E型热电偶来测温，在同样的条件下，E热电偶测得的热电势为多少?4-27现用一只镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为30oC，显示仪表的机械零位在0oC时，这时指示值为400oC，则以为换热器内的温度为340oC对不对?为何?正确值为多少?4-28有一台数字电压表，其分辨率为100μV/1个字，现与Cu100热电阻配套应用，丈量范围为0~100oC，试设计一个标度变换电路，使数字表直接显示温度数值4-29试述光电倍增管的构造和工作原理与光电管的异同点若入射光子为103个(一个光子等效于一个电子电量)光电倍增管共有16个倍增级，输出阳极电流为20A，且16个倍增级二次发射电子数按自然数的平方递加，试求光电倍增管的电流放大倍数和倍增系数4-30.求光纤n1=1.46，n2=1.45的NA值；假如外面n0=1，求光纤的临界入射角4-31四个应变片粘贴在扭轴上，安排获得的最大敏捷度，应变片阻值为121?而应变敏捷系数K=2.04，并接成全桥丈量电路当用750k?的电阻器并联在一个应变片上分流以获得标准时，电桥输出在示。