传感器补充习题3.ppt

补充习题3 主要对应第6~7章需要掌握的知识点； 大家回去后自己做习题，下次课让部分同学讲解。 第6章 第6章 第6章 习题： 什么是正压电效应？什么是逆压电效应？ 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT压电陶瓷是优能的压电元件？ 用压电元件和电荷放大器组成的压力测量系统能否用于静态测量？ 压电传感器放大电路为什么常用电荷放大器？ 用石英晶体加速度计及电荷放大器测量加速度，已知：加速度计灵敏度为5PC/g，电荷放大器灵敏度为50mV/PC，当机器加速度达到最大值时，相应输出电压幅值为2V，试求该机器的振动加速度。 答案 什么是正压电效应？什么是逆压电效应？ 答：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。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。 答案 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT压电陶瓷是优能的压电元件？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适用于什么场合？ 答：石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 压电陶瓷PZT是一种多晶体，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理后，留下了很强的剩余极化强度，才能使其呈现出压电特性。 比较石英晶体d11、d12，压电陶瓷的纵向压电常数d33大得多，是它们的上百倍。所以压电陶瓷制作的传感器灵敏度高。常用的优能压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT），它具有很高的介电常数，工作温度可达250℃。 电荷放大器 答案 用压电元件和电荷放大器组成的压力测量系统能否用于静态测量？ 答：由压电传感器的等效电路可见，要保证输出信号与输入作用力间的线性关系，只有在负载电阻较大，工作频率较高时，传感器电荷才能得以保存补充，需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实际上这是不可能的，故压电传感器只能作动态测量，不宜作静态信号测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，并给测量电路一定的电流。 电压放大器 电压放大器 答案 压电传感器放大电路为什么常用电荷放大器？ 答：由于压电传感器输出信号很小，本身的内阻抗很大，输出阻抗很高，因此给它的后续测量电路提出了很高的要求。为了解决这一矛盾，通常需要将传感器的输出接入一个高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换后再送入普通的放大器进行放大、检波等处理。前置放大器有两种形式：电压放大器和电荷放大器。如果使用电压放大器，其输出电压与电容Ca、Ci、Cc相关，虽然Ca、Ci很小，但Cc随连接电缆的长度与形状而变化，从而会给测量带来不稳定因素，影响传感器的灵敏度。因此常采用性能稳定的电荷放大器。 答案 第7章 测量误差 非线性误差 温度误差 第7章 习题： 说明磁电感应式传感器产生误差的原因及补偿方法。 为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率较高时，将随频率增加而下降？ 答案 说明磁电感应式传感器产生误差的原因及补偿方法。 答：磁电感应式传感器两个基本元件，即永久磁铁和线圈，永久磁铁在使用前需要有稳定性处理，主要是线圈中电流产生的磁场对恒定磁场的作用（称为线圈磁场效应）是不能忽略的，需要采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。当环境温度变化较大时传感器温度误差较大，必须加以补偿。 答案 为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率较高时，将随频率增加而下降？ 答：因为磁电感应式传感器的灵敏度为e/v，振动频率过高时，线圈阻抗增大，使传感器灵敏度随振动频率增加而下降。 第7章 第7章 答案 什么是霍尔效应？ 答：通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。 霍尔元件常用材料有哪些？为什么不用金属做霍尔元件材料？ 答：任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍尔元件。只有半导体材料适于制作霍尔元件。又因一般电子迁移率大于空穴的迁移率，所以霍尔元件多采用N型半导体制造。 金属材料电子浓度虽然很高，但电阻率很小很小，使霍尔电势很小，因此不适于做霍尔元件材料。 霍尔效应 霍尔效应 答案 答案 答案 霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？ 答：霍尔电势不为零的原因是： 霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上； 激励电极接触不良； 半导体材料不均匀造成电阻率不均匀等原因。 * * 知识要点： 压电效应； 以石英晶体为例，说明压电效应； 压电传感器的前置放大器；