《现代检测技术及仪表》第5章习题解答.pdfVIP

第 5 章 1、图 5-1-1(a)磁电式传感器与图 4-3-1(a)自感式传感器有哪些异同?为什么后者可测 量静位移或距离而前者却不能? 答：相同点：都有线圈和活动衔铁。不同点：图 5-1-1(a)磁电式传感器的线圈是绕在 永久磁钢上，图 4-3-1(a)自感式传感器的线圈是绕在不带磁性的铁心上。自感式传感器的 线圈的自感取决于活动衔铁与铁心的距离，磁电式传感器线圈的感应电压取决于活动衔铁的 运动速度。当衔铁不动时，气隙磁阻不变化，线圈磁通不变化，线圈就没有感应电压，因此 后者可测量静位移或距离而前者却不能。 2、为什么磁电感应式传感器又叫做速度传感器?怎样用它测量运动位移和加速度? 答：根据电磁感应定律，磁电感应式传感器的线圈感应电压与线圈磁通对时间的导数成 正比，而实现磁通变化有两种方式：活动衔铁相对磁铁振动或转动，线圈相对磁铁振动或转 动。这两种方式产生的感应电压都与振动或转动的速度成正比，因此磁电感应式传感器又叫 做速度传感器。由图５－１－３可见，在磁电感应式传感器后面接积分电路可以测量位移， 后面接微分电路可以测量加速度。因为位移是速度的积分，而加速度是速度的微分。 3、磁电感应式传感器有哪几种类型?它们有什么相同点?有什么不同点? 答：磁电感应式传感器有两种类型结构：变磁通式和恒磁通式。相同点：都有线圈、磁 铁、活动衔铁。不同点：变磁通式是线圈和永久磁铁(俗称磁钢)均固定不动，与被测物体连 接而运动的部分是利用导磁材料制成的动铁心(衔铁)，它的运动使气隙和磁路磁阻变化引起 磁通变化，而在线圈中产生感应电势，因此变磁通式结构又称变磁阻式结构。在恒磁通式结 构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切 割磁力线而产生的。这类结构有两种：一种是线圈不动，磁铁运动，称为动铁式，另一种是 磁铁不动，线圈运动，称为动圈式。 4、用压电式传感器能测量静态和变化极缓慢的信号吗?为什么? 答：不能。因(5-2-25)和(5-2-28)式中ω都不能为零，所以不论采用电压放大还是电荷 放大，压电式传感器都不能测量频率太低的被测量，特别是不能测量静态参数(即ω=0)，因 此压电传感器多用来测量加速度和动态力或压力。 5、为什么压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器? 答：由(5-2-18)和(5-2-25)式可知，连接电缆电容 Cc 改变会引起 C 改变,进而引起灵敏 度改变，所以当更换传感器连接电缆时必须重新对传感器进行标定，这是采用电压放大器的 一个弊端。 由(5-2-30)式可见，在采用电荷放大器的情况下，灵敏度只取决于反馈电容 CF，而与 电缆电容 Cc 无关，因此在更换电缆或需要使用较长电缆(数百米)时，无需重新校正传感器 的灵敏度。 因此，压电式传感器多采用电荷放大器而不采用电压放大器。 6、压电元件的串联与并联分别适用于什么测量场合? 答：串联使压电传感器时间常数减小，电压灵敏度增大，适用于电压输出、高频信号测 量的场合；并联使压电传感器时间常数增大，电荷灵敏度增大，适用于电荷输出、低频信号 测量的场合。 7、试从(5-2-13)式推导出图 5-2-8 中上下压电晶片串联时和并联时，总电压和电荷的 计算公式。 εbl 答：设压电晶体的介电常数为ε ，图 5-2-8 中每片压电片的电容为C ， δ d l 2 d l Q 3 31 εbl 3 31 ⋅ 每片压电片的电压为=⋅ ⋅ U ⋅ ( ) /( F )