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哈工大 2011秋季学期传感器A卷.doc

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哈工大 2011秋季学期传感器A卷

课程综合考试,合计分数70分 判断题(正确打√标记,错误打×标记,每题分,共分) 二、什么是传感器?传感器?一个均匀的线绕电阻传感器其固有电阻为R,为保证负载误差不超过1%,求电阻比M=R/RL(RL为负载电阻)。总行程时,负载误差为最大(1分),即 (2分) 可推知, 即电位器电阻R应不大于负载电阻RL的4%。(2分) 4.描述并推导证明热电偶传感器中间温度定律,说明该定律应用的实际意义是什么? 三、(10分)简述电涡流传感器的工作原理,并举出两种传感器的测量电路,说明电路的测量原理。 答:电涡流传感器是利用电涡流效应,将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化(或电感的变化,或Q值的变化),从而进行非电量电测的。ras—线圈等效外径,一个通有交变电流的线圈,由于电流的变化,在线圈周围就产生一个交变磁场H1,当被测导体置于该磁场范围之内,被测导体内便产生电涡流,电涡流也将产生一个新磁场H2,H2与H1方向相反,因而抵消部分原磁场,从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因数发生改变。 一般地说,传感器线圈的阻抗、电感和品质因数的变化与导体的几何形状、电导率、磁导率有关,也与线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间距离有关。如果控制上述参数中一个变化,其余皆不变化,就可以构成测位移、测温度、测硬度等各种传感器。 根据传感器线圈与被测导体间的距离x的变化可以转换为品质因数Q、阻抗E、线圈电感L三个参数的变化。(5分) 1. 调幅式电路 L、C0组成谐振电路,谐振频率 振荡器向传感器线圈L和C组成的并联谐振回路提供一个频率及振幅稳定的高频激励信号,它相当于一个恒流源。当被测导体距传感器线圈相当远时,传感器谐振回路的谐振频率为回路的固有频率,这时谐振回路的品质因数Q值最高,阻抗最大,振荡器提供的恒定电流与其上产生的压降最大。当被测导体与传感器线圈距离在传感器测试范围内变化时,由于涡流效应使传感器的品质因数Q值下降,传感器线圈的电感也随之发生变化,从而使谐振回路工作在失谐状态,这种失谐状态随被测导体与传感器线圈距离越来越近而变得越来越大,回路输出的电压也越来越小。谐振回路输出的信号经检波、滤波放大后送给后继电路,可直接显示出被测无体的位移量。 2. 调频式电路 将LC谐振回路和放大器结合构成LC振荡器,故频率始终为谐振频率,幅值始终为谐振曲线峰值,即: , 可见,在涡流增大时,L1减小,R1增大和谐振频率变高,而输出幅值变小。利用频率与幅值同时变化的特点,①测出图中峰值、(利用峰值检波器)②直接输出频率。 优点:电路简单,线性范围宽。(7分) 四、(10分)霍尔片采用恒压源供电,为补偿温度误差,采用在输入回路串联电阻,若已知霍尔元件灵敏度温度系数为α,霍尔元件输入电阻温度系数为β,温度t0时的输入电阻为Ri0,霍尔元件灵敏度系数为KH0;温度t1时的输入电阻为,霍尔元件灵敏度系数为,请推导串联的电阻RP的大小。 答:当霍尔元件采用稳压电源供电,且霍尔输出开路状态工作时,可在输入回路串入适当电阻来补偿温度误差。 在温度t0时,KH0为霍尔元件灵敏度系数;Ri0为霍尔元件输入电阻。 在温度t时, 其中:—霍尔元件灵敏度温度系数 —霍尔元件的电阻温度系数(4分) ; 为使 则 回路中串联的温度补偿电阻: 五、(10分)叙述超声波传感器传播时间法测流量的原理。并结合下图推导被测流体的平均流速v的计算公式。(推导出流速即可)(D—管道直径;c—超声波在静止流体中的速度;v—被测流体的平均流速) 答:工作的基本原理(4分):声波在流体中传播,顺流方向声波传播速度会增大,逆流方向则减小,同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速的关系求取流速,称之为传播时间法。 推导过程(6分): 六、(10分)设压电式传感器的等效电容和电阻分别为,连接放大器导线的电容为Cc,放大器的输入电阻和输入电容为Ri, CI,反馈电阻和电容为RF ,CF , 画出电荷放大器的等效电路; 推到电荷放大器输出电压表达式,说明压电式传感器电荷放大器为什么不用配固定的电缆。 答:1、 电荷放大器的等效电路为 上图为电压放大器电路简化等效电路图,图中; C=Cc+Ci。 2、 C/ACf 1,1/A1时, 电荷放大器的输出电压仅与电荷量和反馈电容有关,只要保持反馈电容的数值不变,

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