傳感器原理及工程應(yīng)用【khdaw_seven】

1、課后答案網(wǎng),用心為你服務(wù)!大學(xué)答案 - 中學(xué)答案 - 考研答案 - 考試答案Khdaw團(tuán)隊(duì)一直秉承用心為大家服務(wù)的宗旨,以關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)生活為出發(fā)點(diǎn),旨在為廣大學(xué)生朋友的自主學(xué)習(xí)提供一個(gè)分享和交流的平臺(tái)。1-1 什么是測(cè)量值的絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差?答:絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與真值的差,絕對(duì)誤差是有正、負(fù)并有量綱的,即x L =-相對(duì)誤差分為:實(shí)際相對(duì)誤差和標(biāo)稱相對(duì)誤差:實(shí)際相對(duì)誤差是指:絕對(duì)誤差在真值中所占的百分比,即100%L=,由于真值L 往往無(wú)法知道,相對(duì)誤差常用標(biāo)稱相對(duì)誤差。標(biāo)稱相對(duì)誤差是指:絕對(duì)誤差在實(shí)際測(cè)量值中所占的百分比,即100%x=。引用誤差是指:絕對(duì)誤差在儀表滿量程中所

2、占的百分比,即100%=-測(cè)量范圍上限測(cè)量范圍下線絕對(duì)誤差; x 測(cè)量值; L 真值。1-2 用測(cè)量范圍為-50150kPa 的壓力傳感器測(cè)量140kPa 壓力時(shí),傳感器測(cè)得示值為142kPa ,求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、標(biāo)稱相對(duì)誤差和引用誤差。解:絕對(duì)誤差 :x L =-(1421402kPa =-= 實(shí)際相對(duì)誤差:2100%100% 1.43%140L = 標(biāo)稱相對(duì)誤差:2100%100% 1.41%142x =引用誤差:2100%100%1%15050=-+測(cè)量范圍上限測(cè)量范圍下線1-3 什么是系統(tǒng)誤差?系統(tǒng)誤差可分為哪幾類(lèi)?系統(tǒng)誤差有哪些檢驗(yàn)方法?如何減小和消除系統(tǒng)誤差?答:在

3、同一測(cè)量條件下,多次測(cè)量被測(cè)量時(shí),絕對(duì)值和符號(hào)保持不變,或在條件改變時(shí),按一定規(guī)律(如線性、 多項(xiàng)式、 周期性等函數(shù)規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。 分兩種:前者為恒值系統(tǒng)誤差, 后者為變值系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差的檢驗(yàn)方法: 1.實(shí)驗(yàn)對(duì)比法2.殘余誤差觀察法3.準(zhǔn)則檢測(cè)法系統(tǒng)誤差的減小和消除: 1.在測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行修正 2.消除系統(tǒng)誤差的根源3.在測(cè)量系統(tǒng)中采用補(bǔ)償措施4.實(shí)時(shí)反饋修正w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)2-1 什么叫傳感器?它有哪幾部分組成?它們的作用及相互關(guān)系如何?1、傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。2、

4、傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和輔助部件組成。3、敏感元件指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺懿z測(cè)出被測(cè)對(duì)象的待測(cè)信息的元件。 轉(zhuǎn)換元件指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺艿男畔⒅苯愚D(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。 輔助器件通常包括電源,如交流、直流供電系統(tǒng)以及必須的基本轉(zhuǎn)換電路等。2-2什么是傳感器的靜態(tài)特性?它有哪些性能指標(biāo)?分別說(shuō)明這些性能指標(biāo)的含義? 1、傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系。被測(cè)量是一個(gè)不隨時(shí)間變化,或隨時(shí)間變化緩慢的量,可以只考慮其靜態(tài)特性, 這時(shí)傳感器的輸入量與輸出量之間在數(shù)值上一般具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。 2、傳感器的靜態(tài)特性可以用一組性能指標(biāo)來(lái)描述,如

5、靈敏度、 遲滯、線性度、重復(fù)性和漂移等。3、靈敏度:是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義是輸出量增量y 與引起輸出量增量y 的相應(yīng)輸入量增量x 之比。用S 表示靈敏度,即S=yx,它表示單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化,很顯然, 靈敏度S 值越大, 表示傳感器越靈敏。遲滯:傳感器在輸入量由小到大(正行程及輸入量由大到小(反行程變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。傳感器在全量程范圍內(nèi)最大的遲滯差值max H 與滿量程輸出值YS F 之比稱為遲滯誤差,用H 表示,即 maxH YSH F =±線性度:是指輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線性程度。傳感器的線性度是指在全量程范

6、圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值max L 與滿量程輸出值YS F 之比。線性度也稱為非線性誤差,用L 表示,即max100%L YSL F =±。 重復(fù)性:是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí),所得特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差,常用標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算,也可用正反行程中最大重復(fù)差值max R 計(jì)算,即(23100%R FSY =±,或者max 100%R FSR Y =±。傳感器的漂移:是指在輸入量不變的情況下,傳感器輸出量隨著時(shí)間變化,此現(xiàn)象稱為漂移。溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(一般為20時(shí)的輸出值的變化量與

7、溫度變化量和滿量程乘積之比(來(lái)表示, 即 。ty y t -=FS 20Y w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)2-4 某壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示,計(jì)算非線性誤差、遲滯、重復(fù)性誤差。答:擬合曲線的兩個(gè)端點(diǎn)取兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn):(0.00,-2.71與(0.10,14.45則方程式為:.y =1716x -2.71將三次測(cè)試去平均值計(jì)算得壓力/MPa輸出值/mV擬合曲線值偏差值 平均值正行程 反行程正行程反行程 0.00 -2.71 -2.69 -2.71 0.00 -0.02 0.02 0.60 0.68 0.72 0.12 0.05 0.04 3.99 4.09 4.15

8、0.16 0.07 0.06 7.43 7.51 7.59 0.16 0.07 0.08 10.90 10.96 11.02 0.11 0.06 0.10 14.45 14.45 14.450.000.00計(jì)算非線性誤差:max 0.16100%=100%0.93%14.45+2.71L YSL F =±±±計(jì)算遲滯:計(jì)算重復(fù)性誤差:壓力/MPa輸出值/mV偏差值輸出值/mV偏差值 第一循環(huán) 第二循環(huán) 第三循環(huán)第一循環(huán) 第二循環(huán) 第三循環(huán) 正行程 正行程 正行程反行程 反行程 反行程 0.00 -2.73 -2.71 -2.68 -0.05 -2.71 -2.68

9、 -2.69 -0.03 0.02 0.56 0.61 0.64 -0.08 0.66 0.68 0.69 -0.03 0.04 3.96 3.99 4.03 -0.07 4.06 4.09 4.11 -0.05 0.06 7.40 7.43 7.45 -0.05 7.49 7.53 7.52 -0.04 0.08 10.88 10.89 10.94 -0.06 10.95 10.93 10.99 -0.06 0.10 14.42 14.47 14.46-0.0514.4214.47 14.45-0.05壓力/MPa輸出值/mV 偏差值平均值 正行程 反行程 0.00 -2.71 -2.69

10、0.010.02 0.60 0.68 0.07 0.04 3.99 4.09 0.09 0.06 7.43 7.51 0.09 0.08 10.90 10.96 0.05 0.1014.45 14.450.00max 0.09100%100%0.24%14.45 2.71H FS H Y =RY R w w w .k h da w .c om課后答案網(wǎng)第三章3-4 擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片,并組成差動(dòng)全橋電路,試問(wèn): ( 1 四個(gè)應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁上? ( 2 畫(huà)出相應(yīng)的電橋電路圖。 答: 如題圖 3-4(a 所示 等截面懸梁臂,在外力F 作用下,懸梁臂產(chǎn)生變形,

11、梁的上表面受到拉應(yīng)變,而梁的下表面受壓應(yīng)變。當(dāng)選用四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋電路,則應(yīng)變片如題圖 3-4(b 所示粘貼。圖3-4(a 圖3-4(b 電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的差動(dòng)全橋電路接線如圖 3-4 c所示,R 1、R 4所受應(yīng)變方向相同,R 2、R 3所受應(yīng)變方向相同,但與R 1、R 4所受應(yīng)變方向相反。圖3-4(c 3-5. 圖示為一直流應(yīng)變電橋。圖中E=4V ,R 1=R 2 =R 3=R 4=120,試求:(1R 1為金屬應(yīng)變片,其余為外接電阻。當(dāng)R 1的增量為 R 1 =1. 2 時(shí),電橋輸出電壓U 0=? (2R 1,R 2都是應(yīng)變片,且批號(hào)相同,感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同,

12、其余為外接電阻,電橋輸出電壓U 0 = ?(3題(2中,如果R2與R1感受應(yīng)變的極性相反,且R1=R2=1. 2 ,電橋輸出電壓U 0 = ?w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)答: 如題 3-5 圖所示 圖3-5R E U R =-=-=- 由于R 1, R 2均為應(yīng)變片,且批號(hào)相同,所受應(yīng)變大小和方向均相同,則 R 1=R 2=R , R 1=R 2=R 。 根據(jù)題意,設(shè)R 1=R+R 1 ,R 2=R - R 22240112234(R R R U E R R R R R R -=- +-+則 22420123414 1.2V 0.02V 22120R R R R U

13、E E R R R R R +=-=+(符號(hào)根據(jù)應(yīng)變片的極性決定3-6 . 題3-6圖示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng),R 1為電阻應(yīng)變片,應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.05,未受應(yīng)變時(shí),R 1=120。當(dāng)試件受力F 時(shí),應(yīng)變片承受平均應(yīng)變=800m/m ,求: (1應(yīng)變片電阻變化量R 1和電阻相對(duì)變化量R 1 /R 1。(2將電阻應(yīng)變片R 1置于單臂測(cè)量電橋,電橋電源電壓為直流3V ,求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。(3若要減小非線性誤差,應(yīng)采取何種措施?并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。答: 根據(jù)應(yīng)變效應(yīng),有11R K R = 已知K=2. 05 ,=800µm/m ,R 1 = 120 611

14、k h da w .c o m課后答案網(wǎng) 若將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)量橋路中,則 10130.19681.2344120R E U mV R = 非線性誤差 11L 1120.083%12R R R R =+ 若要減小非線性誤差,可采用半橋差動(dòng)電路,且選擇R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 120 R 1 =R 2 =0. 1968 R 1和R 2所受應(yīng)變大小相等,應(yīng)變方向相反。此時(shí) 1012.462R E U mV R = 0L =(全橋電路答案正確第四章4-7 已知一差動(dòng)整流電橋電路如題4-7圖所示。電路由差動(dòng)電感傳感器1Z 、2Z 及平衡電阻1R 、2R (12R R =組成。

15、橋路的一個(gè)對(duì)角接有交流電源i U ,另一個(gè)對(duì)角線為輸出端o U ,試分析該電路的工作原理。Z1、Z2、R1、R2組成橋路,VD1、VD2、VD3、VD4組成整流橋。4-8已知變隙式電感傳感器的鐵芯截面積21.5A cm =,磁路長(zhǎng)度20l cm =,相對(duì)磁導(dǎo)率15000=,氣隙00.5cm =,0.1mm =±,真空磁導(dǎo)率7410/o H m -=,線圈匝數(shù)3000W =,求單端式傳感器的靈敏度/L 。若將其做成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)形式,靈敏度將如何變化?答:由書(shū)中式4-6可得:169.5622000m 0W A W L =mH R 2, w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)

16、由式4-14可知,對(duì)于單端傳感器的靈敏度L L =。帶入已知的參數(shù)可得: 169.56mH339.12mH/cm 0.5cmL =。 對(duì)于差動(dòng)式結(jié)構(gòu),由式4-23可知,差動(dòng)變隙式電感傳感器的靈敏度是單線圈式的兩倍,所以采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu),其靈敏度提高為2339.12mH/cm=678.24mH/cm 4-9分析題4-9圖,已知空氣隙的長(zhǎng)度為1x 和2x ,空氣隙的面積為A ,磁導(dǎo)率為u ,線圈匝數(shù)W 不變。求當(dāng)自感傳感器的動(dòng)鐵芯左右移動(dòng)(1x 、2x 發(fā)生變化時(shí)自感L 的變化情況。答:由自感式電動(dòng)傳感器的原理可得:W L I I=mI WR =112121200m l l x x x x R A

17、A A A-=+其中,1鐵芯材料的導(dǎo)磁率;2動(dòng)鐵芯材料的導(dǎo)磁率;1l 磁通通過(guò)鐵芯的長(zhǎng)度;1A 鐵芯的截面積;0空氣的導(dǎo)磁率。由于氣隙磁阻遠(yuǎn)大于鐵芯和動(dòng)鐵芯的磁阻,所以上式可簡(jiǎn)化為:120+x m x R A=所以最終的自感L 計(jì)算公式為:22012+m W A W W L I I R x x =。第五章5-2 如何改善單極式變極距型傳感器的非線性? 答:傳感器的相對(duì)非線性誤差為000(/100%=100%|/|d d dd d d =w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)為提高靈敏度,減小非線性誤差,采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。如上圖所示,在差動(dòng)平板式電容器中,當(dāng)差動(dòng)板上移d 時(shí),C1的

18、間隔變?yōu)?d d -,C2的間隔變?yōu)?d d +,則100C =C d d d -200C =C d d d+電容式傳感器的相對(duì)非線性誤差近似為320002|(/|100%=(100%2|/|d d d d d d = 與第1式比較可見(jiàn),電容式傳感器做成差動(dòng)式之后,非線性誤差大大降低了。5-3 如圖為電容式液位計(jì)測(cè)量原理圖。請(qǐng)為該測(cè)量裝置設(shè)計(jì)匹配的測(cè)量電路,要求輸出電壓Uo 與液位h 之間呈線性關(guān)系。答:由公式5-10102(C=C ln /h D d -+02C =ln /HD d 可知,此變換器的電容增量正比于被測(cè)液位高度h 。由此,選用二極管雙T 型交流電橋作為測(cè)量電路。如下圖所示。取R

19、1=R2 =R ,C2=Co ,C1=C ,U 為電源電壓,由式5-34可知12(22(U =(ln /L o L L L o L R R R h I R R Uf C C UfM R R D d +-=-=+ 2(2(L L L R R R M R R R +=+(常數(shù) 輸出電壓Uo 與液位h 之間呈線性關(guān)系,滿足要求。Sd2d1 C1C2RLR2R1VD1VD2EC2C1w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)也可使用運(yùn)算放大電路。(證明略5-4 有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容式傳感器。其中a=8mm ,b=12mm ,倆極板間距離為1mm 。一塊極板在原始位置上平移了

20、5mm 后,求該傳感器的位移靈敏度K (已知空氣相對(duì)介電常數(shù)為1F/m ,真空時(shí)的介電常數(shù)為8.8541210-F/m 。 答:由式5-6可知電容變化量00C=C C r b xd-=-傳感器的位移靈敏度(經(jīng)典定義0=r bC K x d= 代入數(shù)據(jù)得:K=1.0621010- F/m書(shū)上定義: 0/1=C C K x a= 代入數(shù)據(jù)得:K=125/m第六章6-4畫(huà)出壓電元件的兩種等效電路。 答:壓電元件的等效電路。(a 電壓源 (b 電荷源6-5 電荷放大器所要解決的核心問(wèn)題是什么?試推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。 答:解決的核心問(wèn)題:電纜連接時(shí)對(duì)電荷放大器的影響可忽略不計(jì)。電荷放大器作為壓電傳感器的

21、輸入電路,由反饋電容和高增益運(yùn)算放大器構(gòu)成。 由運(yùn)算放大器的特性得0=-(1a c i fAqu C C C A C +A=481010,當(dāng)(1f a c i A C C C C +>>+時(shí)0=-fq u C 6-6 簡(jiǎn)述壓電式加速度傳感器的工作原理。答:當(dāng)加速度傳感器和被測(cè)物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí),壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用根據(jù)牛頓第二定律,力為加速度的函數(shù)=F maF 質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力(b (a CaUaqCaw w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)m 質(zhì)量塊的質(zhì)量 a 加速度此時(shí)慣性力作用于壓電元件上,因而產(chǎn)生電荷q ,當(dāng)傳感器選定后,m 為常數(shù)則傳感器輸出電荷

22、為1111=q d F d ma與加速度a 成正比。因此測(cè)得加速度傳感器輸出的電荷便可知加速度的大小。 第七章7-1 簡(jiǎn)述變磁通式和恒磁通式磁電傳感器的工作原理。答:(1變磁通式:變磁通式傳感器又稱為磁阻式,用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。分為開(kāi)磁路變磁通式和閉磁路變磁通式。開(kāi)磁路變磁通式:線圈、磁鐵靜止不動(dòng),測(cè)量齒輪安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上,隨被測(cè)體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒,齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次,磁通也就變化一次,線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),其變化頻率等于被測(cè)轉(zhuǎn)速與測(cè)量齒輪上齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,單輸出信號(hào)較小,且因高速軸上加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜測(cè)量高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。閉磁路變磁通式傳感器:它由裝在轉(zhuǎn)軸

23、上的內(nèi)齒輪和外齒輪、永久磁鐵和感應(yīng)線圈組成,內(nèi)外齒輪齒數(shù)相同。當(dāng)轉(zhuǎn)軸連接到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上時(shí),外齒輪不動(dòng),內(nèi)齒輪隨被測(cè)軸而轉(zhuǎn)動(dòng),內(nèi)、外齒輪的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使氣隙磁阻產(chǎn)生周期性變化,從而引起磁路中磁通的變化,使線圈內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。顯然,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。(2恒磁通式磁電傳感器:磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng),磁路中的工作氣隙固定不變,因而氣隙中磁通也是恒定不變的。其運(yùn)動(dòng)部件可以是線圈,也可以是磁鐵。當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí),由于彈簧較軟,運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大,當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高時(shí),運(yùn)動(dòng)部件慣性很大,來(lái)不及隨振動(dòng)體一起振動(dòng),近乎靜止不動(dòng),振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收,永久磁鐵與線圈之間

24、的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度,磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線,從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)為 e=-B 0lWv7-3 磁電式傳感器測(cè)量扭矩的工作原理是什么? 答:磁電式扭矩傳感器工作原理圖如下所示:w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)在驅(qū)動(dòng)源和負(fù)載之間的扭矩軸的兩側(cè)安裝有齒形圓盤(pán)。它們旁邊裝有相應(yīng)的兩個(gè)磁電傳感器。磁電傳感器的檢測(cè)元件部分由永久磁鐵、感應(yīng)線圈和鐵芯組成。永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線與齒形圓盤(pán)交鏈。當(dāng)齒形圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),圓盤(pán)齒凹凸引起磁路氣隙變化,于是磁通量也發(fā)生變化,在線圈中感應(yīng)出交流電壓,其頻率在數(shù)值上等于圓盤(pán)上齒數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)的乘積。當(dāng)扭矩作用在扭轉(zhuǎn)軸上時(shí),兩個(gè)磁電傳感器輸出的

25、感應(yīng)電壓u 1和u 2存在相位差。這個(gè)相位差與扭轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)角成正比。這樣,傳感器就可以把扭矩引起的扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號(hào)。7-7 試證明霍爾式位移傳感器的輸出電壓U H 與位移x 成正比關(guān)系。答:圖a,b 證明略。重點(diǎn)證明一下圖c 所示的霍爾位移傳感器輸出電壓U H 與位移x 的關(guān)系。設(shè)霍爾元件長(zhǎng)為l,寬為b 。 設(shè)極靴面積為S 0 (長(zhǎng)為l 0,寬為b 設(shè)極靴間磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 0因有BS =,當(dāng)霍爾元件位于中間時(shí),0H B xK IU l=00R B S =- (設(shè)0B 方向向上為正 w w w .k h da w .c o m課后答案網(wǎng)所以00000M B S B S =-= 即此時(shí)0

26、M B = 所以0M U =當(dāng)霍爾元件左移x 時(shí):0000L B S B l b = 000(R B S B l x b =-=-所以 0L R B xb =+=-1同時(shí),對(duì)于霍爾元件整體而言,有定義式:BS Blb =-2由式1 和式2 相等,可求出0B xB l=,帶入公式,可得 0H B xK IU l= 即:輸出電壓U H 與位移x 成正比關(guān)系。注:以上證明僅適用于霍爾元件邊緣與極靴邊緣相切的情況。第8章 光電式傳感器8-3 光電耦合器分為哪兩類(lèi)?各有什么用途?答:根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途的不同,可將光電耦合器件分為兩類(lèi),一類(lèi)是用于實(shí)現(xiàn)光電隔離的光電耦合器(又稱光電隔離器,另一類(lèi)是用于檢測(cè)物體位

27、置或檢測(cè)有無(wú)物體的光電開(kāi)光。光電耦合器實(shí)際上是一個(gè)電量隔離轉(zhuǎn)換器,它具有抗干擾性能和單向信號(hào)傳輸?shù)裙δ?有時(shí)可取代繼電器、變壓器、斬波器等,廣泛應(yīng)用在電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制等場(chǎng)合。光電開(kāi)光廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制,自動(dòng)化包裝線及安全裝置中作為光控制和光探測(cè)裝置?？稍谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中用作物體檢測(cè)、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、料位檢測(cè)、尺寸控制、安全報(bào)警及計(jì)算機(jī)輸入接口等。 8-4 光纖數(shù)值孔徑NA 的物理意義是什么?對(duì)NA 取值大小有什么要求?答:數(shù)值孔徑(NA 定義為221201sin c NA n n n =- 數(shù)值孔徑是表征光纖集光本領(lǐng)的一個(gè)重要參數(shù),即反映光纖接收光量的多少。其意義是:無(wú)論光源發(fā)射功率有多大

28、,只有入射角處于2c 的光椎角內(nèi),光纖才能導(dǎo)光。光纖的NA 越大,表明它的集光能力越強(qiáng),一般希望有大的數(shù)值孔徑,這有利于提高耦合效率;但數(shù)值孔徑過(guò)大,會(huì)造成光信號(hào)畸變。所以要適當(dāng)選擇數(shù)值孔徑的數(shù)值,如石英光纖數(shù)值孔徑一般為0.20.4。8-8 當(dāng)光纖的1 1.46n =,2 1.45n =,如光纖外部介質(zhì)的01n =,求光在光纖內(nèi)產(chǎn)生全反射時(shí)入射光的最大入射角c 的值。答: 數(shù)值孔徑221201sin c NA n n n =n n n = w w w .k da w .c o m課后答案網(wǎng)帶入公式得221c =-= 得最大入射角9.822oc =九、熱電偶傳感器1、將一靈敏度為0.08mV/

29、的熱電偶與電壓表相連接,電壓表接線端是50,若電位計(jì)上讀數(shù)為60mV ,熱電偶的熱端溫度是多少?解:冷端溫度為50,等效熱電勢(shì):0.08mV/*50=4mV;熱端實(shí)際熱電勢(shì)為:64mV,可以計(jì)算出熱端實(shí)際溫度為:64mV/0.08mV/=8002、欲測(cè)量變化迅速的200的溫度應(yīng)選用何種傳感器? 測(cè)1500的高溫度又應(yīng)選用何種傳感器? (不考慮測(cè)量精度與線性度的要求解:200選擇熱敏電阻;1500選擇鉑銠30-鉑銠6熱電偶。3、為什么在實(shí)際應(yīng)用中要對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償?解:因?yàn)闊犭娕驾敵龅臒犭妱?shì)是相對(duì)于冷端溫度的相對(duì)溫度,如果測(cè)量熱端的絕對(duì)溫度,則必須要知道冷端的溫度,或者冷端的等效熱電勢(shì)是多少。第10章 超聲波傳感器10-4 簡(jiǎn)述超聲波測(cè)量流量的工作原理,并推導(dǎo)出數(shù)學(xué)表達(dá)式。答:超聲波在流體中傳