内容发布更新时间 : 2024/6/26 12:37:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
检测技术—复习
1、石英晶体为例简述压电效应产生的原理
答：石英晶体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。反之，如对石英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。
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。
2、如图所示变压器式传感器差分整流电路全波电压输出原理图，试分析其工作原理。
答：假设某瞬间载波为正半周，此时差动变压器两次级线圈的相位关系为a正b负、c正d负，则由上线圈供电的电流路径为a→1→2→9→11→4→3→b，电容C1两端的电压为U24。同理，电容C2两端的电压为U68。差动变压器的输出电压为上述两电压的代数和。即
U2=U24-U68
同理，当某瞬间为负半周时，即两次级线圈的相位关系为a负b正、c负d正，按上述类似的分析，可得差动变压器输出电压U2的表达式仍为上式。
当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以U2=0；当衔铁在零位以上时，因为U24>U68，有U2>0;当衔铁在零位以下时，因为U24 3、证明①（线性）电位器式传感器由于测量电路中负载电阻RL带来的负载误差 ?L?RxRmaxU0?UL??1r?m?，假设；。 ?100％＝?1??100％?RRU0maxL?1?mr(1-r)?4、试证明热电偶的中间导体定律 答：要证明本定律，只要证明EABC（T,T0）=EAB(T,T0);式一 所以有： 回路总电势为EABC(T,T0)=fAB(T)+fBC(T0)+fCA(T0)式二 当T=T0，总电势为零，故有EABC(T,T0)=fAB(T0)+fAB(T0)+fCA(T0) 即fBC(T0)+fCA(T0)=-fAB(T，T0)式三 式三代入式二得 EABC(T,T0)=fAB(T)-fAB(T0)=EAB(T,T0); 所以式一得证， 5、由热电偶工作原理可知，热电偶输出热电势和工作端与冷端的温差有关，在实 际的测量过程中，要对热电偶冷端温度进行处理，经常使用能自动补偿冷端温度波动的补偿电桥，如图所示，试分析此电路的工作原理 答：补偿电桥法是一种利用电桥输出电压抵消热电偶冷端温度变化的温度补偿方法，图中补偿电桥与热电偶冷端处在相同的温度环境下，其中R1、R2、阻温度系数极小的锰铜丝绕制，且阻值相等，即 R1?R2?R3R3用电 ； Rt用铜导线绕制， 作补偿电阻(2分)。 使用时，用延伸导线将热电偶冷端延伸至补偿电桥处，使补偿电桥与热电偶冷 端感受同一温度零(2分)； Tn。选择 Rt0?R1?R2?R3，使电桥处于平衡状态，电桥输出 UabUab为 当冷端温度升高时，补偿电阻 Rc阻值增加，电桥失去平衡，输出电压增大， 而热电偶的输出EAB则因冷端温度升高而减小，若能保证电桥输出的增加等于热电偶输出的减小，则线路总输出就不随着冷端温度的变化而变化，达到冷端温度补偿 的目的(3分)。 当使补偿电桥满足以下条件： U0?EAB（T，Tn）?Uab?EAB（T，Tn）?EAB（Tn,T0）?EAB(T,T0)（2分） 只要T不变，尽管 Tn波动，驱动电压 U0不会改变。这种补偿电桥通常称为冷 端温度补偿器。目前国内有标准的冷端温度补偿器供应（1分）。 6、测得某检测装置的一组输入输出数据如下： X Y 0.9 1.1 2.5 1.6 3.3 2.6 4.5 3.2 5.7 4.0 6.7 5.0 试用最小二乘法拟合直线，求其线性 度和灵敏度 解：y?kx?b 代入数据求得k?0.68b?0.25 所以y?0.68x?0.25 拟合直线灵敏度k?0.68,线性度±7%。 7、霍尔元件采用分流电阻法的温度补偿电路，如图所示。试详细推导和分析分流电阻法。 答：在图中所示的温度补偿电路中，设初始温度为T0、霍尔元件输入电阻为Ri0、灵敏度系数KH0、控制电流为I20、分流电阻为R0，根据分流的概念得 当温度升到T时，电路中各参数变为 式中，?为霍尔元件输入电阻温度系数；?为分流电阻温度系数。则 虽然温度升高?T，为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足升温前、后的霍尔电势不变，即 将KH?KH0(1???T)、I20?式得 经整理，忽略???T2高次项得 当霍尔元件选定后，它的输入电阻Ri0和温度系数?及霍尔元件电势温度?可 R0R0(1???T)IS、I?RI?IS代入上2SR0?Ri0R?RiR0(1???T)?Ri0(1???T)以从元件参数表中查到（Ri0可以测量出来），用上式即可计算出分流电阻R0及所需的分流电阻温度系数?值。 8、采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。力F＝1000kg。圆柱断面半径r=1cm，E=2×107N/cm2,μ=0.3。求： （1）画出应变片在圆柱上贴粘位置和相应测量桥路原理图； （2）各应变片的应变?的值，电阻相对变化量； （3）若U=6V，桥路输出电压U0； （4）此种测量方式能否补偿环境温度的影响，说明理由。 可以补偿环境温度变化的影响因素，因为四个相同电阻应变片在同样的环境条件下，感受温度变化产生电阻相对变化量相同，在全桥电路中不影响输出电压值，即： 9、一台变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距d0=1mm.， -12 极板间介质为空气，其介电常数ε0=8.85×10F/m。试求： （1）初始电容C0； （2）当传感器工作时，间隙减小?d=10μm，则其电容量变化?C； （3）如果测量电路的灵敏Ku=100mV/pF，则在?d=±1μm时的输出电压U0。 . 10、热电阻测量电路采用三线连接法，测温电桥电路如图所示。 （1）试说明电路工作原理； （2）已知Rt是Pt100铂电阻，且其测量温度为t=50℃，试计算出Rt的值和Ra的值； （3）电路中已知R1、R2、R3和E，试计算电桥的输出电压VAB。 （其中（R1=10KΩ，R2=5KΩ，R3=10KΩ，E=5V，A=3.940×10-3/℃，B＝-5.802×10-7/℃，C=-4.274×10-12/℃） （1） 如图，G为检流计，热电阻RT通过电阻为r2,rg,r3三根导线与电桥连接，r1 和r2分别接在相邻的两桥臂内，当温度变化时，只要它们的长度和电阻温度素数相等，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态。 （2） Rt=R0(1+At+Bt2)，R2R3=R1Ra=R1(Ra+Rt) 11、一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm，在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω，灵敏度为2.0，波松比为0.3，材料弹性模量E=2.1×1011Pa。要求： （1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路； （2）计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化； （3）当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出电压。 解：（1）如图所示 （2）S??(R?r)?59.66?10(m) 22?6212、压电式加速度传感器与电荷放大器连接，电荷放大器又与一函数记录仪连接，已知传感器的电荷灵敏度Kq=100PC/g，电荷放大器的反馈电容为Cf＝0.001uF，被测加速度a=0.5g，求： （1）电荷放大器的输出电压V0=？电荷放大器的灵敏度Ku=？ （2）如果函数记录仪的灵敏度Kv=20mm/mv，求记录仪在纸上移动的距离y=? （3）画出系统框图，求其总灵敏度K0=? Ku=U0/Q 13、如图所示，试证明热电偶的标准电极定律