11传感器原理及工程应用课后习题答案 - 第三版 - 郁有文 下载本文

② 计算传感器在满量程时各应变片的电阻;

③ 当桥路的供电电压为10V时,计算电桥负载开路时的输出。 解:

已知:F=10kN,外径D?20mm,内径d?18mm,R=120Ω,K=2.0,??0.3,

E?2.1?1011Pa,Ui=10V。

圆筒的横截面积为S?R52R6R2R3R7R4R8??D42?d??59.7?10?6mm

3R1弹性元件贴片位置及全桥电路如图所示。

应变片1、2、3、4感受轴向应变:?1??2??3??4??x 应变片5、6、7、8感受周向应变:?5??6??7??8??y 满量程时,

a)R1R3(c)R5UoR7R6R8R2R4~U?(b)(d)F10kN?R1??R2??R3??R4?K?xR?KR?2.0??120??0.191??6311SE59.7?10mm?2.1?10Pa?R5??R6??R7??R8?K?yR????R1??0.3?0.191???0.0573? 电桥的输出为:

???R1??R1???R3??R3??R6??R6???R8??R8?U0?Ui?????R1??R1???R3??R3???R5??R5???R7??R7??R6??R6???R8??R8???R2??R2???R4??R4??120.191?120.191119.943?119.943???10V?????10mV120.191?120.191?119.943?119.943119.943?119.943?120.191?120.191??

第4章 电感式传感器(P84)

*4-7 已知一差动整流电桥电路如题4-7图所示。电路由差动电感传感器Z1、Z2及平衡电

?,另一个对角线为输出端U,阻R 1、R2(R1=R2)组成。桥路的一个对角接有交流电源U0i试分析该电路的工作原理。 解:

忽略R3 、R4的影响,可知U0 = UCD = UD-UC 。

?上端为正、下端为负时,VD1 、VD3 导通,等效电路如图(a)所示。 若电源电压Ui当差动电感传感器Z1 =Z+?Z,Z2 =Z-?Z时,UC > UD,U0 为负。

当差动电感传感器Z1 =Z-?Z,Z2 =Z+?Z时,UC < UD,U0 为正。

?上端为负、下端为正时,VD2 、VD4 导通,等效电路如图(b)所示。 若电源电压Ui当差动电感传感器Z1 =Z+?Z,Z2 =Z-?Z时,UC > UD,U0 为负。

当差动电感传感器Z1 =Z-?Z,Z2 =Z+?Z时,UC < UD,U0 为正。

?的正负如何,输出电压U0 的大小反映?Z的大小,U0 的正负极性反因此,无论电源电压Ui映?Z的正负情况(例如衔铁的移动方向)。

Z1 VD1 VD2 ? Z2 UiVD3 VD4

题4-7图

C

Z2 R1

Uo

R2 Z1

C R1 R3 mV R2 R4 D U0C Z1 R1 Uo Z2 R2

D D ~ + + ~ - -

Ui Ui

图(b) 图(a)

*4-8 已知变隙式电感传感器的铁芯截面积A=1.5cm2,磁路长度L=20cm,相对磁导率

?1?5000,气隙?0?0.5cm,????0.1mm,真空磁导率?0?4??10?7H/m,线圈

匝数W?3000,求单端式传感器的灵敏度?L/??。若将其做成差动结构形式,灵敏度将如何变化? 解:

?7已知:A0=1.5cm2,?0?4??10H/m,W?3000。

单端式传感器的灵敏度为

?LW2?0A030002?4??10-7?1.5?10-4=?=33.9?H/m?

-22??2?022?0.5?10??若将其做成差动结构形式,则灵敏度为单线圈式的两倍,且线性度也会得到明显改善。

第5章 电容式传感器(P99)

5-3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路,要求输出电压U0与液位h之间呈线性关系。 解:

电容式液位计的电容值为:C?C0?DdC?C0??Hh2?h(?1??)D1nd?1图5-7 电容式液位变换器结构原理图

2?h(?1??)2??H,其中C0?。 DD1n1ndd可见C与液面高度h呈线性关系。

可以看出,该结构不宜做成差动形式,所以不宜采用二极管双T形交流电桥,也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压U0与液位h之间呈线性关系,所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。

可以采用环形二极管充放电法,具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R的并联,R上的电压为U0,则有:

U0?RI?Rf?E(Cx?Cd)

D1BCxVi1其中,Cx为电容式液位计的电容值,f为方波的频率,ΔE=E2-E1为方波的幅值,Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节

VD2AE2E1T1T2ei4AV V R C C VD4i2C2??HCd?C0?,则输出电压U0与

D1nd液位h之间呈线性关系。

i3Cd环形二极管电容测量电路原理图

VD35-5 题5—5图为电容式传感器的双T电桥测量电路,已知R1?R2?R?40k?,

RL?20k?,e?10V,f?1MHz,C0?10pF,C1?10pF,?C1?1pF。求UL的

表达式及对于上述已知参数的UL值。 解:

VD2VD1ABR2R1RLUL??R(R?2RL)?RLUf(C1?C0)(R?RL)240?(40?2?20)eC1C2C0 UL

?40?20?2?0.18?V?

?20?10?1?106?1?10?12 R1R2(a)R1R2+5-8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路,Up为恒压信号源,C1和C2是差动式电

UC1I1I2C2C1RLRLI?+容传感器,C0是固定电容,其值C0??C1,C0??C2,设二极管VD1~VD4正向电阻为零,反向电阻为无穷大,信号输出经低通滤波器取出直流信号eAB。要求:

(b)(c)+I?C2+① 分析检波电路测量原理;

② 求桥路输出信号eAB?f?C1,C2?的表达式;

③ 画出桥路中UA、UB、eAB在C1?C2、C1?C2、C1?C2三种情况下的波形图(提

示:画出Up正负半周的等效电路图,并标出工作电流即可求出eAB的表达式)。

A C0 C Up

t

C0 D1 D2 eAB D4 B C1 D 题5—8图

C2 低通滤波器eAB ~ D3