《机械工程测试技术基础》熊诗波课后习题 答案

2)B=S1S2?C=100?5?(?4.94?10-3)??2.47格

答:

3-8 把一个变阻器式传感器按图3-85接线。它的输人量是什么?输出量是什么?在什么样条件下它的输出量与输人量之间有较好的线性关系?

uo RL x Rx xp Rp ue

解答:输入量是电刷相对电阻元件的位移x,输出量为电刷到端点电阻Rx。如果接入分压式测量电路,则输出量可以认为是电压uo。

xRp?klx?x,输出电阻与输入位移成线性关系。 xp

Rx?

uo?uexpx?(1?)xRLxpRp?xuexpRxx1?p(1?)RLxpxp,输出电压与输入位移成非线性关系。

由上式可见,只有当Rp/RL?0时,才有uo?xue?x。所以要求后续测量仪表的输入阻xp抗RL要远大于变阻器式传感器的电阻Rp,只有这样才能使输出电压和输入位移有较好的线性关系。

3-9 试按接触式与非接触式区分传感器,列出它们的名称、变换原理,用在何处?

解答:接触式:变阻器式、电阻应变式、电感式(涡流式除外)、电容式、磁电式、压电式、热电式、广线式、热敏电阻、气敏、湿敏等传感器。

非接触式:涡电流式、光电式、热释电式、霍尔式、固态图像传感器等。

可以实现非接触测量的是:电容式、光纤式等传感器。

3-10 欲测量液体压力,拟采用电容式、电感式、电阻应变式和压电式传感器,请绘出可行方案原理图,并作比较。

3-11 一压电式压力传感器的灵敏度S=90pC/MPa,把它和一台灵敏度调到0.005V/pC的电荷放大器连接,放大器的输出又接到一灵敏度已调到20mm/V的光线示波器上记录,试绘出这个测试系统的框图,并计算其总的灵敏度。

解:框图如下

压力P

各装置串联,如果忽略负载效应,则总灵敏度S等于各装置灵敏度相乘,即

S=?x/?P=90?0.005?20=9mm/MPa。

3-12 光电传感器包含哪儿种类型?各有何特点?用光电式传感器可以测量哪些物理量?

解答:包括利用外光电效应工作的光电传感器、利用内光电效应工作的光电传感器、利用光生伏特效应工作的光电传感器三种。

外光电效应(亦称光电子发射效应)—光线照射物体,使物体的电子逸出表面的现象,

包括光电管和光电倍增管。

内光电效应(亦称光导效应)—物体受到光线照射时,物体的电子吸收光能是其导电

性增加,电阻率下降的现象,有光敏电阻和由其制成的光导管。

光生伏特效应—光线使物体产生一定方向的电动势。

如遥控器,自动门(热释电红外探测器),光电鼠标器,照相机自动测光计,光度计,

光电耦合器,光电开关(计数、位置、行程开关等),浊度检测,火灾报警,光电阅读器(如纸带阅读机、条形码读出器、考卷自动评阅机等),光纤通信,光纤传感,CCD,色差,颜色标记,防盗报警,电视机中亮度自动调节,路灯、航标灯控制,光控灯座,音乐石英钟控制(晚上不奏乐),红外遥感、干手器、冲水机等。

在CCD图象传感器、红外成像仪、光纤传感器、激光传感器等中都得到了广泛应用。

3-13 何谓霍尔效应?其物理本质是什么?用霍尔元件可测哪些物理量?请举出三个例子说明。

解答:

霍尔(Hall)效应:金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过薄片时,则在垂直于电流和磁场方向的两侧面上将产生电位差,这种现象称为霍尔效应,产生的电位差称为霍尔电势。

霍尔效应产生的机理(物理本质):在磁场中运动的电荷受到磁场力FL(称为洛仑兹力)作用,而向垂直于磁场和运动方向的方向移动,在两侧面产生正、负电荷积累。

应用举例:电流的测量,位移测量,磁感应强度测量,力测量;计数装置,转速测量

(如计程表等),流量测量,位置检测与控制,电子点火器,制做霍尔电机—无刷电机等。

3-14 试说明压电式加速度计、超声换能器、声发射传感器之间的异同点。

解答:相同点:都是利用材料的压电效应(正压电效应或逆压电效应)。

不同点:压电式加速度计利用正压电效应,通过惯性质量快将振动加速度转换成力作

用于压电元件,产生电荷。

超声波换能器用于电能和机械能的相互转换。利用正、逆压电效应。利用逆压电效应

可用于清洗、焊接等。

声发射传感器是基于晶体组件的压电效应,将声发射波所引起的被检件表面振动转换

成电压信号的换能设备,所有又常被人们称为声发射换能器或者声发射探头。

材料结构受外力或内力作用产生位错-滑移-微裂纹形成-裂纹扩展-断裂,以弹性波的

形式释放出应变能的现象称为声发射。

声发射传感器不同于加速度传感器,它受应力波作用时靠压电晶片自身的谐振变形把

被检试件表面振动物理量转化为电量输出。

3-15 有一批涡轮机叶片,需要检测是否有裂纹,请举出两种以上方法,并阐明所用传感器的工作原理。

涡电流传感器,红外辐射温度测量,声发射传感器(压电式)等。

3-16 说明用光纤传感器测量压力和位移的工作原理,指出其不同点。

解答:

微弯测压力原理:力?微弯板?光纤变形?光纤传递的光强变化。

微弯测位移原理:位移?微弯板?光纤变形?光纤传递的光强变化。

不同点:压力需要弹性敏感元件转换成位移。

3-17 说明红外遥感器的检测原理。为什么在空间技术中有广泛应用?举出实例说明。

解答:红外遥感就是远距离检测被测目标的红外辐射能量。空间技术中利用飞船、航天飞机、卫星等携带的红外遥感仪器可以实现很多对地、对空观测任务。如观测星系,利用卫星遥测技术研究地壳断层分布、探讨地震前兆,卫星海洋观测等。

3-18 试说明固态图像传感器(CCD器件)的成像原理,怎样实现光信息的转换、存储和传输过程,在工程测试中有何应用?

CCD固态图像传感器的成像原理:MOS光敏元件或光敏二极管等将光信息转换成电荷存

储在CCD的MOS电容中,然后再控制信号的控制下将MOS电容中的光生电荷转移出来。

应用:如冶金部门中各种管、线、带材轧制过程中的尺寸测量,光纤及纤维制造中的

丝径测量,产品分类,产品表面质量评定,文字与图象识别,传真,空间遥感,光谱测量等。

3-19 在轧钢过程中,需监测薄板的厚度,宜采用那种传感器?说明其原理。

解答:差动变压器、涡电流式、光电式,射线式传感器等。

3-20 试说明激光测长、激光测振的测量原理。

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