检测与转换技术常健生、石要武(部分习题解答-作者团队提供

检测与转换技术常健生、石要武(部分习题解答-作者团队提供内容摘要：

解： 测试磁性材料的示波器法既清晰又简单。 它可在很宽的频带内给出动态曲线，并可用照相机拍摄此曲线。 此外，它还能够观察各种因素 (例如直流磁化作用 )及磁化工作状态的变化对动态回线形状和大小的影响。 此法的缺点是准确度低。 题 2— 23 图中示出了利用电子示波器测试动态特性的线路。 题 2— 23 图 在示波器 SB 的 x 轴和 y 轴上，分别接入正比磁场强度 H 及材料中磁感应强度 B 的两个电压。 为了得到正比于磁场强度 H 的电压，在磁化电流电路内串入标准电阻器 1R ，取它的压降 RU ，输入到示波器的 x 轴。  N tHDRiR 11R   式中， N 为磁化绕组匝数； tH 为磁化磁场强度瞬时值； D 为样品平均直径。 这样，电阻器 1R 上的电压正比于磁化磁场强度的瞬时值。 为了得到正比于磁感应强度 Bt的电压，在测量线圈 BN 的输出端，必须接一个积分电路。 这是因为 BN 两端的电势为： dtdNe B  在线路中可用 2RC 电路作为积分电路。 在满足条件  2 1Rc的情况下电容器 C 上的电压瞬时值为：  CR tSBNdtReC BC221   即电容电压与样品材料内的磁感应强度瞬时值成正比。 为了 Bt及 tH 值，必须对示波器进行分度。 其中一种是将示波器按电压单位分度。 为此可在示波器输入端送人己知电压并计算比例系数： BBBHHH n Umn Um 22。 22  式中， HU 、 BU 为加在示波器 x 轴和 y 轴上电压的有效值； Hn 、 Bn 为x 和 y 轴上光带的长度，它们分别同施加的两个电压 HU 和 BU 相对应。 磁场强度及磁感应强度可按下式计算：     BBHH MtBMtH  。 式中， H 、 B 为电子束在示波器 x 轴， y 轴方向的偏移量； 1HHM m N R D 、  2B B BM m R C N S 为示波器 x 轴， y 抽的比例系数。 第三章 传感器的特性 3— 1．电量传感器能否组成 D 型结构的传感器 ?为什么。 解： 不能。 将两个传感器构造成一个测量正增益变化（ +△ X），一个测量负增益变化（ △ X），它们的输出（ +△ y 和 △ y）经差动电路处理后再输出 ,这就是 D 型结构的传感器，也称为差动型传感器。 电量型传感器无法构造负增益变化，所以不能。 3— 2．温度 x 对黄铜延伸 y 有一定影响。 试验结果为： 要求依此为据求最小二乘法线性度的拟合直线方程。 解： 设，所得的直线方程为： kxby  则根据最小二乘法：    2 20i i i iy k x b xk           2 2 1 0i i iy k x bb        得出：  22i i i iiin x y x yk n x x     2 22i i i i iiix y x x yb n x x     求得： k b 则线性方程为： xy 4108 8 5 4 6  第四章 电能量传感器 4— 1．试用热电偶基本原理证明热电偶回路的几点结论。 解 ： 结论（ 1） ： 证明：由式  00, lnT AABT BNkE T T dteN 可得  00, lnT AABT BNkE T T dteN  当组成热电偶回路导体相 同时， NA 和 NB 相等，即自由电子密度相同。 此时 0ln BANN。 则  00, l nT AABT BNkE T T dteN =0，即热电偶回路内的总的热电动势为 0。 结论（ 2）： 证明： 由式  00, lnT AABT BNkE T T dteN 得  00, lnT AABT BNkE T T dteN  当 0TT 时， 0ln0 dtNNTT BA ，则  00, lnT AABT BNkE T T dteN =0，即热电偶回路内的总的热电动势为 0。 结论（ 3）： 证明：由式  00, l nT AABT BNkE T T dteN 得  00, lnT AABT BNkE T T dteN 可以看出，热电偶总电动势与电子密度 NA和 NB及两接触点的温度 T 和0T 有关，即热电偶 AB 的热电势与 A、 B 材料的中间温度无关，只与接触点温度有关。 结论（ 4）： 证明： 题 4— 1 图（ 1）      323121 , ttEttEttE ABABAB             32213221 , tEtEtEtEttEttE ABABABABABAB      3131 , ttEtEtE ABABAB  结论（ 5）： 证明：假设第三导线结于 A，电子密度为 cN ，两端温度为 1T ，如题 4— 1 图（ 2） 题 4— 1 图（ 2）        22121 , tEtEtEttE CABCABAB           22221 tEtEtEtEtE ACCBAB           21221 tEtEtEtEtE ABABBAAB  结论（ 6）： 证 明 ：      212121 , TTETTETTE CBACAB       212121 , TTETTETTE BCACAB  4— 2．试绘出题 4— 2 图所示的 NIA 型振动传感器的结构图，并分析其结构类型。 题 4— 2 图 解 ： 永久磁铁 2 用铝架 4 固定在圆筒形的完体 6 里面，借助于壳体的导磁性形成一个磁路，在磁路中有两个环形气隙，在右边气隙里放置着一个支承在弹簧片 1 和 8 上的工作线圈 7，而在左边一个气隙里，放置着一个作阻尼用的电磁阻尼器 3。 工作线圈 7 和阻尼器 3用一 心 杆 5 连在一起。 使用时，把振动传感器与被测振动体紧固在一起，当振动体振动时壳体也随之振动。 此时 ， 线圈、阻尼器和 心杆的整体由于惯性并不随它振动，因此它与壳体就产生相对运动，即使工作线圈 7 在环形气隙中运动，从而切割磁力线产生了感应电动势，电动势通过接头 9 接到测量电路。 这个传感器测量的基本参数是振动速度，其灵敏度为 604mV／ (cm s1)；但在测量电路中接入积分电路和微分电路后，也可以测量振动体的振幅和加速度。 它可测振幅范围为 m，可测加速 度最大为 5g。 4— 3．能否用压电传感器测量变化缓慢的应力信号。 试说明其理由 解 ：不能。 原因： 压电式传感器的输出信号非常微弱，必须将电信号放大才能检测出来。 常用的放大器有两种：电压放大器，又称阻抗变换器，主要作用是把压电器件的高输出阻抗变换为传感器的低输出阻抗，并保持输出电压与输入电压成正比。 这种放大器的放大倍数随频率下降而下降，所以不能测量静态物理量。 另一种为电荷放大器，实际上是一个具有深度电容负反馈的运算放大器，下限截止频率低于 ，可对准静态的物理量进行有效测量。 如果压力变化比较慢，可选用带电荷放大器的压电式传感器。 4— 4．试拟出带有自动温度补偿的硅光电池传感器的原理图，并加以说明。 解： 硅光电池的温度特性曲线如 题 4— 4 图 , 开路电压和短路电流随温度变化的曲线均为线性 , 开路电压随温度增加下降 , 短路电流带有自动温度补偿的硅光电池传感器的原理图 题 4— 4 图 原理：热敏电阻法采用热敏电阻作为电流 电压转换器的反馈电阻的一部分 ,当环境温度升高时 , 硅光电池输出电流增加 , 反馈电阻采用具有负温度系数的 MF 系列热敏电阻 ,因而反馈电阻下降 , 使输出电压维持恒定。 输出电压 与输入电流的关系为 v0= ( Rf+ RT)IL 式中 Rf 为反馈电阻。 RT 为热敏电阻。 IL 为硅光电池短路电流。 v0 为输出电压。 热敏电阻采用 NTC MF15~ 16 或 MF13~ 14。 具体阻值可用下列方法选定 : 由硅光电池生产厂家提供或实验测 得 短路 电 流 温漂 系 数 , 2CR 系 列 一般 为 0. 18% e , RT+ Rf 为 1M8 左右 , 如选 RT= 20Rf, 则热敏电阻温度系数在 4. 77% / e , MF15~ 16 的温度系数为 ( 3. 96% ~ 5. 83%) / e。 如选 MF13~ 14, 因温度系数较小 , 则可选 RT= 25Rf。 由于 RT 分散性较大 ,最好 Rf 由可变电阻代替 , 以便于调节。 第 五 章 电参数传感器 5— 1 试用典型环节分析 题 5— 1a 图所示的加速度传感器的结构。 题 5— 1a 图 解： KCMF 5— 1b 简化后的模型如题 5— 1b 图所示：质量块的质量 —— m， 阻尼系数 —— C， 弹性体的刚度 —— K，被测体绝对位移 —— 0x ，质量块绝对位移 —— mx ， 质量块相对位移 —— tx。 弹簧的弹性力 KtF Kx 阻尼器阻尼力 .CFCtx 质量块的惯性力 22mm dxF ma m d。