传感器习题第五章
5.1什么是正压电效应?什么是逆压电效应?压电效应有哪些种类?压电传感器的结构和应用特点是什么?能否用压电传感器测量静态压力?
答:某些电介质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。 不可以用压电传感器测量静态压力,压电传感器本身的内阻抗很高,而输出能量较小,为了保证压电传感器的测量误差较小,它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器,所以不能用来测量静态压力。
5.2试述石英晶体X 、Y 、Z 轴的名字是什么?有哪些特征?
答:X 轴电轴,比较常用的压电效应的方向;Y 轴机械轴,这个方向上无压电效应;Z 轴光轴,这个方向上不存在光的双折现象。常用的石英晶体的传感器有温度传感器和压力传感器,温度传感器是利用石英晶体在不同的温度下频率不同,压力传感器是利用晶体的压电效应,压力越强电势差越大。
5.9一压电式传感器的灵敏度K1=10pC /MPa ,连接灵敏度K2=0.008V/pC 的电荷放大器,所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm/V ,当压力变化Δp=8MPa时,记录笔在记录纸上的偏移为多少?
答:记录笔在记录纸上的偏移为
S=10×0.008×25×8=16/mm
5.10已知电压前置放大器的输入电阻为100M Ω,测量回路的总电容为100pF, 试求用压电式加速度计相配测量1Hz 低频振动时产生的幅值误差。
解:τ=RC=1×105 MΩ×1×10-4 pF= 10
W=2πƒ=2×π×1Hz=6.28rad/s
2有上有:η=√{Wτ/√[1+(W τ)]}×100℅=6.28/6.4×100℅=98.1℅
所以产生的误差为(1-0.981)×100℅=1.9℅
5.13压电元件在使用时常采用多片串接或并接的结构形式,试述在不同接法下输出电压、输出电荷、输出电容的关系,以及每种接法适用于何种场合。
答:采用串接结构形式时:在外力作用下,压电元件正负电极上的电荷量与单片时相同,总电容量为单片时的一半,输出电压增大了一倍。这种结构形式主要适用于以电压作为输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。
采用并接结构形式时:和单片相比,在外力作用下,压电元件正负电极上的电荷量增加了一倍,输出电容为单片时的两倍,输出电压与单片时相同。这种结构形式主要适用于测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合