(完整word版)第0-5章传感器习题答案

1、0.000mV-3.65mV第 0 章作业答案0.1 传感器的定义是什么？解：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。从传感器输入端来看，一个指定的传感器只能感受或响应规定的物理量，即传感器对规定的被测量具有最大的灵敏度和最好的选择性。从输出端看，传感器的输出信号为 可用信号”。这意指传感器的输出信号中不但载运着待测 的原始信息，而且是能够被远距离传送、后续测量环节便于接收和进一步处理的信号形式， 最常见的是电信号。从输入与输出关系来看，这种关系应具有一定规律”。其意指传感器的输入与输出应是相关 的，而且这种规律是可复现的。0.5 画出以下结构型传感器的组成框图与写出其

2、输入、输出量的名称。 解：(3 )电容式加速度传感器；中间变量被测量敏感兀件(差动式动差动式电容变输出量a =x电极)-A5换器AC*0.7 将一热电偶与通用数字电压表组成测温系统与配用同类热电偶的专用测温仪相比较，有何主要的不同之处？解：前者输出为电压信号，后者输出为被测量的测量值。0.12 智能传感器技术的主要特征是什么，从何时开始发展起来的？解：主要特征是：传感器与计算机或微处理器赋予智能的结合，从而兼有信息获取与信息处理双重功能的传感器系统。20 世纪 80 年代，随着微处理器迅速发展普及，智能传感器相继发展起来。第 1 章作业答案1.1 传感器静态模型有哪几种常见形式。解：1 列表形

3、式将标定实验获得的一系列 Xi、yi离散值(i=1,2,N)列成表来表征 x-y 关系。2.曲线形式以输入量 x(P)为横坐标，输出量 y(U)为纵坐标，将标定实验获得的一系列X, yi对应值在坐标平面上给出。3 数学表达式形式根据标定实验得出的一系列Xi、 w 离散标定值可求出其拟合曲线的数学表达式。对于实际的传感器系统，其输入与输出关系往往不是理想直线，故而静态特性也即静态模型常由多项式来表示：y(x) = S0+ S1X+ S2X2+ Snxn1.2 测得某放大器的输入 一一输出关系的两对数据如下，试求其放大倍数K。输入输出0.500mV63.25mV第 1 章练习与实践1.6- 1 已

4、知某压力传感器的静态模型，由标定实验数据列表形式给出如下:输入压力PCXl(FPa)*肿181 5心232用输出电压V (mV) 3-0.42d咖40.7461 4如82.18103.02要求采用”远程网络测控实验室中的线性拟合演示仪”与多项式拟合演示仪”。求其静态模型的多项式表达式：1.线性表达式：y=So+3x22 .二 次项表达式：y=So+S1X+S2X路径：西安交通大学远程网络测控实验室仪器库T简单功能仪器T线性拟合/多项式拟合演示仪。3试求该压力传感器要求给出中间值：各标定点的拟合偏差，找出最大拟合偏差，写出、丄的定义式。4.根据压力传感器静态模型已获得的三种形式：数据列表、线性方

5、程式、二阶三项多项式 方程，分别求取该取该压力传感器的基本参数：零点(位)、灵敏度及满量程输出；解：1.线性表达式：y=So+Six=-O.33+41.27x2 .二次项表达式：y= So+S1X+S2X2=O.11+41.O9x-O.41 x23试求该压力传感器要求给出中间值：各标定点的拟合偏差，找出最大拟合偏差，写出:L的定义式。(1)线性拟合:拟合偏差：0.16000.01500.20000.15500.03000.1750最大拟合偏差：0.2mV ;满量程：103.1750mV最大拟合偏差/满量程-0.19%(2)非线性拟合(二次多项式)：拟合偏差：0.01110.00080.0032

6、0.00250.00320.0053非线性误差：最大拟合偏差：0.0111 105Pa；满量程：2.5058 105Pa、L=最大拟合偏差/满量程=0.44%4.根据压力传感器静态模型已获得的三种形式：数据列表、线性方程式、二次三项多项式 方程，分别求取该取该压力传感器的基本参数：零点(位)、灵敏度及满量程输出；5(1) 数据列表：零点 一-0.49mV ;灵敏度 一 41.40mV/10 Pa；满量程：103.51mV(2) 线性拟合：零点一-0.33mV ;灵敏度41.27mV/105pa；满量程：103.18mV(3) 非线性拟合：零点一-0.0111 105Pa ；解:6325 - -

7、 3.650.5 - 0.0=133.80.500mV63.25mV灵敏度一 0.0242 105Pa/mV ( 2420 Pa/mV)；满量程： 2.5058 105Pa1.3 压力传感器采系统的动态标定与动态模型的建立，动态标定实验场所在交通大学网络测控实验室”中进行。路径如下：远程远程网络测控实验室”(http:/)宀实验列表宀标定平台及标定实验宀动态标定实验平台及标定实验T阶跃响应法与扫频法。第 2 章习题解答1、一试件的轴向应变；x=0.0015，试问表示多大微应变？若已知试件的轴向微应变为2000 ，那么试件的轴向相对伸长率为百分之几？解：1 微应变=10-6，表示0.0015=1

8、500微应变10上l62000；-2000 10 =0.002 =0.2%，即试件的轴向相对伸长率为0.2%。l2、一应变片电阻为 100Q,其额定功耗为 40mW，接入等臂电桥中，试确定电桥最大激励电压 E= ?解：应变片额定电流I =.卩=、40 10=20mA R飞100等臂电桥四个桥臂的阻值相等，都为100Q所以，E =20 10；2 100 =4V3、某等臂电桥接入一个200Q电阻的工作应变片，灵敏度系数k。=2，假定等臂电桥的输出电阻为 200Q,电源电压 E=6V ,应变片承受应变为 350；，用内阻分别为：、20kQ、1kQ和 2500Q的电压表测量电桥不平衡输出电压，试求各表

9、指示的输出电压值。R RR/解：k0k0；= 2 350 10=7 10zR：R=7 10 200 =0.14设电压表内阻为 RvUV_ E AR4RgRvAR31 +RV+R +_职.2R。丿4将上述内阻值带入上式可得：当 RV=：时，Uv=1.05mV当 Rv=20kQ时,Uv=1.04mV当 Rv=1kQ时,Uv=0.87mV 当 RV=2500Q时，Uv=0.97mV4、用万用表电阻档检查压阻式压力传感器的状态：四个桥顶引线颜色红、黄、绿、蓝。量 得引线间电阻，试问：（1 ）电桥桥臂阻值是多少？（2）传感器是否有损坏，状态是否正常？（3）画出传感器的桥路电原理图，并标出引线端（红、黄、

10、绿、蓝）及标出电源供电端与 电压输出端。红、绿引线间电阻 1000Q红、黄引线间电阻 750Q红、蓝引线间电阻 750Q解：（1） 1000Q（2）无损8、硅压阻式压力传感器（全桥差动），采用恒流源 Io供电，技术指标如下：量程5PF.S=2X10 Pa；满量程输出电压值UF.s=120mV ;灵敏度、零位温度系数：:sT.1 10，/ C,一3.7 10，/ C;桥臂阻值:R=1000Q,lo=5mA。若被测1量 p= ?PF.S，传感器工作温度变化 人T =T2-T,=50C,试求：（1）零点温漂引入的绝对误差表达式及数值;红黄红U0m= .0UFS：T -37 10 二 120 50 -

11、_2.22mVRm hoFFs.T -37 1042 10550- 37 1C?Pa(2)零点温漂引入的相对误差Y。值；=AU0m/guFS(3)零敏度下降引入的绝对误差表达式及数值;Um=SUFST - -5.1 10 120 50 - 306mV=：SPFS丁 -51 1042 10550 -5.1 103Pa1在该被测量 P=-PFS，桥臂电阻的相对改变量 AR/R;2.UFS120=60mV/105Pa =6 10-4mV/Pa =0.6 10-6V/Pa2二6 10V / PaO.6mV/kP第 3 章作业答案1、电容式传感器由哪些主要元件构成？解：敏感元件、电容变换器2、根据电容变

12、化的原理不同，电容式传感器有哪几类？ 解：变间隙式、变面积式和变介电常数式三种。3、电感式传感器由哪些主要元件构成？解：直接作用式：电感变送器间接作用式：敏感元件和电感式变送器4、根据电感变化的原理不同，电感式传感器有哪几类？ 解：变间隙式、变面积式和差动结构自感变换器。5、影响传感器系统稳定性的因素有哪些？解：传感器系统工作温度变化；传感器系统交流供电电源值波动、波形畸变失真；传感器本身结构的不稳定性因素；电涡流位移传感器的位移灵敏度受被测体金属材料性质的 影响。-2.223.7%60(4)零敏度下降引入的相对误差 化值；？s=Um/*UFS306- -5.1%60(5)(6) 传感器的灵敏

13、度U=|0.RU=R UFS21201.2%R 2I0R 2 5 100S；U P-UFS0/PFS- 0PFS第 4 章作业答案1 与磁电式速度传感器配用的测振仪主要功能是什么？ 解：不仅可测速度，还可测出被测体的振动加速度及位移。2、被测振动信号x(t)与其高频噪声的频率比是1： 10，幅值比为 1 : 0.5 ;经过理想微分器之后，二者的幅值比变成多少？解：H(jG01)K11灯1H(j)2DK2CO20.5x1056、有一个积分器特征频率f . =5Hz，试估算对被测信号频率 f 为下列值时进行积分时的积分误差=?列入下表卫+f/f2f(Hz)55.25.88102050f/f10.9

14、60.860.81-29.3%-27.9%-24.2%-23%-10.6%-3%-0.5%7、有一个微分器特征频率fa= 100Hz，试估算对被测信号频率 f 为下列值时进行微分时的积分误差a=?列入下表1 f/fa2f(Hz)100908060402010-29.3%-25.7%-21.9%-14.2%-7.2%-1.9%-0.5%11、电荷放大器的输入与输出量各是什么? 解：输入电荷量，输出电压量12、压电式加速度传感器敏感的物理量与输出量是什么？当与电荷放大器相连接后，为了得到振动的另两个参量： 振动速度及位移(振动幅度)需加何

15、种功能的调理电路？画出传感器、电荷放大器及后接调理电路的框图。解：压电式加速度传感器敏感的物理量是被测对象相对地球惯性空间的绝对振动加速度，输出量是电荷量。添加积分放大器可获得位移，添加电压放大器可获得振动速度,网上练习积分器与微分器(3)第 5 章作业答案2、已知单臂电桥的输出与输入的关系为UBDE:R4 RRT为测温 电阻，已知 R100/R0=1.428 , RT=RR1=R2=R3=R0=100QO(1)(2)12R(1+:T );初始状态温度 T=0 C 时，(3)推导测温电桥的输出 UBD与输入 T 的表达式；计算当 T=0C、10C、100C时相应的输出值 UBD；推导测温电桥的

16、灵敏度表达式S =U BD;并计算 T=0C、100C时相应的 S0 S100；AT计算 T=100C时该测温电桥的理论线性度(5)测温期间电源电压波动：E =0.3V，求由此引入的测温误差T。R100解：(1)RoR0=4.28 10100=1 100二=1.428RT=RO(1 +、汀).R = RT- RoE=UBD=4R0：T1RT . R :T2R0_E_ 4:Trr120.428TE(2)T=0C,Uo=0V;T=10C,U10T=100C,U1002.14E200 4.2821.4E=0.01E=0.09E200 42.8ATE j oTaE_2 2: T一2: T2T=0C,S

17、0=1.07 10 ”ET=100C,S100=0.7 10 “E:T2：2(2000.428T)4.28 10E(2+4.28O0T f(3)（4）根据公式（2-37）:TT #0二无=0.214（5 ）求引入的最大测温温差，测温范围是0-100C,E 值应给出。由于测温期间电源电压波动厶E =0.3V故由此引入的测量误差UBD1: T ELT =S S 2(2 +otT)求其最大测量误差 T = f仃）为增函数1: T.：E1S1002(2:T) 0.7 10”E8、解：（1）由中间温度定律，得:EAB(100,0) =EAB(100,30) EAB(30,0)查分度表得：EAB(100,0) =4.10mV,EAB(30,0) =1.20mV故有EAB(100,30)二EAB(100,0) -EAB(30,0) =4.10 1.20 =2.90mV所以毫伏计示值为 2.90mV由于冷端为 0C,毫伏计示值为 4.1mV故 T=i00”cd T : E (2: T) - : TdT - 2S 2 aT20S2 :T14、由铜-康铜热电偶（测温范围-200400、放大器、A/D 转换器满量