传感器原理及应用作业课件

传感器原理及应用

PrinciplesandApplicationsofSensors主讲：王殿生教授传感器原理及应用

PrinciplesandAppli第二章作业第二版教材39-40页：

2-4，2-5

第三版教材38-39页：

2-4，2-5第二章作业第二版教材39-40页：

某压力传感器测试数据如表2-1所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。一、2-4第二章作业表2-1压力传感器测试数据压力/MPa输出值/mV第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2.73-2.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46某压力传感器测试数据如表2-1所示，计算非线性误差、迟滞和重各测量点最小二乘法拟合直线与测量值之间的误差如表2-2所示。解：2-4第二章作业第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程y=171.64x-2.8338y=171.36x-2.7562y=171.69x-2.8043y=171.34x-2.7305y=171.46x-2.7662y=171.51x-2.729-0.104-0.046-0.094-0.050-0.086-0.0390.0390.0110.0200.0160.0230.0110.0720.0380.0730.0330.0620.0210.0650.0350.0670.0200.0710.0420.0170.0030.0410.0470.0110.002-0.090-0.040-0.105-0.066-0.080-0.038表2-2最小二乘法拟合公式及对应误差各测量点最小二乘法拟合直线与测量值之间的误差如表2-2所示。各测量点正行程误差绝对值和反行程误差绝对值的最大值以及正反行程误差值见表2-3。解：2-4第二章作业表2-3计算迟滞和重复性误差的各类误差值正行程误差绝对值反行程误差绝对值正反行程误差值0.050.03-0.02-0.030.010.080.03-0.10-0.07-0.050.070.05-0.10-0.10-0.080.050.04-0.09-0.10-0.070.060.04-0.07-0.04-0.050.050.05000各测量点正行程误差绝对值和反行程误差绝对值的最大值以及正反行（1）非线性误差即线性度解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因此非线性误差可取为±0.7%。（1）非线性误差即线性度解：2-4第二章作业估计误差一（2）迟滞解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因此迟滞误差可取为±0.7%。（2）迟滞解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因（3）重复性误差解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因此重复性误差可取为±0.6%。（3）重复性误差解：2-4第二章作业估计误差一般取最大当被测介质温度为t1、测量传感器示值为t2时，有下列方程成立二、2-5第二章作业当被测介质温度从为25℃突然变化到300℃时，测量传感器的时间常数，试确定经过350s后的动态误差。解：2-5当被测介质温度为t1、测量传感器示值为t2时，有下列方程成立当t1突然变化到300℃经过350s后t2为解：2-5第二章作业因此动态误差为当t1突然变化到300℃经过350s后t2为解：2-5第二章第三章作业第二版教材61-62页：

3-5，3-6

第三版教材60-61页：

3-5，3-6第三章作业第二版教材61-62页：

题3-5图为一直流应变电桥，图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为△R1=1.2Ω时，电桥输出电压Uo=？（2）R1、R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压Uo=？（3）R1、R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为△R1=△R2=1.2Ω，但极性相反，其余为外接电阻，电桥输出电压Uo=？一、3-5第三章作业题3-5图为一直流应变电桥，图中E=4V，R1=R2=R3（1）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为解：3-5第三章作业（1）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为解：3解：3-5第三章作业（2）当R1、R2为相同应变片、且感应应变的极性和大小都相同时，电桥处于平衡状态，输出电压为0。或（3）当R1受拉应变、R2受压应变时当R1受压应变、R2受拉应变时解：3-5第三章作业（2）当R1、R2为相同应变片、且感题3-6图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受到应变时，R1=120Ω。当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=800μm/m。试求：（1）应变片的电阻变化量△R1和电阻相对变化量△R1/R1。（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，电桥输出的电压及其非线性误差。（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。二、3-6第三章作业题3-6图题3-6图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏（1）应变片灵敏度系数为解：3-6第三章作业因此有（2）电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥输出电压为当n=1时（1）应变片灵敏度系数为解：3-6第三章作业因此有（2（2）电桥线性近似输出和实际非线性输出分别为解：3-6第三章作业则非线性误差为当n=1时，非线性误差为（2）电桥线性近似输出和实际非线性输出分别为解：3-6第三（3）减小非线性误差的方法①提高桥臂比非线性误差减小；但由电桥电压灵敏度将降低，要使灵敏度不降低，必须相应地提高供电电压，电压的提高受到应变片允许功耗的限制。解：3-6第三章作业②采用差动电桥半差动电桥输出电压为电桥输出电压和非线性误差全差动电桥输出电压为半差动和全差动电桥电路都没有非线性误差，还具有温度补偿作用。（3）减小非线性误差的方法解：3-6第三章作业②采用差第四章作业第二版教材86-87页：

练习题：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85页：

练习题：4-2，4-4，4-10第四章作业第二版教材86-87页：

第五章作业第二版教材102页：

5-4，5-5，5-7（练习题）

第三版教材99-100页：

5-4，5-5，5-9（练习题）第五章作业第二版教材102页：

如题5-5图所示，有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器，其中a=8mm，b=12mm，两极板间距为1mm。一块极板在原始位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度K。一、5-4第五章作业解：5-4（1）当一块极板沿长度b方向在原始位置上平移，如题5-5图所示，有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器第五章作业解：5-4（1），（2）当一块极板沿宽度a方向在原始位置上平移，第五章作业解：5-4（1），（2）当一块极板沿宽度a方向题5-5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知R1=R2=R=40kΩ，RL=20kΩ，E=10V，f=1MHz，C0=10pF，C1=10pF，ΔC1=1pF。求UL的表达式及对应上述已知参数的UL值。二、5-5第五章作业双T电桥测量电路输出电压解：5-5题5-5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知R1=R2=第六章作业第二版教材113页：

练习题：6-1，6-4，6-5

第三版教材111页：

练习题：6-1，6-4，6-5第六章作业第二版教材113页：

第七章作业第二版教材126-127页：

练习题：7-5，7-6，7-9

第三版教材124页：

练习题：7-5，7-6，7-9第七章作业第二版教材126-127页要进行两个电压U1、U2的乘法运算，若采用霍尔元件作为运算器，请提出设计方案，并画出测量系统的原理图。一、7-9第七章作业解：7-9基本设计思路：利用霍尔元件的输出电压UH与外加磁场B和控制电流I乘积成正比的关系，可构成乘法运算器。这是霍尔元件在数学运算器方面的基本应用。（1）电流乘法器霍尔元件的输出电压UH∝I1B，外加磁场可由电流I2产生B∝I2，则有UH∝I1I2，因此霍尔元件可作为电流乘法器。（2）电压乘法器I1和I2由电压U1和U2产生，则有UH∝U1U2，因此霍尔元件可作为电压乘法器要进行两个电压U1、U2的乘法运算，若采用霍尔元件作为运算器第八章作业第二版教材152页：

练习题：8-2，8-3，8-6，8-7

第三版教材148~149页：

练习题：8-2，8-3，8-6，8-7第八章作业第二版教材152页：

第九章作业第二版教材168页：

练习题：9-1，9-3，9-4

第三版教材165页：

练习题：9-1，9-3，9-4第九章作业第二版教材168页：

第十章作业第二版教材：

练习题：175页，10-1，10-4

182页，11-1，11-3

195页，12-1，12-3，12-6

第三版教材：

练习题：172页，10-1，10-4

180页，11-1，11-3

195页，12-1，12-3，12-6第十章作业第二版教材：

练习期末考试安排考试通知考试时间：

17周星期一（12.20），16:00~18:00

考试地点：

四教—4102

答疑时间地点：

17周星期日全天和一上午，物理楼221期末考试安排考试通知考试时间：

17周星期一（12.全部结束谢谢合作！全部结束谢谢合作！传感器原理及应用

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2-4，2-5

第三版教材38-39页：

2-4，2-5第二章作业第二版教材39-40页：

某压力传感器测试数据如表2-1所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。一、2-4第二章作业表2-1压力传感器测试数据压力/MPa输出值/mV第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2.73-2.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46某压力传感器测试数据如表2-1所示，计算非线性误差、迟滞和重各测量点最小二乘法拟合直线与测量值之间的误差如表2-2所示。解：2-4第二章作业第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程y=171.64x-2.8338y=171.36x-2.7562y=171.69x-2.8043y=171.34x-2.7305y=171.46x-2.7662y=171.51x-2.729-0.104-0.046-0.094-0.050-0.086-0.0390.0390.0110.0200.0160.0230.0110.0720.0380.0730.0330.0620.0210.0650.0350.0670.0200.0710.0420.0170.0030.0410.0470.0110.002-0.090-0.040-0.105-0.066-0.080-0.038表2-2最小二乘法拟合公式及对应误差各测量点最小二乘法拟合直线与测量值之间的误差如表2-2所示。各测量点正行程误差绝对值和反行程误差绝对值的最大值以及正反行程误差值见表2-3。解：2-4第二章作业表2-3计算迟滞和重复性误差的各类误差值正行程误差绝对值反行程误差绝对值正反行程误差值0.050.03-0.02-0.030.010.080.03-0.10-0.07-0.050.070.05-0.10-0.10-0.080.050.04-0.09-0.10-0.070.060.04-0.07-0.04-0.050.050.05000各测量点正行程误差绝对值和反行程误差绝对值的最大值以及正反行（1）非线性误差即线性度解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因此非线性误差可取为±0.7%。（1）非线性误差即线性度解：2-4第二章作业估计误差一（2）迟滞解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因此迟滞误差可取为±0.7%。（2）迟滞解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因（3）重复性误差解：2-4第二章作业估计误差一般取最大值，因此重复性误差可取为±0.6%。（3）重复性误差解：2-4第二章作业估计误差一般取最大当被测介质温度为t1、测量传感器示值为t2时，有下列方程成立二、2-5第二章作业当被测介质温度从为25℃突然变化到300℃时，测量传感器的时间常数，试确定经过350s后的动态误差。解：2-5当被测介质温度为t1、测量传感器示值为t2时，有下列方程成立当t1突然变化到300℃经过350s后t2为解：2-5第二章作业因此动态误差为当t1突然变化到300℃经过350s后t2为解：2-5第二章第三章作业第二版教材61-62页：

3-5，3-6

第三版教材60-61页：

3-5，3-6第三章作业第二版教材61-62页：

题3-5图为一直流应变电桥，图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求：（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为△R1=1.2Ω时，电桥输出电压Uo=？（2）R1、R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压Uo=？（3）R1、R2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为△R1=△R2=1.2Ω，但极性相反，其余为外接电阻，电桥输出电压Uo=？一、3-5第三章作业题3-5图为一直流应变电桥，图中E=4V，R1=R2=R3（1）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为解：3-5第三章作业（1）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为解：3解：3-5第三章作业（2）当R1、R2为相同应变片、且感应应变的极性和大小都相同时，电桥处于平衡状态，输出电压为0。或（3）当R1受拉应变、R2受压应变时当R1受压应变、R2受拉应变时解：3-5第三章作业（2）当R1、R2为相同应变片、且感题3-6图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受到应变时，R1=120Ω。当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=800μm/m。试求：（1）应变片的电阻变化量△R1和电阻相对变化量△R1/R1。（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，电桥输出的电压及其非线性误差。（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。二、3-6第三章作业题3-6图题3-6图为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏（1）应变片灵敏度系数为解：3-6第三章作业因此有（2）电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥输出电压为当n=1时（1）应变片灵敏度系数为解：3-6第三章作业因此有（2（2）电桥线性近似输出和实际非线性输出分别为解：3-6第三章作业则非线性误差为当n=1时，非线性误差为（2）电桥线性近似输出和实际非线性输出分别为解：3-6第三（3）减小非线性误差的方法①提高桥臂比非线性误差减小；但由电桥电压灵敏度将降低，要使灵敏度不降低，必须相应地提高供电电压，电压的提高受到应变片允许功耗的限制。解：3-6第三章作业②采用差动电桥半差动电桥输出电压为电桥输出电压和非线性误差全差动电桥输出电压为半差动和全差动电桥电路都没有非线性误差，还具有温度补偿作用。（3）减小非线性误差的方法解：3-6第三章作业②采用差第四章作业第二版教材86-87页：

练习题：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85页：

练习题：4-2，4-4，4-10第四章作业第二版教材86-87页：

第五章作业第二版教材102页：

5-4，5-5，5-7（练习题）

第三版教材99-100页：

5-4，5-5，5-9（练习题）第五章作业第二版教材102页：

如题5-5图所示，有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器，其中a=8mm，b=12mm，两极板间距为1mm。一块极板在原始位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度K。一、5-4第五章作业解：5-4（1）当一块极板沿长度b方向在原始位置上平移，如题5-5图所示，有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器第五章作业解：5-4（1），（2）当一块极板沿宽度a方向在原始位置上平移，第五章作业解：5-4（1），（2）当一块极板沿宽度a方向题5-5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知R1=R2=R=40kΩ，RL=20kΩ，E=10V，f=1MHz，C0=10pF，C1=10pF，ΔC1=1pF。求UL的表达式及对应上述已知参数的UL值。二、5-5第五章作业双T电桥测量电路输出电压解：5-5题5-5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知R1=R2=第六章作业第二版教材113页：

练习题：6-1，6-4，6-5

第三版教材111页：

练习题：6-1，6-4，6-5第六章作业第二版教材113页：

第七章作业第二版教材126-127页：

练习题：7-5，7-6，7-9

第三版教材124页：

练习题：7-5，7-6，7-9第七章作