《传感器与智能检测技术》习题答案 沈燕卿

项目一 传感器与智能检测技术基础一、选择题1~6：CBDCDA； 7: AC，B，D；8~10DDD。6分析：题7分析：属于系统误差的选项：A.仪表未调零所引起的误差：这是典型的系统误差，因为仪表未调零会导致所有测量结果偏离真实值一个固定的量。C.测频时的标准频率误差：这是标准频率本身存在的偏差，影响所有测量结果，因此属于系统误差。属于随机误差的选项：测频时的量化误差：这是由于测量仪器的有限分辨率引起的误差，表现为测量值的随机波动，因此属于随机误差。属于粗大误差的选项：读数错误：这是由于人为操作失误（如错误读数、记录错误）引起的误差，属于粗大误差。题9分析：（Dynamic（如高频信号在这个案例中，万用表的交流电压档频率上限为5kHz，而当前要测量的是100kHz的高频电压。这远超过了万用表的频率响应范围，因此万用表无法准确测量这种高频信号。结果是万用表对高频信号的响应大大减弱，导致示值远低于实际值。二、填空题1、0.25；2、2r/min，0.01%；3、答：乙；精度等级表示的是仪表在满量程情况下的误差百分比。例如，0.5级意味着0.51.5级意味着在满量程下最大误差为满1.5%。甲表的误差计算：甲表的满量程是400mA，精度等级为0.5级，所以其最大误差为满量程的0.5%：最大误差=0.5%×400mA=2mA乙表的误差计算：乙表的满量程是100mA，精度等级为1.5级，所以其最大误差为满量程的1.5%：最大误差=1.5%×100mA=1.5mA因此，当测量100mA时，乙表的误差是mA。结论：用乙表（1.5级，测量范围0~100mA）测量误差较小。思考的待测电流刚好在乙表的满量程上，这样是不推荐的，因为没有留下足够的裕量。0~400mA）测量误差较小且更可行。4、标准差，精密度；5、准确度，系统；6、I=8p+4，8mA，250Ω，0.125MPa；三、简答题|r|re100%2.5%e2.5%50012.5(xAx|xemaxSPAN|10012.51001.56251.5级8001、解：2、答：（1）不正确；（2）计算出两种准确度等级的压力传感器测量时的最大绝对误差；0.1|e

|=*SPAN=0.120=0.2

kPa）max1

100 1000.05|e

|=*SPAN=0.0300=0.5

kPa）max2

100 100（3）比较并得出结果：0.1级的压力传感器测量产生的误差较小。3、答：仪表A的误差计算误差=0.5%×500N=0.005×500=2.5N仪表B的误差计算误差=1.0%×100N=0.01×100=1.0N相对误差是指仪表的误差与待测量值的比率，用于衡量测量值的准确性。仪表A的相对误差≈3.57%，仪表B的相对误差≈1.43%较好70N时相对误差较小，测量结果更为精确。4、解：1）该仪表的分辨力为0.1℃。2）最大绝对误差：emax＝(±0.5%)×Am＝（±0.5%）×199.9℃＝±0.9995℃≈±1℃最大满度相对误差：γm＝emax／Am×100%＝1℃／199.9℃×100%≈0.5%3）被测温度的示值为180.6℃。4）示值相对误差：γx≤emax／Ax×100%＝1℃／180.6℃×100%≈0.55%5）被测温度的实际值上限为181.6℃，下限为179.6℃。5、答：步骤1：计算均值和标准差步骤2：剔除粗大误差数据6G(n,0.99)=1.94，15-10.67=4.33>1.95*2.05=3.9975因此剔除15厘米的值。步骤3：重新计算均值和标准差步骤4：确定估计范围_xxG(5,0.99)s10.01.750.15810.00.276510.00.3(厘米)所以对被测物体长度的最小估计区间为[9.7,10.3]厘米。项目二 热学量传感器一、选择题1：C; 2C,A; 3~7:CABCC。二、填空题1、温度，电阻；2、171，-11.97；3、800℃；4、50，3.66×106；三、计算分析题1、解：2.答：（1）NTCCTR型式热敏电阻。热敏电阻的典型转换电路为串联R=U/Iab段及其附近范围内，热敏电阻两端的电压与电流cd段及其附近范围内，随着温度增加，通过热敏电阻的电流增加，其阻值迅速降低；（2）测量温度时，希望热敏工作于线性区域，故采用ab段及其附近区域；（3）测量风速或流量时，一般来说需要考虑到环境条件和流体的影响，通cd段。3.答：1000℃温度测量1000℃的高温测量，一般建议使用热电偶（Thermocouple）。热电偶因其稳定性好、响应快、适应广泛的温度范围（包括高温环境），是测量高温的常见选择。常见的热电偶类型包括K型、N型等，它们能够在1000℃左右提供稳定和精确的测量。20温度测量20TemperatureRTD在常温下具有较高的精度和稳1500℃左右的高温测量：对于1500℃殊和高级的传感器，如下列几种传感器。热电偶（TypeS、TypeR等）：这些热电偶类型具有更高的温度测量能力，TypeSTypeR1500℃良好的稳定性和精度。红外测温仪（InfraredPyrometer）：红外测温仪能够非接触地测量物体表面的温度，适用于高温测量，包括1500℃以上的温度。它们通过测量物体辐射的红外辐射能量来确定表面温度，操作简便且精确度较高。4.答：30℃900℃K型热电偶的温差电动势为约36.126mV。5、答：一样。由于被测对象为金属导体，根据中间导体定律，只要保证对（第三种导体6、答：BBAtA,0)BtB,0)AtA,0)A0,0]BtB,0)B0,0]AtA,0)BtB,0)]B0,0)A0,0]、BK型热电偶，故Bt0,0),0)，

AtA,0)BtB,0),所以，AB

AtA,t0)BtB,t0AtA,0)BtB,0) ，与冷端参考温度t0无关，仪表指示值为200℃。7、答：1）遵循热电效应；被测对象为熔融金属，可视为第三种导体，热电注意极性，不能接反，否则会造成更大的误差；3延AB与钢水的接触点温度必须相同。利用了热电偶的中间导体定律和中间温度定律；3）不行；因为塑料不是导体，不符合中间导体定律的使用要求。项目三 光、磁与电学量传感器一、选择题1~4：BCCAA； 6~7:B，C； 8:A、AB。二、填空题1.增大，0.075,0.3,0.045，高，0.03,300，机械振动；2.（1）电涡流，非接触，不能；（2）光耦，传输，隔离；VL1，红外，饱和，高，暗，亮；3.（1）磁铁，开关；（2）水平，电动机，卸料；（3）光电，非接触，光；三、计算分析题1、答：参考答案（智能纸张“白度”检测仪设计）1）纸张“白度”测试仪的特性参数一种常用的纸张“白度”测试仪是PCE-WSB1白度计，其主要特性参数包括：测量范围：0-100.0（199.9）分辨率：0.1重复精度：±0.1符合标准：ISO2470ISO3688AD65测量光学条件：45/0显示屏：液晶显示（LCD）这种仪器用于测量蓝光白度（Wb=R457），并配有黑色、白色和亮度标准进行DIY校准，以确保准确且可重复的测量结果。2）测试仪的工作原理3）光路简图光源——>分光器——>样品——>反射光——>探测器| || ||——>参比通道——>探测器——>电路处理4）测量电路原理框图[光源]——>[样品]——>[探测器]——>[信号处理器]——>[显示单元]||[参比通道]5）工作过程照明和反射：光源发出标准光束，经过分光器后，一部分光照射到样品上，另一部分光进入参比通道。样品反射光线通过光路到达探测器。信号转换：探测器将接收到的光信号转换为电信号，这个信号的强度与样品的反射率成比例。信号处理：信号处理器对电信号进行处理，计算出样品的白度值，同时通过参比通道校正环境光和仪器误差，确保测量结果的准确性。以提高产品的质量控制。2、答：查阅资料，结合所学知识完成；3、答：查阅资料，结合所学知识完成；4、答：查阅资料，结合所学知识完成；项目四 位移传感器与物位传感器一、选择题1~5：CBCDC； 6~10:DCB，A、C，D；11~15：BADC，A、C。二、计算分析题1.答：1.6mm；50Hz；2.5mm1）振动的位移峰峰值xPP等于测量得到的电压峰峰值Upp除以灵敏度，即：xPP=Upp/K=80mV÷(25mV/mm)=3.2mm。振幅是指振动的最大值。如果振动是“简谐振动”，则振幅A是振动的“峰峰值”的一半，即：A=xPP/2=3.2÷2=1.6mm。2）主轴振动的基频f=1/T=1÷20ms=50Hz。3）为了得到较好的线性度与最大的测量范围，传感器与被测金属的安装距离l为线性范围的一半：l=5mm÷2=2.5mm。2.答：当油箱中无油时，电容传感器的电容量Cx=Cxo，调节匹配电容使Co=Cxo，R4=R3RP0RP0。此时，Cx／Co=R4／R3hCxhUo后带动指针顺时针偏转，同时带动RP的滑动臂移动，从而使RP阻值增大，Rcd=R3＋RPRPUo=0，于是伺服电动机停转，指针停留在转角为θ处。答：请查阅资料，结合所学知识完成装置设计。答：请查阅资料，结合所学知识完成装置设计。5.答：极距；电；3%；0.25m；25分析：1）由于水是导电的，相当于接地的电极。当水位升高到不锈钢金属2）由于不锈钢金属环必须通过玻璃管中的水与大地之间形成电容器，所以被测液体应该是导电液体。3）设n=32，分该液位计的分辨率=1/n=1÷32≈3%。4）分辨力Δ=h2/n=8m÷32=0.25m。若想提高此类传感器的分辨率，必须增加不锈钢圆环的数量。5）设当液体上升到第32个不锈钢圆环的高度时，101线LED光柱全亮，则当液体上升到m=8个不锈钢圆环的高度时，共有(m/n)×108=(8/32)×100=25线LED被点亮。如果计算结果不是整数，更高一位的LED有可能跳动闪亮。（采用变介电常数式电容传感器等）。答：请查阅资料，结合所学知识完成装置设计（如电涡流式、超声波式等）。项目五 力学量传感器一、选择题1：C，D； 2~7：BCBDDC；8:B，D；9:D，C，B；10：B，A； 11：B，A。二、计算分析题1.FR1R4R2并接成差动电桥，则电桥输出电压UOF成正比。等强度悬臂梁的应变06Flbh2E0

不随应变片粘贴位置变化。1）悬臂梁上布片如图a所示。接桥方式如图b所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化，可提高灵敏度。2）当输入电压为3V，有输出电压为2mV时的称重量为：F＝33.3N；3.4Kg。2.答：1）5.29A，产生一个较矮的尖脉冲。然L=2m距离的时间，t前轮=2.4格×25ms/格=60ms=0.06s。每秒的车速v=L/t前轮=(2m÷0.06s)=33.3m/s2）每小时的车速v=L/t前轮=(2m÷0.06s)×3600÷1000=120km/h。d较矮的脉冲较高的脉冲t前后轮=4.2格×25ms/格=105ms=0.105s。汽车前后轮间的轴距d等于前后轮压过电缆A的时间差乘以每秒的车速，即：d=t前后轮v=0.105s×(33.3m/s)=3.5m。汽车的载重量m越重，以及车速v越快，压电电缆输出信号波形的幅度就越高。车速v越快，A、B压电电缆的脉冲时间间隔就越短。轮距越大，A压电电缆的较矮的脉冲与较高的脉冲之间时间间隔就越长。项目六 化学传感器与生物传感器一、选择题1~4：BDCC； 5：D，A，B； 6~10：BCBDA。题5分析：6.141、2接线端应该接到安全区的二次仪表。所谓3、4接线端是“本质安全”的，3030m。所以经过安全栅的隔离后，可以将信号线接到危险区的一次仪表。如果将安全栅置于在危险区域（本题中的液化气灌装区），当熔断器熔断的瞬间，产生电火花时，电火花可能点燃危险区（液化气灌装区）的可燃性气体，所以应该将安全栅至于危险区的外面（灌装区的外墙），但应紧靠危险区区。二、简答题1.答：选择气体传感器时，应考虑以下几个关键条件，以确保其满足特定应用需求：（1）检测气体种类和浓度范围检测气体种类：传感器应能够检测目标气体的存在，如氧气、二氧化碳、甲烷、一氧化碳等。浓度范围：传感器的检测范围应覆盖目标气体的预期浓度区间。不同传感器的灵敏度和精度可能不同，需要根据具体应用选择合适的浓度范围。（2）灵敏度和响应时间灵敏度：传感器应具备足够的灵敏度，以便能够检测到气体的微小变化。化。这在安全监测和实时检测中尤为重要。（3）选择性选择性：传感器应能够准确地检测目标气体，而不会受到其他气体的干扰。高选择性有助于减少误报和提高测量准确性。工作环境条件温度和湿度：传感器应能在预期的温度和湿度范围内正常工作。压力和流量：传感器应能在特定的气压和气流条件下运行，尤其是在工业和实验室环境中。寿命和稳定性使用寿命：传感器应具有较长的使用寿命，以减少更换频率和维护成本。稳定性：传感器应在长期使用中保持稳定的性能，不会因环境变化而失准。（6）尺寸和安装要求尺寸：传感器的物理尺寸应适合安装位置。安装要求：传感器应易于安装和维护，适合实际应用环境的安装方式。（7）输出信号类型输出信号：传感器的输出信号类型应与数据采集系统或控制系统兼容，常见的输出信号类型包括模拟电压、电流输出、数字信号等。（8）电源需求电源：传感器的电源要求应与现场电