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传感器及检测技术习题.doc
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传感器及检测技术习题.doc
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- -
传感器与检测技术复习题
0.1 传感器在检测系统中有什么作用和地位?
答:传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制之首。传感器是感知、获
取与检测信息的窗口,一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取
并通过它转换成容易传输与处理的电信号,其作用与地位特别重要。
0.2 解释以下名词术语:
1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器
答:①敏感元件:指传感器中直接感受被测量的局部。
② 传感器:能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由
敏感元件和转换元件组成。
③ 信号调理器:对于输入和输出信号进展转换的装置。
④ 变送器:能输出标准信号的传感器。
1.1 某位移传感器,在输入量变化 5 mm 时,输出电压变化为 300 mV,求其灵敏度。
解:
)(
5
300
mm
mV
X
U
k
1.2 某 测 量 系 统 由 传 感 器 、 放 大 器 和 记 录 仪 组 成 , 各 环 节 的 灵 敏 度 为 :
S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V,求系统的总的灵敏度。
解:
1.3 测得某检测装置的一组输入输出数据如下:
x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7
y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0
a)试用最小二乘法拟合直线,求其线性度和灵敏度;
b)用 C 语言编制程序在微机上实现。
解:
, ,
, ,
- . word.zl-
- -
拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7% 。
1.8 什么是传感器的静特性?有哪些主要指标?
答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性
度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
1.9 如何获得传感器的静特性?
答:传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。
1.10 传感器的静特性的用途是什么?
答:人们根据传感器的静特性来选择适宜的传感器。
1.11 试求以下一组数据的各种线性度:
x 1 2 3 4 5 6
y 2.20 4.00 5.98 7.9 10.10 12.05
1)理论〔绝对〕线性度,给定方程为 y=2.0x;
2)端点线性度;
3)最小二乘线性度。
解: ①理论线性度:
%4.0
0 5.1 2
620 5.1 2
%1 0 0
m a x
F S
L
y
L
② 端点线性度:
由两端点做拟和直线
2 3.09 7.1
xy
中间四点与拟合直线误差:0.17 0.16 0.11 0.08
所以,
%4 1.1
0 5.1 2
1 7.0
%1 0 0
m a x
F S
L
y
L
③ 最小二乘线性度:
9 8.1
1 0 5
4 1.2 0 8
2 12 19 16
2 3.4 22 15 4.1 8 26
)(
2
2
ii
iiii
xxn
yxyxn
k
0 9.0
1 0 5
5 9.9
2 12 19 16
5 4.1 8 22 12 3.4 29 1
)(
)(
2
2
2
ii
iiiii
xxn
yxxyx
b
所以,
0 9.09 8.1
xbk xy
- . word.zl-
- -
)(
bkxy
iii
0 7.0
1
0 5.0
2
0 5.0
3
11.0
4
11.0
5
0 8.0
6
%0 9.0
0 5.12
11.0
%1 0 0
m ax
F S
L
y
L
1.12 在对量程为 10MPa 的压力传感器进展标定时,传感器输出电压值与压力值之间的关
系如下表所示,简述最小二乘法准那么的几何意义,并讨论以下电压-压力曲线中哪条最符
合最小二乘法准那么?
测量次数 I
1 2 3 4 5
压力 xi〔MPa〕
2 4 6 8 10
电压 yi〔V〕
10.043 20.093 30.153 40.128 50.072
〔1〕y=5.00x-1.05
〔2〕y=7.00x+0.09
〔3〕y=50.00x-10.50
〔4〕y=-5.00x-1.05
〔5〕y=5.00x+0.07
答:最小二乘法准那么的几何意义在于拟和直线精细度高即误差小。将几组 x 分别带入以
上五式,与 y 值相差最小的就是所求,〔5〕为所求。
2.1 在用直流电桥测量电阻的时候,假设标准电阻 Rn=10.0004Ω 的电桥已经平衡〔那么
被测电阻 Rx=10.0004Ω 〕,但是由于检流计指针偏转在±0.3mm 以时,人眼就很难观
测出来,因此 Rn 的值也可能不是 10.0004 Ω,而是 Rn=10.0004Ω±ΔRn 。假设电桥的
相对灵敏度 Sr=1mm/0.01% ,求对应检流计指针偏转±0.3mm 时,ΔRn ?
解:
m my
3.0
,
0 0 0 4.1 0
n
R
%0 1.0/1
%1 0 0
%1 0 0
m m
R
R
y
x
y
S
n
n
r
- . word.zl-
- -
2.2 如图 F1-1
所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路,图中 R2=R3=R
是固定电阻,R1 与 R4 是电阻应变片,工作时 R1 受拉,R4 受压, ΔR 表示应变片发生应
变后,电阻值的变化量。当应变片不受力,无应变时 ΔR=0,桥路处于平衡状态,当应变
片受力发生应变时,桥路失去了平衡,这时,就用桥路输出电压 Ucd 表示应变片应变后的
电阻值的变化量。试证明:
Ucd=〔E/2〕(ΔR/R)
证:
RRR
1
RRR
4
c d
U
UU
d bc b
E
RRR
R
E
RRR
R
E
RR
RR
22
4
2
略去
R
的第二项,即可得
2.3 说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数?
2.5 一个量程为 10kN 的应变式测力传感器,其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力,外径
20mm,径 18mm,在其外表粘贴八各应变片,四个沿周向粘贴,应变片的电阻值均为
120Ω,灵敏度为 2.0,波松比为 0.3,材料弹性模量 E=2.1×1011Pa。要求:
1) 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路;
2) 计算传感器在满量程时,各应变片电阻变化;
3) 当桥路的供电电压为 10V 时,计算传感器的输出电压。
解:
- . word.zl-
- -
① 图 2- 32( c)
② 圆 桶 截 面 积
622
1 07.5 9
rRA
应 变 片 1, 2, 3, 4 感 受 的 是 纵 向 应 变 , 有
x
4321
应 变 片 5, 6, 7, 8 感 受 的 是 纵 向 应 变 , 有
y
8765
K
U
R
RRRR
U
U
44
6251
6251
A E
F
K
U
K
U
K
U
xyx
1
2
1
22
其 中 A 为 圆 桶 的 截 面 积 ,
为 泊 桑 比
,E
为 弹 性 模 量
,
F
为 外 加 负 载 力
,K
为 灵 敏 系 数
.
满量程时:
1 9 1.01 2 0
1 01.21 07.5 9
1 01 0
0.2
116
3
4321
R
A E
F
KRKRRRR
x
0 5 7.01 9 1.03.0
18765
RRRRR
③
A E
F
K
U
U
1
2
F
F
6
46
1 00 3 7.1
1 01.21 07.5 9
3.010.2
2
1 0
2.9 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么?
答:①在外界温度变化的条件下,由于敏感栅温度系数 及栅丝与试件膨胀系数〔
- . word.zl-
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pyhm63
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