《传感器原理及工程应用》课后答案

第 1 章传感器概述 1 ．什么是传感器？（传感器定义） 2 ．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 4 ．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。 第 1 章传感器答案： 3．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。 4 ．答： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 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行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器 第 2 章 传感器特性 1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意 义？动态参数有那些？应如何选择？ 2．某传感器精度为 2%FS ，满度值 50mv ，求出现的最大误差。当传感器使用在满刻度值 1/2 和 1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。 3 ．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率 f0=800Hz，阻尼比 ε =0.14 ， 用它测量频率为 400 的正弦外力，幅植比，相角各为多少？ ε =0.7 时，，又为多少？ 4 ．某二阶传感器固有频率 f0=10KHz，阻尼比 ε =0.1 若幅度误差小于 3%， 试求：决定此传感器的工作频率。 5. 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。 6. 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。 7 ．测得某检测装置的一组输入输出数据如下： 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。 8 ．某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器 指示出温差的 1/3 和 1/2 所需的时间。 9 ．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在 t=0 时，输出为 10mV;t→∞时，输出为 100mV;在 t=5s 时，输出为 50mV,试求该传感器的时间常数。 10． 某一阶压力传感器的时间常数为 0.5s,若阶跃压力从 25MPa,试求二倍时间常数的压力和 2s 后的压力。 11．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为 1000Hz,阻尼比为临界值的 50%,当 500Hz 的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。 12。已知某压力传感器的测定范围为 0～10000Pa，输入特性表示为： y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？ 13。 某 CO2气体传感器在 20。 C ， 浓度范围为 0 ～100ppm时的输入特性表示为 Rx=x+250(kΩ ), 用差动法回答以下问题（其中 R1=10MΩ ,E=2V）: ⑴利用最简单的电阻- 电压变换电路，绘出 X ，V0 的关系图。 ⑵利用电桥进行电阻- 电压变换电路，绘出 20 。C 时 X ，V0 的关系图。另外，当 30。C 时， Rx=x+500(kΩ ) ，在同一张图上再加上 X ，V0 的关系图，然后进行比较。 ⑶采用两个差动法的传感器电路绘出 20。C ，30。C 时 X ，V0 的关系，然后与（2 ）中的图形 进行比较。 14。设阻抗 Rs 为 1 k Ω 俄信号源与 100V的动力线有 50m的并行走线距离，静电感应所产生 的噪声电压为多少？分布电容设为 10pF/m。 第 2 章 传感器特性答案： 1.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。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。 人们根据传感器的静特性来选择合适的传 感器。 5 ．解： 6 。 解： 7． 解： 带入数据 拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7% 。 ，， ，， ，， 8 ．解： 设温差为 R,测此温度传感器受幅度为 R 的阶跃响应为( 动态方程不考虑初态) 9 ．解： 此题与炉温实验的测试曲线类似: 10．解： 11．解： 所求幅值误差为 1.109,相位滞后 33042, 所求幅值误差为 1.109,相位滞后 33042, 12．答： dy/dx=1-0.00014x。微分值在 x7143Pa时为负，故不能使用。 13．答： ⑴ 20。C 时，0 ～100ppm对应得电阻变化为 250～350 kΩ 。V0 在 48.78～67.63mV之间变 化。 ⑵ 如果 R2=10 MΩ ，R3=250 kΩ ，20。C 时，V0 在 0 ～18.85mV之间变化。30。C 时 V0 在 46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。 ⑶ 20。C 时，V0 为 0 ～18.85mV，30。C 时 V0 为 0 ～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵 敏度约降低 4.9%。但相对（2 ）得情况来说有很大的改善。 14．答： 感应电压=2π fCRSVN,以 f=50/60Hz, RS=1kΩ , VN=100代入，并保证单位一致，得： 感应电压=2π *60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第 3 章应变式传感器 1 ．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？试说明金属应变片与半导体应变 片的相同和不同之处。 2 ．有一吊车的拉力传感器如图所示，电阻应变片 R1、R2、R3、R4 等截面轴上，已知 R1—R4 标称阻值为 120Ω ，桥路电压 2V，物重 m 引起 R1、R2 变化增量为 1.2Ω 。请画出应变片电 桥电路，计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度，R3、R4 起什么作用？ 3 ．在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应 变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？ 4 。相敏检波电路与普通检波电路有什么不同？请叙述相敏检波电路工作原理。 5 。电桥如图所示： 试推导电桥平衡条件 V0 （R1,R2,R3,R4）=0V 。 6 。电桥预调平衡电路如图，初始不平蘅值： R1=348， R2=350 ，R3=120 ， R4=120 ， R5=1K ， R6=20K， E=24V 求： 调节滑片， 平衡时 R7， R8 的值。 平衡后 R1/R2=R3/R4， 对吗？ 7. 在用直流电桥测量电阻的时候，若标准电阻 Rn=10.0004Ω 的电桥已经平衡（则被测电阻 Rx=10.0004Ω ），但是由于检流计指针偏转在±0.3mm 以内时，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 ±Δ Rn 。若已知电桥的相对灵敏度 Sr=1mm/0.01% ，求对应检流计指针偏转±0.3mm 时，