传感器原理及应用习题及传感器原理

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1、第1章传感器的一般特性1.1什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。能感受规定的被测量并按照一定的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1.2简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。1.3传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？1.4传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？1.5传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？1.6某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差d(以mV计)。当

2、传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论?解：满量程（F▪S）为50﹣10=40(mV)可能出现的最大误差为：d＝40´2%=0.8(mV)当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。1.7有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数t和静态灵敏度K。1)式中,y——输出电压，V；T——输入温度，℃。2)式中，y——输出电压，mV；x——输入压力，Pa。

3、解：根据题给传感器微分方程，得(1)τ=30/3=10(s)，K=1.5´10-5/3=0.5´10-5(V/℃)；(2)τ=1.4/4.2=1/3(s)，K=9.6/4.2=2.29(mV/Pa)。1.8已知一热电偶的时间常数t=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度K=1。试求该热电偶输出的最大值和最小值。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。解：依题意，炉内温度变化规律可表示为x(t)=520+20sin(wt)℃由周期T=80s，则温

4、度变化频率f=1/T，其相应的圆频率w=2pf=2p/80=p/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(wt+j)℃热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为因此，热电偶输出信号波动幅值为B=20A(w)=200.786=15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)

5、=520+B=520+15.7=535.7℃y(t)

6、=520﹣B=520-15.7=504.3℃输出信号的相位差j为j(ω)=-arctan(ω)=-arctan(2p/80´10)=-38.2°相

7、应的时间滞后为Dt=1.9一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即式中，y——输出电荷量，pC；x——输入加速度，m/s2。试求其固有振荡频率wn和阻尼比z。解:由题给微分方程可得1-10用一个一阶传感器系统测量100Hz的正弦信号时，如幅值误差限制在5%以内，则其时间常数应取多少?若用该系统测试50Hz的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多解:根据题意（取等号计算）解出ωτ=0.3287所以当用该系统测试50Hz的正弦信号时，其幅值误差为相位差为j=﹣arctan(wt)=﹣arctan(2

8、π×50×0.523×10-3)=﹣9.3°1-11一只二阶力传感器系统，已知其固有频率f0=800Hz，阻尼比z=0.14，现用它作工作频率f=400Hz的正弦变化的外力测试时，其幅值比A(w)和相位角j(w)各为多少；若该传感器的阻尼比z=0.7时，其A(w)和j(w)又将如何变化?解:所以，当ξ=0.14时当ξ=0.7时1-12用一只时间常数t=0.318s的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值相对误差为多少?解：由一阶传感器的动态误差公式由于t=0.318s1-13已知某二阶传感器系

9、统的固有频率f0=10kHz，阻尼比z=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。解：由f0=10kHz，根据二阶传感器误差公式，有将z=0.1代入，整理得1-14设有两只力传感器均可作为二阶系统来处理，其固有振荡频率分别为800Hz和1.2kHz，阻尼比均为0.4。今欲测量频率为400Hz正弦变化的外力，应选用哪一只?并计算将产生多少幅度相对误差和相位差。解：由题意知则其动态误差=7.76%相位差=﹣0.29(rad)=﹣16.6°第2章电阻应变式传感器2.1说明电阻应变测试技术具

10、有的独特优点。(1) 这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；(2) 易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；(3) 灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4) 可以测量各种物理量。2.2简述电阻应变片的主要特性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，内径18mm．在其表面粘贴八个应变