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传感器原理及应用第四版答案

发布日期:2020-07-22 03:12

  传感器原理及应用第四版答案_销售/营销_经管营销_专业资料。传感器原理及应用第四版答案 【篇一:传感器原理与应用课后习题】 txt课任老师:黄华 姓名:张川 学号:1143032002 第一章 2、一、按工作机理分类:结构型,物性型,复合型三大类。一般在 研

  传感器原理及应用第四版答案 【篇一:传感器原理与应用课后习题】 txt课任老师:黄华 姓名:张川 学号:1143032002 第一章 2、一、按工作机理分类:结构型,物性型,复合型三大类。一般在 研究物理化学和生物等 科学领域的原理、规律、效应的时候,便于选择。 二、按被测量分类:物理量传感器,化学量传感器,生物量传感器。 在对各领域的用途上很容易选择。 三、按敏感材料分类:半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感 器、高分子材料传感器、金属传感器等。很明显不同的名字就代表 着用法,不同的制造材料去不同使用。 四、按能量的关系分类:有 源传感器、无源传感器。很明显是在能量转换的时候,也就是非电 与电之间的转换时,还有就是非电与电能之间的调节作用的时候, 需要用到此类传感器。 五、按应用领域分类:医学传感器、航天传感器。顾名思义,就是 在医学领域的相关器械检查等方面和航空航天的整体过程中会用到。 六、其他分类法:按用途、科目、功能、输出信号的性质分类。当 然按其所需要的类型使用此类传感器。 3、1)线)灵敏度: ?max y ?100% fs sn? ?y ?x 3)重复性:误差 ex?? (2~3)? ? y ?100% fs 4)迟滞(回差滞环)现象:e?5)分辨率:? y?y i d x min 6)稳定性 7)漂移 4、它是传感器对输入激励的输出响应特性。通常从时域或者频域两 方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。 6、系统:a dy(t) ?by(t)?cx(t) dtady(t)c ?y(t)?x(t) bdtb 通用形式:? dy(t) k——传感器的静态灵敏度或放大系数,k=c/b,反映静态特征; ?传递函数: h(s)? k 1??s ?频率特性: h(jw)? k 1?jw? ?幅频特性: a(w)?h(jw)? k?(??) 2 ???)??arctan(??) ?想频特性: ?(?)? arctan( ≈0; 输出 y(t)反映输入 x(t); 第二章 2、金属导体受到外力作用产生机械形变,电阻值会随着形变的变化 而变化。应变片的敏感栅 受力形变后使其电阻发生变化。将其粘贴在试件上,利用应变—— 电阻效应便能把试件表面的应变量直接变换为电阻的相对变化量, 这样就把力的大小通过电阻改变转化为电信号再有电信号模拟出来 数字显示,金属电阻应变片就是利用这一原理制成的传感元件。 系统 摘要:设计和制作了一种油料液位监测系统,传感器部分采用电容 式液位计,当液位高于最大安生高度时,鸣响振铃并点亮红色 led 灯; 当液位低于所要求的最小高度时,鸣响振铃并点亮黄色 led 灯;当液 位处于所要求的高度范围内时,点亮绿色 led 灯。 油料液位是指油库或油箱中的油积存的相对高度.当油库或油箱需 要充油时,若液位已达到最大安全容量所对应的高度,就需要给充 油者以提示;若油的液位低于最低要求高度时,需要给以也提示, 以便使油库或油箱得以及时补充.这种液位监测系统在储油库或汽 车油箱等方面具有重要的作用。文设计和制作了一种油料液位监测 系统,以在液位高于最大安全高度时,响振铃报警并点亮红色 led 灯; 当液位置低于某一高度时,鸣响振铃并点亮黄色 led 灯;当液位处于 所要求的高度范围内时,点亮绿色 led 灯给以提示。 1电路设计及工作原理 油料液位监测系统的电路设计如图1所示。整个电路可以分成两部 分:①测量与转换电路。②控制电路、监测系统和振铃。 1.1 测量与转换电路 如图1所示,虚线方框内为测量与转换电路部 分.其中测量部 分采用电容式液位计[1],结构如图2所示,电容式液位计是一种电 容式传感器,它是将被测介质的液面变化转换为电容器的电容变化, 当油料的液面高度变化时,引起圆柱形电容器 的电容 cs 发生变化, 可以证明液面高度 x 的变化与电容 cs 的关系为: 式中, 介电常数,h 为电极总高度,r1 为内电极外径,R2 为外电极内径。 从(1)式可见,电容式液位计的输出电容 cs 与液位高度 x 成线性 关系.再利用脉冲调宽转换电路,就可将液位高度 x 转换成与之对 应的电压输出。 在脉宽调制电路中,cs 代表传感器电容,cr 为参比电容,cs、cr 分别与R1、R2、Bg1、bG 2 为油料介电常数,为空气 【篇二:传感器原理及应用课后习题答案 1(吴建平机械 工业出版)】 1.1 答: 从广义的角度来说,感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感 器。我们对传感器定义是:一种能把特定的信息(物理、化学、生 物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角 度对传感器定义是:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准(gb7665—87)对传感器(sensor/transducer)的 定义是:“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信 号的器件和装置”。定义表明传感器有这样三层含义:它是由敏感元 件和转换元件构成的一种检测装置;能按一定规律将被测量转换成 电信号输出;传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的 场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2 答: 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成; 关系,作用——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。 1.3 答: (略)答: 按照我国制定的传感器分类体系表,传感器分为物理量传感器、化 学量传感器以及生物量传感器三大类,含 12 个小类。按传感器的检 测对象可分为:力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、 声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答: 图形符号(略),各部分含义如下: 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答:(略)答:(略)答:(略) 2.1 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。 2.2 答: 1)实际传感器有非线性存在,线性度是将近似后的拟合直线与实际 曲线进行比较,其中存在偏差,这个最大偏差称为传感器的非线性 误差,即线)选取拟合的方法很多,主要有:理论线性度(理论拟合);端基线 性度(端点连线拟合);独立线性度(端点平移拟合);最小二乘法线)线性度?l 是表征实际特性与拟合直线)传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准,即使是同一传感 器基准不同时得出的线性度也不同,所以不能笼统地提出线性度, 当 提出线性度的非线性误差时,必须说明所依据的基准直线 答: 响应特性取决于阻尼比?,阻尼系数?越大,过冲现象减弱,?影响过 冲量和振荡次数。 2.4 答:(略) 2.5 解: 对微分方程两边进行拉氏变换, y(s)(30s+3)=0.15x(s) 则该传感器 系统的传递函数为: ?1 时无过冲,不存在振荡,阻尼比直接 h(s)? y(s)0.150.05 ?? x(s)30s?310s?1 动态误差由稳态误差和暂态误差组成。先求稳态误差: 对方程两边 去拉氏变换得: t1(s)?t2(s?)?0st2s( ) 则传递函数为 t2(s)1 ? t1(s)?0s?1 ?0,再求暂态误差: 对于一阶系统,阶跃输入下的稳态误差 ess 当 t=350s 时,暂态误差为 20 e(t)?(300?25)e?350/1?14.88?c 故所求动态误差为: e?ess?e(t)?14.88?c 2 ?n g?j???2 2 s?2??ns??n s?j? ? 1 ????1????2j? ?n??n? 2 则,频率为 600hz 时的幅值为 g(j?)? 相对误差为 ? ?0.947 ?600)2?0.7? ?n??52?70 ???tg?1??tg?1 60021?()21?() ?1000 2?( 2?n 2.8 解:g?j???2 2 s?2??ns??n s?j? ? 1 ????1????2j? ?n??n? 2 g(j?)? ? ? ?2 )??′ 令g(jw)?1.03,( 则 10000 2 ?1.93,?2′?0.03 代入上式,得 ?′?1.96?′?0.0574?0 解得?1′ ?1?1389hz,?2?173hz 令g(jw)?0.97,则 2 ?1.99(舍负)?′?1.96?′?0.0628?0 解得?3′ 代入上式,得 ?3?1411hz 由图 2-18 二阶传感器系统的幅频特性曲线知,该传感器的工作频率 范围为: 1389hz<?<1411hz 或 ?<173hz 2 ?n g?j???2 2 s?2??ns??n s?j? ? 1 ????1????2j? ?n??n? 2 g(jw)? ??0.940 ?400)2?0.4? ?n??8?33 ???tg?1??tg?1 21?()21?() ?2200 2?( 第 3 章 电阻应变式传感器 3.1 答: 导体在受到拉力或压力的外界力作用时,会产生机械变形,同时机 械变形会引起导体阻值的变化,这种导体材料因变形而使其电阻值 发生变化的现象称为电阻应变效应。 当外力作用时,导体的电阻率?、长度 l、截面积 s 都会发生变化, 从而引起电阻值 r 的变化,通过测量电阻值的变化,检测出外界作用 力的大小。 3.2 答: 金属丝灵敏系数 k0 主要由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几 何尺寸变化为(1?2?),电阻率的变化为 ???/??/?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感 栅的横向效应。虽然长度 相同,但应变状态不同,金属丝做成成品的应变片(粘贴到试件上) 以后,灵敏系数降低了。 3.3 答: 敏感栅越窄,基长越长的应变片,横向效应越小,因为结构上两端 电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。ag亚洲集团。 3.4 答: 金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应,对于 半导体而言,应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。金属 电阻丝的灵敏系数可近似写为 灵敏系数近似为 3.5 解: k0????/??/???e≈50~100。 k0?1?2?,即 k0?1.5~2;半导体 ?k?2.05;??800?m/m ??r/r?k???0.0164;应变引起的电阻变化?r?0.2? 当电源电压 u?3v 时,电桥输出电压 u0? 3.6 解 1: 1)k 3?r??1.23mv 4r ? ?r1/r1 ? 则轴向应变为: ?? ?r1/r0.48/120 ??0.002 k2 2)电桥的输出电压为: 11 u0?uk?(1??)??2?2?0.002?1.285?5.14mv 22 解 2: ?k?2;r1?120?;?r1?0.48?;u?2v ?r1/r1 0.002ku 电桥输出电压: u0???r1/r1?4mv 2 轴向应变: ?? 3.7 解: ?r1?r2?r3?r4?120?;??0.3;s?0.00196m2;e?2?1011n/m2;u?2v;u 0?2.6mv u0 r?0.156?u ?l?r/r?r/r 轴向应变:?????0.0008125 lk1?2? ?r?l ?????0.0004875 rl 力:f??se?3.185?105n 按全桥计算:?r? 3.8 解: ①梁为一种等截面悬臂梁;应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个; ②?k ?2;f?100n;l0?100mm;h?5mm;b?2mm;e?2?105n/m2 6fl?r ??k??220?0.012 rehb ?r ③桥路电压 6v 时,输出电压为:u0?6??0.072v r 3.9 解: ①因为只有 r1 为应变片,电桥输出按单臂电桥计算,u0②因为两应 变片变化大小相同,相互抵消无输出,u0 ? e?r??0.010v 4r ?0v ③因为 r1,r2 应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算,u0? e?r??0.02v2r 第 5 章 电感式传感器 答案 5.1 答: 电感式传感器是一种机-电转换装置,电感式传感器是利用线圈自感 和互感的变化实现非电量电测的一种装置,传感器利用电磁感应定 律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、 振动、压力、应变、流量、密度等参数。 电感式传感器种类:自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、 感应同步器。 工作原理:自感、互感、涡流、压磁。 5.2 答: 电感传感器采用差动形式,转换电路采用相敏检波电路可有效改善 线 答: 差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时,在零点附近总有一个 最小的输出电压?u0,将铁芯处于中间位置时,最小不为零的电压称 为零点残余电压。产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线 圈绕组电气系数(互感 m 、电感 l、内阻 r)不完全相同,几何尺寸 也不完全相同,工艺上很难保证完全一致。 【篇三:《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课 后答案】 s=txt1. 什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误 差? 答:某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。 相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对 误差是绝对误差与被测量的真值之比;标称相对误差是绝对误差与 测得值之比。 引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法,也用相对误差表示, 它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差(在仪表 中指的是某一刻度点的示值误差)与仪表的量程之比。 2. 什么是测量误差?测量误差有几种表示方法? 它们通常应用在什么场合? 答:测量误差是测得值与被测量的真值之差。 测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一 种表示方法。 在实际测量中,有时要用到修正值,而修正值是与绝对误差大小相 等符号相反的值。在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才 能计算。 采用绝对误差难以评定测量精度的高低,而采用相对误差比较客观 地反映测量精度。 引用误差是仪表中应用的一种相对误差,仪表的精度是用引用误差 表示的。 3. 用测量范围为-50~+150kpa 的压力传感器测量 140kpa 压力时,传感器测得示值为 142kpa,求该示值的绝对误差、 实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解:绝对误差??142?140?2kpa 实际相对误差 标称相对误差 引用误 差??142?140?100%?1.43%140 ??142?140?100%?1.41%142 142?140?100%?1%150?(?50) ?? 4. 什么是随机误差?随机误差产生的原因是什 么?如何减小随机误差对测量结果的影响? 答:在同一测量条件下,多次测量同一被测量时,其绝对值和符号 以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。 随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素(测量装置 方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素),如电磁场的微 变,零件的摩擦、间隙,热起伏,空气扰动,气压及湿度的变化, 测量人员感觉器官的生理变化等,对测量值的综合影响所造成的。 对于测量列中的某一个测得值来说,随机误差的出现具有随机性, 即误差的大小和符号是不能预知的,但当测量次数增大,随机误差 又具有统计的规律性,测量次数越多,这种规律性表现得越明显。 所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小,从 而减少随机误差对测量结果的影响。 5. 什么是系统误差?系统误差可分哪几类?系统 误差有哪些检验方法?如何减小和消除系统误差? 答:在同一测量 条件下,多次测量同一量值时,绝对值和符号保持不变,或在条件 改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差。 系统误差可分为恒值(定值)系统误差和变值系统 误差。误差的绝对值和符号已确定的系统误差称为恒值(定值)系 统误差;绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差,变值系 统误差又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误 差等。 在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的,通常人们难于查明所 有的系统误差,发现系统误差必须根据具体测量过程和测量仪器进 行全面的仔细的分析,这是一件困难而又复杂的工作,目前还没有 能够适用于发现各种系统误差的普遍方法,只是介绍一些发现系统 误差的一般方法。如实验对比法、残余误差观察法,还有准则检查 法如马利科夫判据和阿贝检验法等。 由于系统误差的复杂性,所以必须进行分析比较,尽可能的找出产 生系统误差的因素,从而减小和消除系统误差。1. 从产生误差根源 上消除系统误差;2.用修正方法消除系统误差的影响;3. 在测量系统 中采用补偿措施;4.可用实时反馈修正的办法,来消除复杂的变化系 统误差。 6. 什么是粗大误差?如何判断测量数据中存在粗 大误差? 答:超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差, 粗大误差又称疏忽误差。此误差值较大,明显歪曲测量结果。 在判别某个测得值是否含有粗大误差时,要特别慎重,应作充分的 分析和研究,并根据判别准则予以确定。通常用来判断粗大误差的 准则有:3?准则(莱以特准则);肖维勒准则;格拉布斯准则。 7. 什么是直接测量、间接测量和组合测量? 答:在使用仪表或传感器进行测量时,测得值直接与标准量进行比 较,不需要经过任何运算,直接得到被测量,这种测量方法称为直 接测量。 在使用仪表或传感器进行测量时,首先对与测量有确定函数关系的 几个量进行直接测量,将直接测得值代入函数关系式,经过计算得 到所需要的结果,这种测量称为间接测量。 若被测量必须经过求解联立方程组求得,如:有若干个被测量 y1, y2,,…,ym,直接测得值为 x,x12,?,xn,把被测量与测得值之间的 函数关系列成方程组,即 x1?f1(y1,y2,?,ym)??x2?f2(y1,y2,?,ym)???????????? xn?fn(y1,y2,?,ym)??