傳感器與檢測技術(shù)胡向東-第2版習(xí)題解答(已修改)
2025-04-05 06:57 本頁面
【正文】 傳感器與檢測技術(shù)（胡向東，第2版）習(xí)題解答王濤第1章 概述 什么是傳感器？答：傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 傳感器的共性是什么？答：傳感器的共性就是利用物理定律或物質(zhì)的物理、化學(xué)或生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、頻率、電荷、電容、電阻等）輸出。 傳感器一般由哪幾部分組成？答：傳感器的基本組成分為敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩部分，分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。輔助電源信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路傳感元件被測量敏感元件另外還需要信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，輔助電源。 傳感器是如何分類的？答：傳感器可按輸入量、輸出量、工作原理、基本效應(yīng)、能量變換關(guān)系以及所蘊含的技術(shù)特征等分類，其中按輸入量和工作原理的分類方式應(yīng)用較為普遍。① 按傳感器的輸入量（即被測參數(shù)）進(jìn)行分類按輸入量分類的傳感器以被測物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。② 按傳感器的工作原理進(jìn)行分類根據(jù)傳感器的工作原理（物理定律、物理效應(yīng)、半導(dǎo)體理論、化學(xué)原理等），可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器等。③ 按傳感器的基本效應(yīng)進(jìn)行分類根據(jù)傳感器敏感元件所蘊含的基本效應(yīng)，可以將傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。 改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？答：① 差動技術(shù)；② 平均技術(shù)；③ 補償與修正技術(shù)；④ 屏蔽、隔離與干擾抑制；⑤ 穩(wěn)定性處理。第2章 傳感器的基本特性 什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入、輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入輸出關(guān)系中不含時間變量。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性和漂移。 利用壓力傳感器所得測試數(shù)據(jù)如下表所示，計算非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。設(shè)壓力為0MPa時輸出為0mV。壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程解：①求非線性誤差，首先要求實際特性曲線與擬合直線之間的最大誤差，擬合直線在輸入量變化不大的條件下，可以用切線或割線擬合、過零旋轉(zhuǎn)擬合、端點平移擬合等來近似地代表實際曲線的一段（多數(shù)情況下是用最小二乘法來求出擬合直線）。（1）端點線性度：設(shè)擬合直線為：y=kx+b,根據(jù)兩個端點（0，0）和（，），則擬合直線斜率：∴*+b=∴b=0∴端點擬合直線為y=壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程（2）最小二乘線性度：設(shè)擬合直線方程為，誤差方程令，由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有：直接測量值矩陣，系數(shù)矩陣，被測量估計值矩陣由最小二乘法：，有∴擬合直線為y=+壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程均值理論值誤差答：非線性誤差公式：② 遲滯誤差公式：，又∵最大行程最大偏差=，∴③ 重復(fù)性誤差公式：，又∵重復(fù)性最大偏差為=，∴ 用一階傳感器測量100Hz的正弦信號，如果要求幅值誤差限制在177。5％以內(nèi)，時間常數(shù)應(yīng)取多少？如果用該傳感器測量50Hz的正弦信號，其幅值誤差和相位誤差各為多少？解：一階傳感器頻率響應(yīng)特性：幅頻特性：由題意有，即又所以：0＜τ＜取τ=，ω=2πf=2π50=100π幅值誤差：%≤△A(ω)＜0相位誤差：△φ(ω)=arctan(ωτ)=≤△φ(ω)＜0 某溫度傳感器為時間常數(shù)τ=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的三分之一和二分之一所需的時間。解：一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為∴∴∴， 玻璃水銀溫度計通過玻璃溫包將熱量傳給水銀，可用一階微分方程來表示?，F(xiàn)已知某玻璃水銀溫度計特性的微分方程是y代表水銀柱高（mm）, x代表輸入溫度（℃）。求該溫度計的時間常數(shù)及靈敏度。解：一階傳感器的微分方程為式中τ——傳感器的時間常數(shù)；——傳感器的靈敏度?！鄬φ詹Ａy溫度計特性的微分
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