传感器原理及应用习题及答案.doc

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。 2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。 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？ 4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？ 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((以mV计)。当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： (＝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(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，(V；x——输入压力，Pa。 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((V/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数(=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((t)℃ 由周期T=80s，则温度变化频率f=1/T，其相应的圆频率 (=2(f=2(/80=(/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin((t+()℃ 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(()=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)|=520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|=520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差(为 ((ω)= (arctan(ω)= (arctan(2(/80(10)= (38.2( 相应的时间滞后为 (t = 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(n和阻尼比(。 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 (=﹣arctan((()=﹣arctan(2π×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(=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(()和相位角((()各为多少；若该传感器的阻尼比(=0.7时，其A(()和((()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(=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(=0.318s 1-13 已知某二阶传感器系统的固有频率f0=10kHz，阻尼比(=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(=0.1代入，整理得 1-14设有两