传感器作业及答案

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1、2-4 某压力传感器测试数据如表 2-1 所示，计算非线性误差、迟滞、重复性误差。表 2-1输出值/mV第一循环 第二循环 第三循环压力/MPa正行程 反行程 正行程 反行程 正行程 反行程0.00 -2.73 -2.71 -2.71 -2.68 -2.68 -2.690.02 0.56 0.66 0.61 0.68 0.64 0.690.04 3.96 4.06 3.99 4.09 4.03 4.110.06 7.40 7.49 7.43 7.53 7.45 7.520.08 10.88 10.95 10.89 10.93 10.94 10.990.10 14.42 14.42 14.47

2、14.47 14.46 14.46答：拟合曲线的两个端点取两个最远点：（0.00，-2.73）与（0.10，14.47）采用拟合直线法则方程式为：y=172x-2.73将三次测试取平均值计算得输出值/mV 平均值 偏差值压力/MPa正行程 反行程拟合曲线值 正行程 反行程0.00 -2.71 -2.69 -2.73 -0.02 -0.04 0.02 0.60 0.68 0.71 0.11 0.03 0.04 3.99 4.09 4.15 0.16 0.06 0.06 7.43 7.51 7.59 0.16 0.08 0.08 10.90 10.96 11.03 0.13 0.07 0.10 1

3、4.45 14.45 14.47 0.02 0.02 计算非线性误差：）%93.0173.24.160%10LmaxL FSY计算迟滞：（由于实际测量曲线间有交叉，所以取单行程的平均值为正反行程值）输出值/mV 平均值压力/MPa正行程 反行程偏差值0.00 -2.71 -2.69 0.01 0.02 0.60 0.68 0.07 0.04 3.99 4.09 0.09 0.06 7.43 7.51 0.09 0.08 10.90 10.96 0.05 0.10 14.45 14.45 0.00 max0.910%10%.524723HFSY计算重复性误差：输出值/mV 输出值/mV 第一循环

4、 第二循环 第三循环 第一循环 第二循环 第三循环压力/MPa正行程 正行程 正行程偏差值 反行程 反行程 反行程偏差值0.00 -2.73 -2.71 -2.68 -0.05 -2.71 -2.68 -2.69 -0.03 0.02 0.56 0.61 0.64 -0.08 0.66 0.68 0.69 -0.03 0.04 3.96 3.99 4.03 -0.07 4.06 4.09 4.11 -0.05 0.06 7.40 7.43 7.45 -0.05 7.49 7.53 7.52 -0.04 0.08 10.88 10.89 10.94 -0.06 10.95 10.93 10.99

5、 -0.06 0.10 14.42 14.47 14.46 -0.05 14.42 14.47 14.46 -0.05 %47.0173.24.108%10RmaxL FSY3-5. 图示为一直流应变电桥。图中 E=4V，R 1=R2 =R3=R4=120，试求：（1）R 1 为金属应变片，其余为外接电阻。当 R1 的增量为R 1=1.2 时，电桥输出电压 U0=?（2）R 1，R 2 都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压 U0 = ?（3）题（2）中，如果 R2 与 R1 感受应变的极性相反，且R1=R2=1.2，电桥输出电压U0=?答： 如题 3

6、-5 图所示图 3-5104.20.1V4REU 由于 R1，R 2 均为应变片，且批号相同，所受应变大小和方向均相同，则 R1=R2=R, R1=R2=R。 24 401 3 30()()2() 4RREEE 根据题意，设 R1=R+R1 ，R 2=RR22 40123()()RRUE 则： 24201311.-V-0.23-9.将一个阻值为 120 的康铜丝应变片粘贴在 优质碳素钢杆表面，轴向受力，该试件的#10直径为 10 mm，碳素钢的弹性模量 E= Pa，由应变片组成一个单臂应变电桥，设应92变片允许通过的最大电流为 30mA，求当碳素钢杆受到 100N 的力时电桥最大可能的输出开路

7、电压。答：A：截面积；E：弹性模量；F：受力； ：轴向应变；K ：应变片灵敏系数； 电桥0E电源电压；（1）求截面积： 22523.140.57.810ARm （2）求轴向应变，P55，轴向应变与受力 F、截面积 A、弹性模量 E 之间的关系是：65910.7.82FE （3）求电源电压： （注：每一臂的电阻是 2R）0max*7.2RIV（4）求允许的电阻变化量 R：K 查表 3-1 得 K=2依据公式 得到：R6310.3*10.52810（5）求输出电压：+ax=.92RUVUo=（ ）5-5 题 5-5 图为电容式传感器的双 T 电路测量电路，已知 k, =20 k, 1240RLR=

8、10 V, =1 MHz, =10 pF, =10 pF, =1 pF。求 的表达式及对应上述已知参数ef0C11CL的 的值。LU其电路工作原理如下：当 e 为正半周时，二极管 VD1 导通、VD2 截止，于是电容C1 充电，其等效电路如图（b）所示；在随后负半周出现时，电题 5-5 图容 C1 上的电荷通过电阻 R1，负载电阻 RL 放电，流过 RL 的电流为 I1。时：20TtUuLL00(/)LRC 0(1)tLLRutUe当 e 为负半周时， VD2 导通、 VD1 截止，则电容 C0 充电，其等效电路如图（c ）所示；在随后出现正半周时，C0 通过电阻 R2，负载电阻 RL 放电，

9、流过 RL 的电流为 I2。Tt2LL10(/)LRC)1(2TtLetu根据上面所给的条件，当传感器没有输入时，C1=C0，则电流 I1=I2，且方向相反，在一个周期内流过 RL 的平均电流为零。若传感器输入不为 0，则 C1C0, I1I2, 此时在一个周期内通过 RL 上的平均电流不为零， 因此产生输出电压，输出电压在一个周期内平均值为： 0 20 120 2102021()()()1()()/(10)R()()ToL TttT TL LttTLLLLLUutdRRUedUedTRUf RCUf 已知 k, =20 k, =10 V, =1 MHz, =10 pF, =10 pF, =1

10、 pF1240RLRef0C11C则：7-7 试证明霍尔式位移传感器的输出电压 UH 与位移 x 成正比关系。答：图 a,b 证明略。重点证明一下图 c 所示的霍尔位移传感器输出电压 UH 与位移 x 的关系。设霍尔元件长为 l,宽为 b。设极靴面积为 S0 （长为 l0,宽为 b）设极靴间磁感应强度为 B0 因有 ,当霍尔元件位于中间时，B(设 方向向上为正)0HxKIUl0RS0所以 即此时 所以0MMB0MU当霍尔元件左移 时： x00Llb()RSBlxb所以 -1x同时，对于霍尔元件整体而言，有定义式： -2l由式 1 和式 2 相等，可求出 ，带入公式，可得0BlHxKIUl即：输

11、出电压 UH 与位移 x 成正比关系。注：以上证明仅适用于霍尔元件边缘与极靴边缘相切的情况。V71.0 101020)1020(4)()(1 2632333210L LTL dtRItIIU8.7 光纤数值孔径 NA 的物理意义是什么？对 NA 取值大小有什么要求？答：数值孔径（NA）定义为 210sincNAn数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数，即反映光纤接收光量的多少。其意义是：无论光源发射功率有多大，只有入射角处于 的光椎角内，光纤才能导光。c光纤的 NA 越大，表明它的集光能力越强，一般希望有大的数值孔径，这有利于提高耦合效率；但数值孔径过大，会造成光信号畸变。所以要适当选择数值

12、孔径的数值，如石英光纤数值孔径一般为 0.20.4。8-8 当光纤的 ， ，如光纤外部介质的 ，求光在光纤内产生全1.46n21.45n01n反射时入射光的最大入射角 的值。c答： 数值孔径 210sincNAn120.465n带入公式得 221si.46.0.17c得最大入射角 9.8oc九、热电偶传感器1、将一灵敏度为 0.08mV/的热电偶与电压表相连接，电压表接线端是 50，若电位计上读数为 60mV，热电偶的热端温度是多少？解：冷端温度为 50，等效热电势：0.08mV/*50 =4mV；热端实际热电势为：64mV，可以计算出热端实际温度为：64mV/0.08mV/=80015-8

13、用两只 K 型热电偶测量两点温差，其连接线路如图。已知t1=420，t0=30，测得两点的温差电势为 15.24mV，试问两点的温差是多少。后来发现 t1 温度下的那支热电偶错用 E 型热电偶，其它都正确，试求两点实际温差。问题 1 解：+ -+ +- -A AB Bt1 t2t0 t021 2()(,0)(,0)()15.24mAABABABABETET ETV， ， 30C） 3C， 3C即：（注：因为是同一种材料，所以冷端热电动势抵消。 ）查 K 型热电偶分度表 224 页 15-5 表，得：E AB（420 ，0）=17.241mV ，E AB（30，0）=1.203mV所以：所以：所

14、以：查表 15-5，得：T2 40 50(可以采用插值法精确计算=49.49)温差为：420-49.49370.51问题 2 解：查 E 型热电偶分度表 224 页 15-6 表，得：EAB（420，0）=30.546mV则：查表 15-5，得：T2 370 380(可以采用插值法精确计算=374.14)温差为：420-374.14=45.866-8 用石英晶体加速度计测量机器的振动。已知加速度灵敏度为 2.5pC/g(g=9.8mg、s2) ，点和放大器灵敏度为 80mV/pC，当机器达到最大加速度时，响应的输出幅值电压为 4V,试计算机器的振动加速度。假设所求的机器振动加速度为 a已知：加

15、速度灵敏度 Af=2.5pC/g电荷放大器灵敏度 Qf=80mV/pC机器达到最大加速度时，相应的输出幅值电压 Umax=4V则： 当机器达到最大加速度时，产生的电荷量为Qmax= = =50pcQfUmaxpcvV/804相应的机器振动加速度a= = =196m/s2Afaxgpc/5.2即所求的机器振动加速度为 196m/s210-5 已知超声波探头垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中的传播速度为，测得时间间隔为 ，试求物位高度。1460/ms28us+ -+ +- -A AB Bt1 t2t0 t00000 ()(,)(,)(,)(,),=15.24mAABABABABBTTETETV12()15.24mABABETTV， 30C） ，1(17.24-.3=16.8ABET V， 30C）26085079m， ） 2()(,).1.203=.1mABABABETEV， ， ） C(,0)3.46-.