《《传感器与检测技术(胡向东-第2版)》习题解答》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《传感器与检测技术(胡向东-第2版)》习题解答（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、精品文档传感器与检测技术（胡向东，第 2版）习题解答王涛第1章概述1.1什么是传感器？答：传感器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，通常由敏感元件和转换元件组成。1.2传感器的共性是什么？ 答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量（如位移、 速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、频率、电荷、电容、电阻等）输出。1.3传感器一般由哪几部分组成？答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。1.4传感器是如何分类的？答：传感器可按输入量、输出量、工作原
2、理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特 征等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。 按传感器的输入量（即被测参数）进行分类按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。 按传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、 光电式传感器等。 按传感器的基本效应进行分类根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。1.6改善传感器性能的技术途径有哪
3、些？答： 差动技术； 平均技术； 补偿与修正技术； 屏蔽、隔离与干扰抑制； 稳 定性处理。第2章 传感器的基本特性2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为OMPe时输出为OmV压力为0.12MPa时输出最大且为 16.50mV。压力/MPa输出值/mV第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正
4、行程反行程0.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46解：求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代 表实际曲线的一段（多数情况下是用最小二乘法来求出拟合直线）。（1）端点线性度：设拟合直线为：y=kx+b,根据两个端点（0,
5、0）和（0.12，16.50），则拟合直线斜率：y2 y-16.50 0x2 x10.12 0 137.5*0.12+b=16.50 b=0端点拟合直线为y=137.5x压力/MPa输出值/mV第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程0.022.750.560.660.610.680.640.690.045.503.964.063.994.094.034.110.068.257.407.497.437.537.457.520.0811.010.8810.9510.8910.9310.9410.990.1013.7514.4214.4214.4714.4714.4614.46
6、在0.02MPa处非线性误差最大（2）最小二乘线性度：设拟合直线方程为 y a0 a1x,误差方程y yyi（a。 a） v令为 a , X2 a1由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有:0.644.04直接测量值矩阵L 7.47 ，系数矩阵10.9314.451 0.021 0.04A 10.06，被测量估计值矩阵 X1 0.081 0.10#。迎下载精品文档#。迎下载精品文档由最小二乘法：AAX AL，有#。迎下载精品文档11111110.020.0450.30AA10.060.020.040.060.080.100.300.02210.0810.100.64111114.04AL7.47
7、0.020.040.060.080.1010.9337.532.942#。迎下载精品文档14.45Q AA0.02 0#。迎下载精品文档#。迎下载精品文档1AA1AnA21 0.0220.301.115AAA21A220.020.3051525011.115 37.532.847X AAAL15250 2.942172.55a0x-i2.847ax2 172.55迟滞误差公式:H maxYfs100% ,又最大行程最大偏差H max =0 1mV,HmaxYfs100% 100% 0.6%16.50压力/MPa输出值/mV第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程均值理论值误
8、差0.020.560.660.610.680.640.690.640.6040.0360.043.964.063.994.094.034.114.044.0550.0150.067.407.497.437.537.457.527.477.5060.1060.0810.8810.9510.8910.9310.9410.9910.9310.9570.0270.1014.4214.4214.4714.4714.4614.4614.4514.4080.042拟合直线为 y=-2.847+172.55x答：非线性误差公式:Lyfs器 100% 64%100% 重复性误差公式：L-Rmax 100% ,y
9、s又重复性最大偏差为Rmax =0.08 ,-Rmax 100%100%0.48%Yfs16.502.7用一阶传感器测量100Hz的正弦信号，如果要求幅值误差限制在土5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？H(j )1(j ) 1幅频特性：A()1 1 )2解：一阶传感器频率响应特性:由题意有A( ) 15%，即11 ( )25%#。迎下载精品文档#。迎下载精品文档又22 f 200T所以：0vtV 0.523ms幅值误差:A()100%1.32%取 t =0.523ms ,3 =2n f=2 nX 50=100 n#。迎下载精品文档#。
10、迎下载精品文档所以有-1.32% *ln丄 3*( 0.693)2.08s2 22.9玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是2dt y。求该温度计的时间常数及灵敏度。y代表水银柱高(mr) , x代表输入温度(C) 解：一阶传感器的微分方程为dy(t) dty(t) 5x(t)#。迎下载精品文档式中T传感器的时间常数;Sn 传感器的灵敏度。 对照玻璃水银温度计特性的微分方程和一阶传感器特性的通用微分方程，有该温度计的时间常数为2s,灵敏度为1。2.10某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mv在t=5s时
11、输出为50mv在t fa时，输出为100mv。试求该传感器的时间常数。t解: y(t) y(to) y(t ) y(t)(1 e),ln1y(t) y(to) y(t ) y(to)ln150 10100 100.587787 ,#。迎下载精品文档 t =5/0.587787=8.5s2.11某一质量-弹簧-阻尼系统在受到阶跃输入激励下，出现的超调量大约是最终稳态值的 40%如果从阶跃输入开始至超调量出现所需的时间为0.8s，试估算阻尼比和固有角频率的大小。解:(ln 0.4)213.57145680.28 ,2T20.8 23.427,nd3.4271 0.2824.26rad / s2.12在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率216Hz处，并得到最大的幅值比为1.4，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。11 4解：当n时共振，则A( )max,0.362 1所以：n 2 f 2216 1357rad/s2.13设一力传感器可简化为典型的质量-弹簧-阻尼二阶系统，已知该传感器的固有频率f0=1000Hz,若其阻尼比为0.7，试问用它测量频率为 600Hz、400Hz的正弦交变力时，其输 出与输入幅值比 A( 3 )和相位差$(3 )各为多少？1幅频特性:A(j ) 1 ( /n)224 2(/ n)2 相频特性:()arctan 1(/ n)(/ n)2
