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《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后答案

《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后答案
《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后答案

第一章传感与检测技术的理论基础

1.什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

2

140

142=

-

=

?kPa

实际相对误差

%

43

.1

%

100

140

140

142

=

?

-

=

δ

标称相对误差

%

41

.1

%

100

142

140

142

=

?

-

=

δ

引用误差

%

1

%

100

50

150

140

142

=

?

-

-

-

=

γ

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:3σ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y 1,y 2,,…,y m ,直接测得值为

,x ,,x ,x n 21 把被测量与测得值之间的函数关系列成方程组,即

????

?

?

?

===)y ,,y ,y (f x )y ,,y ,y (f x )y ,,y ,y (f x m 21n n m 2122m 2111 (1-6)

方程组中方程的个数n 要大于被测量y 的个数m ,用最小二乘法求出被测量的数值,这种测量方法称为组合测量。

8. 标准差有几种表示形式?如何计算?分别说明它们的含义。 9. 答:标准偏差简称标准差,有标准差σ、标准差的估计值

s σ及算术平均值的标准差x σ。

标准差σ的计算公式 =σn

n

2222

δδ+++ n

n

i i

∑==

1

(∞→n )

式中

i δ为测得值与被测量的真值之差。

标准差的估计值s σ的计算公式

1

1

2-=

∑=n v

n

i i

s σ

式中

i v 为残余误差,是测得值与算术平均值之差,该式又称为贝塞尔公式。

算术平均值的标准差

x σ的计算公式

n

s

x σσ=

由于随机误差的存在,等精度测量列中各个测得值一般皆不相同,它们围绕着该测量列的算术平均值有一定的分散,此分散度说明了测量列中单次测得值的不可靠性,标准差σ是表征同一被测量的n 次测量的测得值分散性的参数,可作为测量列中单次测量不可靠性的评定标准。

而被测量的真值为未知,故不能求得标准差σ,在有限次测量情况下,可用残余误差代替真误差,从而得到标准差的估计值s σ,标准差的估计值s σ含义同标准差σ,也是作为测量列中单次测量不可靠

性的评定标准。

若在相同条件下对被测量进行m 组的“多次重复测量”,每一组测量都有一个算术平均值,由于随机误差的存在,各组所得的算术平均值也不相同,它们围绕着被测量的真值有一定分散,此分散说明了算术平均值的不可靠性,算术平均值的标准差

x σ则是表征同一被测量的各个独立测量列算术平均值分散性的

参数,可作为算术平均值不可靠性的评定标准。 9.什么是测量不确定度?有哪几种评定方法?

答:测量不确定度定义为表征合理赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。测量不确定度意味着对测量结果的可靠性和有效性的怀疑程度或不能肯定的程度。 测量不确定度按其评定方法可分为A 类评定和B 类评定。

10.某节流元件(孔板)开孔直径d 20尺寸进行15次测量,测量数据如下(单位:mm ):

120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40 试检查其中有无粗大误差?并写出其测量结果。 解:按测量顺序,将所得结果列表。

测量顺序

测得值 D i /mm

按15个数据计算

按14个数据计算

15d d v i i -=

42

10?i v

14d d v i i -='

42

10?'i v

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40

0.016 0.026 -0.004 0.016 0.026

-0.014(-0.104) -0.004 0.026 0.006 0.026 0.016 -0.014 -0.014 -0.004

2.56 6.76 0.16 2.56 6.76 1.96 108.16 0.16 6.76 0.36 6.76 2.56 1.96 1.96 0.16

0.009 0.019 -0.011 0.009 0.019 -0.021 已剔除 -0.011 0.019 -0.001 0.019 0.009 -0.021 -0.021 -0.011

0.81 3.61 1.21 0.81 3.61 4.41 已剔除 1.21 3.61 0.01 3.61 0.81 4.41 4.41 1.21

411

.12014

404

.12015

14

1

15

1

==

==

∑∑==i i

i i

d

d d

d

01496

.015

1

2=∑=i i

v

033

.011501496

.0=-=

σ

∑=='14

1

2

003374

.0i i

v

016

.0114003374

.0=-=

1、判断有无粗大误差

(1)按3σ准则

从表中数据可知,第7个测得值可疑。

104.07=v ; 3σ=3×0.033=0.099

σ37?v

故可判断d 7=120.30mm 含有粗大误差,应予剔除。剔除后按14个数据计算(见表中右方)。 3σ'=3×0.016=0.048

所有14个i v '值均小于3σ',故已无需剔除的坏值。

(2)按肖维勒准则

以n=15查肖维勒准则中的Z c 值(见教材表1-3),得Z c =2.13。

Z c σ=2.13×0.033=0.07<7v

故d 7应剔除,再按n=14查表1-3得Z c =2.10。 Z c σ'=2.10×0.016=0.034

所有i v '值均小于Z c σ',故已无坏值。

(3)按格拉布斯准则

以n=15取置信概率P a =0.99,查格拉布斯准则中的G 值(见传感器原理及工程应用教材表1-4),得G=2.70。

G σ=2.7×0.033=0.09<7v

故d 7应剔除,再按n=14取置信概率P a =0.99,查表1-4得G=2.66。 G σ'=2.66×0.016=0.04

所有i v '值均小于G σ',故已无坏值。

2、测量结果

0043

.014

016.0==

=

n

x σ

σ

故最后测量结果可表示为

mm x 013.041.1200043.041.1203±=±='±σ P a =99.73%

11.对光速进行测量,得到四组测量结果如下: 第一组 C 1=2.98000×108 m/s

1

x

σ=0.01000×108 m/s

第二组 C 2=2.98500×108 m/s 2

x σ=0.01000×108 m/s 第三组 C 3=2.99990×108 m/s 3

x σ=0.00200×108 m/s 第四组 C 4=2.99930×108 m/s 4

x

σ=0.00100×108 m/s

求光速的加权算术平均值及其标准差。 解:其权为

100

25111

1

1

1

2

2

2

2

43214

3

2

1

:::::::::==

x

x

x

x

p p p p σσσσ

故加权算术平均值为

s

m x p /1099915.2100

25111010099930.22599990.2198500.2198000.288?=+++??+?+?+?=)(加权算术平均值的标准差

)

1002511)(14(99930

.2(100)99915.299990.2(25)99915.298500.2(1)99915.298000.2(1222+++-?+-?+-?+-?=

p

x

σ =0.00127×108m/s

12.用电位差计测量电势信号E x (如图所示),已知:I 1=4mA ,I 2=2mA ,R 1=5Ω, R 2=10Ω,R p =10Ω,r p =5Ω,电路中电阻R 1、R 2、r p 的定值系统误差分别为ΔR 1= +0.01Ω,ΔR 2=+0.01Ω,Δr p = +0.005Ω。设检流计G 、上支路电流I 1和下支路电流I 2的误差忽略不计;求消除系统误差后的E x 的大小。

测量电势E x 的电位差计原理线路图

解:根据电位差计的测量原理,当电位差计的输出电势U ab 与被测电势E x 等时,系统平衡,检流计指零,此时有

x p E R I r R I =-+2211)

( 当r p =5Ω系统平衡时, 被测电势

mv R I r R I E p x 201025542211=?-+?=-+=)()

( 由于R 1、R 2、r p (R p 的一部分)存在误差,所以在检测的过程中也将随之产生系统误差,根据题意系统误差是用绝对误差表示,因此测量E x 时引起的系统误差为

mv

I R R I I r I R r I R I I I E

R R E I I E r r E R R E E p p x x x p p x x x 04.001.02005.0401.04222211111122

221111=?-?+?=?-?-?+?+?+?=???+???+???+???+???=

?

计算结果说明,R 1、R 2、r p 的系统误差对被测电势E x 的综合影响使得E x

值20mv 大于实际值'

x

E ,

故消除系统误差的影响后,被测电势应为

'

x

E =20-0.04=19.96mv

13.测量某电路的电流I=22.5,电压U=12.6V ,标准差分别为I σ=0.5mA ,U σ=0.1V ,求所耗功率及其标准差。

解. 功率 P 0=UI=22.5×12.6=283.5mw

标准差

mw I U U I 69.61.05.225.06.122

2222222=?+?=+=σσσ 14.交流电路的电抗数值方程为

c L x ωω1

-

=,

当角频率ω1=5Hz ,测得电抗x 1为0.8Ω;

ω2= Hz ,测得电抗x 2为0.2Ω;

ω3= Hz ,测得电抗x 3为-0.3Ω,

试用最小二乘法求L 、C 的值。

解:令

C C 1=

'

误差方程:

??

?

??

?

??

?='---='--='-

-321)(3.0)22(2.0)5

5(8.0v C L v C L v C L 正规方程:

??

?

='+-='-04.029.131.4330C L C L

解得 L=0.182H 由此 L=0.182H C '=0.455 C=2.2F

15.用x 光机检查镁合金铸件内部缺陷时,为了获得最佳的灵敏度,透视电压y 应随透视件的厚度x 而改

变,经实验获得下列一组数据(如下表所示),试求透视电压y 随着厚度x 变化的经验公式。

X/mm 12 13 14 15 16 18 20 22 24 26 Y/kv

52.0

55.0

58.0

61.0

65.0

70.0

75.0

80.0

85.0

91.0

解:作x ,y 散点图,属一元线性回归。回归方程为:

bx b y

+=0? 方法一:

用平均值法求取经验公式的b 0和b 时,将n 对测量数据(x i ,y i )分别代入bx b y

+=0?式,并将此

测量方程分成两组,即

?????????+=+=+=+=+=)16(0.65)15(0.61)14(0.58)13(0.55)12(0.5200000b b b b b b b b b b ??

?

??

????

+=+=+=+=+=)26(0.91)24(0.85)22(0.80)20(0.75)18(0.7000000b b b b b b b b b b

b b 7050.2910+= b b 11050.401+=

将两组方程各自相加,得两个方程式后,即可解出b 0和b 。

??

?

+=+=b b b b 11050.4017050.29100

??

?

==75.27.190b b

故所求的经验公式为

x y

75.27.19?+= 方法二:

应用最小二乘法求取经验公式的b 0和b 时,应使各测量数据点与回归直线的偏差平方和为最小,见教材图1-10。

误差方程组为

??

???

????

???

??

??

?=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-=+-=-n n v x b y y v b b y

y v b b y

y v b b y

y v b b y

y v b b y y v b b y

y v b b y

y v b b y

y v b b y

y )26(0.91?)24(0.85?)22(0.80?)20(0.75?)18(0.70?)16(0.65?)15(0.61?)14(0.58?)13(0.55?)12(0.52?01010209920882077206620552044203320221011 (1-46)

正规方程:

??

?

=+=+6921018013032180345000b b b

??

?==8.1974.20b b

所求的经验公式为 x y

74.28.19?+= 第二章传感器概述

2-1 什么叫传感器?它由哪几部分组成?它们的作用及相互关系如何?

答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

通常传感器有敏感元件和转换元件组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部

份;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部份。由于传感器输出信号一般都很微弱,需要有信号调理与转换电路,进行放大、运算调制等,此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须要有辅助的电源,因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部份。

2-2 什么是传感器的静态特性?它有哪些性能指标?分别说明这些性能指标的含义。

答:传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态(被测量是一个不随时间变化,或随时间变化缓慢的量)时的输出输入关系。

传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述,有灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。 ①灵敏度是指传感器输出量增量△y 与引起输出量增量△y 的相应输入量增量△x 的之比。用S 表示灵敏度,即S=△y/△x

②传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值max L ?满量程输出值FS Y 之比。线性度也称为非线性误差,用L r 表示,

%100max

??±

=FS

L L Y r 。

③迟滞是指传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。即传感器在全量程范围内最大的迟滞差值ΔH max 与满量程输出值FS Y 之比称为迟滞

误差,用L r 表示,即:

%100max

??=

FS

H H Y r

④重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差,常用均方根误差计算,也可用正反行程中最大重复差值

max R ?计算,

即:

%100)3~2(?±

=FS

R Y σ

γ

2-3 什么是传感器的动态特性?有哪几种分析方法?它们各有哪些性能指标?

答:传感器的动态特性是指输入量随时间变化时传感器的响应特性。 主要的分析方法有:瞬态响应法(又称时域分析法),相应的性能指标有时间常数τ、延迟时间t d 、上升时间t r 、超调量σ和衰减比d 等;频率响应法,相应的性能指标有通频带ω0.707、工作频带ω0。95、时间常数τ、固有频率ωn 、跟随角υ0。70等。

2-4 某压力传感器测试数据如下表所示,计算非线性误差、迟滞和重复性误差。

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 -2.73 -2.71 -2.71 -2.68 -2.68 -2.69 0.02 0.56 0.66 0.61 0.68 0.64 0.69 0.04 3.96 4.06 3.99 4.09 4.03 4.11 0,06 7.40 7.49 7.43 7.53 7.45 7.52 0.08 10.88 10.95 10.89 10.93 10.94 10.99 0.10 14.42

14.42

14.47

14.47

14.46

14.46

答:

表2-1最小二乘法各项数据

压力 (×105 Pa ) x

平均值 (V ) 迟 滞 值

ΔH (V ) 正反 行程 平均 值

i y

(V ) 子样方差 平方根 最小二乘直线 y=-2.77+171.5x

正 行 程 反 行 程 正 行 程 S jI 反 行 程 S jD 理论值 y (V) 非线性 误 差 ΔL (V)

0 -2.706 -2.693 -0.0133 -2.7 0.0249 0.0153 -2.77 0.07

0.02 0.603 0.677 -0.0733 0.64 0.0404 0.0151 0.66 -0.02

0.04 3.993 4.087 -0.0933 4.04 0.0351 0.0252 4.09 -0.05

0.06 7.426 7.513 -.00867 7.47 0.0252 0.0208 7.52 -0.05

0.08 10.903 10.957 -0.0533 10.93 0.0321 0.03055 10.95 -0.02

0.10

14.45

14.45

14.45

0.0264

0.0264

14.38

0.07

1.先求出一些基本数值

1)求出各个校准点正,反行程校准数据的算术平均值和迟滞值,列于表2-1中。

算术平均值 )(21

jD jI j y y y +=

迟滞值

||jD jI y y -=?H

上两式中,∑==n i jiI jI y n y 11,∑==n

i jiD

jD y n y 11,I 表示正行程,D 表示反行程,n 为重复测量序

数,这里n=3,i=1、2、3。

2)由子样方差公式知

212)(11∑=--=n

i j jiI jI

y y n S

212)(11∑=--=n i j jiD jD

y y n S

上式中的n=3,j 分别为0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5(×105Pa)压力。计算结果列于表2-1中。

2.按最小二乘法计算各性能指标:截距、斜率、方程式、理论值和非线性误差,由已知数据可以求出:

3

.06

1

=∑=i i

x

,05.0=x ,83

.346

1

=∑=i i

y

805.5=y ,

942

.26

1

=∑=i i

i y

x ,

2

6

1

210

2.2-=?=∑i i

x

0895

.4086

1

2

=∑=i i

y

∑∑==-=6

12

612)(1i i i i

xx x N x l ,

∑∑∑===-

=6

16

1

6

1

1i i i

i i i i xy y

x N y x l

则 5

.1710==

xx

xy l l b 、

77.20-=-=x b y b

方程式为

x y 5.17177.2+-=

依此方程计算出的理论值,系统误差和非线性误差都列于表2-1中。

①理论满量程输出

)(15.17|)(|1V k x x y m FS =-=

②重复性取置信系数3=λ

,0404.0max =S

%

707.0%100=??=

FS

R y s

v λ

③线性度

%408.0%100max

=??=

FS

L y L v

④迟滞误差

%

272.0%10021max

±=??±

=FS

H y H v

2-5 当被测介质温度为t 1,测温传感器示值温度为t 2时,有下列方程式成立:

τ

τd dt t t 20

21+=

当被测介质温度从25℃突然变化到300℃,测温传感器的时间常数τ0=120s ,试确定经过350s 后的动

态误差。

答:由题可知该测温传感器为典型的一阶系统,则传感器的输出

)(t y 与时间满足如下关系:

τ

t

e

t y -

-=1)(。

把τ0=120s 及t=350s 代入上式得: 945.011)(120

350=-=-=-

-

e

e

t y t

τ

可知经过350s 后,输出

)(t y 达到稳态值的94.5%。则该传感器测量温度经过350s 后的动态误差为:

88.14)945.01()25300(=-?-=?℃

2-6 已知某传感器属于一阶环节,现用于测量100Hz 的正弦信号。如幅值误差限制在5%以内,则时间常数τ应取多少?若用该传感器测量50Hz 的正弦信号,问此时的幅值误差和相位差为多少?

答:①若系统响应的幅值百分误差在5%范围内,即相当于幅值比)(ωA 应大于0.95,根据一阶系统

的幅频特性,可计算的到τ的大小。

95

.0)

(11)(2

=+=

ωτωA

∴ 000523.0=τ

②在上面的时间常数及50Hz 的正弦信号输入代入幅频特性方程可知振幅误差:

986

.0)

0005.050(11

)

(11)(2

2

≈?+=

+=

ωτωA

振幅误差为1-0.986=1.4%。 相位差为:

33.9)()(-=-=Φωτωarctg

2-7 有一个二阶系统的力传感器。已知传感器的固有频率为800Hz ,阻尼比ξ=0.14,问使用该传感器测试400Hz 的正弦力时,其幅值比)(ωA 和相位角υ(ω)各为多少?若该传感器的阻尼比改为ξ=0.7,

)(ωA 和υ(ω)又将如何变化?

答:讨论传感器动态特性时,常用无量纲幅值比A(ω)。当用f 0=800Hz 、ξ=0.14的传感器来测量f=400Hz

的信号时,A(ω)为

31

.1)800

400(14.04])800400(

1[1

])(2[])(

1[1

)(2222220

220=??+-=+-=

ωω

ξωωωA

02

1

200

157.10)

800400(1)800400(14.02)(1)(

2)(-=-??-=-?-=--tg tg ωωωωξω?

同理,若该传感器的阻尼比改为ξ=0.7,为

97.0)(=ωA

043)(-=ω?

*2-8 已知某二阶系统传感器的固有频率为10kHz ,阻尼比5.0=ξ,若要求传感器输出幅值误差小于3%,则传感器的工作范围应为多少? 已知kHz n

102?=πω,5.0=ξ,()%31<-ωA 。

求:传感器的工作频率范围。 解:

二阶传感器的幅频特性为:

2

2

2

211

)(???? ??+???????????

?

??-=

n n

A ωωξωωω。

当0=ω

时,()1=ωA ,无幅值误差。当0>ω时,()ωA 一般不等于1,即出现幅值误差。

若要求传感器的幅值误差不大于3%,应满足()03.197.0≤≤

ωA 。

解方程

97.0211)(2

2

2

=???

? ??+???????????

?

??-=

n n

A ωωξωωω,得n ωω03.11=;

解方程

03.1211

)(2

2

2

=???

? ?

?+???????????

?

??-=

n n

A ωωξωωω,得n ωω25.02=,n ωω97.03=。

由于5.0=ξ,根据二阶传感器的特性曲线可知,上面三个解确定了两个频段,即0~2ω和3ω~1ω。前者在特征曲线的谐振峰左侧,后者在特征曲线的谐振峰右侧。对于后者,尽管在该频段内也有幅值误差不大于3%,但是该频段的相频特性很差而通常不被采用。所以,只有0~2ω频段为有用频段。由

kHz n 10225.025.02??==πωω可得kHz f 5.2=,即工作频率范围为0~kHz

5.2。

第三章 应变式传感器

1. 什么叫应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

答:在外力作用下,导体或半导体材料产生机械变形,从而引起材料电阻值发生相应变化的现象,称为

应变效应。其表达式为ε?=K R dR

,式中

K 为材料的应变灵敏系数,当应变材料为金属或合金时,

在弹性极限内K 为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量R

dR

与金属材料的轴向应变ε成正比,因

此,利用电阻应变片,可以将被测物体的应变ε转换成与之成正比关系的电阻相对变化量,这就是金属

电阻应变片的工作原理。

2. 试述应变片温度误差的概念,产生原因和补偿办法。

答:由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差,称为应变片温度误差。

产生应变片温度误差的主要原因有:⑴由于电阻丝温度系数的存在,当温度改变时,应变片的标称电阻值发生变化。⑵当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时,由于温度的变化而引起的附加变形,使应变片产生附加电阻。

电阻应变片的温度补偿方法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。电桥补偿法是最常用且效果较好的线路补偿法,应变片自补偿法是采用温度自补偿应变片或双金属线栅应变片来代替一般应变片,使之兼顾温度补偿作用。

3. 什么是直流电桥?若按桥臂工作方式不同,可分为哪

几种?各自的输出电压如何计算?

答:如题图3-3所示电路为电桥电路。若电桥电路的工作电源E 为直流电源,则该电桥称为直流电桥。

按应变所在电桥不同的工作桥臂,电桥可分为:

⑴单臂电桥,R 1为电阻应变片,R 2、R 3、R 4为电桥固定电阻。其输出压为

1

1

04R R E U ??=

⑵差动半桥电路,R 1、R 2为两个所受应变方向相反的应变片,R 3、R 4为电桥固定电阻。其输出电

压为:

1

1

02R R E U ??=

⑶差动全桥电路,R 1、R 2、R 3、R 4均为电阻应变片,且相邻两桥臂应变片所受应变方向相反。其输

出电压为:

1

10R R E U ??

=

4.拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路,试问: (1) 四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上? (2) 画出相应的电桥电路图。

答:①如题图3-4﹙a﹚所示等截面悬梁臂,在外力F 作用下,悬梁臂产生变形,梁的上表面受到拉应变,而梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路,则应变片如题图3-4﹙b﹚

所示粘贴。

题图3-4(a )等截面悬臂梁 (b )应变片粘贴方式 (c )测

量电路

②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图3-4﹙c﹚所示,1R 、4R 所受应变方向相同,2R 、3R 、

所受应变方向相同,但与1R 、4R 所受应变方向相反。

5. 图示为一直流应变电桥。图中E=4V ,1R =2R =3R =4R =Ω120,试求: (1) 1R 为金属应变片,其余为外接电阻。当1R 的增量为Ω=?2.11R 时,电桥输出电压 ?0=U (2) 1R ,2R 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?0=U

(3)

题(2)中,如果2R 与1R 感受应变的极性相反,且Ω=?=?2.121

R R ,电桥输出电压?0=U

答:①如题3-5图所示

01.01202.1444110=ΩΩ

?=??=

R R E U

②由于R 1,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R R R ==21

R R R ?=?=?21

应变片

()()()02401202124344342211

220=??? ??-=???? ??+-?+?+=???? ??+-?++?+?+=E E R R R R R R R E

R R R R R R R R R U

③根据题意,设

11R R R ?+= 22R R R ?-=

()()02.0120

2.1242243421224342211

220=?-=??-

=+--?-=???

?

??+-?-+?+?-=R R E R R R R R R R E R

R R R R R R R R U

6. 图示为等强度梁测力系统,R 1为电阻应变片,应变片灵敏系数K=2.05,未受应变时,R 1=120Ω。当试件

受力F 时,应变片承受平均应变ε=800μm/m ,求:

(1) 应变片电阻变化量ΔR 1和电阻相对变化量ΔR 1/ R 1。 (2)

将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直

流3V ,求电桥输出电压及电桥非线性误差。 (3)

若要减小非线性误差,应采取何种措施?并分析其电桥输出电压及非线性误差

大小。

解:①根据应变效应,有

ε?=?K R R 1

1

已知

05.2=K ,m m με800=,Ω=1201R

代入公式则

??-==?Ω

=???=?E ?=?17.012020

.020.01201080005.21161

1R R R K R

②若将电阻应变片置于单臂测量桥路中

mV R R U 25.10017.043

4110=?=??E =

非线性误差 085

.02121

11

1

=?+?=R R R R l γ%

③若要减小非线性误差,可采用半桥差动电路,且选择

题图6 等强度梁测

力系统示意图

Ω====1204321R R R R Ω=?=?20.021R R

1R 和2R 所受应变大小相等,应变方向相反。

此时

50.221

10==??E =

L mV R R U γ

7.在题6条件下,如果试件材质为合金钢,线膨胀系数/10116

-?=g β℃,电阻应变片敏感栅材质为康铜,

其电阻温度系数/10156-?=α

℃,线膨涨系数/109.146

-?=s β℃。当传感器的环境温度从

10℃变

化到50℃时,引起附加电阻相对变化量()t R R ?为多少?折合成附加应变t ε为多少?

解:在题

3-6

的条件下,合金钢线膨胀系数为

g=11×10-6/℃。则

0 =g ()()

[]

105010111160-??+=?+- t g β应变片敏感栅材质为康铜。电阻温度系数为

6109.14-?=s β/℃。则()()[]1050109.1411600-??+=?+=- t s s β,当两者粘贴在一起

时,电阻丝产生附加电阻变化

βR ?为:

()()()

[]

1050109.14101112005.26610-??-???=??-=?--t

R K R s g βββ= -Ω03838.0

当测量的环境温度从10℃变化到50℃时,金属电阻丝自身温度系数61015-?=α/℃。则:

()Ω=-???=???=?-07200.01050101512061t R R αα

总附加电阻相对变化量为:

02802.012003838

.007200.000=-=?+?=?R R R R R t βα%

折合附加应变为:

m m m m K R R t

t με7.1360001367

.005

.20002802.00===?= 3-8 一个量程为10kN 的应变式测力传感器,其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力,外径为20mm ,内径为18mm ,在其表面粘贴八个应变片,四个沿轴向粘贴,四个沿周向粘贴,应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为2.0,泊松比为0.3,材料弹性模量Pa E 11101.2?=。要求:

① 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路; ② 计算传感器在满量程时各应变片的电阻;

③ 当桥路的供电电压为10V 时,计算电桥负载开路时的输出。 解:

已知:F =10kN ,外径mm D 20=,内径mm d 18=,R =120Ω,K =2.0,3.0=μ,Pa E 11101.2?=,

U i =10V 。

圆筒的横截面积为()

3622

107.594

mm d D

S

-?=-=

π

弹性元件贴片位置及全桥电路如图所示。 应变片1、2、3、4感受轴向应变:x εεεεε====4321

应变片5、6、7、8感受周向应变:y εεεεε====8765

满量程时,

Ω=Ω?????===?=?=?=?-191.0120101.2107.59100.211

364321Pa

mm kN

R SE F K R K R R R R x εΩ-=Ω?-=?-==?=?=?=?0573.0191.03.018765R R K R R R R y με

电桥的输出为:

()()()()()()()()

()()()()m V

V R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R U U i 10191.120191.120943.119943.119943.119943.119943.119943.119191.120191.120191.120191.120104422886688667755331133110=??

?

??++++-++++?=?

?

?????++?++?++?+?++?+-?++?++?++?+?++?+=

第四章电感式传感器

1. 说明差动变隙电压传感器的主要组成,工作原理和基本特性。

答:差动变隙电压传感器结构如下图所示。主要由铁芯,衔铁,线圈三部分组成。传感器由两个完全相同的电压线圈合用一个衔铁和相应磁路。工作时,衔铁与被测件相连,当被测体上下移动时,带动衔铁也以相同的位移上下移动,使两个磁回路中磁阻发生大小相等方向相反的变化。导致一个线圈的电感量增

加,另一个线圈的电感量减小,形成差动形式。其输出特性为:

??

??????+????

???+???? ???+?=?+?=? 4

020

00

2112δδδδδδL L L L

若忽略上式中的高次项,可得

02δδ?=?L L

为了使输出特性能得到有效改善,构成差动的两个变隙式电感传感器在结构尺寸、材料、电气参

数等方面均应完全一致。

2. 变隙试电感传感器的输入特性与哪些因素有关?怎样改善其非线性?怎样提高其灵敏度? 答:变隙试电压传感器的输出特性为:

????????+???? ???-????

???+?-?=? 3

0200001δδδδδδδδL L

题图4-1差动变隙电压传感器

a )(

b )(

c )

R 1

R 5

R 2

R 6

R 3

R 7

R 4

R 8

R 1

R 3

R 5

R 7

R 6

R 8

R 2R 4

(d )U o

U ~

其输出特性与初始电压量0L ,气隙厚度0δ,气隙变化量δ?有关。当选定铁芯,衔铁材料及尺寸,确定线圈的匝数及电气特性,则()δ?=?f L

从传感器的输出特性可以看出,L ?与δ?成非线性关系,为改善其非线性,通常采用差动变隙式电感传感器,如题图4—1所示,输出特性表达式为;

??

?????

?

+????

???+???? ???+?=? 4

2

000

12δδ

δδδδL L

将上式与单线圈变隙式传感器相比,若忽略非线性项,其灵敏度提高一倍,若保留一项非线性项,则单线

圈式2

00

???? ???=?δδL L

,而差动式3

002???

?

???=?δδL L 由于

δδ

?<<1,因此,差动式的线性度得到明显改善。

3. 差动变压器式传感器有几种结构形式?各有什么特点?

答:差动变压器式传感器有变隙式差动变压器式和螺线管式差动变压器式传感器二种结构形式。变隙式差

动变压器传感器的输出特性为

δ

δ???-

=0

120i

U W W U ,输出电压与

12W W 比值成正比,然而12W W 比值与变压器的体积与零点残余电压有关。应综合考虑;0U 与0δ成反比关系,因此要求0δ越小越好,但较小的0δ使测量范围受到约束,通常在mm 5.0左右。

螺线管式差动变压器式传感器的输出特性是激励电压U 和激磁频率

f

的函数,理论上,灵敏度K 与

U

、f 成正比关系,而实际上由于传感器结构的不对称、铁损、磁漏等因素影响,K 与

f

不成正比关系,

一般在400Hz ~10KHz 范围内K 有较大的稳定值,

K 与U 不论在理论上和实际上都保持较好的线性关系。一般差动变压器的功率控制在1瓦左右,因此U 取值在3~8伏范围之内。为保证传感器有较好的线性度,

其测量范围为线圈骨架长度的101到4

1

。因此可以测量大位移范围。

4. 差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数?各自的含义是什么?

答:差动变压器式传感器在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下,其等效电路如题图4—4

所示。其中1U 为初级线圈a L 1的激励电压,1r 为初级线圈直流电阻,

1L 为初级线圈交流电感,a r 2,b r 2为两次级线圈直流电阻,a L 2,b L 2为两次级线圈的交流电感。初级线圈与两次级线圈的互感系数为

1M ,2M ,线圈a W 2的感应电势为a E 2,线圈b W 2的感应电势为b E 2。

5. 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么?怎样减小和消除它的影响?

答:差动电压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。对零点残

题图4-4差动变压器式传感器等效电路

余电压进行频谱分析,发现其频谱主要由基波和三次谐波组成,基波产生的主要原因是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称,三次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性(磁饱和,磁滞)所造成的。消除或减小零点残余电压的主要方法有:①尽可能保证传感器几何尺寸,线圈电气参数和磁路的相互对称。②传感器设置良好的磁屏蔽,必要时再设置静电屏蔽。③将传感器磁回电路工作区域设计在铁芯曲线的线性段。④采用外电路补偿。⑤配用相敏检波测量电路。 6. 简述相敏检波电路的工作原理,保证其可靠工作的条件是什么?

答:相敏检波电路如题图4—6﹙a﹚所示。图中1D V ,2D V ,3D V ,4D V 为四个性能相同的二极管。以同一方向串联接成一个闭合回路,组成环形电桥。输入信号2U (差动变压器式传感器输出的调谐波电压)通过变压器1T 加入环形电桥的一个对角线上,参考信号S U 通过变压器

2T 加到环形电桥的另一个对角线上,为保证相

敏检波电路可靠工作,要求S U 的幅值要远大于

输入信号2U 的幅值,以便有效控制四个二极管

的导通状态,且S U 和差动变压器式传感器激励电压1U 由同一振荡器供电。保证二者同频同相(或反相)。当x ?>0时,2U 与S U 同频同相。1D V ,4D V 截止,2D V ,3D V 导通,则可得题图4—6﹙b﹚所示等

效电路。其输出电压表达式为

()L L R R n u R u 211

0+?=

,在2U 与S U 均为负半周时,2D V 、3D V 截止,1D V 、

4D V 导通,则题图4—6﹙c﹚所示为等效电路,其输出电压表达式亦为

()L L R R n u R u 211

0+?=

,这说明只

要位移x ?>0,不论2U 与S U 是正半周还是负半周,负载电阻L R 两端得到的电压始终为正。当x ?<0

时,采用上述相同方法可以得到输出电压0U 的表达式为

()L L R R n u R u 212

0+?-

=。(1n 为变压器1T 的变

比)。故题图4—6﹙a﹚所示相敏检波电路输出电压0u 的变化规律充分反映了被测位移量的变化规律,即电压数值反映了x ?大小,而0u 极性则反映了位移x ?的方向。

7. 已知一差动整流电桥电路如题图4-7所示。电路由差动电感传感器

1Z 、2

Z 及平衡电阻

1R 、2

R (21

R R =)组成。桥路的一个对

题图4—6 相敏检波电路

角接有交流电源i U ,另一个对角线为输出端O U ,试分析该电路的工作原理。 解:题图4—7为差动整流电桥电路,1Z ,2Z 为差动电压传感器,21R R =为平衡电阻,i U 为交流电

源,1C 、2C 、3R 、4R 构成一π型滤波电路,输出电压为0U

。 ①

当被测输入量为零时,传感器1Z 与传感器2Z 相等,此时若i U

为正半周,则1D V 、3D V 导通,2D V 、

4D V 截止,电流1I 流经1Z ,3D V ,2R ,电流2I 流经2Z ,1D V ,1R ,如果四只二极管具有理想

特性(导通时内阻为零,截止时内阻为无穷大),则121R I U R ?= ,212R I U R ?= 。且如题图4—7

所示

1R U 与2R U 方向相反,0210=-=R R U U U 。若i U 为负半周,则2D V 、4D V 导通,1D V 、

3D V 截止,电流1I ' 流经1R ,2D V ,1Z ,而电流2I '流经2R ,4D V ,2Z ,此时111R I U R '=,222R I U R '=,且如图所示1R U 与2R U 方向相反,0210=-=R R U U U 。

当被测输入量不等于零,且1Z >2Z ,若i U 为正半周,此时有1I <2I ,121R I U R =>

212R I U R =,2

10R R U U U -=>0。若i U

为负半周,此时

111R I U R -=,2

22R I U R -=,

1I <2

I 则

210R R U U U -=>0,即不论i U 为正半周还是负半周,0U 输出电压始终为正。

当被测输入量不等于零,且1Z <2Z 时,采用相同的分析方法同理可得:210R R U U U -=<0,即

不论i U 为正半周还是负半周,0U

输出电压始终为负。

所以该测量电路输出电压幅值反映了被测量的大小,而0U

的符号则反映了该被测量的变化方向。 8. 已知变气隙电感传感器的铁芯截面积5.1=S

cm 2,磁路长度20=L cm ,相对磁导率50001=μ,气

隙5.00=δcm ,1.0±=?δmm ,真空磁导率70104-?=πμH/m ,线圈匝数3000=w ,求单端

式传感器的灵敏度δ??L 。若做成差动结构形式,其灵敏度将如何变化?

解:

()mH W S L mH

W S L 5.36.1691001.05.023000105.110426.169105.023*********.122

2

47200227402000±=?±?????===??????==------πδμπδμ

灵敏度:

m H L K 35101.0105.333=??=??=--δ 接成差动结构形式,则

m H

L

K 702=???

灵敏度提高一倍。

10.何谓涡流效应?怎样利用涡流效应进行位移测量?

答:块状金属导体置于变化着的磁物中,或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈旋涡状的感应电流,此电流叫电涡流,所产生电涡流的现象称为电涡流效应。

电涡流式传感器的测试系统由电涡流式传感器和被测金属两部分组成。当线圈中通以交变电流1I

时,其周围产生交变磁物1H ,置于此磁物中的导体将感应出交变电涡流2I ,2I 又产生新的交变磁物2H

2H 的作用将反抗原磁物1H ,导致线圈阻抗Z 发生变化,Z 的变化完全取决于导体中的电涡流效应,而

电涡流效应既与导体的电阻率ρ,磁导率μ,几何尺寸有关,又与线圈的几何参数、线圈中的激磁电流频率

f

有关,还与线圈和导体间的距离x 有关,因此,可得等效阻抗Z 的函数差系式为

F Z =(ρ、μ、r 、f 、x )

式中r 为线圈与被测体的尺寸因子。 以上分析可知,若保持ρ,μ,r ,

f

参数不变,而只改变x 参数。则Z 就仅仅是关于x 单值函

数。测量出等效阻抗Z ,就可实现对位移量x 的测量。 11.电涡流的形成范围包括哪些内容?它们的主要特点是什么?

答:电涡流的形成范围包括电涡流的径向形成范围、电涡流强度与距离的关系和电涡流的轴向贯穿深度。 电涡流的径向形成范围的特点为:①金属导体上的电涡流分布在以线圈轴线为同心,以(1.8~2.5)as r 为半径的范围之内(as r 为线圈半径),且分布不均匀。②在线圈轴线(即短路环的圆心处)内涡流密度为零。③电涡流密度的最大值在as r r

=附近的一个狭窄区域内。

电涡流强度与距离x 呈非线性关系。且随着x 的增加,电涡流强度迅速减小。当利用电涡流式传感器测量位移时,只有在

as r x

=0.05~0.15的范围内才具有较好的线性度和较高的灵敏度。

电涡流的轴向贯穿深度按指数规律分布,即电涡流密度在被测体表面最大,随着深度的增加,按指数规律衰减。

12.电涡流传感器常用测量电路有几种?其测量原理如何?各有什么特点? 答:电涡流传感器常用的测量电路有:调频式测量电路和调幅式测量电路二种。

测控电路第五版李醒飞第五章习题答案

第五章 信号运算电路 5-1推导题图5-43中各运放输出电压,假设各运放均为理想运放。 (a)该电路为同相比例电路,故输出为: ()0.36V V 3.02.01o =?+=U (b)该电路为反相比例放大电路,于是输出为: V 15.03.02 1 105i o -=?-=-=U U (c)设第一级运放的输出为1o U ,由第一级运放电路为反相比例电路可知: ()15.03.0*2/11-=-=o U 后一级电路中,由虚断虚短可知,V 5.0==+-U U ,则有: ()()k U U k U U o 50/10/1o -=--- 于是解得: V 63.0o =U (d)设第一级运放的输出为1o U ,由第一级运放电路为同相比例电路可知: ()V 45.03.010/511o =?+=U 后一级电路中,由虚断虚短可知,V 5.0==+-U U ,则有: ()()k U U k U U o 50/10/1o -=--- 于是解得: V 51.0o =U 5-2 11 图X5-1 u

5-3由理想放大器构成的反向求和电路如图5-44所示。 (1)推导其输入与输出间的函数关系()4321,,,u u u u f u o =; (2)如果有122R R =、134R R =、148R R =、Ω=k 101R 、Ω=k 20f R ,输入4 321,,,u u u u 的范围是0到4V ,确定输出的变化范围,并画出o u 与输入的变化曲线。 (1)由运放的虚断虚短特性可知0==+-U U ,则有: f R u R u R u R u R u 0 44332211-=+++ 于是有: ??? ? ??+++-=44332211o U R R U R R U R R U R R U f f f f (2)将已知数据带入得到o U 表达式: ()4321o 25.05.02i i i i U U U U U +++-= 函数曲线可自行绘制。 5-4理想运放构成图5-45a 所示电路,其中Ω==k 10021R R 、uF 101=C 、uF 52=C 。图5-54b 为输入信号波形,分别画出1o u 和2o u 的输出波形。 前一级电路是一个微分电路,故()dt dU dt dU C R R i U i i o //*1111-=-=-= 输入已知,故曲线易绘制如图X5-2所示。 图X5-2 后一级电路是一个积分电路,故()??-=-=dt U dt U C R V o o 1122out 2/1 则曲线绘制如图X5-3所示。 图X5-3 /V

传感器与传感器技术课后答案

《传感器与传感器技术》计算题答案 第1章传感器的一般特性 1—5 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: m=402%=(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时,其测量相对误差分别为: 1—6 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=105/3=105(V/℃); (2) τ==1/3(s), K==(V/Pa)。 1—7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=2f=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,其响应的幅频特性为 因此,热电偶输出信号波动幅值为 B=20A()==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+=535.7℃ y(t)|=520﹣B==504.3℃ 输出信号的相位差为 (ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)= 相应的时间滞后为 t = 1—8 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—9 某压力传感器的校准数据如下表所示,试分别用端点连线法和最小二乘法求非线性误差,并计算迟滞和重复性误差;写出端点连线法和最小二乘法拟合直线方程。 压力(MPa) 输出值 (mV) 第一次循环第二次循环第三次循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程 解校验数据处理(求校验平均值): 压力(MPa) (设为x) 输出值 (mV) 第一次循环第二次循环第三次循环校验平 均值 (设为 y)正行程 反行 程 正行 程 反行 程 正行 程 反行 程

文学概论课后习题答案

第九章{概念)1、现实型文学:也称为现实主义文学。是一种侧重以写实的方式再现客观现实的文学形态。它的基本特征是:再现性和逼真性。 2、理想型文学:一种侧重以直接抒情的方式表现主观理想的文学形态。它的基本特征是:表现性和虚幻性。 3、象征型文学:侧重以暗示的方式寄寓了审美意蕴的文学形态。它的基本特征是:暗示性和朦胧性。 4、诗:词语凝练、结构跳跃、富有节奏和韵律。高度集中地反映生活和抒发思想感情的文学体裁。 5、小说:通过完整的故事情节和具体的环境描写,以塑造人物为中心来反映社会生活的文体。 6、剧本:侧重以人物台词为手段,集中反映矛盾冲突的文学体裁。 7、散文:一种体裁广泛、结构灵活,注重抒写真实感受、境遇的文学体裁。广义的散文是既包括诗歌以外的一切文学作品,也包括一般科学著作、论文、应用文章。狭义的散文即文学意义上的散文,是指与诗歌、小说、剧本等并列的一种文学样式,包括抒情散文、叙事散文、杂文、游记等。文学散文是一种题材广泛,结构灵活,注重抒写真实感受、境遇的文学体裁。 8、报告文学:以真人真事基础上塑造艺术形象,及时反映现实生活的文学体裁。 (思考题)1、谈谈象征型文学与现实型文学、理想型文学的区别象征型文学是寄寓意蕴,以变形描写来拟人(物)的形象,是现代派文学,来表现哲理的。 现实型文学是再现生活重视细节描写,虚构而见不出虚构,表现现实主义反映生活本质的。 理想型文学是表现理想以夸张幻想来再造的虚构幻想的形象表现浪漫主义的反映理想。 或(现实型与理想型文学的意义就在其形象自身,而象征型文学突出文学形象的意义的超越性;现实型文学是通过对生活现象的直接描绘反映现实,理想型文学往往以直抒胸臆的方式表现情感态度。而象征型文学则偏以间接的方式去暗示客观规律和主观感受;象征型文学淡化具体时间与空间,突出了朦胧性。) 2、诗歌、小说、散文、剧本的基本特征 诗歌的基本特征是:1、(高度的概括);2强性大(强烈的抒情性) 3、音乐性(停顿、平仄和押韵) 小说的基本特征:1.深入细致的人物刻画 2、完整复杂的情节叙述 3、具体充分的环境描写 散文的基本特征:1、选材广泛,现实性很强 2、形式自由,手法多样 3、形聚,构思精湛(形散:选材五光十色,联想自由驰骋,手法多种多样,结构灵活多变;神聚:立意深远,一线串珠。)4、真人真事,事情实感。 剧本的基本特征:1、浓缩地反映现实生活,人物事件事件、地点高。2、尖锐紧张的戏剧冲突 3、人物台词要个性化口语并富有动作性。(个性化语言要符合人物的思想性格、身份地位教养;口语化既有意境又有潜台词;动作性:人物语言要传达内在的动作心理活动;引起更多的外部动作,推动情节的发展到新的层面。) 第十章{概念}1典型作为文学形象的高级形态之一。是文学言语系统中显

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器?(传感器定义) 解: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或装置,通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用? 解:传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系,所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性,它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成?说明各部分的作用。 解:传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中,敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分,调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分,如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系?静态参数有哪些?各种参数代表什么意 义?动态参数有那些?应如何选择? 解:在生产过程和科学实验中,要对各种各样的参数进行检测和控制,就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量,这取决于传感器的基本特性,即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度,迟滞和重复性等。意义略(见书中)。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等,应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器,在输入量变化5mm时,输出电压变化为300mV,求其灵敏度。 解:其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为:S1=0.2mV/℃、

测控电路课后答案

一.1测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用? 传感器的输出信号一般很微弱,还可能伴随着各种噪声,需要用测控电路将它放大,剔除噪声、选取有用信号,按照测量与控制功能的要求,进行所需演算、处理与变换,输出能控制执行机构动作的信号。在整个测控系统中,电路是最灵活的部分,它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用,测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。 2影响测控电路精度的主要因素有哪些,而其中哪几个因素又是最基本的,需要特别注意? 影响测控电路精度的主要因素有: (1)噪声与干扰; (2)失调与漂移,主要是温漂; (3)线性度与保真度; (4)输入与输出阻抗的影响。 其中噪声与干扰,失调与漂移(含温漂)是最主要的,需要特别注意。 3为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节,它体现在哪些方面? 为了适应在各种情况下测量与控制的需要,要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力,这些工作通常由测控电路完成。它包括: (1)模数转换与数模转换; (2)直流与交流、电压与电流信号之间的转换。幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换; (3)量程的变换; (4)选取所需的信号的能力,信号与噪声的分离,不同频率信号的分离等;对信号进行处理与运算,如求平均值、差值、峰值、绝对值,求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等 二.2-1 何谓测量放大电路?对其基本要求是什么? 在测量控制系统中,用来放大传感器输出的微弱电压,电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路,亦称仪用放大电路。对其基本要求是:①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配; ②一定的放大倍数和稳定的增益;③低噪声;④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移;⑤足够的带宽和转换速率(无畸变的放大瞬态信号);⑥高输入共模范围(如达几百伏)和高共模抑制比;⑦可调的闭环增益;⑧线性好、精度高;⑨成本低 2-7什么是高共模抑制比放大电路?应用何种场合? 有抑制传感器输出共模电压(包括干扰电压)的放大电路称为高共模抑制比放大电路。应用于要求共模抑制比大于100dB的场合,例如人体心电测量。 2-8 图2-8b所示电路,N1、N2为理想运算放大器,R4=R2=R1=R3=R,试求其闭环电压放大倍数。 由图2-8b和题设可得u01 =u i1 (1+R2 /R1) = 2u i1 , u0=u i2 (1+R4 /R3 )–2u i1 R4/R3 =2u i2–2

《感测技术基础》(第四版)习题解答

《感测技术基础》(第四版)习题解答 长江大学孙传友编 绪论 1、什么是感测技术为什么说它是信息的源头技术 答:传感器原理、非电量测量、电量测量这三部分内容合称为传感器与检测技术,简称感测技术。 现代信息技术主要有三大支柱:一是信息的采集技术(感测技术),二是信息的传输技术(通信技术),三是信息的处理技术(计算机技术)。所谓信息的采集是指从自然界中、生产过程中或科学实验中获取人们需要的信息。信息的采集是通过感测技术实现的,因此感测技术实质上也就是信号采集技术。显而易见,在现代信息技术的三大环节中,“采集”是首要的基础的一环,没有“采集”到的信息,通信“传输”就是“无源之水”,计算机“处理”更是“无米之炊”。因此,可以说,感测技术是信息的源头技术。 2、非电量电测法有哪些优越性。 > 答:电测法就是把非电量转换为电量来测量,同非电的方法相比,电测法具有无可比拟的优越性: 1、便于采用电子技术,用放大和衰减的办法灵活地改变测量仪器的灵敏度,从而大大扩展仪器的测量幅值范围(量程)。 2、电子测量仪器具有极小的惯性,既能测量缓慢变化的量,也可测量快速变化的量,因此采用电测技术将具有很宽的测量频率范围(频带)。 3、把非电量变成电信号后,便于远距离传送和控制,这样就可实现远距离的自动测量。 4、把非电量转换为数字电信号,不仅能实现测量结果的数字显示,而且更重要的是能与计算机技术相结合,便于用计算机对测量数据进行处理,实现测量的微机化和智能化。 3、什么叫传感器什么叫敏感器二者有何异同 / 答:将非电量转换成与之有确定对应关系的电量的器件或装置叫做传感器。能把被测非电量转换为传感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)的装置或器件,叫做敏感器。如果把传感器称为变换器,那么敏感器则可称作预变换器。敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转换,但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量,而不是象传感器那样把非电量转换成电量。 4、常见的检测仪表有哪几种类型画出其框图。 答:目前,国内常见的检测仪表与系统按照终端部分的不同,可分为模拟式、数字式和微机化三种基本类型。其原理框图分别如图0-3-1、图0-3-2、图0-3-3所示。(略见教材) 第1章 1、、在图1-1-3(b)中,表头的满偏电流为,内阻等于4900 ,为构成5mA、50 mA、500 mA三挡量程的直流电流表,所需量程扩展电阻RRR分别为多少 解: ;

传感器课后答案解析

第1章概述 1.什么是传感器? 传感器定义为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? 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、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、电容、电阻等)输出。 1.3传感器由哪几部分组成的? 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分,另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类? (1)按传感器的输入量分类,分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。(2)按传感器的输出量进行分类,分为模拟式和数字式传感器两类。(3)按传感器工作原理分类,可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、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。(4)按传感器的基本效应分类,可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。(5)按传感器的能量关系进行分类,分为能量变换型和能量控制型传感器。(6)按传感器所蕴含的技术特征进行分类,可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些? (1)开展基础理论研究(2)传感器的集成化(3)传感器的智能化(4)传感器的网络化(5)传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些? (1)差动技术(2)平均技术(3)补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制 (5)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指在被测量的各个值处于稳定状态时,输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义?如何实现其线性化? 答:传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是:切线或割线拟合,过零旋转拟合,端点平移来近似,多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示,计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV,所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08,所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性?如何分析传感器的动态特性? 传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性,即输出对随时间变化的输入量的响应特性。

测控电路第五版李醒飞第4章习题答案

第四章信号分离电路 4-1简述滤波器功能,按照功能要求,滤波器可分为几种类型? 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统,即对不同频率信号的幅值有不同的增益,并对其相位有不同的移相作用。按照其功能要求,滤波器可分为低通、高通、带通、带阻与全通五种类型。 4-2按照电路结构,常用的二阶有源滤波电路有几种类型?特点是什么? 常用的二阶有源滤波电路有三种:压控电压源型滤波电路、无限增益多路反馈型滤波电路和双二阶环型滤波电路。 压控电压源型滤波电路使用元件数目较少,对有源器件特性理想程度要求较低,结构简单,调整方便,对于一般应用场合性能比较优良,应用十分普遍。但压控电压源电路利用正反馈补偿RC网络中能量损耗,反馈过强将降低电路稳定性,因为在这类电路中,Q值表达式均包含-Kf项,表明Kf过大,可能会使Q 值变负,导致电路自激振荡。此外这种电路Q值灵敏度较高,且均与Q成正比,如果电路Q值较高,外界条件变化将会使电路性能发生较大变化,如果电路在临界稳定条件下工作,也会导致自激振荡。 无限增益多路反馈型滤波电路与压控电压源滤波电路使用元件数目相近,由于没有正反馈,稳定性很高。其不足之处是对有源器件特性要求较高,而且调整不如压控电压源滤波电路方便。对于低通与高通滤波电路,二者Q值灵敏度相近,但对于图4-17c所示的带通滤波电路,其Q值相对R,C变化的灵敏度不超过1,因而可实现更高的品质因数。 双二阶环型滤波电路灵敏度很低,可以利用不同端输出,或改变元件参数,获得各种不同性质的滤波电路。与此同时调整方便,各个特征参数可以独立调整。适合于构成集成电路。但利用分立器件组成双二阶环电路,用元件数目比较多,电路结构比较复杂,成本高。 4-3测控系统中常用的滤波器特性逼近的方式有几种类型?简述这些逼近方式的特点。 测控系统中常用的滤波器特性逼近的方式可分为巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近与贝赛尔逼近三种类型。 巴特沃斯逼近的基本原则是在保持幅频特性单调变化的前提下,通带内最为平坦。其特点是具有较为理想的幅频特性,同时相频特性也具有一定的线性度。 切比雪夫逼近的基本原则是允许通带内有一定的波动量ΔKp,故在电路阶数一定的条件下,可使其幅频特性更接近矩形,具有最佳的幅频特性。但是这种逼近方式相位失真较严重,对元件准确度要求也更高。 贝赛尔逼近的基本原则是使相频特性线性度最高,群时延函数τ(ω)最接近于常量,从而使相频特性引起的相位失真最小,具有最佳的相频特性。但是这种

传感器原理与工程应用第四版郁有文课后答案

第一章传感与检测技术的理论基础 1.什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

142 140 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, 实际相对误差 140 100% 1.43% 标称相对误差 引用误差 142 140 142 100% 1.41% 142 140 150 ( 50) 100% 1%

(完整word版)《马克思主义基本原理概论》课后思考题参考答案

绪论 1、1999年,英国剑桥大学文理学院的教授们发起,就“谁是人类纪元第二个千年第一思想家”进行了校内征询和推选。投票结果是:马克思第一,爱因斯坦第二。随后,英国广播公司以同一问题在全球互联网上公开征询。一个月下来,汇集全球投票结果,仍然是马克思第一,爱因斯坦第二。牛顿和达尔文位列第三和第四。试结合你对马克思的认识,以及当前中国的社会现实,谈谈我们为什么要坚持马克思主义为指导。 (1)马克思主义教给我们认识世界的根本方法 (2)马克思主义给我们提供了改造世界的伟大工具 (3)马克思主义为我们提供了人生的有益启迪 2、有一种观点认为, 阶级性与科学性是不相容的, 凡是代表某个阶级利益和愿望的社会理论, 就不可能是科学的。你怎么评价这样的观点?如何理解马克思主义是科学性与革命性的统一? (1)理论的阶级性和科学性是相容的: ①历史上的进步阶级,其利益与社会发展方向一致,能够提出具有科学性的理论观点 ②无产阶级代表着人们的利益和人类社会发展的方向,能够提出合理的科学理论③自从有阶级以来,理论的科学性总是与一定的阶级性联系在一起的。(2)马克思主义是科学性与革命性的统一;①马克思主义是对客观世界特别是人类社会本质和规律的正确反映。 ②马克思主义是无产阶级和人民群众推翻旧世界、建设新世界的革命理论。 ③马克思主义的科学性和革命性统一于社会主义运动的实践。 3、马克思17 岁时在自己的中学论文《青年在选择职业时的考虑》中写到:“如果我们选择了最能为人类而工作的职业,那么,重担就不能把我们压倒,因为这是为大家作出的牺牲;那时我们所享受的就不是可怜的、有限的、自私的乐趣,我们的幸福将属于千百万人??而面对我们的骨灰,高尚的人们将洒下热泪。” 请阅读马克思的这篇作文,并结合你对马克思一生奋斗历程的了解,谈谈你能从中得到怎样的人生启迪。 从马克思主义的这篇作文中得到的人生启迪; (1)树立崇高的社会理想 (2)为国家富强、民族振兴和人民幸福而努力工作。 (3)在党和人民的事业中实现自己的人生价值。 第一章世界的物质性及发展规律 1、如何理解马克思主义的物质观及其现代意义? (1)马克思主义的物质观的基本内容:①物质是标志客观实在的哲学范畴 ②物质的存在形式 ③物质和意识的关系 ④世界统一于物质 (2)马克思主义物质观的现代意义:①为现代科学的发展提供了最基本的指导原则②坚持主观能动性和客观规律性的统一 ③从实际出发建设中国特色社会主义 2、在追求中国梦的过程中,应该怎样把握主观能动性和客观规律性的辩证

传感器课后答案

第一章 1、何为传感器及传感技术? 人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器,这种技术被称 为传感技术。 2、传感器通常由哪几部分组成?通常传感器可以分为哪几类?若按转换原理分类,可以分成几类? 传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成,有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传 感器的组成部分。 传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。 按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。 3、传感器的特性参数主要有哪些?选用传感器应注意什么问题? 传感器的特性参数:1 静态参数:精密度,表示测量结果中随机误差大小的程度。 正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。 准确度,表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。 动态参数:时间常数t:在恒定激励理 第二章 1、光电效应有哪几种?与之对应的光电器件和有哪些? 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应总共有三类:外光电效应(光电原件有:光电管、光电倍增管等、内光电效应(光敏电阻)、光生 伏特效应(光电池、光敏二极管和光敏三极管) 2、什么是光生伏特效应? 光生伏特效应:在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。 3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异,并简述在不同的场和下应选用哪种器 件最为合适。 光敏二极管:非线性器件,具有单向导电性。(PN 结装在管壳的顶部,可以直接爱到光的照射)通常处于 反向偏置状态,当没有交照射时,其反向电阻很大反向,反向电流很小,这种电流称为暗电流。当有光照 射时,PN 结及附近产生电子-空穴对,它们的反向电压作用下参与导电,形成比无光照时大得多的反向电 流,该反向电流称为光电流。 不管硅管还是锗管,当入射光波长增加时,相对灵敏度都下降。,因为光子能量太小不足以激发电子-空穴 对,而不能达到PN 结,因此灵敏度下降。 探测可见光和赤热物时,硅管。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管:有两个PN 结,比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻:主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型?他们之间有什么区别?

测控电路课后答案(张国雄 第四版)

第一章绪论 1-1为什么说在现代生产中提高产品质量与生产效率都离不开测量与控制技术? 为了获得高质量的产品,必须要求机器按照给定的规程运行。例如,为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件,机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材,除了严格按配方配料外,还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些,必须对机器的运行状态进行精确检测,当发现它偏离规定要求,或有偏离规定要求的倾向时,控制它,使它按规定的要求运行。 为了保证产品质量,除了对生产过程的检测与控制外,还必须对产品进行检测。这一方面是为了把好产品质量关,另一方面也是为了检测机器与生产过程的模型是否准确,是否在按正确的模型对机器与生产过程进行控制,进一步完善对生产过程的控制。 生产效率一方面与机器的运行速度有关,另一方面取决于机器或生产系统的自动化程度。为了使机器能在高速下可靠运行,必须要求机器本身的质量高,其控制系统性能优异。要做到这两点,还是离不开测量与控制。 产品的质量离不开测量与控制,生产自动化同样一点也离不开测量与控制。特别是当今时代的自动化已不是本世纪初主要靠凸轮、机械机构实现的刚性自动化,而是以电子、计算机技术为核心的柔性自动化、自适应控制与智能化。越是柔性的系统就越需要检测。没有检测,机器和生产系统就不可能按正确的规程自动运行。自适应控制就是要使机器和系统能自动地去适应变化了的内外部环境与条件,按最佳的方案运行,这里首先需要的是对外部环境条件的检测,检测是控制的基础。智能化是能在复杂的、变化的环境条件下自行决策的自动化,决策的基础是对内部因素和外部环境条件的掌握,它同样离不开检测。 1-2试从你熟悉的几个例子说明测量与控制技术在生产、生活与各种工作中的广泛应用。 为了加工出所需尺寸、形状的高精度零件,机床的刀架与主轴必须精确地按所要求的轨迹作相对运动。为了炼出所需规格的钢材,除了严格按配方配料外,还必须严格控制炉温、送风、冶炼时间等运行规程。为了做到这些,必须对机器的运行状态进行精确检测,当发现它偏离规定要求,或有偏离规定要求的倾向时,控制它,使它按规定的要求运行。 计算机的发展首先取决于大规模集成电路制作的进步。在一块芯片上能集成多少个元件取决于光刻工艺能制作出多精细的图案,而这依赖于光刻的精确重复定位,依赖于定位系统的精密测量与控制。航天发射与飞行,都需要靠精密测量与控制保证它们轨道的准确性。 一部现代的汽车往往装有几十个不同传感器,对点火时间、燃油喷射、空

传感器原理及应用第四版答案

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)线性度:e?? 2)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

电气工程概论课后习题答案

第一章 1.电气工程与电工科学的关系就是什么? 电气工程的理论基础就是电气科学。 2.与“现代五大工程”的其她工程相比,电气工程的突出特点就是什么? 与其她工程相比,电气工程的特点在于:她的出现首先不就是来源与文明发展的自发需要,而就是来源于科学发现。她以全新的能量形态开辟出一个人类文明的新领域。她的发展又伴生了电子工程,从而孕育出通信,计算机,网络等工程领域,为信息时代的出现奠定了基础。 3.为什么说第二次工业革命就是以电气化为主要特征的? 在这一时期,发电,输电,配电已形成了一气轮机,水轮机为原动机,以交流发电机为核心,以变压器与输配电线路等组成的输配点系统为“动脉”的输电网,使电力的生产,应用达到较高的水平,并具有相当大的规模。在工业生产,交通运输中电力拖动,电力牵引,电动工具,点加工,点加热等得到普遍应用。 4.根据自己了解,电气工程有哪些应用? 多电飞机,线控汽车,全电舰船。 5.20世纪哪些科学技术的进步对电器工程的发展起到了重要作用? 超导材料,半导体材料,永磁材料,超导磁体技术,电磁技术。 6、电气科学与电气工程的发展史给您哪些启发? 今天电能的应用已经渗透到人类社会的生产,生活的各个领域,她不仅创造了极大的生产力,而且促进了人类文明的极大进步,彻底改变了人类社会生活方式,电气工程也应次被誉为“现代文明之轮” 7、21世纪电器工程科学的发展趋势就是什么? 将电气科学与工程与近代数学,物理学,化学,生命科学,材料科学以及系统科学,信息科学等前沿融合,加强从整体上对大型复杂系统的研究,加深对微观现象及过程规律性的认识,同时用信息科学的成就改造与提升本学科并开创新的研究方向。 8、为什么说21世纪电器工程与其她科学融合交叉就是她的显著特点? 21世纪的电气工程科学将在与信息科学,材料科学,生命科学及环境科学等学科的交叉与融合中获得进一步发展,创新与飞跃往往发生在学科的交叉点上, 9电气工程科学的基础理论包括那些? 电路藜芦,电磁理论,电磁计量理论等。 10您认为今后电气工程还会有哪些新应用? 电力大系统,电力传动系统及电力电子变流系统中各问题基于新材料,新原理成为开拓新应用领域的电机,电器,电能质量的理论及其测量控制,现代测量传感技术。 11您认为还有那些计算机软件可以用于今后的专业学习? MATLAB,PSPICE,EMTP,SABER,ANSOFT。

测控电路李醒飞习题答案

第三章 信号调制解调电路 3-1 什么是信号调制?在测控系统中为什么要采用信号调制?什么是解调?在测控系统中常用的调制方法有哪几种? 在精密测量中,进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外,还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱,将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声,往往给测量信号赋以一定特征,这就是调制的主要功用。调制就是用一个信号(称为调制信号)去控制另一作为载体的信号(称为载波信号),让后者的某一特征参数按前者变化。在将测量信号调制,并将它和噪声分离,放大等处理后,还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号,这一过程称为解调。 在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数,可以对这三个参数进行调制,分别称为调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制,最常用的是对脉冲的宽度进行调制,称为脉冲调宽。 3-2 什么是调制信号?什么是载波信号?什么是已调信号? 调制是给测量信号赋以一定特征,这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体,这个载体称为载波信号。用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数,如幅值、频率、相位。这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。在测控系统中需传输的是测量信号,通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。 3-3 什么是调幅?请写出调幅信号的数学表达式,并画出它的波形。 调幅就是用调制信号x 去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅,即让调幅信号的幅值按调制信号x 线性函数变化。调幅信号s u 的一般表达式可写为: t mx U u c m s cos )(ω+= 式中 c ω──载波信号的角频率; m U ──调幅信号中载波信号的幅度; m ──调制度。 图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。

最新《传感器》第四版唐文彦习题答案

第一章 思考题与习题 1、什么是传感器的静态特性?它有哪些性能指标? 答:输入量为常量或变化很慢情况下,输出与输入两者之间的关系称 为传感器的静态特性。它的性能指标有:线性度、迟滞、重复性、灵 敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳 定性和静态误差(静态测量不确定性或精度)。 2、传感器动特性取决于什么因素? 答:传感器动特性取决于传感器的组成环节和输入量,对于不同的组 成环节(接触环节、模拟环节、数字环节等)和不同形式的输入量(正 弦、阶跃、脉冲等)其动特性和性能指标不同。 3、某传感器给定相对误差为2%FS ,满度值输出为50mV ,求可能出 现的最大误差δ(以mV 计)。当传感器使用在满刻度的1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差。并由此说明使用传感器选择适当量程的 重要性。 已知:FS %2=γ, mV y FS 50=;求:δm =? 解: ∵ %100?=FS m y δγ; ∴ mV y FS m 1%100=??=γδ 若: FS FS y y 211= 则: %4%100251%1001=?=?= FS m y δγ 若: FS FS y y 81 2= 则: %16%10025.61%1002=?= ?=FS m y δγ 由此说明,在测量时一般被测量接近量程(一般为量程的2/3以上),测

得的值误差小一些。 4、有一个传感器,其微分方程为x y dt dy 15.03/30=+,其中y 为输出电 压(mV ),x 为输入温度(0C ),试求该传感器的时间常数τ和静态 灵敏度k 。 已知:x y dt dy 15.03/30=+;求:τ=?,k =? 解:将x y dt dy 15.03/30=+化为标准方程式为:x y dt dy 05.0/10=+ 与一阶传感器的标准方程:kx y dt dy =+τ 比较有: ???==) /(05.0)(100C mV k s τ 5、已知某二阶系统传感器的自振频率f 0=20k Hz,阻尼比ξ=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。 已知:f 0=20k Hz, ξ=0.1。求:%3<γ时的工作频率范围。 解:二阶传感器频率特性(p14-1—30式) ∵ 2222)2()1()(ξωττωω-= k k ∴ %3) 2()1(11)(2222<--=-=ξωττωωγk k k 式中:???????=====1 .0816.1252000ξμωτπωs kHz f 则有:

软件工程概论课后习题答案

软件工程概论郑人杰等版 第1章软件与软件工程的概念 1.1 举出你所知道的应用软件的例子。 办公软件、游戏软件、财务软件、银行软件、人事管理软件、工资管理软件、学籍管理软件等。 1.2 认为“软件就是程序,软件开发就是编程序。”这种观点是否正确?为什么? 认为“软件就是程序,软件开发就是编程序。”这种观点是错误的。 首先,软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分,它是包括程序,数据及其相关文档的完整集合,程序只是软件的组成部分之一;其次,在软件开发中,编程只是软件开发过程的一个阶段。 1.3 如果将软件开发比作高楼大厦的建造,可以将软件的设计比作什么? 可以将软件的设计比作建筑设计,软件设计的成果相当于建筑设计的设计图纸。 1.4 什么是软件危机?它有哪些典型表现?为什么会出现软件危机? 软件危机:软件危机是指在计算机软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。 典型表现: (1)对软件开发成本和进度的估计常常很不准确。 (2)用户对“已完成的”软件系统不满意的现象经常发生。 (3)软件产品的质量往往靠不住。 (4)软件常常是不可维护的。 (5)软件通常没有适当的文档资料。 (6)软件成本在计算机系统总成本中所占的比例逐年上升。 (7)软件开发生产率提高的速度,既跟不上硬件的发展速度,也远远跟不上计算机应用 迅速普及深入的趋势。 产生软件危机的原因:除了软件本身的特点,其原因主要有以下几个方面: (1) 缺乏软件开发的经验和有关软件开发数据的积累,使得开发工作计划很难制定。 (2) 软件人员与用户的交流存在障碍,使得获取的需求不充分或存在错误。 (3) 软件开发过程不规范。如,没有真正了解用户的需求就开始编程序。 (4) 随着软件规模的增大,其复杂性往往会呈指数级升高。需要很多人分工协作,不仅涉及 技术问题,更重要的是必须有科学严格的管理。

传感器课后题答案

第五章 3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。 霍尔效应:将半导体薄片置于磁场中,当它的电流方向与磁场方向不一致时,半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势,这种现象称为霍尔效应。 霍尔传感器工作原理:霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片,当半导体薄片流有电流I时,在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uho霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比,与半导体薄片厚度d成反比。 4?简述霍尔传感器的组成,画出霍尔传感器的输出电路图。 组成:从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上,引出一对电极,其中1-1'电极用于加控制电流,称控制电流,另一对2-2'电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 电路图: 5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。 答:它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。 7?说明单晶体和多晶体压电效应原理,比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。原理:石英晶体是天然的六角形晶体,在直角坐标系中,x轴平行于它的棱线,称为电轴,通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应;y轴垂直于它的棱面,称为机械轴,把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应;z轴表示其纵轴,称为光轴,在光轴方向时,不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体,在极化处理以前,各晶粒的电畴按任意方向排列,当陶瓷施加外电场时,电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致,此时,压电陶瓷具有一定极化强度,这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用,在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷,正负电荷距离大小因压力变化而变化,这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应,放电电荷的多少与外力的大小成比例关系,Q=d33F 特点:石英晶体:(1)压电常数小,时间和温度稳定性极好;(2)机械强度和品质因素高,且刚度大,固有频率高,动态特性好;(3)居里点573°C,无热释电性,且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是:压电常数大,灵敏度高;制造工艺成熟,可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能;成形工艺性也好,成本低廉,利于广泛应用。 压电陶瓷除有压电性外,还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作

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