传感器原理与测试技术大作业

《传感器与检测技术》作业及答案第一次作业1、使用一只0.2级、量程为10V的电压表，测得某一电压为5.0V,试求此测量值可能出现的绝对误差和相对误差的最大值。

2、现对一个量程为100mV，表盘为100等分刻度的毫伏表进行校准，测得数据如下。

仪表刻度值/mV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 标准仪表示值0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0/mV绝对误差/mV修正值/mV试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该毫伏表的精度等级。

3.已知对某电压的测量值U~N（50V,0.04V）,若要求置信概率达到50%，求相应的置信区间。

4、甲、乙二人分别用不同的方法，对同一电感进行多次测量，结果如下（假设均无粗大误差和系统误差）：甲 1.28 1.31 1.27 1.26 1.19 1.25乙 1.29 1.23 1.22 1.24 1.25 1.20写出测量结果表达式，评价哪个人的测量精密度高。

第一次作业答案1、使用一只0.2级、量程为10V的电压表，测得某一电压为5.0V,试求此测量值可能出现的绝对误差和相对误差的最大值。

答案：2、现对一个量程为100mV，表盘为100等分刻度的毫伏表进行校准，测得数据如下。

仪表刻度值/mV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100标准仪表示值0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0/mV绝对误差/mV修正值/mV试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该毫伏表的精度等级。

解:仪表刻度值/mV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100标准仪表示值0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0/mV绝对误差/mV 0 0.1 -0.2 -0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.3 0 0.3 0 修正值/mV 0 -0.1 0.2 0.4 -0.2 0.2 0.4 0.3 0 -0.3 03.已知对某电压的测量值U～N（50V,0.04V2）,若要求置信概率达到50%，求相应的置信区间。

部分课后作业答案2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。

设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。

解：∵灵敏度系数εRR K /∆=，又已知%1=∆RR，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2，∴ )/(101101100.129254m N mN S F ⨯=⨯⨯==-σ 由εσ⋅=E ，可得321129105)/(102)/(101-⨯=⨯⨯==m N m N E σε 所以，灵敏度系数2105%1/3=⨯=∆=-εRR K2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。

设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。

圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。

求：(1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε；(3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少?(4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。

解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。

测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。

题2.9 图⑵∵)(1500105.1)/(102)01.0(14.3/8.9100032722μεπσε=⨯=⨯⨯⨯====-cm N m N Er FE A FE∴εK R R R R =∆=∆3311， R 1与R 3的纵向应变（轴向应变）ε为1500με；μεεK K R R R R r -==∆=∆4422 ，式中μ为泊松比，μ＝0.285。

机电一体化中传感器与检测技术的应用引言：传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的费电信号转换成电信号的换能器。

从各行各业到日常生活，传感器几乎是无处不在，无处不用，其主要作用就是信息的采集和获取。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

随着微电子技术、控制技术、传感器技术等快速发展，机电一体化也得到了快速发展。

机电一体化系统是多种技术共同结合、共同配合形成的控制系统，最主要的技术是传感器技术。

一、传感器的种类传感器在机电一体化系统的主要作用是测量机电一体化系统各模块性能和目标对象、工作环境等的状态，为可靠地控制、调控机电一体化系统的整体工作提供有效的物理参数信息。

当今，传感器用于检测的方面不同，具有多种种类，原理各异分类方式也不尽相同。

按输入被测量进行分类，一般可分为速度传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。

这种分类方法直接反应了检测的目的；按输出量形式可分为数字传感器与模拟传感器两类；按工作机理可分为结构型和物性型；按转换原理可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热点式传感器等；按信息的传递方式可分为能量转换传感器与能量控制型传感器两类。

具体可以分为测量系统内部模块性能状态的内部数据传感器和系统外部状态的外部数据信息传感器。

系统内部数据信息传感器的主要工作是检查机电一体化系统内部模块的位矢、加速度、力臂、力、温度等的相关状态变化情况。

系统外部数据信息传感器主要职能是采集、检测机电一体化系统外部环境对机械性能的变化状态情况。

传感器能够如人感受器官一样，具有触觉感受和非触觉感受，所以传感器又可以分为接触式传感器和非接触式传感器。

如：接触式的碰触式传感器、压觉传感器；非接触式的温觉传感器、声觉传感器等。

《传感器与测试技术》作业（1）和（2）答案按照《传感器与测试技术》课程教学设计方案的要求，本课程的平时作业共布置4次记分作业，每次作业满分2.5分，共10分。

在完成记分作业的前提下，辅导教师还可根据学生学习的实际情况，再布置一些有针对性的作业，作为对记分作业的补充，供学生更好地掌握学习内容。

前2次的记分作业如下：第1次记分作业：第5周前完成1．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。

答：传感器做为测试系统的第一环节，将被测系统或测试过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。

通常，传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。

信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，对信号进行放大等。

显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。

2．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些？答：（1）灵敏度高，线性度好；（2）输出信号信噪比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声；（3）滞后、漂移小；（4）特性的复现性好，具有互换性；（5）动态性好；（6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。

3．传感器的动态特性的评价指标有哪些？答：（1）时间常数τ（2）上升时间（3）稳定时间（或响应时间）（4）超调量δ4．提高传感器性能的方法有哪些？答：（1）非线性校正（2）温度补偿（3）零位法、微差法（4）闭环技术（5）平均技术（6）差动技术（7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施5．简述应变式电阻传感器的工作原理。

答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象就是电阻丝的应变效应。

设有一段长为，截面为，电阻率为的金属丝，则它的电阻为当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其、、均发生变化，因应变而导致金属电阻值的变化，即是应变式电阻传感器的工作原理。

6．《传感器与测试技术》教材P80第5题。

答：(1)(2)7．简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。

传感器与测试技术是现代工程领域中非常重要的一部分，涉及到各种类型的传感器、数据采集、信号处理和测试技术。

以下是一个可能的课程设计方案：实验名称：传感器与测试技术综合实验实验目的：1. 了解各种传感器的工作原理和应用领域；2. 学习数据采集和信号处理的基本方法；3. 掌握常见测试技术在工程实践中的应用。

实验内容：1. 传感器原理与特性测试：-使用温度传感器、光敏电阻等不同类型的传感器，测量环境温度、光照强度等参数，并比较它们的特性和响应速度。

2. 数据采集与信号处理：-连接传感器到数据采集卡或微控制器，采集传感器输出的模拟信号，并进行数字化处理和分析，如滤波、采样等。

3. 传感器应用实验：-结合实际应用场景，设计并搭建一个简单的智能家居系统，利用传感器检测环境参数并控制相关设备的运行。

4. 测试技术应用：-学习使用示波器、多用表等测试仪器对电路进行测试和故障排除，加深对电路性能分析的理解。

实验器材与设备：1. 温度传感器、光敏电阻等传感器元件2. 数据采集卡、微控制器等数据采集设备3. 示波器、数字万用表等测试仪器4. 电路元件和连接线5. 相关的实验软件和工具实验注意事项：1. 操作过程中要严格遵守安全规定，避免对设备和自身造成损坏。

2. 确保实验器材的正确连接和使用，避免因操作失误导致意外发生。

3. 实验结束后要对设备进行清洁和整理，保持实验环境整洁。

预期结果：通过该综合实验，学生可以深入了解各种传感器的特性和应用，掌握数据采集和信号处理的基本方法，以及学习常见测试技术在工程实践中的应用。

同时，通过实际操控传感器和测试仪器，培养学生的实验操作能力和问题解决能力。

这样的综合实验设计旨在帮助学生深入理解传感器与测试技术的原理和应用，提升他们的实践能力和工程素养。

传感器大作业传感器原理与应用课程能力训练项目及要求学生以3人一组，自由组合，确定组长。

选定课程设计题目，分配任务，共同协作，完成课题既定要求。

在完成项目过程中严禁相互抄袭。

目标：1.完成设计报告、项目开发报告、说明书等；2.成果分享。

3.锻炼学生自学能力和灵活运用所学知识的能力，写作能力和口头表达能力；4.锻炼学生团队协作精神。

要求：设计报告字数不少于3000字，采用统一的格式，毕业论文的结构，包括封面、中英文摘要、目录、正文、参考文献、附录等环节。

文档格式也按照毕业论文的要求排版。

题目：一、教室日光灯控制系统设计某学院为节约用电，拟在教室里安装传感器。

当教室里有人时，日光灯就亮，当无人的时候，经过几分钟，灯熄灭。

在白天光线很亮的情况下，即使教室中有人，日光灯也不亮。

请按要求设计一个可行方案，完成设计报告，报告包括3大段落：a．“必要性”；b．“可行性”（主要谈传感器）；c．如何实现这个设想的具体方案。

要求：（1）在报告中给出选用器件的型号。

（2）在报告中画出该“日光灯控制系统”的安装立体图（以这门课的上课教室为例）。

包括：教室顶部的传感器、日光灯、课桌、学生等，应使阅读报告人能看得懂你的设想，特别应标出传感器在图上的安装位置。

（3）在报告中画出该“日光灯控制系统”的系统原理框图(包括控制单元（如单片机、ARM等）、所用的传感器、强电控制电路等）。

（4）在报告后给出参考文献二、感应水龙头的设计假设你应聘到某卫生洁具公司。

现公司打算开发一个用于医院门诊部、给医生和就诊病人使用的“感应式水龙头”。

1.请先按以下给出提示分析“感应式水龙头”的原理。

1）当使用者的手靠近该“感应式水龙头”的出水口时，它就______，而人经过时无反应。

为实现上述功能，你选用经济、体积小的______传感器，该传感器应安装在水龙头的______位置，属于______（接触/非接触）式测量。

2）为节约用水，水龙头在______（30/3/0.3）s后自动______。

传感器大作业第1章工程振动测试方法在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，可是按各样参数的丈量方法及丈量过程的物理性质来分，能够分红三类。

1、机械式丈量方法将工程振动的参量变换成机械信号，再经机械系统放大后，进行丈量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能丈量的频次较低，精度也较差。

但在现场测试时较为简单方便。

2、光学式丈量方法将工程振动的参量变换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。

如读数显微镜和激光测振仪等。

3、电测方法将工程振动的参量变换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。

电测法的重点在于先将机械振动量变换为电量（电动势、电荷、及其余电量），而后再对电量进行丈量，从而获取所要丈量的机械量。

这是当前应用得最宽泛的丈量方法。

上述三种丈量方法的物理性质固然各不相同，可是，构成的丈量系统基真相同，它们都包含拾振、丈量放大线路和显示记录三个环节。

图1 基本丈量系统表示图拾振环节把被测的机械振动量变换为机械的、光学的或电的信号，达成这项变换工作的器件叫传感器。

丈量线路丈量线路的种类甚多，它们都是针对各样传感器的变换原理而设计的。

比方，专配压电式传感器的丈量线路有电压放大器、电荷放大器等；别的，还有积分线路、微分线路、滤波线路、归一化妆置等等。

信号剖析及显示、记录环节从丈量线路输出的电压信号，可按丈量的要求输入给信号剖析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设施（如光芒示波器、磁带记录仪、X—Y记录仪等）等。

也可在必需时记录在磁带上，而后再输入到信号剖析仪进行各样剖析办理，从而获取最后结果。

1第2章传感器的机械接收原理振动传感器在测试技术中是重点零件之一，它的作用主假如将机械量接收下来，并变换为与之成比率的电量。

因为它也是一种机电变换装置。

所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。

图2 振动传感器的工作原理振动传感器其实不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，而后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。