传感器综述例题+习题教学提纲
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复习提纲第1章 传感器概述1 构成信息技术的三大支柱是什么?它们各自起到什么作用2 什么是传感器?(传感器定义,包括广义和狭义)3 传感器由哪几个部分组成?分别起到什么作用?4 了解传感器的分类方法。
按检测的量分类有哪三大类?5 了解传感器的图形符号,其中符号代表什么含义。
第2章 传感器特性1 什么是传感器的静态特性?静态特性参数有哪些?(线性度、迟滞、重复性、灵敏度、分辨率、稳定性),各种参数代表什么意义,描述了传感器的哪些特征?特别要注意区分灵敏度和分辨力。
2 什么是传感器的动态特性?动态误差的理解。
3 传递函数的定义是什么?一阶系统和二阶系统的传递函数的表达式。
第3章 应变式传感器1 什么是应变效应?金属电阻丝应变片的灵敏度系数的表达式为: 0//12R Rk ρρμεε∆∆==++,其主要由材料的几何尺寸决定的。
2 什么是压阻效应?半导体应变片的灵敏度系数的表达式为: 0012100(12)k E k E μππμ=++≈>>+,50,因此,:,主要是由电阻率的变化所决定的。
3 电阻应变片测量电路,直流电桥电压灵敏度的定义:()021=/1u U n K E R R n =⋅∆+及其讨论(P28), 4 比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路,讨论各电路输出电压灵敏度、非线性误差补偿及温度补偿。
掌握半桥电路和全桥电路的应变片的布置方式。
5 典型的例子:有一吊车的拉力传感器如图所示,电阻应变片R 1、R 2、R 3、R 4粘贴在等截面轴上,已知R 1~R 4标称阻值为120Ω,桥路电压2V ,物重M 引起R 1、R 2变化增量为1.2Ω。
请连接出应变片电桥电路,计算出测得的输出电压和电桥的输出灵敏度,说明R 3、R 4可以起到什么作用?6 应变式传感器的应用(主要用于测力、压力和加速度的测量)。
第4章 电容式传感器1 电容传感器的工作原理及其结构类型?2 变极距型电容传感器的工作原理及其灵敏度定义(000/1C C k δδ∆==∆)及其讨论(P46),非线性误差的表达式。
《传感器检测技术》复习提纲Chap. 1传感器的用途(非电量电量)传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
现代信息产业的三大支柱随着科学技术的发展,传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息产业的三大支柱产业,分别充当信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”,他们构成了一个完整的自动检测系统。
应用领域传感器几乎渗透到所有的技术领域。
如工业生产、宇宙开发、海洋探索、环境保护、资源利用、医学诊断、生物工程、文物保护等等广泛领域,并逐渐深入到人们的生活中。
传感器命名规则传感器产品的名称,应由主题词及四级修饰语构成。
(1)主题词——传感器。
(2)第一级修饰语——被测量,包括修饰被测量的定语。
(3)第二级修饰语——转换原理,一般可后续以“式”字。
(4)第三级修饰语——特征描述,指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必须的性能特征,一般可后续以“型”字。
(5)第四级修饰语——主要技术指标(量程、精确度、灵敏度等)。
本命名法在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合使用。
例1 传感器,绝对压力,应变式,放大型,1~3500kPa;例2 传感器,加速度,压电式,±20g。
在技术文件、产品样书、学术论文、教材及书刊的陈述句子中,作为产品名称应采用与上述相反的顺序。
例1 1~3500kPa 放大型应变式绝对压力传感器;例2 ±20g 压电式加速度传感器。
静态特性曲线优劣性比较传感器的静态性能指标:线性度、灵敏度、精确度、迟滞、重复性、零点漂移、温漂、分辨率和阈值灵敏度的定义:灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。
Chap. 2力的测量原理(静力效应,动力效应)力的计量单位为牛顿。
电桥(单臂、双臂、全桥,需要会推导输出表达式)如下图所示为恒压源供电的直流电桥测量电路。
其特点是,当被测量无变化时,电桥平衡时输出为零。
传感器技术及应用教案及习题一、教案1.1 教学目标了解传感器的概念、作用和分类掌握常见传感器的原理和应用学会传感器的基本电路连接和调试方法1.2 教学内容传感器的基本概念传感器的分类和作用常见传感器的原理和应用传感器电路连接和调试方法1.3 教学方法讲授法:讲解传感器的基本概念、分类和作用演示法:展示常见传感器的原理和应用实例实践法:引导学生进行传感器电路连接和调试1.4 教学准备教室内设置多媒体设备准备常见传感器的实物或模型准备传感器电路连接和调试所需的工具和设备1.5 教学过程1. 导入:介绍传感器在现代科技领域的应用和重要性2. 讲解:讲解传感器的基本概念、分类和作用3. 演示:展示常见传感器的原理和应用实例4. 实践:引导学生进行传感器电路连接和调试5. 总结:回顾本节课的重点内容,解答学生的疑问二、习题2.1 选择题1. 传感器的作用是()A. 接收信号B. 发送信号C. 处理信号D. 转换信号A. 光敏传感器B. 声音传感器C. 温度传感器D. 压力传感器A. 将传感器的输出端接到电源的正极B. 将传感器的输出端接到电源的负极C. 将传感器的输入端接到电源的正极D. 将传感器的输入端接到电源的负极2.2 简答题1. 请简要说明传感器的概念和作用。
2. 请列举两种常见的温度传感器及其应用。
3. 请简要介绍如何进行传感器电路连接和调试。
2.3 应用题1. 假设我们想要监测一个仓库的温度,我们应该如何选择和使用传感器?2. 在一个自动化生产线上,我们需要检测产品的长度,我们应该如何选择和使用传感器?六、教案6.1 教学目标了解传感器在自动化控制系统中的应用掌握PLC(可编程逻辑控制器)的基本原理和结构学会使用PLC进行传感器信号的采集和控制6.2 教学内容传感器在自动化控制系统中的应用PLC的基本原理和结构PLC编程软件的使用PLC与传感器的连接和编程6.3 教学方法讲授法:讲解传感器在自动化控制系统中的应用和PLC的基本原理演示法:展示PLC的实物和编程软件的使用实践法:引导学生进行PLC与传感器的连接和编程6.4 教学准备教室内设置多媒体设备准备PLC的实物或模型准备PLC编程软件准备传感器与PLC连接所需的工具和设备6.5 教学过程1. 导入:回顾传感器在自动化控制系统中的应用2. 讲解:讲解PLC的基本原理和结构3. 演示:展示PLC的实物和编程软件的使用4. 实践:引导学生进行PLC与传感器的连接和编程5. 总结:回顾本节课的重点内容,解答学生的疑问七、习题7.1 选择题1. PLC在自动化控制系统中的应用是()A. 数据处理B. 信号放大C. 信号转换D. 控制执行2. PLC的基本组成包括()A. 输入模块、输出模块、中央处理单元B. 传感器、执行器、中央处理单元C. 输入模块、输出模块、通信模块D. 电源模块、输入模块、输出模块A. 数据存储指令B. 逻辑运算指令C. 传感器指令D. 定时器指令7.2 简答题1. 请简要说明PLC在自动化控制系统中的应用。
传感器原理及应用复习提纲绪论一. 传感器及其作用二. 传感器的组成及其各部分的功能(什么是敏感元件,什么是转换元件,什么是测量电路,作用是什么?)三. 传感器的分类方法1.解释按输入量分类。
2.解释按测量原理分类。
四. 传感器技术的三要素是什么?第一章传感器的一般特性一. 传感器的静态特性1.牢固掌握传感器的主要静态特性指标及其定义:线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨率、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。
2.牢固掌握精度等级的意义和应用。
二. 传感器的动态特性1.数学模型(0、1、2阶微分方程描述方法)2.传递函数(零阶特性,一阶特性,二阶特性。
)3.工程实际传感器动态指标的表示方法第二章应变式传感器1.金属应变片式传感器的特点(6点)。
精度高,测量范围广;频率响应特性较好;结构简单,尺寸小,重量轻;可在恶劣条件下正常使用;价格低廉,品种多样,便于选择。
金属应变片式传感器的原理(应变效应)2.金属应变片的主要特性:灵敏度系数的定义及物理意义。
什么是金属应变片的横向效应。
解释什么是机械滞后。
解释什么是应变极限。
研究金属应变片的动态特性的目的是什么。
3.温度误差及补偿温度怎样造成金属应变片式传感器的测量误差。
了解怎样用单丝自补偿应变片了解怎样用双丝组合自补偿应变片掌握用电桥补偿应变片的温度误差的原理4.测量电路固掌握分析、计算应变片式传感器组成的电桥电路。
了解等臂电桥,单臂电桥,输入和输出的关系(应变ε与电桥输出电压)。
了解什么是第一对称电桥,什么是第二对称电桥,输入和输出的关系。
5.什么是应变效应。
6. 什么是压阻效应。
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的亚阻效应。
7.什么是固态压阻器件。
8.应变片式传感器可以检测哪些物理量,可以应用在哪些领域。
怎样构成加速度传感器?9. 半导体应变片的特点10. 金属应变片式传感器和固态压阻器件都是应变片式传感器,区别是什么。
11.半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的亚阻效应。
复习提纲第1章传感器概述1.什么是传感器?传感器由哪几个部分组成?试述它们的作用和相互关系。
2.传感器的总体发展趋势是什么?现代传感器有哪些特征,现在的传感器多以什么物理量输出?3.压力、加速度、转速等常见物理量可用什么传感器测量?各有什么特点?4.了解传感器的分类方法。
所学的传感器分别属于哪一类?5.了解传感器的图形符号,其中符号代表什么含义。
第2章传感器特性1.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系?2.静态特性特性参数有哪些?各种参数代表什么意义,描述了传感器的哪些特征?3.什么是传感器的动态误差?传递函数和频率特性的定义是什么?4.什么是传感器的动态特性? 其特性参数有那些?这些参数反映了传感器的哪些特征,应如何选择?5.有一温度传感器,微分方程为30d y/d t+3y=0.15x,其中y为输出电压(mV) , x为输入温度(℃)。
试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。
第3章应变式传感器1.什么是应变效应?什么是压阻效应?什么是横向效应?2.什么是应变片的灵敏系数?半导体应变片灵敏系数范围是多少50-100,金属应变片灵敏系数范围是多少?1.5-2 说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。
应变片的灵敏系数是指应变片的单位应变所引起的应变片电阻相对变化。
3.比较电阻应变片组成的单桥、半桥、全桥电路的特点。
4. 在传感器测量电路中,直流电桥与交流电桥有什么不同,如何考虑应用场合?5. 已知:有四个性能完全相同的金属丝应变片(应变灵敏系数2k =), 将其粘贴在梁式测力弹性元件上,如图3-30所示。
在距梁端0l 处应变计算公式为 026Fl Eh bε=设力100F N =,0100l mm =,5h m m=,20b mm =,52210/E N mm =⨯。
求: ①说明是一种什么形式的梁。
在梁式测力弹性元件距梁端0l 处画出四个应变片粘贴位置,并画出相应的测量桥路原理图;②求出各应变片电阻相对变化量;③当桥路电源电压为6V 时,负载电阻为无穷大,求桥路输出电压U 0是多少?第4章 电容式传感器1.电容传感器有哪些类型?分别适合检测什么参数?叙述变极距型电容传感器的工作原理、输出特性。
电阻应变效应: 导体在外界作用下产生机械变形(拉伸或压缩)时,其电阻值相应发生变化的现象称为电阻应变效应。
压阻效应: 半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。
变形: 物体在外力作用下面而改变原来尺寸或形状的现象称为变形。
弹性变形: 当外力去掉后物体能完全恢复其原来的尺寸和形状,这种变形称为弹性变形。
涡流效应: 根据法拉第电磁感应定律,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将生产呈旋涡状的感应电流,这种现象称为电涡流效应。
压电效应: 某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷,当外力去掉后,又重新恢复到不带电状态,这种现象称为压电效应。
正压电效应: 当作用力方向改变时,电荷的极性也随之改变。
有时人们把这种机械能转换为电能的现象,称为“正压电效应”。
逆压电效应:相反,当在电介质极化方向施加电场时,这些电介质也会产生几何变形,这种现象称为“逆压电效应”(电致伸缩效应)。
热电效应: 所谓的热电效应,是两种不同材料的导体组成一个闭合回路,当两接点温度T和T0不同时,则在该回路中就会产生电动势。
霍尔效应:置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称为霍尔效应。
测量目的及测量过程:测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
测量过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息,建立起测量信号,经过变换,传输,处理,从而获得被测量量值的过程。
灵敏度: 灵敏度是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。
S=Δy/Δx线性度:传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。
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ΔL 与满量程输出值Y 之比γ =±ΔL /Y ×100%迟滞:传感器在相同工作条件下,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称为迟滞。
传感器复习大纲传感器习题及答案第一章传感器的定义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
传感器的分类:1.按检测的量分类:物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器。
2.按输出信号的性质分类:模拟传感器、数字传感器。
3.按传感器的能源分类:有源传感器、无源传感器。
第二章描述传感器静态特性的主要指标:线性度、迟滞、重复性、阈值、灵敏度、稳定性、噪声、漂移等,它们是衡量传感器静态特性优劣的重要指标参数。
灵敏度:是指传感器在稳定工作条件下,输出微小变化增量与引起此变化的输入微小变量的比值。
第三章电阻应变式传感器主要利用金属电阻应变效应或半导体材料的压阻效应制成敏感元件,是测量微小变化的理想传感器。
金属电阻应变片的基本原理是电阻应变效应,了、即导体产生机械形变时它的电阻值发生变化。
对于半导体而言,应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。
作业。
第四章变极距型、变面积型、变介质型三种形式电容式传感器。
(大概看一下工作原理。
)第五章变磁阻式传感器(自感式传感器)的工作原理。
差动变压器式传感器(互感式传感器)零点残余电压差动变压器测量电路:差动变压器输出交流信号,为正确反映衔铁位移大小和方向,常常采用差动整流电路和相敏检波电路。
P72图由法拉第电磁感应原理可知:一个块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中切割磁力线运动时,导体内部会产生闭合的电流,这种电流像水中旋涡,故称为电涡流,这种现象叫做电涡流效应。
根据电涡流效应制作的传感器称涡流传感器。
电涡流传感器的最大特点是能够对被测量进行非接触测量。
用自己的话描述其工作原理。
(根据法拉第电磁感应原理, 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈涡旋状的感应电流, 此电流叫电涡流, 以上现象称为电涡流效应。
根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
按照电涡流在导体内的贯穿情况, 此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类, 但从基本工作原理上来说仍是相似的。
传感器综述例题+习题
第一章绪论
[例题分析]
例题1-1一台精度为0.5级、量程范围600~1200℃的温度传感器,它最大允许绝对误差是多少?检验时某点最大绝对误差是4℃,问此表是否合格?
解: 根据精度定义表达式100.⨯∆=S
F Y A
A %,并由题意已知A=0.5%,YF.S=(1200-600)℃,得最多允许误差
△ A=A·YF.S=0.5%×(1200-600)=+/-3℃
此温度传感器最大允许误差位3℃。
检验某点的最大绝对误差为4℃,大于3℃,故此传感器不合格。
例题1-2已知电感压力传感器最小检测量为0.5mmH 2O ,测量范围为0~250mmH 2O ,输出电压为0~500m V,噪声系数C=2;另一个电容压力传感器最小检测量为0.5mmH 2O ,测量范围为0~100mmH 2O ,输出电压为0~300m V,噪声系数C=2。
问:哪个传感器噪声电平大?大多少?
解: 根据传感器灵敏度计算式 x
y
k ∆∆=,得 电感压力传感器 O mmH mV k 21/202500
500=--=
电容压力传感器 O mmH mV k 22/30
1000
300=--=
由最小检测量计算式K CN
M =,得噪声电平C KM N =,分别计算结果如下:
电感压力传感器 mV C M K N 5.025
.02111=⨯==
电容压力传感器 mV C M K N 75.02
5
.03222=⨯==
答:电容压力传感器噪声电平大。
mV N N N 25.012=∆-∆=∆。
例题1-3已知某传感器静态特性方程X e Y =,试分别用切线法、端基法及最小二乘法,在0<X<1范围内拟和刻度直线方程,并求出相应的线性度。
解:(1)切线法:如图1-1所示,在X=0处做 切线为拟合直线①KX a Y +=0。
当X=0,则Y=1,得0a =1;当X=1,
则Y=e,得10
===
==X X X e
dX
dY
K 。
故切线法刻度直线方程为Y=1+X。
最大偏差m ax Y ∆在X=1处,则
7182.0)1(1
max =+-=∆=X X X e Y
切线法线性度 %8.41%1001
7182
.0%100.max =⨯-=⨯∆=
e Y Y S F L δ (2)端基法:在测量两端点间连直线为拟合直线②KX a Y +=0。
则0a =1,
718.10
11
=--=
e K 。
得端基法刻度直线方程为Y=1+1.718X。
由
0]
718.1[=-dX
X e d x 解得X=0.5413处存在最大偏差 2118.0)718.11(5413
.0max =+-=∆=X x X e Y
端基法线性度 %3.12%1001
2118
.0%100.max =⨯-=⨯∆=
e Y Y S F L δ (3)最小二乘法:求拟合直线③KX a Y +=0。
根据计算公式测量范围分成6等分取n=6,,列表如下:
分别计算∑∑∑∑====2.2,433.6,479.10,
32
X
XY Y X 。
由公式得
894.02
.2632
.2479.103433.6)(22
2
2
=⨯-⨯-⨯=
-⋅-⋅=∑∑∑∑∑∑
X
n X X Y X XY a
705.12
.263433.66479.103)(2
2
2
=⨯-⨯-⨯=-⋅-⋅=
∑∑∑∑∑X n X Y X n Y X K 得最小二乘法拟合直线方程为Y =0.894+1.705X 。
假设拟合直线与曲线的交点为(x 0,y 0),则求最大偏差应该分段来处理: 对于0<X<x 0区域,
由
[]
0)
705.1894.0(=+-dX
X e d X 解出X=0.5335。
故 0987.0)
705.1894.0(5335
.01max =+-=∆=X x X e Y
对于x 0<X<1区域,
由于X e Y =与拟合直线Y =0.894+1.705X 均为单调递增函数,但是前者的递增速度要快于后者,因此x 0<X<1区域, 两者之间的最大偏差出现在X=1处,为
119.0)705.1894.0(718.2)
705.1894.0(1
2max =+-=+-=∆=X x X e Y
比较上述两个区间段出现的最大偏差,可以发现,0<X<1区域内的最大偏差位于X=1处,,
据此得最小二乘法线性度
%93.6%1001
119
.0=⨯-=
e L δ
δ值最小,因而此法拟合精度最此题计算结果表明最小二乘法拟合的刻度直线
L
δ值愈小。
用三种方法拟合刻度高,在计算过程中若n取值愈大,则其拟合刻度直线
L
直线如图1-1所示①②③。
[思考题与习题]
1-1何为传感器静态特性?静态特性主要技术指标有哪些?
1-2何为传感器动态特性?动态特性主要技术指标有哪些?
1-3传感器的精度等级是如何确定的?
1-4传感器的线性度是怎样确定的?拟合刻度直线有几种方法?
1-5鉴定2.5级(即满量程误差为2.5%)的全量程为100V的电压表,发现
50V刻度点的示值误差2V为最大误差,问该表是否合格?
1-6为什么在使用各种指针表时,总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围使用?
1-7测量某电路电流共5次,测得数据(单位为mA)分别为168.41,168.54,168.59,168.40,168.50。
试求算术平均值和标准差。
1-8已知某一位移传感器的测量范围为0~30mm,静态测量时,输入值与输出值的关系如表1.1所示,试求传感器的线性度和灵敏度。
表1.1输入值与输出值的关系
1-9某压力传感器的效验数据如表1.2所示,试用最小二乘法求非线性误差,并计算迟滞和重复性误差。
表1,2效验数据列表
1-10量程为10MPa的压力传感器所测量点的输出值列于下表中。
试用端点法、最小二乘法拟合线性返程,并计算各种拟合方程的拟合精度。
1-11用测量范围为-50~150kPa的压力传感器测量140kPa的压力时,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。
1-12对某节流元件(孔板)开孔直径d20的尺寸进行了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
试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差,并写出其测量结果。
(若取置信概率P=0.95)
1-13测电压的实际值约为21.7V,现有四种电压表:
A 表:1.5级,量程为0~30V ;
B 表:1.5级,量程为0~50V
C 表:1.0级,量程为0~50V 表;
D 表:0.2级,量程为0~360V 。
问选用哪种规格的电压表进行测量产生的误差最小?
1-14 一组电阻值的测量结果如下: 237.4,237.2,237.9, 237.1,238.1,237.5, 237.4, 237.6, 237.6, 237.4, 求测量结果。
1-15. 铜的电阻值R 与温度T 之间关系为0(1)t R R t α=+,在不同温度下,测量铜电阻
的电阻值如下表所示。
试估计0︒C 时铜电阻的电阻值R 0和铜电阻的电阻温度系数α。
1-16 某温度测量15次,得到的测量结果如下(单位为︒C ):
20.42 20.43 20.40 20.43 20.42 20.43 20.39 20.30 20.40 20.43 20.42 20.41 20.39 20.39 20.40 试用拉依达准则判别有无坏值?
1-17 假设使用传感器器对某温度进行了12次的等精度测量,获得的实验数据如下
(单位为︒C ):
20.46 20.52 20.50 20.52 20.48 20.47 20.50 20.49 20.47 20.49 20.51 20.51
要求对该数据进行加工整理,并写出最终结果。
1-18、指出下列原因引起的误差属于哪种类型的误差?
1.米尺的刻度有误差。
2.利用螺旋测微计测量时,未做初读数校正。
3.两个实验者对同一安培计所指示的值读数不同。
4.天平测量质量时,多次测量结果略有不同。
5.天平的两臂不完全相等。
6.用伏特表多次测量某一稳定电压时,各次读数略有不同。
7.在单摆法测量重力加速度实验中,摆角过大。
1-19、区分下列概念
1.直接测量与间接测量。
2.系统误差与偶然误差。
3.绝对误差与相对误差。
4.真值与算术平均值。
5.测量列的标准误差与算术平均值的标准误差。
1-20 、试说明在多次等精度测量中,把结果表示为 ()x x x σ±= (单位)的物理意义。