传感器习题第一章剖析.ppt

* 传感器原理及应用 西南交通大学电气工程学院 (学分: 2 学时: 32) 主讲教师:华泽玺 电话第一章 ①写出传感器的定义； 传感器是指那些对被测量对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。 (补充)传感器（Transducer或sensor)有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。 ②何为传感器的静态特性？静态特性的主要技术指标有哪些？ 是指当被测量的各个值处于稳定状态(静态测量 之下)时,传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。 主要技术指标有：线性度、滞后、重复性、灵敏度、分辨率、阈值、稳定性、漂移、精度（静态误差）等。 ③何为传感器的动态特性？动态特性的主要技术指标有哪些？ 是指当被测量随时间变化时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表态式、曲线或数表。 在研究动态特性时，通常根据阶跃变化和正弦变化两种标准输入来考察传感器的响应特性。 ④传感器的线性度是怎样确定的？拟合直线的确定有哪几种常用方法？ 线性度也称为非线性误差，表示传感器实际的输入—输出关系曲线偏离拟合直线（一般选取与实际曲线误差最小的直线）的程度。 表达式 E ——非线性误差（线性度） △max ——校准曲线与拟合 直线间的最大差值 YFS —— 满量程输出值 ⑤一阶传感器怎样确定输入信号频率范围？ 对数幅频特性曲线 通频带 其中，0dB水平线是理想的零阶系统的幅频特性 在工程上，常将±3dB所对应的频率响应范围作频率响应范围，又称通频带，它等于上截止频率 与下截止频率 的差值。 是衡量传感器动态响应特性的重要指标之一。 ⑥什么是动态误差？描述一下传感器的差动技术。 在动态的输入信号情况下，输出信号一般来说不会与输入信号具有完全相同类型的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。 差动技术是基于传感器非线性的目的考虑的。传感器的静态特性可用一个代数多项式表示为 n n x a x a x a a y + + + + = ...... 2 2 1 0 由于其动态曲线可看出，其线性通常很差，我们注意到只存在奇次项，即 ...... 5 5 3 3 1 + + + = x a x a x a y 则其特性曲线对称原点，并且在原点附近很宽的范围内存在近似线性段。 差动技术正是利用奇次多项式的这一特点，设法使传感器的输出特性中不含偶次非线性项，达到减小非线性的目的。 设一传感器输出为 用另一相同传感器，使其输入量符号相反，则输出为 n n x a x a x a a y1 + + + + = ...... 2 2 1 0 n n x a x a x a a y2 + - + - = ...... 2 2 1 0 使二者输出相减，得 x a a 2 y1 + + ( = ...... 3 3 1 y2 = - Δy x ) 于是非线性得到了较好的抑制，而且输出灵敏度提高了一倍。 采用差动技术的三个重要环节是：用两个完全相同的传感器，并接受大小相等、符号相反的输入量，最后，二者输出相减，取其差值。 ⑦用最小二乘法求拟合直线方法,得出k和b的所有推导过程,要求有中间过程。 设拟合直线为 ，如果实际校准测试点有 n个，则： 由 式分别对 k 和 b 求一阶偏导数并令其等于零，得： ) ( i i kx b y i + - = D [ ] 2 1 1 2 ) ( ? ? = = + - = D n i i i n i kx b y i 按最小二乘法原理， 应最小。 ? = D n i i 1 2 拟合直线 ? ? ? ? ? = = = = = - × - = n i n i i i n i n i n i i i i i x x n y x y x n k 1 2 1 2 1 1 1 ) ( ? ? ? ? ? ? = = = = = = - × - = n i n i i i n i n i n i i i i n i i i x x n y x x y x b 1 2 1 2 1 1 1 1 2 ) ( b kx y + = ⑧一台精度等级为0．5级、量程范围600～1 200℃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A=　　×100％，并由题意已 知：A=0．5％，YF·S=(1200-600)℃，得最大允许绝对误差