传感器与检测技术胡向东第版习题解答-20221105101623.docx

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：传感器是可以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， 一般由敏感元件和转换元件构成。 1.2 传感器的共性是什么? 答：传感器的共性就是运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构成? 答：传感器的基本构成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完毕检测和转换两个基本功 能。 此外还蛋更信号调理与转换电路，辅助电源。 此外还蛋更信号调理与转换电路，辅助电源。 被测量 输咸元件 传咸元件 信号调节转换由路 辅助由酒 1.4 传感器是如何分类的? 答：传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术 特性等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。 ① 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。 ② 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。 ③ 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些? 答：①差动技术：②平均技术；③补偿与修正技术：④屏蔽、隔离与干扰克制；⑤稳 定性解决。 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重要指标有哪些? 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。 原 创 力 文 档 衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、敏捷度、辨别率、迟滞、反复性机 卡 载 高 清 无 水 印 2.3运用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和反复性误差。设 压力为0MPa 时输出为0mV, 压力为0.12MPa 时输出最大且为16.50mV。 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 0.02 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 解：①求非线性误差， 一方面规定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(多数状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(0,0)和(0 . 12,16 .50),则拟合直线斜率： ∴ 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 0.022.75 0.56 0.66 0.61 0.68 0.64 0.69 0.045.50 3.96 4.06 3.99 4.09 4.03 4.11 0.068.25 7.40 7.49 7.43 7.53 7.45 7.52 0.0811.0 10.88 10.95 10.89 10.93 10.94 10.99 0.1013.75 14.42 14.42 14.47 14.47 14.46 14.46 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=ao+q,x, 令x?=a?,x?=q? 由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有： 直接测量值矩阵 , 系 数 矩 阵,被测量估计值矩阵 A 由最小二乘法： AAX=AL, 有 ∵4A|=0.02≠0 ∴a=x?=-2.847 ∴a?=x?=172.55 ∴拟合直线为y=-2.847+172.55x 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 误差 0.02 0.56 0.66 0.61 0.68