傳感器與檢測(cè)技術(shù)第3章傳感器基本特性參考答案

1、第 3 章 傳感器基本特性一、單項(xiàng)選擇題1 、衡量傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)不包括（） 。A. 線性度B. 靈敏度C. 頻域響應(yīng)D. 重復(fù)性2、下列指標(biāo)屬于衡量傳感器動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)的（） 。A. 時(shí)域響應(yīng)B.線性度C. 零點(diǎn)漂移D.靈敏度3、一階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時(shí)間（） 。A. 延遲時(shí)間B.上升時(shí)間C. 峰值時(shí)間D.響應(yīng)時(shí)間4、一階傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間（） 。A. 延遲時(shí)間B.上升時(shí)間C. 峰值時(shí)間D.響應(yīng)時(shí)間5、傳感器的下列指標(biāo)全部屬于靜態(tài)特性的（）A.線性度、靈敏度、阻尼系數(shù)B.幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差C.遲滯、重復(fù)性、漂移D.精度、時(shí)間常數(shù)、重復(fù)性6

2、、傳感器的下列指標(biāo)全部屬于動(dòng)態(tài)特性的（）A.遲滯、靈敏度、阻尼系數(shù)B.幅頻特性、相頻特性C.重復(fù)性、漂移D.精度、時(shí)間常數(shù)、重復(fù)性7、不屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的（）A.重復(fù)性B.固有頻率C.靈敏度D.漂移8、對(duì)于傳感器的動(dòng)態(tài)特性，下面哪種說法不正確（）A.變面積式的電容傳感器可看作零階系統(tǒng)B. 一階傳感器的截止頻率是時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)C.時(shí)間常數(shù)越大，一階傳感器的頻率響應(yīng)越好9、屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的（A.重復(fù)性B.固有頻率D.提高二階傳感器的固有頻率，可減小動(dòng)態(tài)誤差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍C.靈敏度D.漂移）10、無論二階系統(tǒng)的阻尼比如何變化，當(dāng)它受到的激振力頻率等于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，該系統(tǒng)的位移與激

3、振力之間的相位差必為（）A. 00D.在0和90。之間反復(fù)變化的值11、傳感器的精度表征了給出值與（）相符合的程度。A.估計(jì)值B.被測(cè)值C相對(duì)值D.理論值12、傳感器的靜態(tài)特性，是指當(dāng)傳感器輸入、輸出不隨 （）變化時(shí)，其輸出-輸入的特性。A.時(shí)間B.被測(cè)量C.環(huán)境D.地理位置13、非線性度是測(cè)量裝置的輸出和輸入是否保持（）關(guān)系的一種度量。A.相等B.相似C.理想比例D.近似比例14、回程誤差表明的是在（）期間車出-輸入特性曲線不重合的程度。A.多次測(cè)量B.同次測(cè)量C正反行程D.不同測(cè)量15、已知某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)3秒的一階系統(tǒng)，當(dāng)受到突變溫度作用后，傳感器輸出指示溫差的三分之一所需的時(shí)間為

4、（）秒A. 3B. 1C.D. 1/3二、多項(xiàng)選擇題1 .階躍輸入時(shí)表征傳感器動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)有哪些（）A.上升時(shí)間B.響應(yīng)時(shí)間C.超調(diào)量D.重復(fù)性2 .動(dòng)態(tài)響應(yīng)可以采取多種方法來描述，以下屬于用來描述動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法是：（）A.精度測(cè)t法B頻率響應(yīng)函數(shù)C.傳遞函數(shù)D.脈沖響應(yīng)函數(shù)3 .傳感器靜態(tài)特性包括許多因素，以下屬于靜態(tài)特性因素的有（）。A.遲?tB.重復(fù)性 C.線性度 D.靈敏度4 .傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)表征的重要指標(biāo)有：（）A.靈敏度 B.非線性度C.回程誤差D.重復(fù)性5. 一般而言，傳感器的線性度并不是很理想，這就要求使用一定的線性化方法，以下屬于線性化方法的有：（）A.端點(diǎn)線性B.獨(dú)立

5、線性C.自然樣條插值D.最小二乘線性三、填空題1、靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下 對(duì) 的比值。2、系統(tǒng)靈敏度越 ,就越容易受到外界干擾的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越 。3、是指傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。4、要實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量，檢測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性應(yīng)為 ,相頻特性應(yīng)為 。5、傳感器的靈敏度是指。6、衡量傳感器的靜態(tài)特性的指標(biāo)包含 、和。（要求至少列出兩種）7、一個(gè)高精度的傳感器必須有良好的 和,才能完成信號(hào)無失 真的轉(zhuǎn)換。8、傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，傳感器輸出反映被測(cè)量的 和 變化的能力。研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性有兩種方法： 和。9、階躍響應(yīng)特性是指在輸入為 時(shí)，傳感器的輸

6、出隨 的變化特性。常用響 應(yīng)曲線的、等參數(shù)作為評(píng)定指標(biāo)。10、頻率響應(yīng)特性是指將 不同而 相等的正弦信號(hào)時(shí)間輸入傳感器，其輸出正弦信號(hào)的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系。頻率響應(yīng)特性常用的評(píng)定指標(biāo)11、某位移傳感器，當(dāng)輸入量變化5mm時(shí)，輸出電壓變化 300mv,其靈敏度為 12、某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍信號(hào)作用時(shí)，在 t=0時(shí)，輸出為10mV; t-8時(shí)，輸出 為100mV;在t=5s時(shí)，輸出為50mV,則該傳感器的時(shí)間常數(shù)為： 。13、已知某一階壓力傳感器的時(shí)間常數(shù)為，若階躍輸入壓力從 25MPa變到5MPa,則二倍時(shí)間常數(shù)時(shí)的輸出壓力為 。14、某測(cè)力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為100

7、0Hz,阻尼比為臨界值的 50%,當(dāng)用它測(cè)量500Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比和相位差分別為： 及 c四、簡答題1、什么是傳感器的靜態(tài)特性它有哪些性能指標(biāo)如何用公式表征這些性能指標(biāo)2、什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性其分析方法有哪幾種3、什么是傳感器的靜特性主要指標(biāo)有哪些有何實(shí)際意義4、什么是傳感器的基本特性傳感器的基本特性主要包括哪兩大類解釋其定義并分別列出描述這兩大特性的主要指標(biāo)。（要求每種特性至少列出 2種常用指標(biāo)）五、計(jì)算題1、用某一階環(huán)節(jié)的傳感器測(cè)量100Hz的正弦信號(hào)，如要求幅值誤差限制在土5%以內(nèi)，時(shí)間常數(shù)應(yīng)取多少如果用該傳感器測(cè)量50Hz的正弦信號(hào)，其幅值誤差和相位誤差各為多少

8、2、某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)。=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的三分之一和二分之一所需的時(shí)間。3、在某二階傳感器的頻率特性測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，諧振發(fā)生在頻率216Hz處，并得到最大幅值比 為：1,試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率的大小。4、設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理，已知傳感器的固有頻率為800Hz,阻尼比E 二,問使用該傳感器測(cè)試 400Hz的正弦力時(shí)，其幅值比 A （co）和相角差。（co）各為多少 若 該傳感器的阻尼比可改為E =,問A（3）和。（3）又將如何變化5、當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為ti ,測(cè)溫傳感器示值溫度為t2時(shí)，有下列方程式成立：ti t2 0（dt

9、2）/（d ）當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從25c突然變化到 300c時(shí)，測(cè)溫傳感器時(shí)間常數(shù)0 120s,試確定經(jīng)過480s后的動(dòng)態(tài)誤差。6、若一階傳感器的時(shí)間常數(shù)為，傳感器響應(yīng)的幅值百分誤差在10%范圍內(nèi)，此時(shí)， 最高值達(dá)，試求此時(shí)輸入信號(hào)的工作頻率范圍。7、設(shè)一力傳感器可以簡化成典型的質(zhì)量一彈簧一阻尼二階系統(tǒng)，巳知該傳感器的固有頻率 為f0 1000Hz,若其阻尼比為0.7,試問用它測(cè)量頻率為 600Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比 A（）和相位差（）各為多少。8、通過某檢測(cè)裝置測(cè)得的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下表所示。試用最小二乘法擬合直線，并求其線性度和靈敏度。x1234y9、試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線

10、性度:端點(diǎn)線性度；最小二乘線性度。x12345y10、試計(jì)算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復(fù)性誤差（一組測(cè)試數(shù)據(jù)如下表示）行程輸入壓力（X 105Pa）輸出電壓（mV）正行程反行程第3章傳感器基本特性一、單項(xiàng)選擇題1、C 2、A 3、A 4、B 5、C6、B7、B8、C 9、B10、B 11、B 12、A13、C14、 C 15、 C二、多項(xiàng)選擇題1、ABC 2、BCD 3、ABCD 4、ABCD 5、ABD三、填空題1、輸出量變化；輸入量變化2、高；差 3、漂移 4、常數(shù)；線性5、在穩(wěn)態(tài)信號(hào)下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值6、線性度；靈敏度；遲滯；重復(fù)性；漂移7、靜態(tài)特性；動(dòng)態(tài)特性8、大??；波形；

11、時(shí)域的階躍響應(yīng)法；頻率響應(yīng)法9、階躍函數(shù)；時(shí)間；上升時(shí)間；響應(yīng)時(shí)間；超調(diào)量10、頻率；幅值；通頻帶；時(shí)間常數(shù)；固有頻率11、60mv/mm 12、13、 MPa 14、4/歷；四、簡答題-輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳1、答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入 感器的輸入、輸出關(guān)系式中不含有時(shí)間變量。傳感器的靜態(tài)特性的性能指標(biāo)主要有： 線性度：非線性誤差LLmx 100%Y FSd dy靈敏度：Sn =dx遲滯：h -g100%Y FS一R 重復(fù)性：R_RmaL 100%Y FS漂移：傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。2、答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）

12、的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出 對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分 析。3、答：傳感器的靜特性是當(dāng)其輸入量為常數(shù)或變化極慢時(shí)，傳感器的輸入輸出特性，其主 要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。傳 感器的靜特性由靜特性曲線反映出來，靜特性曲線由實(shí)際測(cè)繪中獲得。通常人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇合適的傳感器。4、答：傳感器的基本特性是指傳感器的輸入-輸出關(guān)系特性。傳感器的基本特性主要包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。其中，靜態(tài)特性是指傳感器在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入-輸出關(guān)系，描述指標(biāo)有：線性度（非線性誤

13、差）、靈敏度、遲滯、重復(fù)性和漂移；動(dòng)態(tài)特性是指傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變 化的輸入量的響應(yīng)特性，主要描述指標(biāo)有：時(shí)間常數(shù)、延遲時(shí)間、上升時(shí)間、峰值時(shí)間、響 應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量、幅頻特性和相頻特性。五、計(jì)算題1、解：一階傳感器頻率響應(yīng)特性：H（j ）(j幅頻特性：（） arctan（）由題意有：A( ) 1 5%,即_1 1 5%J1 ()22一 一一又 2 f 200T所以：0 0.523ms取 0.523ms,2 f 250 100幅值誤差:A()100%1.32%所以有：1.32% A( ) 0相位誤差:() arctan( )9.3所以有：9.32、解：對(duì)

14、傳感器施加突變信號(hào)屬于階躍輸入:單位階躍信號(hào)：x(t)0 t01 t 0進(jìn)行拉氏變換：X(s)Lx(t)0 x(t)e st dt階系統(tǒng)傳遞函數(shù)：H(s) Y包X(s)1所以：Y(s) H(s) X(s)1 s對(duì)上式進(jìn)行拉氏逆變換：y(t) 1t/ e設(shè)溫差為R,則此溫度傳感器的階躍響應(yīng)為:t/R(1 et/3R(1 eR 2 一時(shí),3R 2 一時(shí),23、解:二階系統(tǒng)所以:A(n時(shí)共振，則A(4、解：二階系統(tǒng)傳遞函數(shù):由題意:n 800Hz,則當(dāng)400Hz時(shí),A()1 L)22n31n 233ln - 21.22s ；2.08s。1)max(一)2n1.4112(一)2萬n216 1357 r

15、ad/s0.1412(一)2萬n0.3622，H(j )s +2ns+ n1 (一)2n1400 2 22400 2 91 ()22 4 0.142 ()2 28008002j(一)n10.758 *1.152 (一)() arctan-1 (一)2n2 0.14 (400arctan800(400)2800arctan7510.57110.4911.052 2 0.975,9當(dāng)0.7 時(shí)，A()1611.4(2)() arctan- 2114 arctan1543.0255、解：把輸入看作從x(t) 0,t 040到275的階躍輸入信號(hào)，則; x(t) 275,t 0輸入信號(hào)的拉氏變換為X(

16、s)型 st1(s)1os 1tl又 dt2人 0 t2d即(os 1)t2sH(s)皿 t1(s)Y(s) H(S)X(S)275S進(jìn)行拉氏反變換后，有y(t)275(1te畫)480動(dòng)態(tài)誤差y(480) 275275e 120 5.04 (C)0. 7,可用6、解：傳感器響應(yīng)的幅值百分誤差在10%范圍內(nèi)即相當(dāng)于幅值比應(yīng)大于0. 5來確定輸入信號(hào)工作頻率范圍的上限。因而得出上限頻率為：0.50.5- rad / s 50rad / s0.0150f Hz 8Hz2可知：所求工作頻率范圍為0 8Hz。7、解：A(j )2 2(600110000.95226004 0.710008、tan600

17、2 0.711000解：設(shè)擬合直線方程為由已知輸入輸出數(shù)據(jù),AA101030(AA)AAA11A21AL(A A) 1 A La0擬合直線為y輸入x: 1輸出y :理論值？：26001000a0 a1x根據(jù)最小二乘法,2.2有:4.15.88.020A12A222.24.15.88.01.50.50.250.251052.71030方程有解30101.520 1020.159.80.5 20.10.2 59.8a11.911.91x0.50.251.91a。0.50.2l y ?：Lmax0.18非線性誤差為：L-Lmax 100%0.18 100%2.25%Yfs8靈敏度為：Sndy 1.9

18、1dx9、解：端點(diǎn)線性度：設(shè)擬合直線為：y kx b ,根據(jù)兩個(gè)端點(diǎn)（1,和（5,則擬合直線斜率y110.10 2.205 11.9751.975 1 b 2.20b 0.225x12345y實(shí)際y理論A =y實(shí)際-y理論001.975x0.225端點(diǎn)擬合直線為yLmax 0.225-Lmax 100%0225 100%2.23%yFS10.10最小二乘線性度：設(shè)擬合直線方程為 y a0 a1x由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有:2.20114.00125.98 , A1a03 , X a17.901410.1015L11AA15AA15501555(A A)AAA1A21AI2A221501555方程有解5515151.10.30.30.12.20AL4.005.9830.187.90110.2410.101(A A) 1 AL1.10.330.180.126擬合直線為a。0.30.1110.241.970.126a11.970.1261.97x輸入x :輸出y :理論值？： l y ?：Lmax0.124非線性誤差為:Le“0 124Lm 100%4 100%1.23%YFS10.1010、解：遲滯誤差：1 H遲滯誤差 Hmax 100%2 yFS1 -H1Hmax 100%1 1.5100%0.08%2yFS2 964