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TOC o 1-5 h z1、衡量傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)不包括（）。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)的是（）。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)間是（）。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)間是（）。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)特性的是（）線性度、靈敏度、阻尼系數(shù)幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差遲滯、重復(fù)性、漂移精度、時(shí)間常數(shù)、重復(fù)性6、傳感器的下列指標(biāo)全部屬于動(dòng)態(tài)

2、特性的是（）遲滯、靈敏度、阻尼系數(shù)幅頻特性、相頻特性重復(fù)性、漂移精度、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)的是（）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(shuō)法不正確（）變面積式的電容傳感器可看作零階系統(tǒng)一階傳感器的截止頻率是時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)時(shí)間常數(shù)越大，一階傳感器的頻率響應(yīng)越好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9、屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的是（）A.重復(fù)性B.固有頻率C.靈敏度D.漂移10、無(wú)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)的位移與激振力之間的相位差必為（）A.0B.90C.180D.在0和

3、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（）期間輸出-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)間常麵二3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（）秒TOC o 1-5 h zA3B1C

4、1.2D1/3二、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(lái)描述，以下屬于用來(lái)描述動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法是：（）A.精度測(cè)試法B.頻率響應(yīng)函數(shù)C.傳遞函數(shù)D.脈沖響應(yīng)函數(shù)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.遲滯B.重復(fù)性C.線性度D.靈敏度傳感器靜態(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)立線性C.自然樣條插值D.最小二乘線性三、填空題1、靈敏

5、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3、是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坎蛔兊那闆r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06、衡量傳感器的靜態(tài)特性的指標(biāo)包含、和o（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(wú)失真的轉(zhuǎn)換。8、傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，傳感器輸出反映被測(cè)量白和變化的能力。研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性有兩種方法：和09、階躍響應(yīng)特性是指在輸入為時(shí)，傳感器的輸出隨的變化特性。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

6、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)TOC o 1-5 h z/是、O11、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-g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0.5s，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o14、某測(cè)力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,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)

7、，其輸出與輸入幅值比和相位差分別為：及o四、簡(jiǎn)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(lèi)？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？2、某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù)t=3s的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器

8、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1.4：1，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=0.14,問(wèn)使用該傳感器測(cè)試400Hz的正弦力時(shí)，其幅值比A（3）和相角差Q（3）各為多少？若該傳感器的阻尼比可改為=0.7，問(wèn)A（3）和屮（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12時(shí)，有下列方程式成立：t=t+t（dt）/（di）當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從25C突然變化到300C時(shí)，測(cè)溫傳

9、感器時(shí)間常數(shù)1202t0=120s，試確定經(jīng)過(guò)480s后的動(dòng)態(tài)誤差。6、若一階傳感器的時(shí)間常數(shù)為0.01s，傳感器響應(yīng)的幅值百分誤差在10%范圍內(nèi)，此時(shí)，t最高值達(dá)0.5，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(jiǎn)化成典型的質(zhì)量彈簧阻尼二階系統(tǒng)，巳知該傳感器的固有頻率為fo=1000Hz，若其阻尼比為=0.7，試問(wèn)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（）和相位差申（）各為多少。8、通過(guò)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。x1234y2.24.15.8&09、試求下列一組數(shù)據(jù)的各種線性度端點(diǎn)線性度；最小二乘

10、線性度。x12345y2.204.005.987.9010.1010、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（X105Pa）輸出電壓（mV）正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.210.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.4反行程6.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.0第3章傳感器基本特性一、單項(xiàng)選擇題1、C2、

11、A3、A4、B5、C6、B7、B8、C9、B10、B11、B12、A13、C14、C15、C二、多項(xiàng)選擇題1、ABC2、BCD3、ABCD4、ABCD5、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；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/mm12、&5s13、7.7MPa14、4/，13；-33.69四、簡(jiǎn)答題1、答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下

12、的輸入-輸出關(guān)系。靜態(tài)特性所描述的傳感器的輸入、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：非線性誤差丫=maxX100%LYFSd靈敏度：S=ndxAH遲滯：Y-X100%HYFS重復(fù)性：丫二】X100%RYFS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?jìng)鞲衅鲗?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。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(lái)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

13、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(lái)，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(lái)選擇合適的傳感器。4、答：傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎?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?jìng)鞲衅髟诜€(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（非線性誤差）、靈敏度、遲滯、重復(fù)性和漂移；動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?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】、解：一階傳感器頻率響

14、應(yīng)特性：Hg）=爲(wèi)鼻幅頻特性：（）=一arctan（T）由題意有：|A(o)-1|5%，即1+(T)215%又二豈二2兀f二200兀T所以：0T0.523ms取t=0.523ms,二2兀f二2兀x50二100兀幅值誤差：AA(w)=1J1+(WT)2X100%=一1.32%所以有：-1.32%AA(w)0相位誤差：A()二一arctan(T)=一9.3所以有：一9.3。5川()02、解：對(duì)傳感器施加突變信號(hào)屬于階躍輸入0t0單位階躍信號(hào)：x(t)=t0進(jìn)行拉氏變換：X(s)二Lx(t)二Jsx(t)e-std二10tsY(s)1一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)：H(s)=&廠1齊s所以：Y(s)=H(s)X(

15、s)=11+Ts對(duì)上式進(jìn)行拉氏逆變換：y(t)二1-e-t/T設(shè)溫差為R,則此溫度傳感器的階躍響應(yīng)為：y(t)二R(1-e-t/T)二R(1-e-1/3)R2當(dāng)y(t)二3時(shí)，則t=-3ln3二1.22s；R1當(dāng)y(t)=時(shí)，則t=-3ln-=2.08s。TOC o 1-5 h z厶厶3、解：二階系統(tǒng)A(3)=1-()2+4g2()22nn11.4當(dāng)3=3時(shí)共振，則A(3)=，g0.36nmax2g1所以：332兀f2兀X2161357rad/sn4、解：二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)：H(s)Xs)X(s)32nn，s2+2g3s+32nnH(j3)13.匕31-()2+2jg()3n由題意：3800Hz

16、,g0.14n則當(dāng)3400Hz時(shí)，A(3)1一(3)22+牝2(3)2一21一(署)22+4x142x(薯)2一10-758-2口51-2g(詈)()=-arctanl1-()2(0n4002x0.14x()14=-arctan800=-arctan=-10.57TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark48 1-(400)275800當(dāng)g=0.7時(shí)，A(o)=?+0.49一2=1.052,=0.975,16 HYPERLINK l bookmark55 1.4(2)14()=-arctan=-arctan=-43.025 HYPERLINK l bookmark57

17、 111545、解：把輸入看作從0到275的階躍輸入信號(hào)，則x(t)=0,t0輸入信號(hào)的拉氏變換為:275X(s)=sdt乂T-2+t=t HYPERLINK l bookmark63 0dt21即(T0s+1)t2s=t1(S).H(s)=12(s)=111(s)T0s+1Y(s)=H(S)X(S)=T0S+1275S進(jìn)行拉氏反變換后，有y(t)=275(1-e120)一-480:動(dòng)態(tài)誤差A(yù)=y(480)275=-275e-120=5.04(C)6、0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075來(lái)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：可用T=7、=21.=

18、rad/s=50rad/st0.01f=衛(wèi)Hz=8Hz2兀可知：所求工作頻率范圍為08Hz。解:|A(加)|=二0.95I1000丿2+4x0.72x1000丿弟6)=-tan-11000丿=-52.7。I1000丿8、解：設(shè)擬合直線方程為y二a0+a1x由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有：2.214.112,A二5.8138.014L二aX=0a11111112410123413103014AA二爲(wèi)30二20豐0.方程有解(AA)-1二1AAA11A21A12A22ir302010-1041.5-0.5-0.50.2AL二11342.24.15.88.020.159.81.50.5r20

19、.-0.50.259.8X二(AA)-1AL二0.251.917.89a0二0.25，a1=1.91輸入x:1234輸出y:2.24.15.88.0擬合直線為y二0.25+1.91x理論值y:2.164.075.98AL=|y-y|:0.040.030.180.11AL二0.18max非線性誤差為：Y=maxx100%=x100%=2.25%LY8FS靈敏度為:S=dy=1.91ndx9、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)(1,2.20)和(5,10.10)，則擬合直線斜率y-y21x-x211010一阿=1.9755-11.975x1+b=2.20b=0.225端點(diǎn)擬合直線為y=1.975x+0.225x12345y實(shí)際2.204.005.987.9010.10yJTEH-jA2.204.1756.158.12510.10A=y-y丿實(shí)際丿理論10-0.175-0.17-0.2250AL=-0.225maxY=maxx100%=x100%=2.23%Ly10.10FS最小二乘線性度：設(shè)擬合直線方程為y=a+ax01由已知輸入輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法，有：_2.20-j4.00125.98，A=13，X=a07.9014a110.1015L=15(AA)-11112111151513=1234515551415AA=15方程有解55=50主055-