傳感器原理及應(yīng)用作業(yè)課件

傳感器原理及應(yīng)用

PrinciplesandApplicationsofSensors主講：王殿生教授傳感器原理及應(yīng)用

PrinciplesandAppli第二章作業(yè)第二版教材39-40頁(yè)：

2-4，2-5

第三版教材38-39頁(yè)：

2-4，2-5第二章作業(yè)第二版教材39-40頁(yè)：

某壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線(xiàn)性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。一、2-4第二章作業(yè)表2-1壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2.73-2.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46某壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線(xiàn)性誤差、遲滯和重各測(cè)量點(diǎn)最小二乘法擬合直線(xiàn)與測(cè)量值之間的誤差如表2-2所示。解：2-4第二章作業(yè)第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程y=171.64x-2.8338y=171.36x-2.7562y=171.69x-2.8043y=171.34x-2.7305y=171.46x-2.7662y=171.51x-2.729-0.104-0.046-0.094-0.050-0.086-0.0390.0390.0110.0200.0160.0230.0110.0720.0380.0730.0330.0620.0210.0650.0350.0670.0200.0710.0420.0170.0030.0410.0470.0110.002-0.090-0.040-0.105-0.066-0.080-0.038表2-2最小二乘法擬合公式及對(duì)應(yīng)誤差各測(cè)量點(diǎn)最小二乘法擬合直線(xiàn)與測(cè)量值之間的誤差如表2-2所示。各測(cè)量點(diǎn)正行程誤差絕對(duì)值和反行程誤差絕對(duì)值的最大值以及正反行程誤差值見(jiàn)表2-3。解：2-4第二章作業(yè)表2-3計(jì)算遲滯和重復(fù)性誤差的各類(lèi)誤差值正行程誤差絕對(duì)值反行程誤差絕對(duì)值正反行程誤差值0.050.03-0.02-0.030.010.080.03-0.10-0.07-0.050.070.05-0.10-0.10-0.080.050.04-0.09-0.10-0.070.060.04-0.07-0.04-0.050.050.05000各測(cè)量點(diǎn)正行程誤差絕對(duì)值和反行程誤差絕對(duì)值的最大值以及正反行（1）非線(xiàn)性誤差即線(xiàn)性度解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此非線(xiàn)性誤差可取為±0.7%。（1）非線(xiàn)性誤差即線(xiàn)性度解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一（2）遲滯解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此遲滯誤差可取為±0.7%。（2）遲滯解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因（3）重復(fù)性誤差解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此重復(fù)性誤差可取為±0.6%。（3）重復(fù)性誤差解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為t1、測(cè)量傳感器示值為t2時(shí)，有下列方程成立二、2-5第二章作業(yè)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從為25℃突然變化到300℃時(shí)，測(cè)量傳感器的時(shí)間常數(shù)，試確定經(jīng)過(guò)350s后的動(dòng)態(tài)誤差。解：2-5當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為t1、測(cè)量傳感器示值為t2時(shí)，有下列方程成立當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過(guò)350s后t2為解：2-5第二章作業(yè)因此動(dòng)態(tài)誤差為當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過(guò)350s后t2為解：2-5第二章第三章作業(yè)第二版教材61-62頁(yè)：

3-5，3-6

第三版教材60-61頁(yè)：

3-5，3-6第三章作業(yè)第二版教材61-62頁(yè)：

題3-5圖為一直流應(yīng)變電橋，圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，試求：（1）R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為△R1=1.2Ω時(shí)，電橋輸出電壓Uo=？（2）R1、R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓Uo=？（3）R1、R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為△R1=△R2=1.2Ω，但極性相反，其余為外接電阻，電橋輸出電壓Uo=？一、3-5第三章作業(yè)題3-5圖為一直流應(yīng)變電橋，圖中E=4V，R1=R2=R3（1）設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大即開(kāi)路，不平衡電橋輸出電壓為解：3-5第三章作業(yè)（1）設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大即開(kāi)路，不平衡電橋輸出電壓為解：3解：3-5第三章作業(yè)（2）當(dāng)R1、R2為相同應(yīng)變片、且感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為0?；颍?）當(dāng)R1受拉應(yīng)變、R2受壓應(yīng)變時(shí)當(dāng)R1受壓應(yīng)變、R2受拉應(yīng)變時(shí)解：3-5第三章作業(yè)（2）當(dāng)R1、R2為相同應(yīng)變片、且感題3-6圖為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K=2.05，未受到應(yīng)變時(shí)，R1=120Ω。當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變?chǔ)?800μm/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量△R1和電阻相對(duì)變化量△R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3V，電橋輸出的電壓及其非線(xiàn)性誤差。（3）若要減小非線(xiàn)性誤差，應(yīng)采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線(xiàn)性誤差大小。二、3-6第三章作業(yè)題3-6圖題3-6圖為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏（1）應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為解：3-6第三章作業(yè)因此有（2）電阻應(yīng)變片R1置于單臂測(cè)量電橋，電橋輸出電壓為當(dāng)n=1時(shí)（1）應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為解：3-6第三章作業(yè)因此有（2（2）電橋線(xiàn)性近似輸出和實(shí)際非線(xiàn)性輸出分別為解：3-6第三章作業(yè)則非線(xiàn)性誤差為當(dāng)n=1時(shí)，非線(xiàn)性誤差為（2）電橋線(xiàn)性近似輸出和實(shí)際非線(xiàn)性輸出分別為解：3-6第三（3）減小非線(xiàn)性誤差的方法①提高橋臂比非線(xiàn)性誤差減小；但由電橋電壓靈敏度將降低，要使靈敏度不降低，必須相應(yīng)地提高供電電壓，電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制。解：3-6第三章作業(yè)②采用差動(dòng)電橋半差動(dòng)電橋輸出電壓為電橋輸出電壓和非線(xiàn)性誤差全差動(dòng)電橋輸出電壓為半差動(dòng)和全差動(dòng)電橋電路都沒(méi)有非線(xiàn)性誤差，還具有溫度補(bǔ)償作用。（3）減小非線(xiàn)性誤差的方法解：3-6第三章作業(yè)②采用差第四章作業(yè)第二版教材86-87頁(yè)：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85頁(yè)：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-10第四章作業(yè)第二版教材86-87頁(yè)：

第五章作業(yè)第二版教材102頁(yè)：

5-4，5-5，5-7（練習(xí)題）

第三版教材99-100頁(yè)：

5-4，5-5，5-9（練習(xí)題）第五章作業(yè)第二版教材102頁(yè)：

如題5-5圖所示，有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器，其中a=8mm，b=12mm，兩極板間距為1mm。一塊極板在原始位置上平移了5mm后，求該傳感器的位移靈敏度K。一、5-4第五章作業(yè)解：5-4（1）當(dāng)一塊極板沿長(zhǎng)度b方向在原始位置上平移，如題5-5圖所示，有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器第五章作業(yè)解：5-4（1），（2）當(dāng)一塊極板沿寬度a方向在原始位置上平移，第五章作業(yè)解：5-4（1），（2）當(dāng)一塊極板沿寬度a方向題5-5圖為電容式傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=R=40kΩ，RL=20kΩ，E=10V，f=1MHz，C0=10pF，C1=10pF，ΔC1=1pF。求UL的表達(dá)式及對(duì)應(yīng)上述已知參數(shù)的UL值。二、5-5第五章作業(yè)雙T電橋測(cè)量電路輸出電壓解：5-5題5-5圖為電容式傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=第六章作業(yè)第二版教材113頁(yè)：

練習(xí)題：6-1，6-4，6-5

第三版教材111頁(yè)：

練習(xí)題：6-1，6-4，6-5第六章作業(yè)第二版教材113頁(yè)：

第七章作業(yè)第二版教材126-127頁(yè)：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9

第三版教材124頁(yè)：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9第七章作業(yè)第二版教材126-127頁(yè)要進(jìn)行兩個(gè)電壓U1、U2的乘法運(yùn)算，若采用霍爾元件作為運(yùn)算器，請(qǐng)?zhí)岢鲈O(shè)計(jì)方案，并畫(huà)出測(cè)量系統(tǒng)的原理圖。一、7-9第七章作業(yè)解：7-9基本設(shè)計(jì)思路：利用霍爾元件的輸出電壓UH與外加磁場(chǎng)B和控制電流I乘積成正比的關(guān)系，可構(gòu)成乘法運(yùn)算器。這是霍爾元件在數(shù)學(xué)運(yùn)算器方面的基本應(yīng)用。（1）電流乘法器霍爾元件的輸出電壓UH∝I1B，外加磁場(chǎng)可由電流I2產(chǎn)生B∝I2，則有UH∝I1I2，因此霍爾元件可作為電流乘法器。（2）電壓乘法器I1和I2由電壓U1和U2產(chǎn)生，則有UH∝U1U2，因此霍爾元件可作為電壓乘法器要進(jìn)行兩個(gè)電壓U1、U2的乘法運(yùn)算，若采用霍爾元件作為運(yùn)算器第八章作業(yè)第二版教材152頁(yè)：

練習(xí)題：8-2，8-3，8-6，8-7

第三版教材148~149頁(yè)：

練習(xí)題：8-2，8-3，8-6，8-7第八章作業(yè)第二版教材152頁(yè)：

第九章作業(yè)第二版教材168頁(yè)：

練習(xí)題：9-1，9-3，9-4

第三版教材165頁(yè)：

練習(xí)題：9-1，9-3，9-4第九章作業(yè)第二版教材168頁(yè)：

第十章作業(yè)第二版教材：

練習(xí)題：175頁(yè)，10-1，10-4

182頁(yè)，11-1，11-3

195頁(yè)，12-1，12-3，12-6

第三版教材：

練習(xí)題：172頁(yè)，10-1，10-4

180頁(yè)，11-1，11-3

195頁(yè)，12-1，12-3，12-6第十章作業(yè)第二版教材：

練習(xí)期末考試安排考試通知考試時(shí)間：

17周星期一（12.20），16:00~18:00

考試地點(diǎn)：

四教—4102

答疑時(shí)間地點(diǎn)：

17周星期日全天和一上午，物理樓221期末考試安排考試通知考試時(shí)間：

17周星期一（12.全部結(jié)束謝謝合作！全部結(jié)束謝謝合作！傳感器原理及應(yīng)用

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PrinciplesandAppli第二章作業(yè)第二版教材39-40頁(yè)：

2-4，2-5

第三版教材38-39頁(yè)：

2-4，2-5第二章作業(yè)第二版教材39-40頁(yè)：

某壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線(xiàn)性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。一、2-4第二章作業(yè)表2-1壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)壓力/MPa輸出值/mV第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程0-2.73-2.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46某壓力傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線(xiàn)性誤差、遲滯和重各測(cè)量點(diǎn)最小二乘法擬合直線(xiàn)與測(cè)量值之間的誤差如表2-2所示。解：2-4第二章作業(yè)第一循環(huán)第二循環(huán)第三循環(huán)正行程反行程正行程反行程正行程反行程y=171.64x-2.8338y=171.36x-2.7562y=171.69x-2.8043y=171.34x-2.7305y=171.46x-2.7662y=171.51x-2.729-0.104-0.046-0.094-0.050-0.086-0.0390.0390.0110.0200.0160.0230.0110.0720.0380.0730.0330.0620.0210.0650.0350.0670.0200.0710.0420.0170.0030.0410.0470.0110.002-0.090-0.040-0.105-0.066-0.080-0.038表2-2最小二乘法擬合公式及對(duì)應(yīng)誤差各測(cè)量點(diǎn)最小二乘法擬合直線(xiàn)與測(cè)量值之間的誤差如表2-2所示。各測(cè)量點(diǎn)正行程誤差絕對(duì)值和反行程誤差絕對(duì)值的最大值以及正反行程誤差值見(jiàn)表2-3。解：2-4第二章作業(yè)表2-3計(jì)算遲滯和重復(fù)性誤差的各類(lèi)誤差值正行程誤差絕對(duì)值反行程誤差絕對(duì)值正反行程誤差值0.050.03-0.02-0.030.010.080.03-0.10-0.07-0.050.070.05-0.10-0.10-0.080.050.04-0.09-0.10-0.070.060.04-0.07-0.04-0.050.050.05000各測(cè)量點(diǎn)正行程誤差絕對(duì)值和反行程誤差絕對(duì)值的最大值以及正反行（1）非線(xiàn)性誤差即線(xiàn)性度解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此非線(xiàn)性誤差可取為±0.7%。（1）非線(xiàn)性誤差即線(xiàn)性度解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一（2）遲滯解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此遲滯誤差可取為±0.7%。（2）遲滯解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因（3）重復(fù)性誤差解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此重復(fù)性誤差可取為±0.6%。（3）重復(fù)性誤差解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為t1、測(cè)量傳感器示值為t2時(shí)，有下列方程成立二、2-5第二章作業(yè)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度從為25℃突然變化到300℃時(shí)，測(cè)量傳感器的時(shí)間常數(shù)，試確定經(jīng)過(guò)350s后的動(dòng)態(tài)誤差。解：2-5當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度為t1、測(cè)量傳感器示值為t2時(shí)，有下列方程成立當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過(guò)350s后t2為解：2-5第二章作業(yè)因此動(dòng)態(tài)誤差為當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過(guò)350s后t2為解：2-5第二章第三章作業(yè)第二版教材61-62頁(yè)：

3-5，3-6

第三版教材60-61頁(yè)：

3-5，3-6第三章作業(yè)第二版教材61-62頁(yè)：

題3-5圖為一直流應(yīng)變電橋，圖中E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，試求：（1）R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量為△R1=1.2Ω時(shí)，電橋輸出電壓Uo=？（2）R1、R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓Uo=？（3）R1、R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為△R1=△R2=1.2Ω，但極性相反，其余為外接電阻，電橋輸出電壓Uo=？一、3-5第三章作業(yè)題3-5圖為一直流應(yīng)變電橋，圖中E=4V，R1=R2=R3（1）設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大即開(kāi)路，不平衡電橋輸出電壓為解：3-5第三章作業(yè)（1）設(shè)負(fù)載電阻為無(wú)窮大即開(kāi)路，不平衡電橋輸出電壓為解：3解：3-5第三章作業(yè)（2）當(dāng)R1、R2為相同應(yīng)變片、且感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為0?；颍?）當(dāng)R1受拉應(yīng)變、R2受壓應(yīng)變時(shí)當(dāng)R1受壓應(yīng)變、R2受拉應(yīng)變時(shí)解：3-5第三章作業(yè)（2）當(dāng)R1、R2為相同應(yīng)變片、且感題3-6圖為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K=2.05，未受到應(yīng)變時(shí)，R1=120Ω。當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變?chǔ)?800μm/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量△R1和電阻相對(duì)變化量△R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測(cè)量電橋，電橋電源電壓為直流3V，電橋輸出的電壓及其非線(xiàn)性誤差。（3）若要減小非線(xiàn)性誤差，應(yīng)采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線(xiàn)性誤差大小。二、3-6第三章作業(yè)題3-6圖題3-6圖為等強(qiáng)度梁測(cè)力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏（1）應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為解：3-6第三章作業(yè)因此有（2）電阻應(yīng)變片R1置于單臂測(cè)量電橋，電橋輸出電壓為當(dāng)n=1時(shí)（1）應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為解：3-6第三章作業(yè)因此有（2（2）電橋線(xiàn)性近似輸出和實(shí)際非線(xiàn)性輸出分別為解：3-6第三章作業(yè)則非線(xiàn)性誤差為當(dāng)n=1時(shí)，非線(xiàn)性誤差為（2）電橋線(xiàn)性近似輸出和實(shí)際非線(xiàn)性輸出分別為解：3-6第三（3）減小非線(xiàn)性誤差的方法①提高橋臂比非線(xiàn)性誤差減??；但由電橋電壓靈敏度將降低，要使靈敏度不降低，必須相應(yīng)地提高供電電壓，電壓的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制。解：3-6第三章作業(yè)②采用差動(dòng)電橋半差動(dòng)電橋輸出電壓為電橋輸出電壓和非線(xiàn)性誤差全差動(dòng)電橋輸出電壓為半差動(dòng)和全差動(dòng)電橋電路都沒(méi)有非線(xiàn)性誤差，還具有溫度補(bǔ)償作用。（3）減小非線(xiàn)性誤差的方法解：3-6第三章作業(yè)②采用差第四章作業(yè)第二版教材86-87頁(yè)：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85頁(yè)：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-10第四章作業(yè)第二版教材86-87頁(yè)：

第五章作業(yè)第二版教材102頁(yè)：

5-4，5-5，5-7（練習(xí)題）

第三版教材99-100頁(yè)：

5-4，5-5，5-9（練習(xí)題）第五章作業(yè)第二版教材102頁(yè)：

如題5-5圖所示，有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器，其中a=8mm，b=12mm，兩極板間距為1mm。一塊極板在原始位置上平移了5mm后，求該傳感器的位移靈敏度K。一、5-4第五章作業(yè)解：5-4（1）當(dāng)一塊極板沿長(zhǎng)度b方向在原始位置上平移，如題5-5圖所示，有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器第五章作業(yè)解：5-4（1），（2）當(dāng)一塊極板沿寬度a方向在原始位置上平移，第五章作業(yè)解：5-4（1），（2）當(dāng)一塊極板沿寬度a方向題5-5圖為電容式傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=R=40kΩ，RL=20kΩ，E=10V，f=1MHz，C0=10pF，C1=10pF，ΔC1=1pF。求UL的表達(dá)式及對(duì)應(yīng)上述已知參數(shù)的UL值。二、5-5第五章作業(yè)雙T電橋測(cè)量電路輸出電壓解：5-5題5-5圖為電容式傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=第六章作業(yè)第二版教材113頁(yè)：

練習(xí)題：6-1，6-4，6-5

第三版教材111頁(yè)：

練習(xí)題：6-1，6-4，6-5第六章作業(yè)第二版教材113頁(yè)：

第七章作業(yè)第二版教材126-127頁(yè)：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9

第三版教材124頁(yè)：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9第七章作