传感器及检测技术第3章传感器基本特性参考答案docx.docx

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第3章传感器基本特性

一、单项选择题

1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。

A.线性度B.灵敏度

C.频域响应D.重复性

2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。

A.时域响应

B.

线性度

C.零点漂移

D.

灵敏度

3、一阶传感器输出达到稳态值的

50%所需的时间是（

）。

A.延迟时间

B.

上升时间

C.峰值时间

D.

响应时间

4、一阶传感器输出达到稳态值的

90%所需的时间是（

）。

A.延迟时间

B.

上升时间

C.峰值时间

D.

响应时间

5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）

A．线性度、灵敏度、阻尼系数

B．幅频特性、相频特性、稳态误差

C．迟滞、重复性、漂移

D．精度、时间常数、重复性

6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（）

A．迟滞、灵敏度、阻尼系数

B．幅频特性、相频特性

C．重复性、漂移

D．精度、时间常数、重复性

7、不属于传感器静态特性指标的是（）

A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移

8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（）

A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统

B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数

C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好

D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围

9、属于传感器动态特性指标的是（）

A．重复性B．固有频率C．灵敏度D．漂移

.

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10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，

当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，

该系统

的位移与激振力之间的相位差必为（

）

A.0°

B.90

°

C.180

°D.

在0°和90°之间反复变化的值

11、传感器的精度表征了给出值与

（

）

相符合的程度。

A.估计值

B.

被测值

C.

相对值

D.

理论值

12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、

输出不随（

）变化时，其输出-输入的特

性。

A.时间

B.

被测量

C.

环境

D.

地理位置

13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持

（）

关系的一种度量。

A.相等

B.

相似

C.

理想比例

D.近似比例

14、回程误差表明的是在（

）

期间输出-输入特性曲线不重合的程度。

A.多次测量B.

同次测量C.

正反行程

D.不同测量

15、已知某温度传感器为时间常数3秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输

出指示温差的三分之一所需的时间为（）秒

A．3B．1C．1.2D．1/3

二、多项选择题

1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？

（）

A.上升时间B.响应时间C.超调量D.重复性

2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：

（）

A.精度测试法B.频率响应函数C.传递函数

D.脉冲响应函数

3.

传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（

）。

A．迟滞B.重复性C.线性度D.灵敏度

4.

传感器静态特性指标表征的重要指标有：

（

）

A.灵敏度B.非线性度C.回程误差

D.重复性

5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于

线性化方法的有:

（）

A.端点线性B.独立线性C.自然样条插值D.最小二乘线性

三、填空题

1、灵敏度是传感器在稳态下对的比值。

2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越。

3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。

4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为，相频特性应为。

.

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5、传感器的灵敏度是指。

6、衡量传感器的静态特性的指标包含、、、

和。

（要求至少列出两种）

7、一个高精度的传感器必须有良好的和____，才能完成信号无失真

的转换。

8、传感器的动态特性是指传感器测量动态信号时，传感器输出反映被测量的

和变化的能力。

研究传感器的动态特性有两种方法：

和。

9、阶跃响应特性是指在输入为时，传感器的输出随的变化特性。

常用响应

曲线的、、等参数作为评定指标。

10、频率响应特性是指将不同而相等的正弦信号时间输入传感器，其输出

正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系。

频率响应特性常用的评定指标

是

、

、

。

11、某位移传感器，当输入量变化

5mm时，输出电压变化

300mv，其灵敏度为

。

12、某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在

t=0

时，输出为10mV；t→∞时，输出

为100mV；在t=5s

时，输出为50mV，则该传感器的时间常数为：

。

13、已知某一阶压力传感器的时间常数为

0.5s，若阶跃输入压力从25MPa变到5MPa，则二

倍时间常数时的输出压力为

。

14、某测力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz，阻尼比为临界值的50%，当用它测

量500Hz的正弦交变力时，其输出与输入幅值比和相位差分别为：

及。

四、简答题

1、什么是传感器的静态特性？

它有哪些性能指标？

如何用公式表征这些性能指标？

2、什么是传感器的动态特性？

其分析方法有哪几种？

3、什么是传感器的静特性？

主要指标有哪些？

有何实际意义？

4、什么是传感器的基本特性?

传感器的基本特性主要包括哪两大类？

解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。

（要求每种特性至少列出2种常用指标）

五、计算题

1、用某一阶环节的传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间

常数应取多少？

如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？

2、某温度传感器为时间常数τ=3s的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器

指示出温差的三分之一和二分之一所需的时间。

3、在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率216Hz处，并得到最大幅值比

.

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为1.4：

1，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。

4、设某力传感器可作为二阶振荡系统处理，已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比ξ

=0.14，问使用该传感器测试

400Hz的正弦力时，其幅值比

A（ω）和相角差φ（ω）各为

多少？

若该传感器的阻尼比可改为ξ

=0.7，问A（ω）和φ（ω）又将如何变化？

5、当被测介质温度为t1

测温传感器示值温度为t2时，有下列方程式成立：

t1t20（dt2）/（d）当被测介质温度从

25℃突然变化到

300℃时，测温传感器时间常数

1120s，试确定经过480s后的动态误差。

6、若一阶传感器的时间常数为0.01s，传感器响应的幅值百分误差在10％范围内，此时，

最高值达0.5，试求此时输入信号的工作频率范围。

7、设一力传感器可以简化成典型的质量－弹簧－阻尼二阶系统，巳知该传感器的固有频率

为f01000Hz，若其阻尼比为0.7，试问用它测量频率为600Hz的正弦交变力时，其

输出与输入幅值比A（）和相位差（）各为多少。

8、通过某检测装置测得的一组输入输出数据如下表所示。

试用最小二乘法拟合直线,并求其

线性度和灵敏度。

x

1

2

3

4

y

2.2

4.1

5.8

8.0

9、试求下列一组数据的各种线性度：

①端点线性度；

②最小二乘线性度。

x

1

2

3

4

5

y

2.20

4.00

5.98

7.90

10.10

10、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据如下表示）。

输出电压（mV）

行程

输入压力

⑴

⑵

⑶

（×105Pa）

2.0

190.9

191.1

191.3

4.0

382.8

383.2

383.5

6.0

575.8

576.1

576.6

正行程

8.0

769.4

769.8

770.4

10.0

963.9

964.6

965.2

10.0

964.4

965.1

965.7

8.0

770.6

771.0

771.4

.

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6.0

577.3

577.4

578.4

4.0

384.1

384.2

384.7

反行程

2.0

191.6

191.6

192.0

第3章传感器基本特性

一、单项选择题

1、C2、A3、A4、B5、C6、B7、B8、C9、B10、B11、B12、A13、C

14、C15、C

二、多项选择题

1、ABC2、BCD3、ABCD4、ABCD5、ABD

三、填空题

1、输出量变化；输入量变化2、高；差3、漂移4、常数；线性

5、在稳态信号下输出量变化对输入量变化的比值

6、线性度；灵敏度；迟滞；重复性；漂移7、静态特性；动态特性

8、大小；波形；时域的阶跃响应法；频率响应法

9、阶跃函数；时间；上升时间；响应时间；超调量

10、频率；幅值；通频带；时间常数；固有频率

11、60mv/mm12、8.5s13、7.7MPa14、4/13；-33.69°

四、简答题

1、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、输出关系式中不含有时间变量。

传感器的静态特性的性能指标主要有：

①线性度：

非线性误差

L

Lmax100%

YFS

②灵敏度：

Sn=dy

dx

③迟滞：

Hmax

100%

H

YFS

.

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④重复性：

R

Rmax

100%

YFS

⑤漂移：

传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。

2、答：

传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出

对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分

析。

3、答：

传感器的静特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主

要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

传

感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。

通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

4、答：

传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。

传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。

其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标有：

线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变

化的输入量的响应特性，主要描述指标有：

时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。

五、计算题

1、解：

一阶传感器频率响应特性：

H（j）

1

（j）1

幅频特性：

（）arctan（）

1

由题意有：

A（）15%，即15%

2

1（）

又

2

2f

200

T

所以：

0<

<0.523ms

取

0.523ms

2f

250100

，

1

1

1

（

幅值误差：

A（

）2

）

100%1.32%

1

所以有：

1.32%

A（

）

0

.

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相位误差：

（）arctan（）9.3

所以有：

9.3（）0

2、解：

对传感器施加突变信号属于阶跃输入：

x（t）

0

t<0

单位阶跃信号：

{

t

0

1

进行拉氏变换：

X（s）

L[x（t）]

x（t）e

st

dt

1

0

s

一阶系统传递函数：

H（s）

Y（s）

1

X（s）

1

s

所以：

Y（s）

H（s）

X（s）

1

1

1

1

ss

s

s

1

对上式进行拉氏逆变换：

y（t）

1

et/

设温差为R，则此温度传感器的阶跃响应为：

y（t）R（1et/）R（1et/3）

当y（t）R时，则

3

当y（t）R时，则

2

t

3ln

2

1.22s；

3

t

3ln

1

2.08s。

2

1

3、解：

二阶系统A（

）

{[1（

）2]

42（

）2}2

n

n

当

n时共振，则A（

）max

1

1.4

，

0.36

2

1

所以：

n2f

2

216

1357rad/s

Y（s）

2

1

4、解：

二阶系统传递函数：

H（s）

n

，H（j）

X（s）

2

+2

ns+

2

s

n

[1（

2

]2j（）

）

n

n

由题意：

n800Hz,0.14

则当

400Hz时，

1

{[1（400）2]2

1

1

A（）

{[1（）2]2

42（

）2}2

40.142（400）2}2

0.7582

1.15

n

n

800

800

.

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2

（

）

20.14（400）

14

（

）

arctan

n

arctan

800

arctan

400

10.57

1

（

）

2

）

2

75

1（

n

800

[9

1

1

当

0.7时，A（

）

0.49]2

1.0522

0.975，

16

1.4

（1）

（）

arctan

2

1

1

4

14

arctan43.025

15

5、解：

把输入看作从

0到275的阶跃输入信号，则

x（t）0,t

0；x（t）275,t0

输入信号的拉氏变换为

:

275

X（s）

s

又

dt2

t2

t1

0

d

即

（0s

1）t2st1（s）

H（s）

t2（s）

1

t1（s）

0s

1

1275

Y（s）H（S）X（S）

0S1S

t

进行拉氏反变换后，有y（t）275（1e120）

480

动态误差y（480）275275e120

5.04（℃）

6、解：

传感器响应的幅值百分误差在

10％范围内即相当于幅值比应大于

0．7，可用

＝

0．5来确定输入信号工作频率范围的上限。

因而得出上限频率为：

0.50.5rad/s50rad/s

0.01

50

fHz8Hz

2

可知：

所求工作频率范围为0～8Hz。

7、解：

A（j）

1

0.95

2

2

2

1

600

4

0.72

600

1000

1000

.

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2

600

0.7

tan

1

1000

52.7

2

600

1

1000

8、解：

设拟合直线方程为

y

a0

a1x

由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有：

2.2

1

1

L

4.1

，A

1

2

a0

5.8

1

，X

a1

3

8.0

1

4

1

1

∴

AA

1

1

1

1

1

2

4

10

1

2

3

4

1

3

10

30

1

4

∵

AA

4

10

20

0

∴方程有解

10

30

（AA）

1

1

A11

A12

1

30

101.5

0.5

AA

A21

A22

20

10

4

0.5

0.2

2.2

AL

1

1

1

1

4.1

20.1

1

2

3

4

5.8

59.8

8.0

∴X（AA）1AL

1.5

0.5

20.1

0.25

0.5

0.2

59.8

1.91

∴

a0

0.25

，a1

1.91

∴

拟合直线为y

0.25

1.91x

∴

输入x:

1

2

3

4

输出y:

2.2

4.1

5.8

8.0

理论值?

:

2.164.07

5.98

7.89

y

.

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Lyy?

:

0.040.030.180.11

∴

Lmax

0.18

∴

非线性误差为：

Lmax

100%

0.18

L

YFS

100%2.25%

8

灵敏度为:

Sn

dy

1.91

dx

9、解：

①端点线性度：

设拟合直线为：

ykxb，

根据两个端点（1,2.20）和（5,10.10），则拟合直线斜率

y2

y1

10.10

2.20

k

x1

5

1.975

x2

1

∴1.9751b2.20

∴b0.225

∴端点拟合直线为

y

1.975x0.225

x

1

2

3

4

5

y实际

2.20

4.00

5.98

7.90

10.10

y理论

2.20

4.175

6.15

8.125

10.10

=y实际-y理论

0

-0.175

-0.17

-0.225

0

∴Lmax0.225

∴L

Lmax

100%

0.225

100%2.23%

yFS

10.1