传感器原理及应用+吴建平+着+机械工业出版社docx文档格式.docx

传感器原理及应用+吴建平+着+机械工业出版社docx文档格式.docx

《传感器原理及应用+吴建平+着+机械工业出版社docx文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理及应用+吴建平+着+机械工业出版社docx文档格式.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；

能按一定规律将被测崑转换成电信号输出；

传感器的输出与输入之间存在确定的关系。

按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。

L2答:

组成一由敏感元件、转换元件、基本电路组成；

关系，作用一传感器处于研究对象与测试系统的接II位置，即检测与控制之首。

传感器是感知、获取与检测信息的窗II,沏科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信兮，其作用与地位特别

13答：

（略）答：

按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三人类，含12个小类。

按传感器的检测对象可分为：

力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。

15答：

图形符号（略），各部分含义如下：

1敏感元件：

指传感器中直接感受被测量的部分。

2传感器：

能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或装置，通

常由敏感元件和转换元件组成。

3信号调理器：

对于输入和输出信号进行转换的装置。

4变送器：

能输出标准信号•的传感器答：

（略）

第2章传感器的基本特性

21传感器的静态持性是什么？

由哪些性能指标描述？

它们一般可用哪些公式表示？

22传感器的线性度是如何确定的？

确定拟合直线有哪些方法？

传感器的线性度儿表征了

什么含义？

为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。

23传感器动态特性的主要技术指标有哪些？

它们的意义是什么？

24传递函数、频率响应两数和脉冲响应函数的定义是什么？

它们之间有何联系与区别？

25有一温度传感器，微分方程为30妙/力+”=0.15才，其中丿为输出电压（mV）,才为输入温度CC）。

试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。

26有一温度传感器，当被测介质温度为"

测温传感器显示温度为与时，可用下列方程表示：

4=A+T0（^/^）o当被测介质温度从25°

C突然变化到300-C时，测温传感器的时间常数io=l20s,试求经过350s后该传感器的动态误差。

27某力传感器属二阶传感器，固有频率为1000Hz,阻尼比为07,试求用它测量频率为600Hz的正弦交变力时的振幅相对误差和相位误差。

28已知某二阶传感器系统的固仃频率为20kHz,阻尼比为01,若要求传感器的输出幅值误差不大于3%,试确定该传感器的工作频率范闱。

29设有两只力传感器均町作为•.阶系统处理，固有频率分别为800Hz和22kHz,阻尼比均为04,欲测量频率为400Hz止弦变化的外力，应选用哪一只？

并计算所产生的振幅相对误差和相位误差。

21答：

静特性是当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、觅复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。

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。

人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

22答：

1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度，

2）选取拟合的方法很多，主要有：

理论线性度（理论拟合）；

端基线性度（端点连线拟合）:

独立线性度（端点平移拟合）；

最小二乘法线性度。

3）线性度儿是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。

4）传感器的非线性误差是以一条理想II线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度，半提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。

2.3答：

1）传感器动态特性主要有：

时间常数0固有频率©

:

阻尼系数

2）含义：

z越小系统需要达到稳定的时间越少：

固有频率◎越高响应曲线上升越快；

当◎为常数时响应特性取决于阻尼比阻尼系数§

越人，过冲现象减弱，gni时无过冲.不存在振荡，阻尼比直接影响过冲量和振荡次数。

24答：

25解：

対微分方程两边进行拉氏变换，Y（s）（3Os+3）=O15X（s）

贝'

J该传感器系统的传递函数为：

&

（卄空二空=竺_

才（S）30$+310$+1

该传感器的时间常数z=10,灵敏度k=005

26解：

动态误差由稳态误差和暂态谋差组成。

先求稳态误差：

对方程两边去拉氏变换得：

7i（j）=久（$）+讥$7心）

则传递函数为

8）—1

7心）T・$+l

対于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差4=0,再求暂态误差:

当t=350s时，暂态误差为

勿=（300-25）^3a/120=14.889

故所求动态误差为：

久尸14.88。

27解：

所求幅值误差为0947,相位滞后52°

10'

+2府邑

3“

0（川）=r,£

=―-—

1——

=0.947

则，频率为600Hz时的幅值为

L-#®

r12rr匕©

「/r-#600.->

r600-->

h一（矗）「「+［丝］-+l2x0-7xi^r

|g®

）|=

相対误差为

（1-0947）xl00^>

=53%

…f6002x0.7x

t1°

°

=_52°

70■

1-（—）2

1000

16购1=

|[1-（―）3F+[2孑邑FJ[1-（-^-）F+[2X0.1x

\3”3,v1000010000J

1

FF+[2x0.1x少F

V1000010000

令O"

）冃皿（盘）^0则

02—1.960+0.0574=0解得o'

=l・93,ft）:

r=0.03代入上式，得。

=1389比血=173处

（0门-1・96少-0.0628=0解得心‘=1.99（舍负）代入上式，得

33=141说

由图2-18r阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率范H；

l为:

1389£

tV®

<

1411£

7或*173处

"

77盏亦

CO

3”

1

22r

+2丿§

——3“

I1=

相对误差为（1-0940）

xl00%=60%

2畤）

一1CD

皆—=-tg

l-（-）3

co

rc■400

2x0.4x

T=—873f

1-（吗

2200

故相位滞后8。

334

3章电阻应变式传感器

何为电阻应变效应？

怎样利用这种效应制成应变片？

什么是应变片的灵敏系数？

它与金属电阻幺纟的灵敏系数有何不同？

为什么？

为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？

金属应变片与半导体应变片在工作原理上何何不同？

半导体应变片灵敏系数范闱是多少，金属应变片灵敏系数范圉是多少？

为什么有这种差别，说明其优缺点。

举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。

一应变片的电阻＞?

=120Q・灵敏系数仁205,用作应变为800“〃〃加的传感元件。

求：

①△人和必7人；

②若电源电压咨3只初始平衡时电桥的输岀电圧“。

在以钢为材料的实心閲柱形试件上，沿轴线和閲周方向各贴一片电阻为120Q的金属应变片心和心（如图3二8a所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b）。

若钢的泊松系数“=0.285,应变片的灵敏系数匕电桥电源电压XV、当试件受轴向拉伸时，测得应变片丘的电阻变化值側=0.480。

试求：

①轴向应变：

②电桥的输出电压。

一测屋吊车起刑重物的拉力传感器如图3J9a所示。

丘、丘、R.心按要求贴在等截面轴上。

己知等截而轴的截而积为0.00196亦，弹性模量拆2xio】W〃几泊松比“=0.3,且丘Ws=^4=120Q,所组成的全桥型电路如题图3・29b所示，供桥电压吐几现测得输出电Fk66=26/^求：

①等截面轴的纵向应变及横向应变为多少？

②力"

为

第

31

32

34

35

36

37

38

图3-29

已知：

有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数上=2）,将其粘贴在梁式测力弹性元件上，如图3・30所示。

在距梁端厶处应变计算公式为

一6坷

E/rb

设力F=1002/,/Q=100/zzw,h=5nun、方=20加力，E=2x10’"

/加力2。

求：

1说明是一种什么形式的梁。

在梁式测力弹性元件距梁端厶处画出四个应变片粘贴位置，并画出相应的测量桥路原理图；

②求出各应变片电阻柑对变化量；

③当桥路电源电压为6/时，负我电阻为无穷大，求桥路输出电压“是多少？

39图3・31为一直流电桥，负載电阻局趋于无穷。

图中&

=4久R\=R\=R3=&

=W试求:

1丘为金属应变片，其余为外接电阻，肖丘的增杲为△尺=120时，电桥输出电斥66=

2尺、&

为金属应变片，感应应变人小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压66=34、心为金属应变片，如果感应应变人小相；

Z.IU?

?

i=A^=l2Q,电桥输出电压66=?

31答：

导体在受到拉力或尿力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。

当外力作用时，导体的电阻率p、长度/、截面积S都会发生变化，从而引起电阻值人的变化，通过测星:

电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。

32答：

金属丝灵敏系数冷主要由材料的几何尺寸决定的。

受力后材料的几何尺寸变化为（l+2/l）,电阻率的变化为@p/p）/£

。

而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。

虽然长度相同，但应变状态不同，金属线做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。

33答：

敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积人的应变片横向效应较小。

34答：

金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。

金属电阻丝的灵敏系数町近似写为勺ul+2“，即心"

.5〜2；

半导体灵敏系数近似为妬u（Ap/p）/£

=；

Tgu50〜100。

35解：

•/k=2.05;

£

=800“加/加

/.gR="

=0.0164;

应变引起的电阻变化AJ?

«

0.2Q

当电源电压7=3耐，电桥输出电压^=-.—=1.23/^

4R

36解1：

A£

>

/D

1）十=上巴空则轴向应变为：

MUR