传感器作业讲解2015

第1章1.3解：带入数据得：bkxy)(bkxyiii22)(iiiiiixxnyxyxnk222)()(iiiiiiixxnyxxyxb68.0k25.0b测得某检测装置的一组输入输出数据如下：x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0第1章拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%∴25.068.0xy%7535.0%100maxFSLyL238.0135.0216.0311.04126.05194.06下页上页返回图库1.4解：设温差为R,测此温度传感器受幅度为R的阶跃响应为(动态方程不考虑初态))1(3/teRty当3Rty时22.132ln3t当2Rty时08.221ln3t某温度传感器为时间常数T=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1/3和1/2所需的时间。退出图1-11一阶系统伯德图1.7解：所求幅值误差为1.109,相位滞后nnjsnnnjssjG21122222）（109.110005005.02100050011211222222nnjG'42331000500110005005.02122121tgtgnn'4233某压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500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。图1-14二阶系统的频率特性曲线及其物理意义1.12试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（工作特性选端基直线，一组标定数据如下表示）下页上页返回行程输入压力×105Pa输出电压（Mv）(1)(2)(3)正行程2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.0图库行程输入压力×105Pa输出电压（Mv）(1)(2)(3)正行程0.00.660.650.782.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.2反行程10.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.72.0191.6191.6192.00.01.661.651.54平均电压191.1383.2576.2769.9964.6965.1771.0577.7384.3191.7习题1.12△H-0.6-0.1-1.5-1.1-0.5△R-0.4-0.7-0.8-1.0-1.3-1.3-0.8-1.1-0.6-0.4第2章2.5一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八个应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为2.0,泊松比为0.3,材料弹性模量E=2.1×1011Pa。要求：1)绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；2)计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；3)当桥路供电电压为10V时，计算传感器输出电压。下页上页返回图库习题2.5①图2-32(c)②圆桶截面积622107.59rRA应变片1,2,3,4感受的是纵向应变,有x4321应变片5,6,7,8感受的是纵向应变,有y8765KURRRRRUU4462516251其中A为圆桶的截面积,为泊桑比,E为弹性模量,F为外加负载力,K为灵敏系数.习题2.5AEFKUKUKUxyx12122下页上页191.0120101.2107.5910100.211634321RAEFKRKRRRRx057.0191.03.018765RRRRR③AEFKUU12FF64610037.1101.2107.593.010.2210下页上页满量程时：lxPaEmmt21Ω107035第2章2.10悬臂梁，上、下两面各贴两片应变片，组成全桥（图F1-5）。悬臂梁一端受向下力F=0.5N,试求此时这四个应变片的电阻值。已知：应变片灵敏系数K=2.1、空载电阻R0=120Ω。下页上页返回cmWcmlFWEtxlx625)(62图库10.0)003.0(107006.05.0)225.025.0(66252WEtFxlx2.2510.01201.20xkRR2.1452.25120031RRRR8.942.25120042RRRR习题2.10第3章3.6今有一种电涡流式位移传感器。其输出为频率。特性方程形式为f=e(bx+a)+f∞,今知其中f∞=2.333MHz及一组标定数据如下：,求该传感器工作特性方程及符合度（利用曲线化直线的拟合方法，并用最小二乘法作直线拟合）。下页上页返回位移x(mm)0.30.51.01.52.03.04.05.06.0输出f(MHz)2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343图库习题3.6下页上页解：设y=bx+a所以y=In(f-f∞)重写表格如下:最小二乘法做直线拟和：x0.30.51.01.52.03.04.05.06.0f2.5232.5022.4612.4322.4102.3802.3622.3512.343y-1.66-1.78-2.06-2.31-2.56-3.06-3.54-4.02-4.6151.089.54259.9396.253.23)133.83(9)(22iiiiiixxnyxyxnak53.189.54259.939133.833.236.2559.93)()(222iiiiiiixxnyxxyxb下页上页53.151.0xbaxy)(bkxyiii023.01005.0202.03015.0401.0500.0603.0706.0802.09%02.095.206.0%100maxFSLyL333.253.151.0xef工作特性方程：习题4.5/11/123011010223/0101211212111,()(),()()CCCCCCxWClxWlxWCCddxWlxWCCCd推导图示变电介质电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。下图所示为某压电传感器测量电路。其中压电片固有电容Ca=1000pF，固有电阻Ra=1014Ω，连线电缆电容Cc=300pF，反馈回路CF=100pF，Rf=1MΩ。请问：（1）当A0=104时系统的测量误差是多少？（2）此测量系统下限截止频率是多少？（3）此测试电路与电压放大电路相比较有特点.10003000.13%(1)1000300(100001)100acacfCCCCAC126111590221001010LfffHzCR（1）当A0=104时系统的测量误差为：（2）此测量系统下限截止频率为（3）电荷放大器具有电容负反馈通路，与电压放大电路比较其测量结果受测量引线分布电容的影响很小，应用中允许无需标定更换线缆、允许使用较长的测量引线。而电压放大电路受线缆分布电容的影响大，且更换线缆必须重新标定。FdSCr36120101010201085.85.4VCQU5800VCQU17891.有一个利用X轴纵向压电效应的石英晶体，其面积S=20mm2，厚度d=10mm，当受到压力P=10MPa作用时，求其产生的电荷量及输出开路电压。2如果该压电元件是利用纵向压电效应的BaTiO3材料，求产生的电荷量及输出电压。（注：石英的εr=4.5；BaTiO3的εr=1200；ε0=8.85x10-12F/m；）答：1F=PS=10×106×20×10-6=2×102NQ=d11F=2.31×10-12×2×102=4.62×10-10C2Q=d33F=190×10-12×2×102=3.8×10-8CC=2.124×10-11F分析压电式力传感器的频率响应特性。（即证明当ωωn时,输出电荷与外力成正比。阻尼系数可忽略。）22rrrdxdxmckxFdtdt2()1/()2kmrnnnxsmFsss其中=为传感器固有频率，为阻尼比。压电式力传感器是一个由质块、弹簧、阻尼组成的二阶系统，其数学模型如下：可得：2221/Gjw[1()](2)nnk（)222jw[1()](2)nnd/G（)系统幅频响应为：根据压电效应原理可知：Q=dkxr所以上式左右同乘dK，即得出电荷与外力之间的幅频响应：当ωωn，即外力频率远小于传感器固有频率时,输出电荷与外力成正比Q=dF用分度号为K的镍铬—镍硅热电偶测温度，在未采用冷端温补的情况下，仪表显示５００℃，此时冷端为６０℃。试问实际温度多少度？若热端温度不变，设法使冷端温度保持在２０℃，此时显示仪表指示多少度？(５５７℃，５３８.４℃)K型（镍铬—镍硅）热电偶分度表简述下图由光敏二极管构成的光电转速计工作原理；并说明图b所示测量电路的功能（要求说明①使用射极耦合电路的目的、②迟滞传输特性的实现原理、③输出快速翻转的实现原理）。1、将光电池作为检测元件使用时，通常何种测量方式？为什么？2、为什么压电式传感器仅用于测量动态变化的力或加速度？