傳感器原理課程教學(xué)參考與復(fù)習(xí)提綱

1、教學(xué)參考與復(fù)習(xí)提綱課程名稱傳感器原理課程類型 過程性（）純實踐（）純理論（）理論+實踐（） 任課教師適用年級基礎(chǔ)知識與習(xí)題第1章 檢測技術(shù)的基本概念第1節(jié) 測量的基本概念及方法 從不同角度測量方法分類：根據(jù)測量的具體手段分：偏位式測量、零位式測量和微差式測量。第2節(jié) 測量誤差及數(shù)據(jù)處理一、基本概念（1）真值：理論真值（2）實際值：相對真值（3）示值：測量值（4）測量誤差：測量值與真值之間的差值。示值相對誤差：引用相對誤差（滿度相對誤差）：最大滿度相對誤差：儀表準(zhǔn)確度等級：最大示值相對誤差:二、誤差的分類： 粗大誤差，系統(tǒng)誤差，隨機誤差。隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律。按被測量隨時間變化的速度分類：靜態(tài)

2、誤差，動態(tài)誤差。三、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理:置信區(qū)間：定義為隨機變量取值的范圍，常用正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差的倍數(shù)來表示。置信概率P：隨機變量在置信區(qū)間內(nèi)取值的概率置信水平：隨機變量在置信區(qū)間以外取值的概率。隨機誤差的正態(tài)分布規(guī)律，統(tǒng)計特點：集中性、對稱性、有界性算術(shù)平均值，用平均值計算出來的誤差稱為殘余誤差。標(biāo)準(zhǔn)誤差（方均根誤差） ：誤差列中各誤差平方和的算術(shù)平均值再開方得到均方根誤差。對于等精度測量，當(dāng)用殘余誤差來代替誤差時，則使用貝塞爾公式計算標(biāo)準(zhǔn)誤差（方均根誤差） 。標(biāo)準(zhǔn)誤差可用于確定隨機誤差的正態(tài)分布曲線形狀和離散度。拉依達準(zhǔn)則 3準(zhǔn)則4、 測量系統(tǒng)靜態(tài)誤差的合成絕對值合成法，方均根合成法

3、第3節(jié) 傳感器及基本特性1、 傳感器的組成2、 傳感器分類常用的分類方法3、 傳感器基本特性 ：靈敏度、分辨力、線性度、遲滯誤差。線性度：端基線性度，最小二乘法線性度。理想的線性特性習(xí)題參考（帶答案）選擇題1. 用該表直流電壓檔測量實際值為2V電壓，發(fā)現(xiàn)每次示值均為1.5V，該誤差屬于（ A ）。A.系統(tǒng)誤差 B.粗大誤差 C.隨機誤差 D.動態(tài)誤差2. 壓力傳感器測量實際值80KPa的壓力，示值為81KPa，其絕對誤差為（ C ）。 A2KPa B4KPa C1KPa D5KPa3. 某儀表廠生產(chǎn)的溫度傳感器量程為0-250°C，測得此表最大絕對誤差為2°C，則其精度應(yīng)定

4、（C ）。A. 0.1級 B. 0.5級 C. 1.0級 D.1.5級4.在選購線性儀表時，必須在同一系列的儀表中選擇適當(dāng)?shù)牧砍?。這時必須考慮到被測量為儀表量程的（B ）左右為宜。A.3倍 B.2/3倍 C.1.5倍 D.2倍5.如x表示輸入，y表示輸出，則下列哪一項是理想的線性輸入-輸出特性（ B ）A. y=ax+b B. y=ax C. y=ax+bx2 D. y=ax+bx36.要使隨機誤差的置信概率達到99.7%，隨機誤差的置信區(qū)間取為（A ）A. （-3，+3）B. （-，+） C. （-，+） D. （-4，+4） 7.有一位移傳感器，它的測量范圍為0400mm，精度為0.5級，

5、其最大絕對誤差為（C ）A. 1 mm B. 5 mm C. 2 mm D. 10 mm8某位移傳感器在位移變化4mm時，輸出電壓變化300mv，此位移傳感器的靈敏度為（ B ）A. 53 mv/mm B. 75 mv/mm C. 20 mv/mm D. 300 mv/mm9. 用萬用表測量10V直流電壓，發(fā)現(xiàn)示值還不到4V，該誤差屬于（ B ） A.系統(tǒng)誤差 B.粗大誤差 C.隨機誤差 D.動態(tài)誤差10. 隨機誤差的置信區(qū)間為（-，+）時，隨機誤差的置信概率為（ C）A. 50% B. 0 C. 100% D. 93%11. 用電流表測量實際值為10mA的直流電流，示值為10.8mA，此次測

6、量的絕對誤差為（ B ）A. 2mA B. 0.8mA C. 1mA D. 5mA12. 某位移傳感器在位移變化2mm時，輸出電壓變化200mv，此位移傳感器的靈敏度為（ C ）A. 200 mv/mm B. 0.9 mv/mm C. 100 mv/mm D. 202 mv/mm13. 某用戶需要購買壓力表，希望壓力表的滿度相對誤差小于0.9%，應(yīng)購買壓力表的等級是（B ）A. 0 .2 B. 0 .5 C. 1 .0 D. 1.514使用某壓力傳感器測量壓力容器中的壓力，壓力實際值為50 KPa，傳感器示值為49KPa，問此測量值中的實際相對誤差為（ A ）A. 2% B. 0 C. 100

7、% D. 93%15. 用電容傳感器測量工件厚度，其實際值為10 mm，傳感器測量值為9.8mm，此次測量的絕對誤差值是（ A ）A. -0.2mm B. 1mm C. 2 mm D. -0.1 mm16. 某壓力傳感器測量實際值為80KPa的壓力，示值為80.5KPa，示值相對誤差為（ A ）A.0.62% B. 1% C. 0.8% D. 6%17. 有一溫度傳感器，測量范圍為-100°C100°C，該傳感器滿度值A(chǔ)m為（ B ）A. 100°C B. 200°C C. 400°C D. 10°C18. 某用戶需要購買壓力傳感器，

8、希望滿度相對誤差小于1.4%，應(yīng)購買壓力表的等級是（A ）A. 1 .0 B. 0 .5 C. 2.0 D. 1.519.熱電偶在冷端溫度為零，熱端溫度增加5°C，輸出熱電動勢增加10uv，此熱電偶的靈敏度為（B ）A. 5 uv/°C B. 2uv/°C C. 20uv/°C D. 10uv/°C 20. 傳感器能感知的輸入變化量越小，表示傳感器的（ D ）A線性度越好 B遲滯越小 C重復(fù)性越好 D分辨力越高21. 有-電壓表的量程為0- 10 伏，接到電路進行測量，顯示值為9伏，而該測量值的實際值為 8伏，滿度相對誤差 gm 為 ( B )

9、A12.5 % B10 % C11.1 % D1 %22. 有-電壓表的量程為0-20 伏，接到電路進行測量，顯示值為16伏，而該測量值的實際值為 14伏，引用相對誤差 gm 為( B )A12.5 % B10 % C11.1 % D1 %23.某壓力表準(zhǔn)確度等級為1.0級，量程為010MPa，此表的最大滿度相對誤差是（B ）A±0.5 % B±1 % C±2.1 % D±1.5 %24. 某測溫儀表廠生產(chǎn)的測溫表滿度相對誤差均控制在0.9%1.2%，該表的精度等級定為:( D )A1 .0 B. 0 .5 C. 0 .2 D. 1.525. 下列不屬于

10、傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)是:( D)A線性度 B遲滯 C重復(fù)性 D超調(diào)量26使用某壓力傳感器測量壓力容器中的壓力，壓力實際值為50 KPa，傳感器示值為49KPa，問此測量值的絕對誤差為（ C ）A. -2 KPa B. 0 KPa C. -1 KPa D. 5KPa27.某溫度傳感測量實際值為65°C的溫度，測量得示值為66.1°C，則其絕對誤差為（C ）°C B. 1.5°C C. 1.1°°C28.被測量不隨時間變化時所產(chǎn)生的誤差是（ B ）A.動態(tài)誤差 B.靜態(tài)誤差 C. 系統(tǒng)誤差 D.粗大誤差29.有一電壓表度為1.0級，可能出

11、現(xiàn)的最大滿度相對誤差為（ A ）A. ±1.0% B. ±2.0% C. ±10% D. ±5.0%30.傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比，用K表示，是指傳感器的（D ）A.分辨力 B.線性度 C.遲滯誤差 D.靈敏度31. 被測電壓真值為 100V，用電壓表測試時,示值為 80v，則示值相對誤差為（D ）A. +25% B. -25% C. +20% D. -20% 32. 修正值與絕對誤差的絕對值（ A ）A. 相等但符號相反 B. 不相等且符號相反C. 相等且符號相同 D. 不相等但符號相同33. 通常在相同的條件下，多次測量同一量時，誤差的絕

12、對值和符號保持恒定或在條件改變時，按某種規(guī)律而變化的誤差稱為（ B ）A.隨機誤差 B.系統(tǒng)誤差 C.影響誤差 D.固有誤差。 34. 被測量的真值是（B ）A.都是可以準(zhǔn)確測定的B.在某一時空條件下是客觀存在的，但很多情況下不能準(zhǔn)確確定C.全部不能準(zhǔn)確測定D.客觀上均不存在，因而無法測量35.若是有限次測量的方均根誤差，則算術(shù)平均值的方均根誤差為（ B）A. B. C. D. 36. 在使用連續(xù)刻度的儀表進行測量時，一般應(yīng)使被測量的數(shù)值盡可能在儀表滿刻度值的多少倍以上(C )A.1/4 B.1/2C. 2/3D.1/337. 某溫度計刻度范圍為0600，通過檢定在整個刻度范圍內(nèi)、最大基本誤差

13、為7.2，按國家工業(yè)儀表的規(guī)定、該溫度計的精度等級定為( C )A.1.0級 B.1.2級 C.1.5級 D.2.0級38.在一項對航空發(fā)動機頁片穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速試驗中，測得其平均值為20000 轉(zhuǎn)/分鐘。其中某次測量結(jié)果為20002 轉(zhuǎn)/分鐘，則此次測量的絕對誤差（ A ）A2 轉(zhuǎn)/分鐘 B2 轉(zhuǎn)/分鐘 C2 轉(zhuǎn)/分鐘 D2 轉(zhuǎn)/分鐘39. 被測電壓真值為 100v ，用電壓表測試時，指示值為 80v ，則示值相對誤差為（B ）A.+25% B.-25%C.+20% D.-20%40. 某溫度計刻度范圍為0600，通過檢定、在整個刻度范圍內(nèi)、最大基本誤差為7.2、按國家工業(yè)儀表的規(guī)定、該溫度計的精度

14、等級為（ B ）A.1.0級 B.1.2級 C.1.5級 D.2.0級41在相同條件下多次測量同一量時，隨機誤差符合下列哪種說法（A ）A.絕對值和符號均發(fā)生變化B.絕對值發(fā)生變化，符號保持恒定 C.符號發(fā)生變化，絕對值保持恒定 D.絕對值和符號均保持恒定42用一壓力傳感器測量某實際值為800KPa的壓力，發(fā)現(xiàn)示值還不到500KPa，該值中的誤差屬于:（ B ）A.系統(tǒng)誤差 B.粗大誤差 C.隨機誤差 D.動態(tài)誤差43傳感器能檢出被測信號的最小變化量，稱為傳感器的（ D ）A.靈敏度 B.線性度 C. 遲滯誤差 D. 分辨力44. 電位器式傳感器是一種將什么轉(zhuǎn)換成電阻值的傳感元件（ A ）A.

15、位移 B.力 C.壓力 D.速度45. 汽車衡所用的測力彈性敏感元件是( A )A實心軸 B彈簧管 C懸臂梁 D圓環(huán)填空題1. 傳感器正向特性和反向特性重合的程度越好，表示傳感器的遲滯誤差越小 。2示值相對誤差定義為 絕對誤差 與被測量示值的比值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。3. 隨機誤差的大小和正態(tài)分布曲線的形態(tài)，可以用測量值的 標(biāo)準(zhǔn) 誤差來衡量。4.當(dāng)測量次數(shù) n 趨近無窮大時，測量值的實際值等于各次測量值的 算術(shù)平均值 。 5.傳感器正向特性曲線和反向特性曲線不重合的程度越大，表明傳感器的遲滯誤差越大。6根據(jù)測量時是否與被測對象接觸分為：接觸式測量和 非接觸式測量 。7.未知實際值的情況下，對于有

16、限測量列，可以利用算術(shù)平均值 代替真值。8. 絕對誤差是測量值與 真值 之間的差值。9. 隨機誤差統(tǒng)計特點：集中性、對稱性和 有界性 。10. 傳感器由敏感元件， 傳感元 及測量轉(zhuǎn)換電路三部分組成。11. 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài) 輸出變化與輸入變化值之比。12按誤差的表示方法分為兩類誤差表示形式：絕對 相對誤差誤差。13. 根據(jù)測量的具體手段不同，測量分為偏位式測量、零位式測量微差式測量 。14. 在未知實際值的情況下，用平均值代替真值計算出來的誤差稱 殘余誤差 。15.在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正負以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為 隨機 誤差。

17、16.傳感器中傳感元件的主要作用是把非電量轉(zhuǎn)換成電量。17誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化的，稱為系統(tǒng) 誤差。18. 示值相對誤差是用絕對誤差和被測量的百分比來表示。19. 選購線性儀表時，一般應(yīng)盡量使選購的儀表量程為被測量的 1.5倍 倍左右適合。20. 傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路是將傳感元件輸出的 電量 換成易于處理的電壓、電流或頻率。21. 傳感器正向特性和反向特性不一致的程度稱為遲滯性誤差。22. 在測量過程中，被測量與儀表內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)量比較，當(dāng)測量系統(tǒng)達到平衡，用已知標(biāo)準(zhǔn)量值決定被測量的值，這種測量方法稱為零位式測量 。23隨機誤差的統(tǒng)計特點集中性表明，大量的測量值集中分布于算術(shù)平均值附近。2

18、4. 可用于確定隨機誤差的正態(tài)分布曲線形狀和離散度的特征量是標(biāo)準(zhǔn)誤差 。25. 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與 輸入變化值 之比。26. 線性度是指傳感器實際特性曲線與 理想擬合 直線之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。27示值相對誤差是 絕對誤差與示值的百分比。28.標(biāo)準(zhǔn)誤差越小，正態(tài)分布曲線越 陡 。29. 隨機誤差的統(tǒng)計特性之一為對稱性。該特性表明：在相同條件下，當(dāng)測量次數(shù)n®¥時，全體誤差的代數(shù)和為0。30.傳感器的輸入輸出特性指標(biāo)可分為靜態(tài)指標(biāo)和動態(tài)指標(biāo)兩大類31.綜合了偏位式測量法速度快和零位式測量法精度高的優(yōu)點的是微差式測量法。32.引用相對

19、誤差是用測量儀表絕對誤差與儀器的滿度值的百分比。 33.多數(shù)隨機誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。34. 以儀表指針的偏移量表示被測量值的測量方法，稱為偏位式測量。判斷題1傳感器能檢出被測信號的最小變化量稱為傳感器的靈敏度。 （× ）更正：傳感器能檢出被測信號的最小變化量稱為傳感器的分辨力。2隨機誤差的取值范圍稱為置信概率。 （×）更正：隨機誤差的取值范圍稱為置信區(qū)間。3變化規(guī)律服從某種已知函數(shù)的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。 （ ）4測量值明顯偏離實際值，此測量值中有粗大誤差。 （）5系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，可以通過實驗的方法或引入修正值的方法計算修正。（ ）6靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化

20、值與輸入變化值之比，用K 來表示。（ ）7在選購儀表時，為了減少測量誤差，一般應(yīng)該選擇量程為被測量的10倍左右合適。（× ）更正：在選購儀表時，為了減少測量誤差，一般應(yīng)該選擇量程為被測量的1.5倍左右合適。8傳感器敏感元件將被測量轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的的非電量。（ ）9測量誤差按誤差性質(zhì)和規(guī)律分為粗大誤差、相對誤差和隨機誤差。 （× ）更正：測量誤差按誤差性質(zhì)和規(guī)律分為粗大誤差、系統(tǒng)誤差和隨機誤差。10測量器具零位不準(zhǔn)時，其測量誤差屬于系統(tǒng)誤差。（ ）11靈敏度和分辨力是傳感器的動態(tài)特性。 （× ）更正：靈敏度和分辨力是傳感器的靜態(tài)特性。 12.由

21、于測量人員一時疏忽而出現(xiàn)絕對值特大的異常值，屬于隨機誤差。 （× ）更正：由于測量人員一時疏忽而出現(xiàn)絕對值特大的異常值，屬于粗大誤差。簡答題1請寫出隨機誤差的統(tǒng)計特性，并簡要解釋。 答：隨機誤差的統(tǒng)計特點：集中性、對稱性、有界性。集中性表明測量值集中在算術(shù)平均值周圍，對稱性表明，正負誤差出現(xiàn)的次數(shù)相同。有界性表明隨機誤差是有界限的，超出一定界限就是粗大誤差。2什么是儀表的準(zhǔn)確度等級？我國的模擬儀表有七個基本等級，選擇儀表時是否只根據(jù)準(zhǔn)確度等級選擇？為什么？答：選擇儀表時就兼顧準(zhǔn)確度等級和量程，通常希望示值落在儀表滿度值的2/3左右。這樣才能減少具體測量時的最大示值相對誤差。3什么是粗

22、大誤差？如何判斷？ 答：測量值明顯偏離實際值，測量值中有粗大誤差。粗大誤差的判斷方法可以采用3倍標(biāo)準(zhǔn)誤差的判斷方法，如果此測量值的殘余誤差大于3倍標(biāo)準(zhǔn)誤差，則為粗大誤差。4傳感器系統(tǒng)一般由哪幾部分組成，說明各環(huán)節(jié)的作用。答：（1）被測信息敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)理電路輸出信息（2） 敏感元件：感受被測量并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量的元件；轉(zhuǎn)換元件：可以直接感受被測量而輸出與被測量成確定關(guān)系的電量；信號調(diào)理電路與轉(zhuǎn)換電路：能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的電流，電壓或頻率。5什么是傳感器的線性度？常用的擬合方法有哪幾種？ 答：線性度又稱非線性誤差，是指傳感器實際特性曲線與擬合

23、直線（有時也稱理論直線）之間的最大偏差與傳感器量程范圍內(nèi)的輸出之百分比。方法有：將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為一條擬合直線；將與特性曲線上個點偏差的平方和為最小理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。6什么是系統(tǒng)誤差？什么是隨機誤差？什么是粗大誤差？答：在相同測量條件下多次測量同一物理量，其誤差大小和符號保持恒定或某一確定規(guī)律變化，此類誤差稱為系統(tǒng)誤差。在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機誤差。測量值與真值之間的差值稱為測量誤差。7.什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標(biāo)？如何用公式表征

24、這些性能指標(biāo)？ 答：（1）指檢測系統(tǒng)的輸入、輸出信號不隨時間變化或變化緩慢時系統(tǒng)所表現(xiàn)出得響應(yīng)特性。（2）性能指標(biāo)有：測量范圍、靈敏度、非線性度、回程誤差、穩(wěn)定度和漂移、重復(fù)性、分辨率和精確度。計算題1對某試驗發(fā)動機進行地面熱試車，試驗條件相同，測得如下一組燃燒室壓力數(shù)據(jù) (kPa)：1.5, 1.4, 1.6, 1.5, 2.0計算出這一列數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差。解：算術(shù)平均值：V1=1.5-1.6=-0.1；v2=1.4-1.6=-0.2；（1分） v3=1.6-1.6=0；v4=1.5-1.6=-0.1；v5=2.0-1.6=-0.4 2.測量兩個電壓，分別得到它的測量值U1202V，U2100

25、1V，它們的實際值分別為 U01200V，U021000V，分別求測量的絕對誤差和實際相對誤差。 3有三臺測溫儀表，量程均為0800，精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5級，現(xiàn)要測量500的溫度，要求相對誤差不超過2.5，選那臺儀表合理? 解：因此，應(yīng)該選用1.5級的測溫儀器。4測量某電路電流共6次，測得數(shù)據(jù)（單位：mA）分別為10.4，10.5，10.6，9.9，10.5。9.8。試求算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差。解：算術(shù)平均值：V1=10.4-10.3=0.1;v2=10.5-10.3=0.2; v3=11.6-10.3=0.3;v4=9.9-10.3=-0.4;v5=10.5-10.3=0.

26、2;v6=9.8-10.3=-0.5 5現(xiàn)有兩個溫度傳感器，其中一個準(zhǔn)確度等級為1.0級，量程范圍為-200200。另一個準(zhǔn)確度等級為2.5級，量程范圍為0100?，F(xiàn)要測量60的溫度，請問采用哪一個溫度傳感器好？為什么？ 解：Dm1=50*0.5%=0.25 V Dm2=5*2.5%=0.125 V <Dm1 因此為了減小測量誤差，應(yīng)選用0-5v,2.5級的表6已知待測拉力約為70N左右，現(xiàn)有兩只測力儀表，一只為0.5級，測量范圍為0500N；另一只為1.0級，測量范圍為0100N。問選用哪一只測力儀表較好?為什么?解：所以選用1.0級的儀表好。7有一直流電壓表，它的測量范圍為0200V

27、，精度為0.5級，試求：（1）最大滿度相對誤差；（2）最大絕對誤差；（3）測量值為120V時的最大示值相對誤差。解：（1）最大滿度相對誤差（2）最大絕對誤差為（3）測量值為120V時的最大示值相對誤差。8測量某壓力罐中的壓力，重復(fù)測得8個數(shù)據(jù)分別是(單位為KPa)：11.4、11.2、12.1、11.1、11.5、10.9、12.3、10.2，請用3準(zhǔn)則檢查測量列中是否有壞值，如果有壞值請找出來。解: ； V1=11.4-11.34=0.06;v2=11.2-11.34=-0.14;v3=12.1-11.34=0.76;v4=11.1-11.34=-0.23;v5=11.5-11.34=0.1

28、6;v6=10.9-11.34=-0.44;v7=12.3-11.34=0.96;v8=10.2-11.34=-1.14; ； ； 沒有Vi大于1.995,所有結(jié)果中不存在粗大誤差,沒有壞值. 9 用立式光學(xué)比較儀對外圓同一部位進行7次重復(fù)測量，測量值為2.9、2.8、2.6、3.0、2.8、3.1、3.2（單位mm），試求這一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差。解：計算x =(x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7)/7=(2.9+2.8+2.6+3.0+2.8+3.1+3.2)/7=2.9 v1=0 v2=-0.1 v3=-0.3 v4=0.1 v5=-0.1 v6=0.2 v7=0.3 10某線性位移測

29、量儀，當(dāng)被測位移由4.5mm變到5.0mm時，位移測量儀的輸出電壓由2.5V至3.5V，求該儀器的靈敏度。 解：該儀器的靈敏度為: mV/mm11用熱電偶組成一個溫度測試系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，已知熱電偶的測量誤差是±3%，放大器的誤差是±1%，指示儀表誤差為±4%，請用絕對值合成法和方均根合成法，分別求出測試系統(tǒng)的總誤差。 解：絕對值合成法計算總誤差：方均根合成法計算總誤差：12有兩個直流電壓表，它們的準(zhǔn)確度等級和量限分別為 1.0級，025V 和 2.0級， 05V，現(xiàn)要測量1.5V干電池的電壓，為了減小測量誤差，選用哪個表好，為什么？ 解：13某壓力傳感器測量準(zhǔn)確

30、度等級為1.0級，測量范圍為0-100KPa，測量實際值為80KPa的位移，示值為80.5KPa，請計算：（1）測量的絕對誤差； （2）示值相對誤差；（3）實際相對誤差；（4）最大絕對誤差 解：14某電容傳感器測位移（單位CM），重復(fù)測量得到下列數(shù)據(jù)：1.5, 1.4, 1.6, 1.5, 2.0試用3a準(zhǔn)則檢查測量數(shù)據(jù)中是否有壞值。 解：計算x =(x1+x2+x3+x4+x5)/5=(1.5+1.4+1.6+1.5+2.0)/5=1.6 v1=-0.1 v2=-0.2 v3=0.0 v4=-0.1 v5=0.4 V5=0.43s=0.7035 按3s準(zhǔn)則判別：無壞值。 V5=0.4 >

31、; g (n,a)*s=1.67*0.2345=0.3916 按格拉布斯準(zhǔn)則判別：X5 是壞值。 第二章 電阻傳感器第1節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器1、 應(yīng)變片的工作原理2、 電阻應(yīng)變片的分類：金屬電阻應(yīng)變片，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼。3、 測量轉(zhuǎn)換電路不平衡電橋 直流電橋的靈敏度：單臂變化，兩臂變化 （半橋）， 4個橋臂同時變化（全橋）電橋溫度補償原理。4、 應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用 第2節(jié) 測溫?zé)犭娮鑲鞲衅?1、 金屬熱電阻 熱電阻的主要技術(shù)性能，測量橋路設(shè)計方案的選擇2、 熱敏電阻 熱敏電阻有負溫度系數(shù)（NTC）和正溫度系數(shù)（PTC）之分。3、 熱電阻的應(yīng)用1、溫度測量2、溫度補償3、溫度

32、控制和過熱保護習(xí)題參考（帶答案）選擇題1.已知直流電橋的橋臂為R1=R2=R3=R4。R1和R4,R2和R3是相鄰橋臂，當(dāng)R1和R4 同時產(chǎn)生大小相等，符號相同的增量時，電橋的輸出電壓：（D ）A. 增加 B.減小 C.可能增加可能減小 D.等于零2.金屬絲應(yīng)變片傳感器，主要用來測量: （B ）A溫度 B應(yīng)變 C濕度 D磁通3. 某鉑電阻的分度號為Pt100,此鉑電阻在溫度為0°C時的電阻值是（ B ）4. 目前我國使用的鉑熱電阻的測量范圍是（ A ）A.-200960 B.-50850 C.-200150 D.-2006505. 銅電阻Cu50的電阻與溫度的關(guān)系為：Rt=Ro(1+

33、at) 給定溫度為0°C時：Ro=50W， a=0.004 /°C，當(dāng)溫度為50°C時，銅電阻的電阻值為（ C ）。A.80W B. 50W C. 60W D.100W6熱電阻具有正溫度系數(shù)，其電阻值隨溫度的增加而（ B）A.減小 B.增加 C. 突變 D.不變7.已知電阻應(yīng)變傳感器的測量電路選擇直流電橋，要提高測量靈敏度應(yīng)該選擇：（ C ）A. 單臂電橋 B.雙臂電橋 C.四臂全橋 D.三臂電橋8熱電阻測量轉(zhuǎn)換電路采用三線制是為了（ B ）A提高測量靈敏度 B減小引線電阻的影響 C減小非線性誤差 D提高電磁兼容性9. 光敏電阻的主要參數(shù)光電流( B )表示其靈敏

34、度越高。A越小 B.越大 C.無關(guān) D.隨便大小10.在一次性，幾百個應(yīng)力試驗點測量應(yīng)變時，要選擇的是應(yīng)變片是（B ）A. 金屬箔式應(yīng)變片 B.金屬絲式應(yīng)變片 C.半導(dǎo)體應(yīng)變片 D.壓阻式壓力傳感器11. 在相同條件下，全橋電橋輸出電壓的靈敏度是雙臂半橋輸出電壓靈敏度的（ A）A.2倍 B.3倍 C.1倍 D.4倍12. 熱電阻CU100,溫度為0°C時，其電阻值是（ C ）A.0W B.110W C.100W D.10W填空題1.一種熱電阻的型號為Pt100，其材料為 鉑 。2.熱電阻的測量轉(zhuǎn)換電路為了減小誤差多采用三_線制不平衡電橋。3. 直流電橋的平衡條件為_相對橋臂的電阻乘積

35、相等_。4. 熱敏電阻有正溫度系數(shù)和 負溫度系數(shù) 兩大類。5. 電阻應(yīng)變傳感器的電阻應(yīng)變片是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片的電阻 變化。6.某銅電阻的分度號為Cu50,當(dāng)溫度0°C時的此銅電阻的電阻值是50W。7能將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻 變化的一類傳感器稱為熱電阻8.電阻應(yīng)變片按材料可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。9.光敏電阻的原理是基于內(nèi) 光電效應(yīng)的。判斷題1固態(tài)壓力傳感器是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，所以其靈敏度較低。 （× ） 更正：固態(tài)壓力傳感器是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，所以其靈敏度較高。2應(yīng)變測量中，希望有溫度自補償功能，應(yīng)選擇全橋轉(zhuǎn)換電路。 （ ）3金屬絲應(yīng)變片傳感器，

36、主要用來測量溫度。 （× ）更正：金屬絲應(yīng)變片傳感器，主要用來測量應(yīng)變。4鉑電阻的測量精度低于銅電阻的測量精度。 （×）更正：鉑電阻的測量精度高于銅電阻的測量精度。 5.四臂全橋直流電橋具有溫度自補償功能。 （ ）6電阻應(yīng)變測量轉(zhuǎn)換電路的全橋形式具有溫度補償功能。 （ ）簡答題1試述壓阻式固態(tài)壓力傳感器的工作原理。答：壓阻式壓力傳感器采用集成電路工藝技術(shù)，在硅片上制造出四個等值的薄膜電阻并組成電橋電路，當(dāng)不受力作用時，電橋處于平衡狀態(tài)，無電壓輸出;當(dāng)受到壓力作用時，電橋失去平衡而輸出電壓，且輸出的電壓與壓力成比例。2電阻應(yīng)變片為什么要進行溫度補償？補償方法有哪些？答：電阻應(yīng)

37、變片面會隨著溫度變化，電阻發(fā)生變化，將給測量帶來誤差。溫度補償?shù)姆椒梢圆捎秒p臂半橋或全橋?qū)崿F(xiàn)溫度自補償，或者根據(jù)被粘貼材料的線膨脹系數(shù)進行自補償加工。3.什么叫電阻應(yīng)變效應(yīng)？ 答：當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值也發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象就是電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)。計算題1圖所示 SR1由N個應(yīng)變片串聯(lián)而成，受拉應(yīng)變，各應(yīng)變片的應(yīng)變絕對值為x1。SR2由N個應(yīng)變片串聯(lián)而成，受壓應(yīng)變，各應(yīng)變片的應(yīng)變絕對值為x2。SR1=SR2=R3=R4,R3,R4是常值電阻。 應(yīng)變靈敏度系數(shù)為K，試求等臂電撟的輸出電壓U0。 若各應(yīng)變片的應(yīng)變的絕對值為: x1=x2=0.00035 應(yīng)變靈敏度系數(shù)K=2

38、 N=3 單個應(yīng)變片的阻值為120W,電源電壓為5V，計算等臂電撟的輸出電壓U0。 ER4U0R3SR2SR1解答：因為是N個應(yīng)變片串聯(lián) DSR1/SR1=Nx1; DSR2/SR2=Nx2 又因為一個是拉應(yīng)變，一個是壓應(yīng)變，分別電路圖中的對應(yīng)位置。 R3,R4 是常值電阻 因此輸出電壓為： U0=E*N*K(x1+x2)/4 U0=E*N*K(x1+x2)/4 =5*3*2*（0.00035+0.00035）/4 =0.00525V=5.25 mv 2等強度梁測力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)K2.05，未受應(yīng)變時R1120。當(dāng)梁受力F時，應(yīng)變片承受的平均應(yīng)變0.0008，求(1)應(yīng)變片

39、電阻相對變化量R1/R1和電阻變化量R1。(2)將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋的電源電壓為3V的直流電壓，求受力后電橋的輸出電壓。解答：電阻的相對變化量，電阻變化量。（2）受力后，應(yīng)變片收到應(yīng)變阻值發(fā)生變化，電橋輸出電壓為3如圖所示， R1和R2為同型號的電阻應(yīng)變片已粘貼在梁的上下表面，其初始電阻均為100，供電電源電動勢E=3V，R3=R4=100，靈敏度系數(shù)K=2.0。兩只應(yīng)變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強度梁在受力后產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?.005，（1）請畫出用此兩個應(yīng)變片組成的半橋電路。（2）求此時電橋輸出端電壓U0。解：此電橋為半橋形式，故/mV4如右圖所示動圈式儀表

40、表頭的補償電路中，被補償元件的動圈電阻RC從20上升到70，電阻升高20，熱敏電阻Rt在20時阻值為80，在70時阻值為10，求RB。（要求20、70兩點完全補償） 解：若要在20、70兩點實現(xiàn)完全補償，則有5采用阻值R=120靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片與阻值R=120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?000時，若要使輸出電壓大于10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？ 解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為n，故可得：mV得n要小于2，故應(yīng)采用全橋工作方式。6下圖為一直流應(yīng)變電橋，E=4V，R1=R2=R3=R4=350，求： R1為應(yīng)變片，其余R2=

41、R3=R4=350，R1增量為R1=3.5時計算輸出電壓UO； R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變方向和大小相同，R1=R2=3.5，R3=R4=350，計算輸出電壓UO； R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變方向相反, R1=R2=3.5，R3=R4=350，計算輸出電壓UO。 解：1）對于單臂電橋，輸出電壓為： 2）R1、R2感受應(yīng)變極性相同時，輸出電壓為：3）R1、R2感受應(yīng)變極性相反，輸出電壓：（1分）7采用阻值為120靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻無窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為0.00001和0.001時，試求單臂和全橋工作時的

42、輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。解：單臂時應(yīng)變?yōu)?*10-5時/V，應(yīng)變?yōu)?*10-3時應(yīng)為/V；全橋時，應(yīng)變?yōu)?*10-5時/V，應(yīng)變?yōu)?*10-3時應(yīng)為/V。從上面的計算可知：單臂時靈敏度低，全橋時高，為單臂的四倍。8用兩個鉑電阻Rt1，Rt2 及兩個常值電阻R1=R3=100W 組成的電橋電路測某設(shè)備中水的溫度如圖所示。其中 R1=R3=100W，而采用兩個Rt1=Rt2=Rt 該兩個銅電阻的電阻與溫度的關(guān)系為：Rt=Ro(1+at) 給定溫度為0°C時：Rt=Ro=100W， a=0.004 /°C 當(dāng)電源電壓為 10V，差動放大器的放大倍數(shù)為20倍，并設(shè)該差動

43、放大器輸入阻抗為無窮大。求溫度為100°C時，放大器的輸出電壓。ER3Rt1Rt2R1差動放大器數(shù)字電壓表解：溫度為100度時 Rt=Ro(1+at)= 50（1+0.004*100）=70DU=5*70/(50+70)-50/(50+70)=0.833 放大器的輸出電壓為：8.3 V第3章 電感式傳感器第1節(jié) 自感傳感器1、 電感傳感器的基本工作原理變隙式傳感器、變面積式電感傳感器、螺線管式電感傳感器。自感傳感器的輸出特性第2節(jié) 差動變壓器傳感器 一、差動變壓器式傳感器的工作原理 2、 主要特性：（1）靈敏度與線性度（2） 零點殘余電壓3、 差動變壓器的測量電路:二極管相敏檢波電路

44、，利用相敏整流的交流電橋電路。使輸出信號既能反映位移大小又能反映位移的方向。第3節(jié) 電感式傳感器的應(yīng)用一次儀表與420mA二線制輸出方式習(xí)題參考（帶答案）選擇題1. 下列哪一項不是差動變壓器產(chǎn)生“零點殘余電壓”的原因（ B）A二次線圈的不對稱 B采用相敏整流 CB-H曲線的彎曲 D勵磁電壓有諧波2. 希望測量線性范圍為±2mm，應(yīng)該選擇差動變壓器的線圈骨架長度為（D ）A. 20mm B. 30mm C. 10 mm D. 40 mm3. 采用某螺線管式自感傳感器測量線性范圍為±1mm，傳感器的線圈骨架長度應(yīng)為（C ）A. 10mm B. 40mm C. 20 mm D.

45、30 mm4.要將某傳感器的信號傳送到5Km之外，選擇具有的標(biāo)準(zhǔn)變送器輸出為（ B ）A. 12V B. 420mA C. 04V D. 050mA5. 差動變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了（ C）A提高靈敏度 B提高分辨力C使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號的相位和幅值 D增加線性度6. 下列哪一項不是差動變壓器產(chǎn)生“零點殘余電壓”的原因( B)A二次線圈的不對稱 B采用相敏整流 CB-H曲線的彎曲 D勵磁電壓有諧波7. 要測量微小的氣體壓力之差，最好選用（D ）變換壓力的敏感元件。 A懸臂梁 B平膜片 C彈簧管 D膜盒填空題1. 當(dāng)差動變壓器的銜鐵處于中間位置時，理想條件下其輸

46、出電壓為零。但實際上，當(dāng)使用橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值存在，稱為零點殘余電壓。2.一次儀表的輸出信號可以是電壓，也可以是電流。為了不受干擾，且便于遠距離傳輸在一次儀表中多采用 電流 輸出型。3. 差動變壓器是把被測位移轉(zhuǎn)換為傳感器線圈的互感量 的變化量。4. 電感傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路，利用相敏整流的交流電橋電路。使輸出信號既能反映位移大小又能反映位移的 方向 。 5.差動變壓器式傳感器是把被測位移量轉(zhuǎn)換為一次線圈與二次線圈間的互感量的變化的裝置。6. 差動變壓器式位移傳感器是將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感量的變化，兩個次級線圈要求_反向串聯(lián)（或差動）_串接。7. 變氣隙式自感傳感

47、器是利用_自感量_隨氣隙而改變的原理制成的。8. 差動自感傳感器的靈敏度比非差動式自感傳感器的靈敏度高（高/低）。判斷題1差動變壓器可用于測量位移。（ ）2自感式傳感器是利用互感量隨氣隙而改變的原理制成的。 （× ）更正：自感式傳感器是利用自感量隨氣隙而改變的原理制成的。3差動變壓器是把被測位移轉(zhuǎn)換成自感量的變化。 （× ）更正：差動變壓器是把被測位移轉(zhuǎn)換成互感量的變化。4自感傳感器將被測量轉(zhuǎn)換成繞組互感量的變化。 （× ）更正：自感傳感器將被測量轉(zhuǎn)換成繞組自感量的變化。 5差動變壓器的兩組完全對稱的二次繞組正向串聯(lián)組成差動輸出形式。 （×）更正：差動變

48、壓器的兩組完全對稱的二次繞組反向串聯(lián)組成差動輸出形式。簡答題1差動電感產(chǎn)生零點殘余電壓的原因是什么？ 答：差動電感兩個繞組的圈數(shù)，直流電阻等電氣參數(shù)，幾何尺寸或磁路參數(shù)不完全對稱。存在寄生參數(shù) 。電源電壓中含有高次諧波。勵磁電流太大使磁路的磁化曲線存在非線性。2什么是差動變壓器的零點殘余電壓？答：當(dāng)差動變壓器的二次線圈處于中間位置時，無論怎樣調(diào)節(jié)鐵心的位置，均無法使測量轉(zhuǎn)換電路輸出為零，總有一個很小的輸出電壓存在，在中央位置時輸出的很小的電壓就是差動變壓器的零點殘余電壓。3試述差動變壓器測量位移的原理。答：鐵芯處于中間位置時，M1 = M2 = M，U0 = 0 鐵芯上升時，M1= M +M，

49、M2= M -M與U1同極性，U0的大小與鐵心位移大小有關(guān)。 鐵芯下降時，M1 = M -M，M2 = M +M與U2同極性，U0的大小與鐵心位移大小有關(guān)。4自感傳感器哪三種基本類型？自感傳感器采用相敏檢波電路最主要的目的是什么？答：自感傳感器有變氣隙式，變截面式，螺管式三種基本類型。自感傳感器采用相敏檢波電路最主要的目的是使輸出電壓可以反映位移的大小和方向。第4章 電渦流傳感器第1節(jié) 電渦流傳感器工作原理1、 渦流效應(yīng)二、等效阻抗分析 ：當(dāng)被測導(dǎo)體的某些參數(shù)發(fā)生變化時，可引起渦流式傳感器線圈的阻抗Z、電感L和品質(zhì)因數(shù)Q變化，測量Z、L或Q就可求出被測量參數(shù)的變化。三、電渦流傳感器的種類高頻反射式、低頻透射式。第2節(jié) 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)及特性電渦流位移傳感器特性