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：

2-4，2-5

第三版教材38-39頁：

2-4，2-5第二章作業(yè)第二版教材39-40頁：

某壓力傳感器測試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線性誤差、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某壓力傳感器測試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線性誤差、遲滯和重各測量點(diǎn)最小二乘法擬合直線與測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應(yīng)誤差各測量點(diǎn)最小二乘法擬合直線與測量值之間的誤差如表2-2所示。各測量點(diǎn)正行程誤差絕對值和反行程誤差絕對值的最大值以及正反行程誤差值見表2-3。解：2-4第二章作業(yè)表2-3計(jì)算遲滯和重復(fù)性誤差的各類誤差值正行程誤差絕對值反行程誤差絕對值正反行程誤差值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各測量點(diǎn)正行程誤差絕對值和反行程誤差絕對值的最大值以及正反行（1）非線性誤差即線性度解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此非線性誤差可取為±0.7%。（1）非線性誤差即線性度解：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)被測介質(zhì)溫度為t1、測量傳感器示值為t2時，有下列方程成立二、2-5第二章作業(yè)當(dāng)被測介質(zhì)溫度從為25℃突然變化到300℃時，測量傳感器的時間常數(shù)，試確定經(jīng)過350s后的動態(tài)誤差。解：2-5當(dāng)被測介質(zhì)溫度為t1、測量傳感器示值為t2時，有下列方程成立當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過350s后t2為解：2-5第二章作業(yè)因此動態(tài)誤差為當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過350s后t2為解：2-5第二章第三章作業(yè)第二版教材61-62頁：

3-5，3-6

第三版教材60-61頁：

3-5，3-6第三章作業(yè)第二版教材61-62頁：

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，電橋輸出電壓Uo=？（2）R1、R2都是應(yīng)變片，且批號相同，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)載電阻為無窮大即開路，不平衡電橋輸出電壓為解：3-5第三章作業(yè)（1）設(shè)負(fù)載電阻為無窮大即開路，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，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)變時當(dāng)R1受壓應(yīng)變、R2受拉應(yīng)變時解：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，R1=120Ω。當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變ε=800μm/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量△R1和電阻相對變化量△R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，電橋輸出的電壓及其非線性誤差。（3）若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。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置于單臂測量電橋，電橋輸出電壓為當(dāng)n=1時（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）電橋線性近似輸出和實(shí)際非線性輸出分別為解：3-6第三章作業(yè)則非線性誤差為當(dāng)n=1時，非線性誤差為（2）電橋線性近似輸出和實(shí)際非線性輸出分別為解：3-6第三（3）減小非線性誤差的方法①提高橋臂比非線性誤差減?。坏呻姌螂妷红`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采用差動電橋半差動電橋輸出電壓為電橋輸出電壓和非線性誤差全差動電橋輸出電壓為半差動和全差動電橋電路都沒有非線性誤差，還具有溫度補(bǔ)償作用。（3）減小非線性誤差的方法解：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：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85頁：

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

第五章作業(yè)第二版教材102頁：

5-4，5-5，5-7（練習(xí)題）

第三版教材99-100頁：

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

如題5-5圖所示，有一個以空氣為介質(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)一塊極板沿長度b方向在原始位置上平移，如題5-5圖所示，有一個以空氣為介質(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電橋測量電路，已知R1=R2=第六章作業(yè)第二版教材113頁：

練習(xí)題：6-1，6-4，6-5

第三版教材111頁：

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

第七章作業(yè)第二版教材126-127頁：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9

第三版教材124頁：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9第七章作業(yè)第二版教材126-127頁要進(jìn)行兩個電壓U1、U2的乘法運(yùn)算，若采用霍爾元件作為運(yùn)算器，請?zhí)岢鲈O(shè)計(jì)方案，并畫出測量系統(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：

練習(xí)題：8-2，8-3，8-6，8-7

第三版教材148~149頁：

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：

第九章作業(yè)第二版教材168頁：

練習(xí)題：9-1，9-3，9-4

第三版教材165頁：

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

第十章作業(yè)第二版教材：

練習(xí)題：175頁，10-1，10-4

182頁，11-1，11-3

195頁，12-1，12-3，12-6

第三版教材：

練習(xí)題：172頁，10-1，10-4

180頁，11-1，11-3

195頁，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間：

17周星期一（12.20），16:00~18:00

考試地點(diǎn)：

四教—4102

答疑時間地點(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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2-4，2-5

第三版教材38-39頁：

2-4，2-5第二章作業(yè)第二版教材39-40頁：

某壓力傳感器測試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線性誤差、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某壓力傳感器測試數(shù)據(jù)如表2-1所示，計(jì)算非線性誤差、遲滯和重各測量點(diǎn)最小二乘法擬合直線與測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應(yīng)誤差各測量點(diǎn)最小二乘法擬合直線與測量值之間的誤差如表2-2所示。各測量點(diǎn)正行程誤差絕對值和反行程誤差絕對值的最大值以及正反行程誤差值見表2-3。解：2-4第二章作業(yè)表2-3計(jì)算遲滯和重復(fù)性誤差的各類誤差值正行程誤差絕對值反行程誤差絕對值正反行程誤差值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各測量點(diǎn)正行程誤差絕對值和反行程誤差絕對值的最大值以及正反行（1）非線性誤差即線性度解：2-4第二章作業(yè)估計(jì)誤差一般取最大值，因此非線性誤差可取為±0.7%。（1）非線性誤差即線性度解：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)被測介質(zhì)溫度為t1、測量傳感器示值為t2時，有下列方程成立二、2-5第二章作業(yè)當(dāng)被測介質(zhì)溫度從為25℃突然變化到300℃時，測量傳感器的時間常數(shù)，試確定經(jīng)過350s后的動態(tài)誤差。解：2-5當(dāng)被測介質(zhì)溫度為t1、測量傳感器示值為t2時，有下列方程成立當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過350s后t2為解：2-5第二章作業(yè)因此動態(tài)誤差為當(dāng)t1突然變化到300℃經(jīng)過350s后t2為解：2-5第二章第三章作業(yè)第二版教材61-62頁：

3-5，3-6

第三版教材60-61頁：

3-5，3-6第三章作業(yè)第二版教材61-62頁：

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，電橋輸出電壓Uo=？（2）R1、R2都是應(yīng)變片，且批號相同，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)載電阻為無窮大即開路，不平衡電橋輸出電壓為解：3-5第三章作業(yè)（1）設(shè)負(fù)載電阻為無窮大即開路，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，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為0。或（3）當(dāng)R1受拉應(yīng)變、R2受壓應(yīng)變時當(dāng)R1受壓應(yīng)變、R2受拉應(yīng)變時解：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，R1=120Ω。當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變ε=800μm/m。試求：（1）應(yīng)變片的電阻變化量△R1和電阻相對變化量△R1/R1。（2）將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，電橋輸出的電壓及其非線性誤差。（3）若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。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置于單臂測量電橋，電橋輸出電壓為當(dāng)n=1時（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）電橋線性近似輸出和實(shí)際非線性輸出分別為解：3-6第三章作業(yè)則非線性誤差為當(dāng)n=1時，非線性誤差為（2）電橋線性近似輸出和實(shí)際非線性輸出分別為解：3-6第三（3）減小非線性誤差的方法①提高橋臂比非線性誤差減?。坏呻姌螂妷红`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采用差動電橋半差動電橋輸出電壓為電橋輸出電壓和非線性誤差全差動電橋輸出電壓為半差動和全差動電橋電路都沒有非線性誤差，還具有溫度補(bǔ)償作用。（3）減小非線性誤差的方法解：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：

練習(xí)題：4-2，4-4，4-9

第三版教材84-85頁：

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

第五章作業(yè)第二版教材102頁：

5-4，5-5，5-7（練習(xí)題）

第三版教材99-100頁：

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

如題5-5圖所示，有一個以空氣為介質(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)一塊極板沿長度b方向在原始位置上平移，如題5-5圖所示，有一個以空氣為介質(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電橋測量電路，已知R1=R2=第六章作業(yè)第二版教材113頁：

練習(xí)題：6-1，6-4，6-5

第三版教材111頁：

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

第七章作業(yè)第二版教材126-127頁：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9

第三版教材124頁：

練習(xí)題：7-5，7-6，7-9第七章作