传感器原理及应用-作业

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理科学与技术学院,王殿生 制作,EXIT,传感器原理及应用,传感器原理及应用,Principles and Applications of Sensors,主讲：王殿生 教授,第二章,作 业,第二版教材39-40页：,2-4，2-5,第三版教材38-39页：,2-4，2-5,某压力传感器测试数据如表2-1所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。,一、2-4,第二章 作业,表2-1 压力传感器测试数据,压力,/MPa,输出值/mV,第一循环,第二循环,第三循环,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,-2.69,0.02,0.56,0.66,0.61,0.68,0.64,0.69,0.04,3.96,4.06,3.99,4.09,4.03,4.11,0.06,7.40,7.49,7.43,7.53,7.45,7.52,0.08,10.88,10.95,10.89,10.93,10.94,10.99,0.10,14.42,14.42,14.47,14.47,14.46,14.46,各测量点最小二乘法拟合直线与测量值之间的误差如表2-2所示。,解：2-4,第二章 作业,第一循环,第二循环,第三循环,正行程,反行程,正行程,反行程,正行程,反行程,y=171.64x,-2.8338,y=171.36x,-2.7562,y=171.69x,-2.8043,y=171.34x,-2.7305,y=171.46x,-2.7662,y=171.51x,-2.729,-0.104,-0.046,-0.094,-0.050,-0.086,-0.039,0.039,0.011,0.020,0.016,0.023,0.011,0.072,0.038,0.073,0.033,0.062,0.021,0.065,0.035,0.067,0.020,0.071,0.042,0.017,0.003,0.041,0.047,0.011,0.002,-0.090,-0.040,-0.105,-0.066,-0.080,-0.038,表2-2 最小二乘法拟合公式及对应误差,各测量点正行程误差绝对值和反行程误差绝对值的最大值以及正反行程误差值见表2-3。,解：2-4,第二章 作业,表2-3 计算迟滞和重复性误差的各类误差值,正行程误差绝对值,反行程误差绝对值,正反行程误差值,0.05,0.03,-0.02,-0.03,0.01,0.08,0.03,-0.10,-0.07,-0.05,0.07,0.05,-0.10,-0.10,-0.08,0.05,0.04,-0.09,-0.10,-0.07,0.06,0.04,-0.07,-0.04,-0.05,0.05,0.05,0,0,0,（1）非线性误差即线性度,解：2-4,第二章 作业,估计误差一般取最大值，因此非线性误差可取为0.7%。,（2）迟滞,解：2-4,第二章 作业,估计误差一般取最大值，因此迟滞误差可取为0.7%。,（3）重复性误差,解：2-4,第二章 作业,估计误差一般取最大值，因此重复性误差可取为0.6%。,当被测介质温度为t,1,、测量传感器示值为t,2,时，有下列方程成立,二、2-5,第二章 作业,当被测介质温度从为25突然变化到300时，测量传感器的时间常数，试确定经过350s后的动态误差。,解：2-5,当t,1,突然变化到300经过350s后t,2,为,解：2-5,第二章 作业,因此动态误差为,第三章,作 业,第二版教材61-62页：,3-5，3-6,第三版教材60-61页：,3-5，3-6,题3-5图为一直流应变电桥，图中E=4V，R,1,=R,2,=R,3,=R,4,=120，试求：,（1）R,1,为金属应变片，其余为外接电阻，当R,1,的增量为R,1,=1.2时，电桥输出电压U,o,=？,（2）R,1,、R,2,都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U,o,=？,（3）R,1,、R,2,都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为R,1,=R,2,=1.2，但极性相反，其余为外接电阻，电桥输出电压U,o,=？,一、3-5,第三章 作业,（1）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为,解：3-5,第三章 作业,解：3-5,第三章 作业,（2）当R,1,、R,2,为相同应变片、且感应应变的极性和大小都相同时，电桥处于平衡状态，输出电压为0。或,（3）当R,1,受拉应变、R,2,受压应变时,当R,1,受压应变、R,2,受拉应变时,题3-6图为等强度梁测力系统，R,1,为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受到应变时，R,1,=120。当试件受力F时，应变片承受平均应变=800m/m。试求：,（1）应变片的电阻变化量R,1,和电阻相对变化量R,1,/R,1,。,（2）将电阻应变片R,1,置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，电桥输出的电压及其非线性误差。,（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。,二、3-6,第三章 作业,题3-6图,（1）应变片灵敏度系数为,解：3-6,第三章 作业,因此有,（2）电阻应变片R,1,置于单臂测量电桥，电桥输出电压为,当n=1时,（2）电桥线性近似输出和实际非线性输出分别为,解：3-6,第三章 作业,则非线性误差为,当n=1时，非线性误差为,（3）减小非线性误差的方法,提高桥臂比,非线性误差减小；但由电桥电压灵敏度 将降低，要使灵敏度不降低，必须相应地提高供电电压，电压的提高受到应变片允许功耗的限制。,解：3-6,第三章 作业,采用差动电桥,半差动电桥输出电压为,电桥输出电压和非线性误差,全差动电桥输出电压为,半差动和全差动电桥电路都没有非线性误差，还具有温度补偿作用。,第四章,作 业,第二版教材86-87页：,练习题：4-2，4-4，4-9,第三版教材84-85页：,练习题：4-2，4-4，4-10,第五章,作 业,第二版教材102页：,5-4，5-5，5-7,（练习题）第三版教材99-100页：,5-4，5-5，5-9,（练习题）,如题5-5图所示，有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器，其中a=8mm，b=12mm，两极板间距为1mm。一块极板在原始位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度K。,一、5-4,第五章 作业,解：5-4,（1）当一块极板沿长度b方向在原始位置上平移,，,第五章 作业,解：5-4,（1）,，,（2）当一块极板沿宽度a方向在原始位置上平移,，,题5-5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知R,1,=R,2,=R=40k，R,L,=20k，E=10V，f=1MHz，C,0,=10pF，C,1,=10pF，C,1,=1pF。求U,L,的表达式及对应上述已知参数的U,L,值。,二、5-5,第五章 作业,双T电桥测量电路输出电压,解：5-5,第六章,作 业,第二版教材113页：练习题：,6-1，6-4，6-5,第三版教材111页：练习题：,6-1，6-4，6-5,第七章,作 业,第二版教材126-127页：练习题：,7-5，7-6，7-9,第三版教材124页：练习题：,7-5，7-6，7-9,要进行两个电压U,1,、U,2,的乘法运算，若采用霍尔元件作为运算器，请提出设计方案，并画出测量系统的原理图。,一、7-9,第七章 作业,解：7-9,基本设计思路：,利用霍尔元件的输出电压U,H,与外加磁场B和控制电流I乘积成正比的关系，可构成乘法运算器。这是霍尔元件在数学运算器方面的基本应用。,（1）电流乘法器,霍尔元件的输出电压U,H,I,1,B，外加磁场可由电流I,2,产生BI,2,，则有U,H,I,1,I,2,，因此霍尔元件可作为电流乘法器。,（2）电压乘法器,I,1,和I,2,由电压U,1,和U,2,产生，则有U,H,U,1,U,2,，因此霍尔元件可作为电压乘法器,第八章,作 业,第二版教材152页：练习题：,8-2，8-3，8-6，8-7,第三版教材148149页：练习题：,8-2，8-3，8-6，8-7,第九章,作 业,第二版教材168页：练习题：,9-1，9-3，9-4,第三版教材165页：练习题：,9-1，9-3，9-4,第十章,作 业,第二版教材：,练习题：175页，,10-1，10-4,182页，,11-1，11-3,195页，,12-1，12-3，12-6,第三版教材：,练习题：172页，,10-1，10-4,180页，,11-1，11-3,195页，,12-1，12-3，12-6,期末考试安排,考试通知,考试时间：,17周星期一（12.20），16:0018:00,考试地点：,四教4102,答疑时间地点：,17周星期日全天和一上午，物理楼221,全部结束,谢谢合作！,