第3章传感器基本特性

第 3 章 传感器基本特性一、单项选择题1、衡量传感器静态特性的指标不包括（C ）。A. 线性度 B. 灵敏度C. 频域响应 D. 重复性2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是 （ A ）A. 时域响应3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（A. 延迟时间4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（A. 延迟时间 B. 上升时间5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ）C. 迟滞、重复性、漂移D. 精度、时间常数、重复性6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是 （ B ）A. 迟滞、灵敏度、阻尼系数B. 幅频特性、相频特性7、不属于传感器静态特性指标的是（A.重复性 B .固有频率 C.灵敏度D .漂移8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确(C )A变面积式的电容传感器可看作零阶系统B. 阶传感器的截止频率是时间常数的倒数C. 时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好D. 提高二阶传感器的固有频率 率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是(A.重复性 B .固有频率 移可减小动态误差和扩大频B )C 灵敏度 D 漂当它受到的激振力频率等10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为B )A. 0 B.90 11、传感器的精度表征了给出值与 ( B ) 相符合的程度A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性， 是指当传感器输入、 输出不随 ( A ) 变化时，其输出 - 输入的特性。A. 时间13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持（C ） 关系 的一种度量。A.相等 B. 相似 C.理想比例D.近似比例14、回程误差表明的是在（C ） 期间输出-输入特性曲线不重 合的程度。A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量 15、已知某温度传感器为时间常数 =3秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的三分之一所需的时间为（C ）秒A. 3B .1 C . 1.2 D .1/3二、多项选择题1. 阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（ ABC ）A.上升时间B.响应时间C.超调量2. 动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态 响应的方法是：（BCD ）B.频率响应函数 C.传递函数 D.脉冲响应函数3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（ABCD ）。A.迟滞B.重复性C.线性度D.灵敏度4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（ABCD ）A.灵敏度B.非线性度 C.回程误差D.重复性5. 般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有:（ABD ）A.端点线性B.独立线性 D.最小二乘线性三、填空题1、灵敏度是传感器在稳态下输出量变化对输入量变化 的比值。2、系统灵敏度越_高_，就越容易受到外界干扰的影响，系统的 稳定性就越_差_。3、漂移是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化 的现象。4、 要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为_常数，相频 特性应为_线性_。5、 传感器的灵敏度是指在稳态信号下输出量变化对输入量变 化的比值 。6、衡量传感器的静态特性的指标包含线性度、灵敏度、迟滞、 重复性和漂移_。7、一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和动态特性，才 能完成信号无失真的转换。8传感器的动态特性是指传感器测量动态信号时，传感器输出 反映被测量的大小和波形变化的能力。研究传感器的动态特性有两种方法：_时域的阶跃响应法和 _频率响应法。9、阶跃响应特性是指在输入为阶跃函数时，传感器的输出随时 间的变化特性。常用响应曲线的上升时间、响应时间、超调量 等参数作为评定指标。10、频率响应特性是指将频率不同而幅值相等的正弦信号时间 输入传感器，其输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系。 频率响应特性常用的评定指标是通频带、时间常数、固有频率。11、 某位移传感器，当输入量变化5mm寸，输出电压变化300mv,其灵敏度为60mv/mm。12、 某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在t=0时，输出为10mV t 时，输出为100mV 在t=5s时，输出为50mV则该传感器的时间常数为：s 。13、 已知某一阶压力传感器的时间常数为0.5s，若阶跃输入压力从25MPa变到5MPa则二倍时间常数时的输出压力为7.7MPa。14、 某测力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000H z,阻尼比为临界值的50%当用它测量500Hz的正弦交变力时，其输出与输入幅值比和相位差分别为： 4/ 13 及四、简答题1、 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式 表征这些性能指标？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。传感器的静态特性的性能指标主要有： 线性度：非线性误差L = -Lmax 100%Yfs 灵敏度：Sn = dydx 迟滞：H = H max 100%Yfs 重复性：rRmax 100%Y fs 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的 现象。2、 什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？ 答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输 出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？答：传感器的静特性是当其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、重复性、 分辨力、 稳定性、温度稳定性、 各种抗干扰稳定性等。 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。 通常人们 根据传感器的静特性来选择合适的传感器。4、什么是传感器的基本特性 ?传感器的基本特性主要包括哪两大 类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。（ 要求每种特性至少列出 2 种常用指标 ） 答：传感器的基本特性是指传感器的输入- 输出关系特性。传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。 其中， 静态特 性是指传感器在稳态信号作用下的输入 - 输出关系，描述指标有： 线性度（非线性误差） 、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特 性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输 出对随时间变化的输入量的响应特性， 主要描述指标有： 时间常 数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频 特性和相频特性。五、计算题1、用某一阶环节的传感器测量 100Hz 的正弦信号，如要求幅值 误差限制在 5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量 50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？1、解：一阶传感器频率响应特性：H（j小斤百幅频特性：(J = -arctan( .)1由题意有：AC ） -仁5%，即J1 +心)25%2 ：.3又2 o. f = 200 ：.T所以：0.0输入信号的拉氏变换为:X(s275 又晋t2珂1(os 1)t2S =ti(s)H(s)3 亠 t1 (s)s+14800.5rad / s 二 50rad / s0.01动态误差& 二y(480) _275 =_275er可=5.04 (C)6、若一阶传感器的时间常数为0.01s，传感器响应的幅值百分误差在10%范围内，此时，、最高值达0.5，试求此时输入信 号的工作频率范围。6、解：传感器响应的幅值百分误差在 10%范围内即相当于幅值 比应大于0.乙 可用、=0. 5来确定输入信号工作频率范围的 上限。因而得出上限频率为：50f Hz =8Hz2 -可知：所求工作频率范围为 08Hz。7、设一力传感器可以简化成典型的质量-弹簧-阻尼二阶系统， 巳知该传感器的固有频率为f0 =1000Hz，若其阻尼比为上=0.7，试 问用它测量频率为600Hz的正弦交变力时，其输出与输入幅值比 A()和相位差()各为多少。7、解:A(j )= 0.95600 I2 0.71000 丿二-52.711000 丿8通过某检测装置测得的一组输入输出数据如下表所示。试用 最小二乘法拟合直线，并求其线性度和灵敏度8解：设拟合直线方程为y = a0a1x由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有:(A A)-2.24.115.8BO 一AA =1|1 241010304 =_1A11AAA21A111J1【23411 ih411J1234T：0_ 4 10|10 30方程有解A12 I 1A222.21 4.145.80 一30-10 _ 1.5-0.520ILT04 -0.50.2二如159.8x1234y2.24.15.88.0十）隊。02a0 = 0.25斜0.95a1 =1.91 输入 x： 1234输出 y: 2.2 4.15.88.0理论值 2.16 4.075.987.89乩=y-W： 0.04 0.030.180.11Lmax = 18二非线性误差为：LLmax 100% = 一018 100% = _2.25%Yfs8灵敏度为:&=史=1.91dx9、 试求下列一组数据的各种线性度： 端点线性度； 最小二乘线性度。x12345y2.204.005.987.9010.109、解：端点线性度：设拟合直线为：y = kx b，根据两个端点(1,2.20)和(5,10.10)，则拟合直线斜率k =31=巴归型=1.975x25 -11.975 1 b =2.20b = 0.225x12345y实际2.204.005.987.9010.10y理论2.204.1756.158.12510.10 =y实际-y0-0.175-0.17-0.2250理论二端点拟合直线为y =1.975x 0.225Lmax = 一0.225l =-Lmax100%yFS二 0225 100% = 2.23%10.10最小二乘线性度:设拟合直线方程为y=a0a1xAA11由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有:4.001 2L =5.98,A =1 37.901 4-0.10一i i1 5 一2.2011155 15J5 55一方程有解515A A =15 55ALr 4.0011115.985-7.9030.18*10.24 一1A|1A|21 _55-151_ 1.1-0.3丽 1A22 一一50-155-0.30.1 一(A A)2.2030.18 _ 0.126.10.10X=(AAFaL= 1.1_0.3-0.30.1110.24 一 1.97一 Lmax-0.124a0 = 0.126，a 1.97拟合直线为y =0.126+1.97x输入x : 12345输出y :2.204.005.987.9010.10理论值?:2.0964.0666.0368.0069.976也L =y - ?: 0.1040.0660.056 0.1060.124非线性误差为:AL0 124L怛 100%100% =1.23%Yfs10.1010、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差(一组测试数据如下表示)。各千口1 rr输俞出电压(mV)行程输入压刀2.0190.9191.1191.34.0382.8383.2383.56.0575.8576.1576.68.0769.4769.8770.410.0963.9964.6965.210.0964.4965.1965.78.0770.6771.0771.46.0577.3577.4578.44.0384.1384.2384.720191.6191.6192.010、解：迟滞误差：/迟滞误差H h如100%2 yFsA第一次测量：由所给数据可得：Hmax =1.5 , 丫尸$ = 964.4,1 Hmax 100% = 100% = 0.08%2 yFs2 964.4B第二次测量：由所给数据可得Hmax =1.3 , YFS = 965.1,1 Hmax 100% =1 1.3100% =0.07%2 yFS2 965.1C第三次测量：由所给数据可得.)Hmax=1.8 , yFS1 AHi i 8H3max 100%100%r：0.09%2 yFS2 965.7重复性误差：由所给数据可得，正行程：Rmax =1.3，反行程： Hmax 3二：Rmax =max( :Rjmax，Emax) =3又 yFS =965.7二重复性误差R二-1Rmax 100% = _丄 100%-965.7 ,0.13%yFs965.7