传感器原理与工程应用复习题参考答案1

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《传感器原理及工程应用》习题答案

第1章 传感与检测技术的理论基础(P26)

1-3 用测量围为-50~150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时,传感器测得示值为142kPa ,求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解:

已知: 真值L = 140kPa 测量值 x =142kPa 测量上限=150kPa 测量下限=-50kPa

∴ 绝对误差

Δ=x-L=142-140=2(kPa) 实际相对误差

%=

=43.1140

2

≈∆L δ 标称相对误差

%=

=41.1142

2

≈∆x δ引用误差 %--=测量上限-测量下限=

1)50(1502≈∆γ

1-10 对某节流元件(孔板)开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量,测量数据如下(单位:mm ): 120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40

试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差,并写出其测量结果。 解:

对测量数据列表如下:

当n =15时,若取置信概率P =0.95,查表可得格拉布斯系数G =2.41。 则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-,

所以7d 为粗大误差数据,应当剔除。然后重新计算平均值和标准偏差。 当n =14时,若取置信概率P =0.95,查表可得格拉布斯系数G =2.37。

则 20 2.370.01610.0382()d i G mm v σ=⨯=>,所以其他14个测量值中没有坏值。 计算算术平均值的标准偏差

20

0.0043()d mm σσ=

=

= 20

330.00430.013()d mm σ=⨯=

所以,测量结果为:20(120.4110.013)()(99.73%)d mm P =±=

1-14 交流电路的电抗数值方程为

C

L X ωω1-

= 当角频率Hz 51=ω,测得电抗1X 为Ω8.0;当角频率Hz 22=ω,测得电抗2X 为Ω2.0; 当角频率Hz 13=ω,测得电抗3X 为Ω-3.0。试用最小二乘法求电感L 、电容C 的值。 解法1:

1L C

ωωX =-

,设x L =,1

y C =-,则:

10.85510.2220.3x y x y x y ⎫

=+

⎪⎪⎪

=+⎬⎪

-=+⎪

⎪⎭

所以,系数矩阵为15512

211A ⎡⎤

⎢⎥⎢

⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣

, 直接测得值矩阵为0.80.20.3L ⎡⎤

⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎣⎦

, 最小二乘法的最佳估计值矩阵为1ˆ()x X A A A L y -⎡⎤

''==⎢⎥

⎣⎦

。 其中,15552130

3123 1.29211

1115

2A A ⎡⎤

⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢

⎥⎡⎤⎢⎥'==⎢

⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦

⎢⎥⎣⎦

30330 1.293329.003

1.29

A A '=

=⨯-⨯=≠ 所以,11211

12

22 1.2931

1()33029.7A A A A A A A A

--⎡⎤⎡⎤

'=

=⎢⎥⎢⎥'-⎣⎦

⎣⎦ 5210.8 4.10.20.04110.3152A L ⎡

⎢⎥⎡⎤

⎢⎥⎡⎤⎢⎥

'==⎢

⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎢⎥⎢⎥-⎣

⎦⎢⎥⎣⎦

所以ˆx X y ⎡⎤

==

⎢⎥⎣⎦ 1.293133029.7-⎡⎤⎢⎥-⎣⎦ 4.10.04⎡⎤⎢⎥-⎣⎦=0.1820.455⎡⎤

⎢⎥-⎣

所以, 0.182L x H ==

11 2.2()0.455

C F y =-

=-=- 解法2:

1L C

ωωX =-

,设x L =,1

y C =-,则:

10.85510.2220.3x y x y x y ⎫

=+

⎪⎪⎪

=+⎬⎪

-=+⎪

⎪⎭

所以,系数矩阵为11

12212231

321551221

1a a A a a a a ⎡⎤

⎢⎥⎡⎤⎢

⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣

, 则,由(1-39)式决定的正规方程为

[][][][][][]

1112121222a a x a a y a l a a x a a y a l ⎧+=⎪⎨

+=⎪⎩ 其中, []2221111112121313152130a a a a a a a a =++=++= []1211122122313211

5211352

a a a a a a a a =++=⨯

+⨯+⨯=

[]211211222132313a a a a a a a a =++=

[]2

2

2

22121222223232111 1.2952a a a a a a a a ⎛⎫⎛⎫=++=++= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

[]111121231350.820.21(0.3) 4.1a l a l a l a l =++=⨯+⨯+⨯-=

[]212122232311

0.80.21(0.3)0.0452

a l a l a l a l =++=

⨯+⨯+⨯-=- 所以,303 4.13 1.290.04x y x y +=⎧⎨

+=-⎩ 所以,0.18

0.455

x y =⎧⎨=-⎩

所以, 0.182L x H == 1

2.2C F y

=-= 第2章 传感器概述(P38)

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