传感器重点内容作业题答案

则：，经判断无坏值。
7计算算术平均值的标准差：
8测量结果：Pa=0.9973
1-13 测量某电路的电流I=22.5mA，电压U=12.6V，标准差分别为σI=0.5mA,σU=0.1V，求所耗功率P=UI及其标准差。
解：
所以所耗功率283.5mW，标准差6.69mW。
2-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？
4测量结果：Pa=0.9973
解2：
5求算术平均值及标准差：（同解1）
6判断有无粗大误差
用格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.70。
则：
数据120.30标准差超出，所以剔除。剔除后剩余14个数据计算：
，
用格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.66。
1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作用是：
（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；
（2）转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分；
固有频率ωn：二阶传感器的固有频率ωn表征其动态特性；
相位误差：在工作频带范围内，传感器的实际输出与所希望的无失真输出间的相位差值，即为相位误差；
跟随角Φ0.707:当ω=ω0.707时，对应于相频特性上的相角，即为跟随角。
3-1 什么叫应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
解1：
1求算术平均值及标准差
，
2判断有无粗大误差
用格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2所以剔除。剔除后剩余14个数据计算：
，
用格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.37。
则：，经判断无坏值。
3计算算术平均值的标准差：
（4）重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值ΔRmax计算，即
或
（5）漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为20℃）时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示，即
3、性能指标是：
（1）传感器的时域动态性能指标
时间常数τ：一阶传感器输出上升到稳态值的63.2%所需的时间，称为时间常数；
延迟时间td：传感器输出达到稳态值的50%所需的时间；
上升时间tr：传感器输出达到稳态值的90%所需的时间；
峰值时间tp：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间；
超调量σ：二阶传感器输出超过稳态值的最大值；
1、所谓应变效应是指金属导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为电阻应变效应。
2、半导体材料的电阻率ρ随作用应力的变化而发生变化的现象称为压阻效应。
3、应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量得大小。
（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等；
（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。
4、最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m是敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。
（2）线性度：传感器的线性度是指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔLmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性误差，用γL表示，即
（3）迟滞：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。用γH表示，迟滞误差又称为回差或变差。即：
2-3 什么是传感器的动态特性？它有哪几种分析方法？它们各有哪些性能指标？
1、动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
2、研究动态特性的方法有两种：时域法和频域法。在时域内研究动态特性采用瞬态响应法。输入的时间函数为阶跃函数、脉冲函数、斜坡函数，工程上常输入标准信号为阶跃函数；在频域内研究动态特性采用频率响应法，输入的标准函数为正弦函数。
2-2 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些性能指标的含义。
1、传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。
2、静态特性性能指标包括：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和漂移等。
3、性能指标：
（1）灵敏度：输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，即
衰减比d：衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。
（2）频率响应特性指标
通频带ω0.707：传感器在对数幅频特性曲线上幅值衰减3 dB时所对应的频率范围；
工作频带ω0.95（或ω0.90）：当传感器的幅值误差为±5%（或±10%）时其增益保持在一定值内的频率范围；
时间常数τ：用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。τ越小，频带越宽；
3-2 试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿方法。
1、由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。
1-10对某节流元件开孔直径d20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。