北林 传感器技术 期末考试

K
=
DR / e
R
=
2
2、根据下图推导公式：
解：设流过 R1 、 R2 、 R3 、 R4 的电流分别为： I1 、 I2 、 I3 、 I4
由基尔霍夫定律得：
Ig = I2 − I1
①
Ig = I3 − I4
②
E = I1R1 + I2 R2
③
E = I3R3 + I4 R4
④
Ig Rg = I4 R4 − I2 R2
∴ 该仪表不不合格
4
第二章 应变式传感器
Part I 填空、选择
一、金属应变片式传感器 1、核心元件
金属应变片式传感器的核心元件是 金属应变片 ，将试件的 应变(形变) 转 化成 电阻 的变化。 2、金属应变片式传感器的优缺点 <1>优点
① 精度高，测量范围广 ② 频率响应特性好 ③ 结构简单，尺寸小，质量轻。 <2>缺点 ① 大应变时存在明显非线性； ② 输出信号弱，抗干扰能力差； ③ 测量仅局限于应变片部位，周围情况不能表达。
三、温度的影响： ①应变片的电阻丝具有一定温度系数； ②电阻线材料与试件材料线膨胀系数不同。
四、温度补偿方法： ①单丝自补偿应变片 ②双丝组合式自补偿应变片 ③电路补偿法：用两个相同的应变片，一个工作片，一个补偿片
5
Part II 简答、计算
1、将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S=0.5×10-4m2， 弹性模量正E=2×1011N／m2，若有F=5×104N的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试
4、相关概念 <1>线：用一定精度的校准设备，对传感器进行多次测试，即可得到
一组（输出/输入）数据 。将这些散点数据列成表格，再画出各被测量值
（正行程和反行程）对应输出平均值的连线，即为传感器的 静态校准曲线 。
二、 线性度 1、定义：校准曲线与拟合直线间 最大偏差 与 满量程 （F·S）输出值的百 分比称为 线性度 。 2、非线性误差是以一定的 拟合直线 或者理想直线为基准直线算出来的。 3、拟合直线方法
四、精确度
1、精密度δ：描述测量结果的 分散性 。
2、正确度ε：描述测量结果 偏离真值大小的程度 。
3、精确度τ： 精密度 与 正确度 两者之和，即 测量的综合优良程度 。
4、精确度等级A：传感器
最大误差
与
测量范围的百分比，即
A
=
DA YF ×S
´100%
五、迟滞 1、定义：
在相同工作条件下，对应同一输入量程往返测量，其 正行程 和 反行程 输出值间出现偏差。 2、表示：用 最大偏差 与 满量程 百分比表示。 3、迟滞现象反映了传感器 机械结构 和 制造工艺上 的缺陷。
⑤
由①③得
E
=
(I2
−
Ig )R1
+
I2 R2 ，即：
I2
=
E + Ig R1 R1 + R2
⑥
由②④得 E
=
(I4
+
Ig )R3
+
I4 R4
，即：
I4
=
E + Ig R3 R3 + R4
⑦
将⑥⑦带入⑤并且移项得：
6
第三章 电容式传感器
Part I 填空、选择
A
DA
YF×S

;
解：依题意， A = 0.5% ， YFiS = (1200 − 600)!C 由精度定义表达式得： 最大绝对误差： ΔA = AYFiS = 0.5% × (1200 − 600) = 3!C
∵ 检验时发现某点最大大绝对误差为4℃＞3℃
六、重复性 1、定义
在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续 变动多次 所 得特性曲线的 不一致性 。 2、表示：用各测量值正、反量程 标准偏差 最大值的2倍或3倍与满量程的百分 比表示。
七、零点漂移 指传感器 无输入 （或某一输入值不变）时， 每隔一段时间 进行读数，
其输出 偏离零值 ，即零点漂移。
①端基法：以 校准曲线 的 零点 输出和 满量程 输出值连成直线。
ån
②最小二乘法：使 D2i 为 最小值
i =1
2
三、 灵敏度 1、定义
指到达稳定工作状态时， 输出 变化量与 输入 变化量之比。校准曲线 的 斜率 就是静态灵敏度 K 2、非线性传感器的灵敏度：其数值等于所对应的最小二乘法 拟合直线的斜率
二、金属丝和薄板应变片 1、金属丝：将试件上的 应变 转化成 电阻 变化。
电阻变化 与 轴向应变 之间存在 线性 关系 2、金属栅： <1>既受轴向应变影响，又受横向应变影响，称为 横向效应 。 <2>对敏感栅材料的要求：
①电阻温度系数小； ②抗氧化，耐腐蚀； ③较大应变灵敏系数，且为常数（稳定性好）； ④高而稳定的电阻率，便于造小栅长应变片
求该应变片的灵敏度系数?
【公式】
电阻相对变化量：
ΔR R
=
KSε
（
KS
为应变片灵敏度系数）
应变： ε = σ E
应力：σ = F S
解：由题意得应变片电阻相对变化量
DR R
=
1 100
根据材料力学理论可知：应变 ε = σ (σ为试件所受应力，σ = F )
E
S
故应变： e
=
F S·E
=
0.005
应变片灵敏度系数：
八、温漂 温漂表示 温度变化 时，传感器输出值的偏离程度。
3
Part II 简答、计算
1、一一台精度等级为 0.5 级、量量程范围为 600～1200℃的温度测量量仪表，它允许的最大大绝
对误差为多大大?检验时发现某点最大大绝对误差为 4℃，问该仪表是否合格?
【公式】
精度：
A
=
DA YF ×S
´100%
2、传感器的七个静态特性
①线性度 ②灵敏度
③精确度 ④迟滞
⑤重复性 ⑥零点漂移 ⑦温漂
3、输出和输入量的关系
<1>多项式：
<2>分类 ①理想线性： Y = a1X ②奇次阶项： Y = a1X + a2 X 3 + a3 X 5 +…… （近似线性） ③偶次阶项： Y = a1X + a2 X 2 + a3 X 4 +…… ④奇、偶次介项： Y = a1X + a2 X 2 + a3 X 3 + a3 X 4 +……
传感器技术
考试题型： 填空：（PPT 的红字部分） 单选：（PPT 的红字部分） 简答：（作业和例题） 计算：（作业和例题）
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【传感器部分】
第一章 传感器的一般特性
Part I 填空、选择
一、 传感器的静态特性
1、定义：传感器在被测量的各个值处于 稳定状态 时，输出量和输入量之间的
关系称为 静态特性 。