传感器原理及应用作业课件.ppt

1、传感器原理及应用 Principles and Applications of Sensors主讲：王殿生 教授第二章第二章作 业第二版教材第二版教材39-4039-40页：页：2-42-4，2-52-5第三版教材第三版教材38-3938-39页：页：2-42-4，2-52-5某压力传感器测试数据如表某压力传感器测试数据如表2-12-1所示，计算非线性误差、迟滞和所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。重复性误差。一、一、2-42-4第二章 作业表表2-1 2-1 压力传感器测试数据压力传感器测试数据压力压力/MPa输出值输出值/mV第一循环第一循环第二循环第二循环第三循环第三循环正行程正行程

2、反行程反行程正行程正行程反行程反行程正行程正行程反行程反行程0-2.73-2.71-2.71-2.68-2.68-2.690.020.560.660.610.680.640.690.043.964.063.994.094.034.110.067.407.497.437.537.457.520.0810.8810.9510.8910.9310.9410.990.1014.4214.4214.4714.4714.4614.46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2-22-2所示。所示。解：解：2-42-4第二章 作业第一循环第一循环第二循

3、环第二循环第三循环第三循环正行程正行程反行程反行程正行程正行程反行程反行程正行程正行程反行程反行程y=171.64xy=171.64x-2.8338-2.8338y=171.36xy=171.36x-2.7562-2.7562y=171.69xy=171.69x-2.8043-2.8043y=171.34xy=171.34x-2.7305-2.7305y=171.46xy=171.46x-2.7662-2.7662y=171.51xy=171.51x-2.729-2.729-0.104-0.104-0.046-0.046-0.094-0.094-0.050-0.050-0.086-0.086-

4、0.039-0.0390.0390.0390.0110.0110.0200.0200.0160.0160.0230.0230.0110.0110.0720.0720.0380.0380.0730.0730.0330.0330.0620.0620.0210.0210.0650.0650.0350.0350.0670.0670.0200.0200.0710.0710.0420.0420.0170.0170.0030.0030.0410.0410.0470.0470.0110.0110.0020.002-0.090-0.090-0.040-0.040-0.105-0.105-0.066-0.066-

5、0.080-0.080-0.038-0.038表表2-2 2-2 最小二乘法拟合公式及对应误差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反行程误差值见表2-32-3。解：解：2-42-4第二章 作业表表2-3 2-3 计算迟滞和重复性误差的各类误差值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0.050.03-0.02-0.030.010.080.03-0.10-0.07-0.050.070.05-0.10-0.10-0.080.050.04-0.

6、09-0.10-0.07（1 1）非线性误差即线性度）非线性误差即线性度 解：解：2-42-4第二章 作业%7.0%10042.14104.0max1FSLYL%3.0%10042.14046.0max2FSLYL%7.0%10047.14105.0max3FSLYL%5.0%10047.14066.0max4FSLYL%6.0%10046.14086.0max5FSLYL%3.0%10046.14042.0max6FSLYL估计误差一般取最大值，因此非线性误差可取为估计误差一般取最大值，因此非线性误差可取为0.7%0.7%。（2 2）迟滞）迟滞 解：解：2-42-4第二章 作业%7.0%10

7、042.1410.0max1FSHYH%7.0%10047.1410.0max2FSHYH%6.0%10046.1408.0max3FSHYH估计误差一般取最大值，因此迟滞误差可取为估计误差一般取最大值，因此迟滞误差可取为0.7%0.7%。（3 3）重复性误差）重复性误差 解：解：2-42-4第二章 作业%6.0%10045.1408.0max1FSRYR%3.0%10045.1405.0max2FSRYR估计误差一般取最大值，因此重复性误差可取为估计误差一般取最大值，因此重复性误差可取为0.6%0.6%。当被测介质温度为当被测介质温度为t1、测量传感器示值为测量传感器示值为t2时，时，有下列

8、方程成立有下列方程成立二、二、2-52-5第二章 作业ddttt2021当被测介质温度从当被测介质温度从为为25突然变化到突然变化到300时，测量传感器的时间时，测量传感器的时间常数，试确定经过常数，试确定经过350s后后的动态误差。的动态误差。解：解：2-52-522102021dtttdddttt25ln)ln(121025210252210022tttttdtttdtt0)25(112ettt当当t1突然变化到突然变化到300经过经过350s后后t2为为解：解：2-52-5第二章 作业（）285)25300(300)25(1203501120eettt因此动态误差为因此动态误差为%5%1

9、00300285300350s第三章第三章作 业第二版教材第二版教材61-6261-62页：页：3-53-5，3-63-6第三版教材第三版教材60-6160-61页：页：3-53-5，3-63-6题题3-5图为一直流应变电桥，图中图为一直流应变电桥，图中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，试求：，试求：（1）R1为金属应变片，其余为外接为金属应变片，其余为外接电阻，当电阻，当R1的增量为的增量为R1=1.2时，电桥时，电桥输出电压输出电压Uo=？（2）R1、R2都是应变片，且批号都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，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

10、电压其余为外接电阻，电桥输出电压Uo=？（3）R1、R2都是应变片，且批号都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为相同，感应应变的大小为R1=R2=1.2，但极性相反，其余为外接电阻，但极性相反，其余为外接电阻，电桥输出电压电桥输出电压Uo=？一、一、3-53-5第三章 作业B R 1 R 2 R 4 R 3 A C E D U o 题 3-5 图（1 1）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为）设负载电阻为无穷大即开路，不平衡电桥输出电压为 解：解：3-53-5第三章 作业）（mV10)11)(11202.11(11202.14)1)(1(3412113411433211110ERR

11、RRRRRRRRRRRRRRRREU解：解：3-53-5第三章 作业（2）当）当R1、R2为相同应变片、且感应应变的极性和大小都相为相同应变片、且感应应变的极性和大小都相同时，电桥处于平衡状态，输出电压为同时，电桥处于平衡状态，输出电压为0。或。或0 4332211110RRRRRRRRREU）（）（3）当）当R1受拉应变、受拉应变、R2受压应变时受压应变时）（）（）（mV201202.1242 114332211110RRERRRRRRRRREU当当R1受压应变、受压应变、R2受拉应变时受拉应变时）（）（）（mV201202.1242 114332211110RRERRRRRRRRREU题题

12、3-6图为等强度梁测力系统，图为等强度梁测力系统，R1为 电 阻 应 变 片，应 变 片 灵 敏 度 系 数为 电 阻 应 变 片，应 变 片 灵 敏 度 系 数K=2.05，未受到应变时，未受到应变时，R1=120。当。当试件受力试件受力F时，应变片承受平均应变时，应变片承受平均应变=800m/m。试求：。试求：（1）应变片的电阻变化量）应变片的电阻变化量R1和电和电阻相对变化量阻相对变化量R1/R1。（2）将电阻应变片）将电阻应变片R1置于单臂测量置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流电桥，电桥电源电压为直流3V，电桥输，电桥输出的电压及其非线性误差。出的电压及其非线性误差。（3）若要减小非

13、线性误差，应采取）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何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。性误差大小。二、二、3-63-6第三章 作业题题3-6图图（1）应变片灵敏度）应变片灵敏度系数为系数为 解：解：3-63-6第三章 作业RRK/因此有因此有36111064.11080005.2/KRR）（1968.01201080005.261RKR（2）电阻应变片）电阻应变片R1置于单臂测量置于单臂测量电桥，电桥输出电压为电桥，电桥输出电压为 11234121134110)1()1)(1(RRnnEERRRRRRRRRRU当当n=1时时）（mV23.1411064.1

14、3)1(31120RRnnEU（2 2）电桥线性近似输出和）电桥线性近似输出和实际非线性输出分别为实际非线性输出分别为 解：解：3-63-6第三章 作业1120)1(RRnnEUERRRRRRRRRRU)1)(1(34121134110则非线性误差为则非线性误差为 11110001RRnRRUUUL当当n=1n=1时，非线性误差为时，非线性误差为%08.01064.1111064.11331111000RRnRRUUUL（3 3）减小非线性误差的方法）减小非线性误差的方法 提高桥臂比提高桥臂比非线性误差减小；但由电桥电压非线性误差减小；但由电桥电压灵敏度灵敏度 将降低，要使灵敏度不降低，将降低

15、，要使灵敏度不降低，必须相应地提高供电电压，电压的提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。高受到应变片允许功耗的限制。解：解：3-63-6第三章 作业11110001RRnRRUUUL 采用差动电桥采用差动电桥半差动电桥输出电压为半差动电桥输出电压为电桥输出电压和非线性误差电桥输出电压和非线性误差 1120)1(RRnnEU11021RREU全差动电桥输出电压为全差动电桥输出电压为110RREU半差动和全差动电桥电半差动和全差动电桥电路都没有非线性误差，还具路都没有非线性误差，还具有温度补偿作用。有温度补偿作用。第四章第四章作 业第二版教材第二版教材86-8786-87页

16、：页：练习题：练习题：4-24-2，4-44-4，4-94-9第三版教材第三版教材84-8584-85页：页：练习题：练习题：4-24-2，4-44-4，4-104-10第五章第五章作 业第二版教材第二版教材102102页：页：5-45-4，5-55-5，5-75-7（练习题）（练习题）第三版教材第三版教材99-10099-100页：页：5-45-4，5-55-5，5-95-9（练习题）（练习题）如题如题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，其中器，其中a=8mm，b=12mm，两极板间距为，两极板间距为1mm。一块极板在原始

17、。一块极板在原始位置上平移了位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度后，求该传感器的位移灵敏度K。一、一、5-45-4第五章 作业解：解：5-45-4（1）当一块极板沿长度）当一块极板沿长度b方向在方向在原始位置上平移原始位置上平移 0.85(PF)104104210611108.8543331200dACr，第五章 作业解：解：5-45-4（1）bbCC01)3.33(m810211b1bC/CK1-3011，（2）当一块极板沿宽度）当一块极板沿宽度a方向在方向在原始位置上平移原始位置上平移aaCC02)(m2511081a1aC/CK1-3022，题题5-5图为电容式传感器的双图为电容

18、式传感器的双T电桥测量电路，已知电桥测量电路，已知R1=R2=R=40k，RL=20k，E=10V，f=1MHz，C0=10pF，C1=10pF，C1=1pF。求。求UL的表达的表达式及对应上述已知参数的式及对应上述已知参数的UL值。值。二、二、5-55-5第五章 作业双双T电桥测量电路输出电压电桥测量电路输出电压 解：解：5-55-5)()()2()(01201CCEfRRRRRRCCEfMULLLL)(18.0)101(10101020)2040()20240(40)()()2(126322VCEfRRRRRRULLLL第六章第六章作 业第二版教材第二版教材113113页：页：练习题：练习

19、题：6-16-1，6-46-4，6-56-5第三版教材第三版教材111111页：页：练习题：练习题：6-16-1，6-46-4，6-56-5第七章第七章作 业第二版教材第二版教材126-127126-127页：页：练习题：练习题：7-57-5，7-67-6，7-9 7-9 第三版教材第三版教材124124页：页：练习题：练习题：7-57-5，7-67-6，7-9 7-9 要进行两个电压要进行两个电压U1、U2的乘法运算，若采用霍尔元件作为运算的乘法运算，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。器，请提出设计方案，并画出测量系统的原理图。一、一、7-97-9第七章 作业

20、解：解：7-97-9基本设计思路：基本设计思路：利用霍尔元件的输出电压利用霍尔元件的输出电压UH与外加磁场与外加磁场B和控制和控制电流电流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。运算器方面的基本应用。（1）电流乘法器）电流乘法器霍尔元件的输出电压霍尔元件的输出电压UHI1B，外加磁场可由电流，外加磁场可由电流I2产生产生BI2，则有则有UHI1I2，因此霍尔元件可作为电流乘法器。，因此霍尔元件可作为电流乘法器。（2）电压乘法器）电压乘法器I1和和I2由电压由电压U1和和U2产生，则有产生，则有UHU1U

21、2，因此霍尔元件可作为，因此霍尔元件可作为电压乘法器电压乘法器第八章第八章作 业第二版教材第二版教材152页：页：练习题：练习题：8-2，8-3，8-6，8-7第三版教材第三版教材148149页：页：练习题：练习题：8-2，8-3，8-6，8-7第九章第九章作 业第二版教材第二版教材168168页：页：练习题：练习题：9-19-1，9-39-3，9-49-4第三版教材第三版教材165165页：页：练习题：练习题：9-19-1，9-39-3，9-49-4第十章第十章作 业第二版教材：第二版教材：练习题：练习题：175175页，页，10-110-1，10-410-4 182182页，页，11-111-1，11-311-3 195195页，页，12-112-1，12-312-3，12-612-6第三版教材：第三版教材：练习题：练习题：172172页，页，10-110-1，10-410-4 180180页，页，11-111-1，11-311-3 195195页，页，12-112-1，12-312-3，12-612-6期末考试安排期末考试安排考试通知考试时间：考试时间：17周星期一（周星期一（12.20），），16:0018:00考试地点：考试地点：四教四教4102答疑时间地点：答疑时间地点：17周星期日全天和一上午，物理楼周星期日全天和一上午，物理楼221全部结束全部结束谢谢合作！