传感器原理及应用-作业.ppt

物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用 Principles and Applications of Sensors主讲：王殿生 教授物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第二章第二章作 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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用某某压压力力传传感感器器测测试试数数据据如如表表2-12-1所所示示，计计算算非非线线性性误误差差、迟迟滞滞和和重复性误差。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压力力/MPa输输出出值值/mV第一循第一循环环第二循第二循环环第三循第三循环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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用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-2.729-2.729-0.104-0.104-0.046-0.046-0.094-0.094-0.050-0.050-0.086-0.086-0.039-0.0390.0390.0390.0110.0110.0200.0200.0160.0160.0230.0230.0110.0110.0720.0720.0380.0380.0730.0730.0330.0330.0620.0620.0210.0210.0650.0650.0350.0350.0670.0670.0200.0200.0710.0710.0420.0420.0170.0170.0030.0030.0410.0410.0470.0470.0110.0110.0020.002-0.090-0.090-0.040-0.040-0.105-0.105-0.066-0.066-0.080-0.080-0.038-0.038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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用各各测测量量点点正正行行程程误误差差绝绝对对值值和和反反行行程程误误差差绝绝对对值值的的最最大大值值以以及及正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0.050.03-0.02-0.030.010.080.03-0.10-0.07-0.050.070.05-0.10-0.10-0.080.050.04-0.09-0.10-0.070.060.04-0.07-0.04-0.050.050.05000物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（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%。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（2 2）迟滞）迟滞 解：解：2-42-4第二章 作业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%。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（3 3）重复性误差）重复性误差 解：解：2-42-4第二章 作业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%。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用当当被被测测介介质质温温度度为为t1、测测量量传传感感器器示示值值为为t2时时，有下列方程成立有下列方程成立二、二、2-52-5第二章 作业当当被被测测介介质质温温度度从从为为25突突然然变变化化到到300时时，测测量量传传感感器器的的时时间间常常数数，试试确确定定经经过过350s后后的动态误差。的动态误差。解：解：2-52-5物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用当当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 作业因此动态误差为因此动态误差为物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第三章第三章作 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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用题题3-5图图为为一一直直流流应应变变电电桥桥，图图中中E=4V，R1=R2=R3=R4=120，试求：，试求：（1）R1为为金金属属应应变变片片，其其余余为为外外接接电电阻阻，当当R1的的增增量量为为R1=1.2时时，电电桥桥输出电压输出电压Uo=？（2）R1、R2都都是是应应变变片片，且且批批号号相相同同，感感应应应应变变的的极极性性和和大大小小都都相相同同，其其余为外接电阻，电桥输出电压余为外接电阻，电桥输出电压Uo=？（3）R1、R2都都是是应应变变片片，且且批批号号相相同同，感感应应应应变变的的大大小小为为R1=R2=1.2，但但极极性性相相反反，其其余余为为外外接接电电阻阻，电电桥桥输出电压输出电压Uo=？一、一、3-53-5第三章 作业物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（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 作业物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用解：解：3-53-5第三章 作业（2）当当R1、R2为为相相同同应应变变片片、且且感感应应应应变变的的极极性性和和大大小小都都相相同时，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（3）当）当R1受拉应变、受拉应变、R2受压应变时受压应变时当当R1受压应变、受压应变、R2受拉应变时受拉应变时物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用题题3-6图图为为等等强强度度梁梁测测力力系系统统，R1为为电电阻阻应应变变片片，应应变变片片灵灵敏敏度度系系数数K=2.05，未未受受到到应应变变时时，R1=120。当当试试件件受受力力F时时，应应变变片片承承受受平平均均应应变变=800m/m。试求：。试求：（1）应应变变片片的的电电阻阻变变化化量量R1和和电电阻相对变化量阻相对变化量R1/R1。（2）将将电电阻阻应应变变片片R1置置于于单单臂臂测测量量电电桥桥，电电桥桥电电源源电电压压为为直直流流3V，电电桥桥输输出的电压及其非线性误差。出的电压及其非线性误差。（3）若若要要减减小小非非线线性性误误差差，应应采采取取何何种种措措施施？分分析析其其电电桥桥输输出出电电压压及及非非线线性误差大小。性误差大小。二、二、3-63-6第三章 作业题题3-6图图物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（1）应应变变片片灵灵敏敏度度系数为系数为 解：解：3-63-6第三章 作业因此有因此有（2）电电阻阻应应变变片片R1置置于于单单臂臂测测量量电桥，电桥输出电压为电桥，电桥输出电压为 当当n=1时时 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（2 2）电电桥桥线线性性近近似似输输出出和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 作业则非线性误差为则非线性误差为 当当n=1n=1时，非线性误差为时，非线性误差为 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用（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非线线性性误误差差减减小小；但但由由电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度 将将降降低低，要要使使灵灵敏敏度度不不降降低低，必必须须相相应应地地提提高高供供电电电电压压，电电压压的的提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 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 全差动电桥输出电压为全差动电桥输出电压为半半差差动动和和全全差差动动电电桥桥电电路路都都没没有有非非线线性性误误差差，还还具具有温度补偿作用。有温度补偿作用。物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第四章第四章作 业第二版教材第二版教材86-8786-87页：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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第五章第五章作 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）物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用如如题题5-5图图所所示示，有有一一个个以以空空气气为为介介质质的的变变面面积积型型平平板板电电容容传传感感器器，其其中中a=8mm，b=12mm，两两极极板板间间距距为为1mm。一一块块极极板板在在原原始始位位置上平移了置上平移了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）当当一一块块极极板板沿沿长长度度b方方向向在在原始位置上平移原始位置上平移，物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第五章 作业解：解：5-45-4（1），（2）当当一一块块极极板板沿沿宽宽度度a方方向向在在原始位置上平移原始位置上平移，物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用题题5-5图图为为电电容容式式传传感感器器的的双双T电电 桥桥 测测 量量 电电 路路，已已 知知R1=R2=R=40k，RL=20k，E=10V，f=1MHz，C0=10pF，C1=10pF，C1=1pF。求求UL的的表表达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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第六章第六章作 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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第七章第七章作 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 物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用要要进进行行两两个个电电压压U1、U2的的乘乘法法运运算算，若若采采用用霍霍尔尔元元件件作作为为运运算算器，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 作业解：解：7-97-9基基本本设设计计思思路路：利利用用霍霍尔尔元元件件的的输输出出电电压压UH与与外外加加磁磁场场B和和控控制制电电流流I乘乘积积成成正正比比的的关关系系，可可构构成成乘乘法法运运算算器器。这这是是霍霍尔尔元元件件在在数数学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）电流乘法器霍霍尔尔元元件件的的输输出出电电压压UHI1B，外外加加磁磁场场可可由由电电流流I2产产生生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由由电电压压U1和和U2产产生生，则则有有UHU1U2，因因此此霍霍尔尔元元件件可可作作为为电压乘法器电压乘法器物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第八章第八章作 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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第九章第九章作 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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用第十章第十章作 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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用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物理科学与技术学院物理科学与技术学院王殿生王殿生 制作制作EXIT传感器原理及应用传感器原理及应用全部结束全部结束谢谢合作！