传感器课后练习答案.doc

0-6 为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能
地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为 150V 的 0.5 级电压表和量程为 30V 的 1.5 级电压表分
别测量25V电压，请问哪一个测量准确度高？
解答：
(1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为
0.2级的电表，其引用误差为 0.2%），而
引用误差=绝对误差/引用值
其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。量程越
大，引起的绝对误差越大，所以在选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程。
(2)从(1)中可知，电表测量所带来的绝对误差=精度等级×量程/100，即电表所带来的绝对误差是一定的，
这样，当被测量值越大，测量结果的相对误差就越小，测量准确度就越高，所以用电表时应尽可能地在电
表量程上限的三分之二以上使用。
(3)150V的 0.5 级电压表所带来的绝对误差=0.5×150/100=0.75V；30V 的1.5 级电压表所带来的绝对误
差=1.5×30/100=0.45V。所以 30V的1.5级电压表测量精度高。
0-7 如何表达测量结果？对某量进行8次测量，测得值分别为： 802.40， 802.50， 802.38， 802.48， 802.42，
802.46，802.45，802.43。求其测量结果。

2-1 进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为 90.9nC/MPa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为 20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？
解：若不考虑负载效应，则各装置串联后总的灵敏度等于各装置灵敏度相乘，即

2-2 用一个时间常数为 0.35s的一阶装置去测量周期分别为 1s、2s和5s的正弦信号，问稳态响应幅值
误差将是多少？

2-10 设某力传感器可作为二阶振荡系统处理。已知传感器的固有频率为 800Hz，阻尼比z=0.14，问使
用该传感器作频率为400Hz 的正弦力测试时，其幅值比 A(w)和相角差j(w)各为多少？若该装置的阻尼比改
为z=0.7，问A(w)和j(w)又将如何变化？

3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？
解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离
散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
3-4 有一电阻应变片（见图 3-84），其灵敏度 Sg＝2，R＝120W。设工作时其应变为 1000me，问DR＝？设将
此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？

4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表，无法分辨 0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。

3-7 一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径 r＝4mm，工作初始间隙d=0.3mm，问：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Dd＝±1mm时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度 S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度 S2=5格/mV，在Dd＝±1mm时，读数仪表的指示值变化多少格？
解：1）

3-11 一压电式压力传感器的灵敏度 S=90pC/MPa，把它和一台灵敏度调到0.005V/pC的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一灵敏度已调到 20mm/V的光线示波器上记录，试绘出这个测试系统的框图，并计算其总的灵敏度。
解：框图如下

4-1 以阻值 R=120W、灵敏度 Sg=2的电阻丝应变片与阻值为 120W的固定电阻组成电桥，供桥电压为 3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为 2me和2000me时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。
解：这是一个等臂电桥，可以利用等比电桥和差特性表达式求解。

4-2 有人在使用电阻应变仪时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。
试问，在下列情况下，是否可提高灵敏度？说明为什么？
1）半桥双臂各串联一片；
2）半桥双臂各并联一片。
解答：电桥的电压灵敏度为即电桥的输出电压和电阻的相对变化成正比。由此
可知：
1）半桥双臂各串联一片，虽然桥臂上的电阻变化增加 1倍，但桥臂总电阻也增加1倍，其电阻的相
对变化没有增加，所以输出电压没有增加，故此法不能提高灵敏度；
2）半桥双臂各并联一片，桥臂上的等效电阻变化和等效总电阻都降低了一半，电阻的相对变化也没
有增加，故此法也不能提高灵敏度。
4-9 设一带通滤器的下截止频率为 fc1，上截止频率为 fc2，中心频率为 f0，试指出下列记述中的正确与错误。

已知某 RC低通滤波器，R=1kW，C=1mF，试；
1）确定各函数式 H(s)；H(w)；A(w)；j(w)。
2）当输入信号 ui=10sin1000t时，求输出信号 uo，并比较其幅值及相位关系。
解：

4-11已知低通滤波器的频率响应函数

式中t=0.05s。当输入信号时，求其输出 y(t)，并比较y(t)与x(t)的幅值与相位有何区别。

比较：输出相对输入，幅值衰减，相位滞后。频率越高，幅值衰减越大，相位滞后越大。