《传感器与检测技术(第2版)》第18章
传感器与检测技术(第二版)习题答案
0.1答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
0.2答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器。
1.1解： 1.2解：601051030033=⨯⨯=∆∆=-X U k Cmm S S S S ︒=⨯⨯=⨯⨯=/20.50.22.03211.3解：带入数据得：b kx y +=)(b kx y i i i +-=∆22)(i i i i i i x x n y x y x n k ∑-∑∑∑-∑=222)()(i i i i i i i x x n y x x y x b ∑-∑∑∑-∑∑=68.0=k 25.0=b1.3拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%∴25.068.0+=x y %7535.0%100max ±=±=⨯∆±=FS L y L γ238.01=∆35.02-=∆16.03-=∆11.04-=∆126.05-=∆194.06-=∆1.4解：设温差为R,测此温度传感器受幅度为R 的阶跃响应为(动态方程不考虑初态)())1(3/t e R t y --=当()3R t y =时⇒22.132ln 3=-=t 当()2R t y =时⇒08.221ln 3=-=t1.5解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似: 1.6解：())1(9010/T t e t y --+=由()505=y ⇒51.895ln 5=-=T ()⎩⎨⎧=--=-5.0)1(2025/T e t y T t ()68.71=y ()36.52=y1.7解：所求幅值误差为1.109,相位滞后n n j s n n n j s s j G ωωξωωωξωωωω21122222+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=++==）（()109.110005005.021********211222222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n n j G ωωξωωω'42331000500110005005.02122121︒-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--tg tg n n ωωωωξϕ'4233︒1.8答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
《传感器与检测技术(第2版)》第18章
Av1 2v2 2vn 2 B ( v 1 v 2 ) 2 ( v 2 v 3 ) 2 ( v n 1 v n ) 2 ( v n v 1 ) 2
然后判断，若 B 1 1 ，则可能存变化的系统误差。
2A
n
.
34
3、系统误差的消除
• 要绝对地消除系统误差是不可能的 • （1）消除系统误差产生的根源 • 测量前，仔细检查仪表，正确调整和安装；防止外界干扰的影响；选择
.
16
对基本误差的进一步分析
• 任何仪表都有一个正常的使用环境条件要求，即标准条件
• 仪表在标准条件下工作，其所具有的引用误差为基本误差
• 在基本误差条件下，仪表的最大绝对误差为：
m xm
• 最大绝对误差与测量示值的百分比称为最大示值相对误差，即：
m xm100% xxm100%
• 结论：当精度等级一定时，越接近满刻度的测量示值，其最大示 值相对误差越小、测量精度越高（故一般要求示值落在仪表满刻 度的三分之二以上范围）
.
0.5 1 1.5
x L
26
残余误差与标准差的估计值• ຫໍສະໝຸດ 际测量时真值无法知道，常用残余误差：
vi xi x
• 对应标准差的估计值：
＝xL
s
n
(xi x)2
i1
n1
n
vi2
i1
n1
n
(xi L)2
i1
n
n
i2
i1
n
.
27
算术平均值的标准差
x
n
0 5 10 15
.
28
3、正态分布的概率计算
y f (v)
.
12
误差的表示（续）
42870《传感器与检测技术(第2版)》胡向东(书中课后习题解答)
又
2 2f 200 T ，所以： 0 0.523ms
取 0.523ms ， 2f 2 50 100
1 1 ( ) 2 幅值误差： A( ) 1
所以有： 1.32% A() 0
1 100% 1.32%
0 t<0 x(t) { 1 t0 单位阶跃信号：
X(s) L[x(t)] x(t)e st d t
0
进行拉氏变换：
1 s
H(s)
一阶系统传递函数：
Y(s) 1 X(s) 1 s
1 1 1 1 s s s s 1
t /
Y(s) H(s) X(s)
解：①非线性误差： 取六次测量结果的平均值作为输出测量值，即
x :0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
y :0.64 4.04 7.47 10.93 14.45
设拟合直线方程为： y a0 a1 x
0.64 4.04 L 7.47 10.93 14.45 则
0.10 14.45
ˆ ：0.604 4.055 y
7.506 10.957 14.408 0.036 0.027 0.042
∴
：0.036
0.015
Lmax 0.042
∴非线性误差为： L ②迟滞误差： 第一循环： 第二循环: 第三循环： ∴
0.042 100% 0.3% 14.5 0.5
Rmax 0.08 100% 100% 0.5714% yFS 14
4
《传感器与检测技术(第 2 版)》习题参考答案(20150914 版)
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
《传感器与检测技术(第2版)》课后习题8 热电式传感器(113)
第8章热电式传感器一、单项选择题1、热电偶的基本组成部分是（）。
A. 热电极B. 保护管C. 绝缘管D. 接线盒2、在实际应用中，用作热电极的材料一般应具备的条件不包括（）。
A. 物理化学性能稳定B. 温度测量范围广C. 电阻温度系数要大D. 材料的机械强度要高3、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（）。
A. 补偿导线法B. 电桥补偿法C. 冷端恒温法D. 差动放大法4、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。
A．接线方便B. 减小引线电阻变化产生的测量误差C. 减小桥路中其它电阻对热电阻的影响D. 减小桥路中电源对热电阻的影响5、目前，我国生产的铂热电阻，其初始电阻值有（）。
A．30Ω B．50ΩC．100Ω D．40Ω6、我国生产的铜热电阻，其初始电阻R0为（）。
A．50ΩB．100ΩC．10ΩD．40Ω7、目前我国使用的铂热电阻的测量范围是（）A．－200～850℃ B．－50～850℃C．－200～150℃ D．－200～650℃8、我国目前使用的铜热电阻，其测量范围是（）。
A．－200～150℃ B．0～150℃C．－50～150℃ D．－50～650℃9、热电偶测量温度时（）A. 需加正向电压B. 需加反向电压C. 加正向、反向电压都可以D. 不需加电压10、热敏电阻测温的原理是根据它们的( )。
A．伏安特性 B．热电特性C．标称电阻值 D．测量功率11、热电偶中热电势包括（）A．感应电势 B．补偿电势C．接触电势 D．切割电势12、用热电阻传感器测温时，经常使用的配用测量电路是（）。
A．交流电桥 B．差动电桥C．直流电桥 D. 以上几种均可13、一个热电偶产生的热电势为E0，当打开其冷端串接与两热电极材料不同的第三根金属导体时，若保证已打开的冷端两点的温度与未打开时相同，则回路中热电势（）。
A．增加 B．减小C．增加或减小不能确定 D．不变14、热电偶中产生热电势的条件有（）。
传感器与检测技术_第18章 数字温度传感器的应用
18.2 设计原理
命令 SEARCH ROM READ ROM 描述 识别总线上挂着的所有 DS18B20 的ROM 码 协议 F0h 此命令发出后1Wire 总线上的活动 所有DS18B20 向主 机 传送ROM 码 DS18B20 向主机传 送ROM 码 主机向总线传送一个 ROM 码
当只有一个DS18B20 挂在总线上时， 33h 可用此命令来读取ROM码
18.2 设计原理
符号位说明温度值的正、负，正值时S=0，负值时S=1。 表18-2给出了一些数字输出数据与对应的温度值的例子。
表18-2 温度/数据的关系
18.2 设计原理
2）DS18B20的命令序列：
1.初始化； 2.ROM 命令跟随着需要交换的数据； 3.功能命令跟随着需要交换的数据。
访问DS18B20 必须严格遵守这一命令序列，如果 丢失任何一步或序列混乱，DS18B20都不会响应主 机（除了Search ROM 和Alarm Search 这两个命令， 在这两个命令后，主机都必须返回到第一步）。
18.2 设计原理
① 初始化
●DS18B20 所有的数据交换都由一个初始化序列开始。
18.2 设计原理
DS18B20的典型接法如图中所示，74LS245为数码 管的驱动芯片，P3.0-P3.5输出数码管的位选信号。
18.2.2 DS18B20数字温度传感器
DS18B20 数字温度计是DALLAS 公司生产的1－ Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的 特点。 用它来组成一个测温系统，线路简单，在一根通 信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
18.1 设计任务
通过本设计应达到以下设计目的:
掌握DS18B20 数字温度传感器的工作原理及使 用方法; 掌握对DS18B20 转换数据进行处理的方法; 学习用数码管显示复杂数据的方法。
《传感器与检测专业技术》第二版部分计算题解答
-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至2.5V ，求该仪器的灵敏度。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。
2．某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
所对应的温度变化值。
依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。
3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。
(完整版)传感器与检测技术第二版知识点总结
传感器知识点一、电阻式传感器1) 电阻式传感器的原理：将被测量转化为传感器电阻值的变化，并加上测量电路。
2) 主要的种类：电位器式、应变式、热电阻、热敏电阻 ● 应变电阻式传感器1) 应变：在外部作用力下发生形变的现象。
2) 应变电阻式传感器：利用电阻应变片将应变转化为电阻值的变化a. 组成：弹性元件+电阻应变片b. 主要测量对象：力、力矩、压力、加速度、重量。
c. 原理：作用力使弹性元件形变发生应变或位移应变敏感元件电阻值变化通过测量电路变成电压等点的输出。
3) 电阻值：ALR ρ=(电阻率、长度、截面积)。
4) 应力与应变的关系：εσE =(被测试件的应力=被测试件的材料弹性模量*轴向应变)5) 应力与力和受力面积的关系：（面积）（力）（应力）A F =σ应注意的问题：a. R3=R4；b. R1与R2应有相同的温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度、初值；c. 补偿片的材料一样，个参数相同；d. 工作环境一样；二、电感式传感器1) 电感式传感器的原理：将输入物理量的变化转化为线圈自感系数L 或互感系数M的变化。
2) 种类：变磁阻式、变压器式、电涡流式。
3) 主要测量物理量：位移、振动、压力、流量、比重。
● 变磁阻电感式传感器1) 原理：衔铁移动导致气隙变化导致电感量变化，从而得知位移量的大小方向。
2) 自感系数公式：)(2002气隙厚度（截面积）（磁导率）δμA L N=。
3) 种类：变气隙厚度、变气隙面积4) 变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于工作使得当前厚度。
5) 测量电路：交流电桥、变压器式交变电桥、谐振式测量电桥。
P56 6)应用：变气隙厚度电感式压力传感器（位移导致气隙变化导致自感系数变化导致电流变化）● 差动变压器电感式传感器1) 原理：把非电量的变化转化为互感量的变化。
2) 种类：变隙式、变面积式、螺线管式。
3) 测量电路：差动整流电路、相敏捡波电路。
● 电涡流电感式传感器1) 电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁感线的运动，磁通变化，产生电动势，电动势将在导体表面形成闭合的电流回路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 实际值是在满足规定准确度时用以代替真值使用的值
.
4
误差与误差公理
• 测量误差（Measuring Error):测量结果与被测量真值 之差
• 误差公理：测量误差是不可避免的，一切测量都存在 误差
.
12
误差的表示（续）
• 绝对误差：测量值与真实值间的差值
xL
• 相对误差：绝对误差与真实值（或测量值）之比
定义：＝100%
L
实际：＝100%
x
• 引用误差：绝对误差与仪表满量程之比
= 100% xm
.
13
仪表精度等级的确定
• 依据引用误差，如0.5级表代表其引用误差最大为0.5% • 我国的仪表等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和
学习要求 ✓ 掌握测量误差的传递、合成与分配的基本方法；
✓ 了解测量不确定度的评定方法；
✓ 掌握最小二乘法与一元线性拟合；
✓ 了解多元线性拟合与曲线拟合。
.
2
2.1 测量误差概述
• 任何测量的目的是为了获得被测量的真实值（受测量 环境、方法、仪器、人员等因素影响）
• 量是物体可以从数量上进行确定的一种属性。由一个 数和合适的计量单位表示的量称为量值
• 问题（精度的多种图示）
.
8
误差的来源
• 测量环境误差 • 测量仪器或装置误差 • 测量方法误量数据中误差的规律，有三类：
– 系统误差
• 测量系统本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使 用不当、环境条件的变化等所引起
• 多次重复测量时，系统误差的大小或符号保持不变，或按一定 规律出现（始终偏大、偏小或周期性变化）
– 随机误差
• 对同一被测量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号不可 预知地随机变化，但总体满足一定的统计规律性
• 是由测量过程中独立、微小、偶然的因素引起
– 粗大误差
• 明显偏离测量结果的误差
• 测量者粗心大意或环境突然急剧变化引起
• 粗大误差必须避免
.
10
.
11
误差的表示
• 绝对误差 • 相对误差 • 引用误差 • 基本误差 • 附加误差
第18章
测量不确定度与回归分析
.
1
➢ ➢ 知识单元与 ➢ 知识点 ➢ ➢ ➢ 能力点
真值、测量误差、测量不确定度的相关概念； 误差的来源、分类与表示； 误差的处理（系统误差、随机误差、粗大误差）； 测量误差的传递、合成与分配； 测量不确定度的评定方法； 最小二乘法与回归分析（一元线性拟合、多元线性拟合与曲线拟合）。 深入理解真值、测量误差、测量不确定度的相关概念； 把握误差的来源、分类与表示； 把握误差的处理（系统误差、随机误差、粗大误差）； 会分析测量误差的传递、合成与分配； 把握测量不确定度的评定方法； 会使用最小二乘法与回归分析方法。
– 准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度（测 量结果偏离真值的程度）
– 精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度（测 量结果的分散程度）
– 精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合 的影响程度（常用测量不确定度或极限误差表示）
.
7
精度图示
(a)准确度高
(b)精密度高
(c)精确度高
• 对于某个具体的测量：准确度高的精密度不一定高， 精密度高的准确度不一定高；但精确度高的，其准确 度和精密度一定都高
A m
5
• 由于2.0%＞1.5%，因此，该电流表已不合格，但可做精度为2.5
级表使用。
• 方法二？
.
15
误差的表示（续）
• 基本误差：仪表在规定的标准条件（即标定条件）下 所具有的引用误差（用于标识仪表精度等级）
• 附加误差：当仪表的使用条件偏离标准条件时出现的 误差（如温度、压力、频率、电源电压波动附加误差 等）
•
.
17
• 例：要测量一个约80V的电压量，现有两块电压表供选用， • 一块量程为300V，精度等级0.5；一块量程为100V，精度 • 等级1.0。请问选用哪一块电压表更好？
重难点
重点：真值、测量误差、测量不确定度的相关概念；误差的来源、分类与表示；误 差的处理（系统误差、随机误差、粗大误差）；最小二乘法与一元线性拟合。
难点：测量不确定度的评定方法、多元线性拟合和曲线拟合。
✓ 掌握真值、测量误差、测量不确定度的相关概念；
✓ 掌握误差的来源、分类与表示；
✓ 掌握误差的处理（系统误差、随机误差、粗大误差）；
• 量值有真值和实际值或标称值与指示值之分
.
3
真值与实际值
• 真值是指在一定时间和空间条件下，能够准确反映被 测量真实状态的数值。分为理论真值和约定真值。
– 理论真值是在理想情况下表征一个物理量真实状态或属性的 值，它通常客观存在但不能实际测量得到，或者是根据一定 的理论所定义的数值（如三角形三内角之和为180度）
• 测量误差的大小反映测量质量的好坏
.
5
标称值和指示值
• 标称值是计量或测量器具上标注的量值 • 指示值（即测量值）是测量仪表或量具给出或提供的
量值 • 由于受制造、测量或环境变化等的影响，标称值不一
定等于实际值，故一般在给出标称值的同时也给出其 误差范围或精度等级。
.
6
精度
• 精度：反映测量结果与真值接近程度的量 • 精度与误差相对应，误差越小，精度越高，反之亦然 • 分类
5.0共七个等级
.
14
例1：检定一台满量程Am＝5A，精度等级为1.5的电流表， 测得在2.0A处其绝对误差Δ＝0.1A，请问该电流表是否合 格？
• 解：在没有修正值的情况下，通常认为在整个测量范围内各处的 最大绝对误差是一个常数。因此，根据引用误差的定义可求得：
100% 0.1100% =2.0%
.
16
对基本误差的进一步分析
• 任何仪表都有一个正常的使用环境条件要求，即标准条件
• 仪表在标准条件下工作，其所具有的引用误差为基本误差
• 在基本误差条件下，仪表的最大绝对误差为：
m xm
• 最大绝对误差与测量示值的百分比称为最大示值相对误差，即：
m xm100% xxm100%
• 结论：当精度等级一定时，越接近满刻度的测量示值，其最大示 值相对误差越小、测量精度越高（故一般要求示值落在仪表满刻 度的三分之二以上范围）