《傳感器與檢測技術簡明教程》-胡蓉 習題及答案 CH2 傳感器基本特性

第2章傳感器基本特性

一、單項選擇題

1、衡量傳感器靜態(tài)特性的指標不包括（）。

A.線性度B.靈敏度

C.頻域響應D.重復性

2、下列指標屬于衡量傳感器動態(tài)特性的評價指標的是（）,>

A.時域響應B.線性度

C.零點漂移D,靈敏度

3、一階傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時間是（）o

A.延遲時間B,上升時間

C.峰值時間D,響應時間

4、一階傳感器輸出達到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間是（）。

A.延遲時間B,上升時間

C.峰值時間D,響應時間

5、傳感器的下列指標全部屬于靜態(tài)特性的是（）

A.線性度、靈敏度、阻尼系數

B.幅頻特性、相頻特性、穩(wěn)態(tài)誤差

C.遲滯、重復性、漂移

D.精度、時間常數、重復性

6、傳感器的下列指標全部屬于動態(tài)特性的是（）

A.遲滯、靈敏度、阻尼系數

B.幅頻特性、相頻特性

C.重復性、漂移

D.精度、時間常數、重復性

7、不屬于傳感器靜態(tài)特性指標的是（）

A.重復性B.固有頻率C.靈敏度D.漂移

8、對于傳感器的動態(tài)特性，下面哪種說法不正確（）

A.變面積式的電容傳感器可看作零階系統(tǒng)

B.一階傳感器的截止頻率是時間常數的倒數

C.時間常數越大，一階傳感器的頻率響應越好

D.提高二階傳感器的固有頻率，可減小動態(tài)誤差和擴大頻率響應范圍

9、屬于傳感器動態(tài)特性指標的是（）

A.重復性B.固有頻率C.靈敏度D.漂移

10、無論二階系統(tǒng)的阻尼比如何變化，當它受到的激振力頻率等于系統(tǒng)固有頻率時，該系統(tǒng)

的位移與激振力之間的相位差必為（）

A.0°B.90°C.180°D.在0。和90°之間反復變化的值

11、傳感器的精度表征了給出值與（）相符合的程度。

A.估計值B.被測值C.相對值D.理論值

12、傳感器的靜態(tài)特性，是指當傳感器輸入、輸出不隨（）變化時，其輸出-輸入的特

性。

A.時間B.被測量C.環(huán)境D.地理位置

13、非線性度是測量裝置的輸出和輸入是否保持（）關系的一種度量。

A.相等B.相似C理想比例【）.近似比例

14、回程誤差表明的是在（）期間輸出-輸入特性曲線不重合的程度。

A.多次測量B.同次測量C.正反行程D.不同測量

15、已知某溫度傳感器為時間常數7=3秒的一階系統(tǒng)，當受到突變溫度作用后，傳感器輸

出指示溫差的三分之一所需的時間為（）秒

A.3B.1C.1.2D.1/3

二、多項選擇題

1.階躍輸入時表征傳感器動態(tài)特性的指標有哪些？（）

A.上升時間B.響應時間C超調量D.重復性

2.動態(tài)響應可以采取多種方法來描述，以下屬于用來描述動態(tài)響應的方法是：（）

A.精度測試法B.頻率響應函數C.傳遞函數D.脈沖響應函數

3.傳感器靜態(tài)特性包括許多因素，以下屬于靜態(tài)特性因素的有（）。

A.遲滯B.重復性C.線性度D.靈敏度

4.傳感器靜態(tài)特性指標表征的重要指標有：（）

A.靈敏度B.非線性度C.回程誤差D.重復性

5.一般而言，傳感器的線性度并不是很理想，這就要求使用一定的線性化方法，以下屬于

線性化方法的有：（）

A.端點線性B.獨立線性C.自然樣條插值D.最小二乘線性

三、填空題

1、靈敏度是傳感器在穩(wěn)態(tài)下對的比值。

2、系統(tǒng)靈敏度越,就越容易受到外界干擾的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越

3、是指傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時間變化的現象。

4、要實現不失真測量，檢測系統(tǒng)的幅頻特性應為，相頻特性應為o

5、傳感器的靈敏度是指o

6、衡量傳感器的靜態(tài)特性的指標包含、、、

和。（要求至少列出兩種）

7、一個高精度的傳感器必須有良好的和,才能完成信號無失真

的轉換。

8、傳感器的動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，傳感器輸出反映被測量的

和變化的能力。研究傳感器的動態(tài)特性有兩種方法：

和0

9、階躍響應特性是指在輸入為時，傳感器的輸出隨的變化特性。常用響應

曲線的、、等參數作為評定指標。

10、頻率響應特性是指將不同而相等的正弦信號時間輸入傳感器，其輸出

正弦信號的幅值、相位與頻率之間的關系。頻率響應特性常用的評定指標

是、、。

11、某位移傳感器，當輸入量變化5mm時，輸出電壓變化300mv,其靈敏度為。

12、某傳感器為一階系統(tǒng)，當受階躍信號作用時，在t=0時，輸出為10mV；t-8時，輸出

為100mV；在t=5s時，輸出為50RV,則該傳感器的時間常數為：°

13、已知某一階壓力傳感器的時間常數為0.5s,若階躍輸入壓力從25MPa變到5MPa,則二

倍時間常數時的輸出壓力為。

14、某測力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,阻尼比為臨界值的50%,當用它測

量500Hz的正弦交變力時，其輸出與輸入幅值比和相位差分別為：及。

15、某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)節(jié)的靈敏度分別為：Si=0.2mV/t、

S2=2.OV/mV.S3=5.Omm/V,則系統(tǒng)總的靈敏度為。

四、簡答題

1、什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標？如何用公式表征這些性能指標？

2、什么是傳感器的動態(tài)特性？其分析方法有哪幾種？

3、什么是傳感器的靜特性？主要指標有哪些？有何實際意義？

4、什么是傳感器的基本特性?傳感器的基本特性主要包括哪兩大類？解釋其定義并分別列出

描述這兩大特性的主要指標。（要求每種特性至少列出2種常用指標）

五、計算題

1、用某一階環(huán)節(jié)的傳感器測量100Hz的正弦信號，如要求幅值誤差限制在±5%以內，時間

常數應取多少？如果用該傳感器測量50Hz的正弦信號，其幅值誤差和相位誤差各為多少？

2、某溫度傳感器為時間常數T=3S的一階系統(tǒng)，當傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器

指示出溫差的三分之一和二分之一所需的時間。

3、在某二階傳感器的頻率特性測試中發(fā)現，諧振發(fā)生在頻率216Hz處，并得到最大幅俏比

為1.4：1,試估算該傳感器的阻尼比和固有角頻率的大小。

4、設某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理，已知傳感器的固有頻率為800Hz，阻尼比&

=0.14,問使用該傳感器測試400Hz的正弦力時，其幅值比A(3)和相角差6(3)各為

多少？若該傳感器的阻尼比可改為g=0.7,問A((o)和小(3)又將如何變化？

5、當被測介質溫度為“，測溫傳感器示值溫度為々時，有下列方程式成立：

4="+/(%)/(〃)當被測介質溫度從25℃突然變化到300℃時，測溫傳感器時間常數

r0=12Qs,試確定經過480s后的動態(tài)誤差。

6、若一階傳感器的時間常數為0.01s,傳感器響應的幅值百分誤差在10%范圍內，此時，取

最高值達0.5,試求此時輸入信號的工作頻率范圍。

7、設一力傳感器可以簡化成典型的質量一彈簧一阻尼二階系統(tǒng)，巳知該傳感器的固有頻率

為%=1000Hz,若其阻尼比為*=0.7,試問用它測量頻率為600Hz的正弦交變力時，其

輸出與輸入幅值比A(G)和相位差?(0)各為多少。

8、通過某檢測裝置測得的一組輸入輸出數據如下表所示。試用最小二乘法擬合直線,并求其

線性度和靈敏度。

X1234

y2.24.15.88.0

9、試求下列一組數據的各種線性度:

①端點線性度；

②最小二乘線性度。

X12345

y2.204.005.987.9010.10

10、試計算某壓力傳感器的遲滯誤差和重復性誤差(一組測試數據如下表示)。

輸出電壓(mV)

行程輸入壓力

(1)(2)⑶

(Xl^Pa)

2.0190.9191.11913

4.0382.8383.2383.5

6.0575.8576.1576.6

正行程

8.0769.4769.8770.4

10.0963.9964.6965.2

10.0964.4965.1965.7

8.0770.6771.0771.4

6.0577.3577.4578.4

反行程

4.0384.1384.2384.7

2.0191.6191.6192.0

第2章傳感器基本特性

一、單項選擇題

題號答案知識點

1C傳感器的靜態(tài)特性

2A傳感器的動態(tài)特性

3A傳感器的動態(tài)特性

4B傳感器的動態(tài)特性

5C傳感器的靜態(tài)特性

6B傳感器的動態(tài)特性

7B傳感器的靜態(tài)特性

8C傳感器的動態(tài)特性

9B傳感器的動態(tài)特性

10B傳感器的動態(tài)特性

11B傳感器的動態(tài)特性

12A傳感器的靜態(tài)特性

13C傳感器的靜態(tài)特性

14C傳感器的靜態(tài)特性

15c傳感器的動態(tài)特性

二、多項選擇題

題號答案知識點

1ABC傳感器的動態(tài)特性

2BCD傳感器的動態(tài)特性

3ABCD傳感器的靜態(tài)特性

4ABCD傳感器的靜態(tài)特性

5ABD傳感器的靜態(tài)特性

三、堤t空題

題號答案知識點

1輸出量變化；輸入量變化傳感器的靜態(tài)特性

2高；差傳感器的靜態(tài)特性

3漂移傳感器的靜態(tài)特性

4常數；線性傳感器的動態(tài)特性

5在穩(wěn)態(tài)信號下輸出量變化對輸入傳感器的靜態(tài)特性

量變化的比值

6線性度；靈敏度；遲滯；重復性；傳感器的靜態(tài)特性

漂移

7靜態(tài)特性；動態(tài)特性傳感器的基本特性概述

8大小；波形；時域的階躍響應法；傳感器的動態(tài)特性

頻率響應法

9階躍函數；時間；上升時間；響應傳感器的動態(tài)特性

時間；超調量

10頻率；幅值；通頻帶；時間常數；傳感器的動態(tài)特性

固有頻率

1160mv/mm傳感器的靜態(tài)特性

傳感器的動態(tài)特性

128.5s

傳感器的動態(tài)特性

137.7MPa

傳感器的動態(tài)特性

144/V13;-33.69°

靈敏度

152.0mm/℃

四、簡答題

1、答：傳感器的靜態(tài)特性是它在穩(wěn)態(tài)信號作用下的輸入-輸出關系。靜態(tài)特性所描述的傳

感器的輸入、輸出關系式中不含有時間變量。

傳感器的靜態(tài)特性的性能指標主要有：

①線性度：非線性誤差幾=±組以X100%

丫用

②靈敏度：

AH

③遲滯：y=——xlOO%

H丫田

AR

④重復性：/R=±—4x100%

丫因

⑤漂移：傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時間變化的現象。

知識點：傳感器的靜態(tài)特性

2、答：傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應（輸出）特性，即其輸出

對隨時間變化的輸入量的響應特性。

傳感器的動態(tài)特性可以從時域和領域兩個方面分別采用瞬態(tài)響應法和頻率響應法來分

析。

知識點：傳感器的動態(tài)特性

3、答：傳感器的靜態(tài)特性是當其輸入量為常數或變化極慢時，傳感器的輸入輸出特性，其

主要指標有線性度、遲滯、重復性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性等。

傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來，靜特性曲線由實際測繪中獲得。通常人們根據傳感

器的靜特性來選擇合適的傳感器。

知識點：傳感器的靜態(tài)特性

4、答：傳感器的基本特性是指傳感器的輸入-輸出關系特性。

傳感器的基本特性主要包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。其中，靜態(tài)特性是指傳感器在穩(wěn)態(tài)信

號作用下的輸入-輸出關系，描述指標有：線性度（非線性誤差）、靈敏度、遲滯、重復性和

漂移；動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵（輸入）的響應（輸出）特性，即其輸出對隨時間變

化的輸入量的響應特性，主要描述指標有：時間常數、延遲時間、上升時間、峰值時間、響

應時間、超調量、幅頻特性和相頻特性。

知識點：傳感器的基本特性概述

五、計算題

1、解：一階傳感器頻率響應特性：=—5—

r（j69）+l

幅頻特性：03)=-arctan(6?r)

由題意有：|A（G）-1|45%,即<5%

又a)=——=2M=2004

T

所以：0<r<0,523ms

取7=0.523ms,G=2N=2%x50=100〃

1--1

幅值誤差：AA(G)=J1+(5)—X100%=-1.32%

所以有：-1.32%<AA(ft?)<0

相位誤差：△〃(?)=-arctan(6i?r)=-9.3°

所以有：-9.3°<A^(<y)<0

知識點：傳感器的動態(tài)特性

2、解：對傳感器施加突變信號屬于階躍輸入：

人0t<0

單位階躍信號：x(t)={

1t>0

「81

s,

進行拉氏變換：X(s)=L[x(t)]=fx(t)e-d(=-

Jos

一階系統(tǒng)傳遞函數：H(s)=、應=二一

X(s)1+rs

所以：Y(s)=H(s)X(s)=—!—?1=1———

1+rsssrs+1

對上式進行拉氏逆變換：y(t)=l-e-l/r

設溫差為R,則此溫度傳感器的階躍響應為：

y(t)=R(l-e-,/r)=R(l-e-,/3)

R2

當y(t)=一時,則t=-31n-=L22s；

當y(t)=￡時，則t=-31ng=2.O8s。

知識點：傳感器的動態(tài)特性

3、解：二階系統(tǒng)A3)={U—(g)2]+4/(B_)2}W

4例

114

當刃=4時共振，則人(刃)2=丁=一，4=0.36

所以：co=con=2^-f=2^x216=1357rad/s

知識點：傳感器的動態(tài)特性

2

4、解：二階系統(tǒng)傳遞函數：H(s)=X^=

7，H(j。)=-------------------

X(s)s2+2^s+ty2

nn[1-(-)2]+2j^(—)

g4

由題意：g=800Hz,J=0.14

則當&=400Hz時，

A(6y)={[l-(—)2]2+4產(,^L)2}-2={[1-(—)2]2+4x0.142x(―)2戶=0.758-1=1.15

4@800800

2球)400、

2x0.14x(---)

=—arctan------=-arctan800=-arctan—=-10.57

Y)

1-(—)275

(on

9

當J=0.7時，A(ey)=[—+0.49]2=1.0522=0.975,

16

14(1

。⑼=-arctan---j-=-arctan—=-43.025

15

1--

4

知識點：傳感器的動態(tài)特性

5、解:把輸入看作從。到275的階躍輸入信號，則

x(t)=0,f<0；M/)=27”>0

輸入信號的拉氏變換為：X(s)=子

又，?,飛牛+，2=八

dr

即(TQS+l)f2s=t\(s)

，〃⑻3=，

八⑸r05+l

1275

./($)="(S)X(S)=

r05+1S

進行拉氏反變換后，有)C)=275(1-e120)

480

動態(tài)誤差A=y(480)-275=-275/面=5.04(℃)

知識點：傳感器的動態(tài)特性

6、解：傳感器響應的幅值百分誤差在10%范圍內即相當于幅值比應大于0.7,可用。7=

0.5來確定輸入信號工作頻率范圍的上限。因而得出上限頻率為：

0.50.5.,__,.

(0=——=-----radIs=jOraais

T0.01

f=—Hz=SHz

2乃

可知：所求工作頻率范圍為。?8Hz。

知識點：傳感器的動態(tài)特性

7、解：［4（沏|二=0.95

<

600600?

1-+4x0.72x

1000；Jood,

600

2x0.7x

1000

9(G7)=-tan-1--------=-52.7°

600、

WOO；

8、解：設擬合直線方程為y=+

X=

410

=20/()???方程有解

1030

130-101.5-0.5

"T二血［I：I：20-104-0.50.2

2.2

114.120.1

A'L=

12345.859.8

8.0

-0.520.10.25

:.X=(4'4)TAZ=

-0.50.259.81.91

0.256=1.91

a()=

擬合直線為y=0.25+1.9lx

:.輸入X：1234

輸出y：2.24.15.88.0

理論值2.164.075.987.89

AL=|y-y|：0.040.030.180.11

△%=018

非線性誤差為:

=±^^1x100%=±—

x100%=±2.25%

L心8

靈敏度為：S“=@=1.91

dx

9、解:①端點線性度:

設擬合直線為：y=

根據兩個端點（1,2.20）和（5,10.10），則擬合直線斜率

k=%一月=10.10-2.20=L975

5-1

1.975x1+與=2.20

Z?=0.225

，端點擬合直線為y=1.975x+0.225

X12345

y實際2.204.005.987.9010.10

y理論2.2。4.1756.158.12510.10

A=y實際-y理論0-0.175-0.17-0.2250

ALmax=-0.225

A1

=±±jnax.xl00%=±2：-x100%=±2.23%

10.10

②最小二乘線性度:

設擬合直線方程為

由己知輸入輸出數據,

L=X%

q

111

A'A=

123

515八

,?,|A2|==5()r()???方程有解

1555