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传感器与检测技术习题答案

第一章

1.1

答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步

加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。

为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整

个新型钻井中共使用了 60 个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到 20mm,满

足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。

1.2 自动检测系统的组成及对传感器的要求答：自动检测系统组成框图如下：

对于传感器，一般要求是：

① 准确性：输出信号必须反映其输入量，即被测量的变化。因此，传感器的输出与输入关系

必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系。

② 稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因

素的干扰影响亦很小，重复性要好。

③ 灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。

④ 其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。

1.3

答：功能：

信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，

以方便检测系统后续处理或显示。

信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作

用和人类的大脑相类似。

区别：

信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息

按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。

组成：

信号调理：信号放大、信号滤波、 A/D 转换

信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器( DSP)等

1.4

答：分类见表 1-1(P8)

信号调理

数据采集 J，

信号显示

答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、

状态量等。

1.6 传感器与检测技术的主要发展趋势

答：1•不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性

2 重视非接触式检测技术研究

3 检测系统智能化

第二章

2.1 随机误差，系统误差，粗大误差的原因及处理

答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随机因素（如仪器某些原件

器件性能不稳定、外界温度、湿度变化，空中电磁波扰动等）综合作用的结果。随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通

过实验的方法确定、修正和消除。但是通过足够多的测量

比较可以发现随机误差服从某种统计规律。从而进行消除。

系统误差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者安装、布置、调整不当；

在测量过程中的温度湿度、气压、电磁干扰等环境条件发生变化；测量方法不完善、或者测

量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当等。系统误差产生的原因和变化规律一般可以通过实验和分析查出，因此

系统误差可以设法确定并消除。

粗大误差：一般由外界重大干扰或者仪器故障或不正确的操作引起。存在粗大误差的测量值

一般容易发现，发现后应当立即剔除。

2.2 工业仪表的精度等级

答：工业检测仪器（系统）常以最大引用误差作为判断其准确度等级的尺度，仪表准确度习

惯上称精度，准确度等级习惯称为精度等级。人为规定，取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，

即用最大引用误差去掉正负号和百分比号后的数字来表示精度等级。

2.3 已知有 20V，0.5 级；150V,0.1 级的两个仪表，测 5V 电压，哪个合理？

答：20*0.005=0.1 （ V）

150*0.001=0.15 （ V）

由计算结果知，表一不仅有更小的绝对误差，并且其量程对于测量 5V 的电压更合理。所以

选择表一。

2.4

答：马利科夫准则

X =

28.0300

28.0100

27.9800 27.9400 27.9600

28.0200 28.0000

27.93

27.9500 27.9000

X =27.972

i =

0.0580 0.0380 0.0080 -0.0320 -0.0120 0.0480 0.0280

0.0420

-0.0220 -0.0720

D=0.12>

所系系统存在线性系统误差

A=0.0047

_ 2

-=0.00166

A=0.0047< 、

=0.0054

系统中不存在周期性系统误差

2.5

① 要求 l

- R。匡

2.8

的概率，已知标准差=1.5

经过标准正态分布变换,

经过查表可知

（X）X

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

0 0.5 0.504 0.508 0.512 0.516 0.5199 0.5239 0.5279 0.5319 0.5359

0.1 0.5398 0.5438 0.5478 0.5517 0.5557 0.5596 0.5636 0.5675 0.5714 0.5753

0.2 0.5793 0.5832 0.5871 0.591 0.5948 0.5987 0.6026 0.6064 0.6103 0.6141

0.3 0.6179 0.6217 0.6255 0.6293 0.6331 0.6368 0.6406 0.6443 0.648 0.6517

0.4 0.6554 0.6591 0.6628 0.6664 0.67 0.6736 0.6772 0.6808 0.6844 0.6879

0.5 0.6915 0.695 0.6985 0.7019 0.7054 0.7088 0.7123 0.7157 0.719 0.7224

0.6 0.7257 0.7291 0.7324 0.7357 0.7389 0.7422 0.7454 0.7486 0.7517 0.7549

0.7 0.758 0.7611 0.7642 0.7673 0.7703 0.7734 0.7764 0.7794 0.7823 0.7852

0.8 0.7881 0.791 0.7939 0.7967 0.7995 0.8023 0.8051 0.8078 0.8106 0.8133

0.9 0.8159 0.8186 0.8212 0.8238 0.8264 0.8289 0.8315 0.834 0.8365 0.8389

1 0.8413 0.8438 0.8461 0.8485 0.8508 0.8531 0.8554 0.8577 0.8599 0.8621

1.1 0.8643 0.8665 0.8686 0.8708 0.8729 0.8749 0.877 0.879 0.881 0.883

1.2 0.8849 0.8869 0.8888 0.8907 0.8925 0.8944 0.8962 0.898 0.8997 0.9015

1.3 0.9032 0.9049 0.9066 0.9082 0.9099 0.9115 0.9131 0.9147 0.9162 0.9177

1.4 0.9192 0.9207 0.9222 0.9236 0.9251 0.9265 0.9278 0.9292 0.9306 0.9319

1.5 0.9332 0.9345 0.9357 0.937 0.9382 0.9394 0.9406 0.9418 0.943 0.9441

1.6 0.9452 0.9463 0.9474 0.9484 0.9495 0.9505 0.9515 0.9525 0.9535 0.9545

1.7 0.9554 0.9564 0.9573 0.9582 0.9591 0.9599 0.9608 0.9616 0.9625 0.9633

—

1.8 0.9641 0.9648 0.9656 0.9664 0.9671 0.9678 0.9686 0.9693 0.97 0.9706

1.9 0.9713 0.9719 0.9726 0.9732 0.9738 0.9744 0.975 0.9756 0.9762 0.9767

在区间概率等 P=0.9693*2-1=0.9386

②

按照 95%的置信区间概率查找标准正太分布表，得到 P=0.975(X=1.96),

|^^| = x"96

R R

由公式；- 得到区间应该为[%-1.96',

+1.96、]=[505.2960,514.7040]

2.6

未剔除前

=183

，口

・

224

当 a=0.05,

n,a)

・

1 X

=[23 ,12 ,60 ,9 ,30 ,3 ,20 ,6 ,12 ,5]

KG（

a）

* 二（

）=52.81

根据 Grubbs 准则，将 243 剔除

剔除以后，

X =176.3 cr =14.4

2.7

X =909.8 =4.045

查找标准正态分布表得到当置信区间 P=0.98, X=2.33

经过变换得到区间为 [909.8-9.4, 909.8+9.4]

2.8 简述不确定度和误差的关系

答：测量误差总是客观存在的，但是真值一般是无法准确得到的，因此也就不可能准确的知

道测量误差的准确值，由此引出测量不确定度的概念。

2.9

答：A 类不确定度的评定时应用统计的方法，一般对同一被测参量进行 n 次等精度测量得到。

B 类不确定度是在测量次数较少，不能用统计方法计算测量结果的不确定度时。

2.10

= 18.18

；

「（x

）二

L「(x)

=1/3*0.42=0.14(cm)

」

=0.17(cm)

选取置信率为 P=0.95，k=1.65

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