专题二 传感器的基本误差和传感器中的弹性敏感元件（课件）-山东省职教高考《传感器及应用》（高教版）专题复习讲练测

专题二.传感器的基本误差和传感器中的弹性敏感元件 《传感器及应用》（高教版） 专题复习讲练测 1 目录 01 考纲解读 03 考题讲解 05 归纳小结 02 知识点梳理 04 课内练习 2 常见考点： 1. 测量误差的基本概念：测量误差是指测量结果与真实值之间的偏差。它反映了测量过程中的准确度和精确度。 2. 仪表精度与测量精度的关系：仪表精度高意味着仪表读数与实际值之间的差异小，因此能够提高测量精度。 3. 刚度和灵敏度：弹性敏感元件的刚度越小，则其对外力变化的响应越灵敏。这使得它们能够在各种应用场景中提供精确的测量。 一.考纲解读 3 一.考纲解读 考试要求 01 2.理解仪表精度高意味着仪表读数与实际值之间的差异小，从而提高测量精度。 02 3.认识到附加误差如系统误差的增加会降低测量结果的准确性和可靠性。 03 1.了解测量误差是指测量结果与真实值之间的差异。 4 易考题型： 1. 选择题：了解测量误差是指测量结果与真实值之间的差异。 2. 解答题：理解仪表精度高意味着仪表读数与实际值之间的差异小，从而提高测量精度。 3. 应用题：认识到附加误差如系统误差的增加会降低测量结果的准确性和可靠性。 一.考纲解读 5 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 6 知识点梳理： 测量误差的基本概念 由传感器的定义得知，传感器是将未知的物理量转换成人们可知的电信号，实际上传感器就是一种测量器具，所以传感器的误差也就是测量误差。 (1) 真值 被测量本身所具有的真正值称之为真值。量的真值是一个理想的概念，一般是不知道的。但在某些特定情况下，真值又是可知的，例如一个整圆的圆周角为 360°等。 (2) 约定真值 由于真值往往是未知的，所以一般用基准器的量值来代替真值，称做约定真值，它与真值之差可以忽略不计。 (3) 实际值 误差理论指出，在排除了系统误差的前提下，对于精度测量，当测量次数为无限多时，测量结果的算术平均值接近于真值，因而可将它视为被测量的真值。 二.知识点梳理和重点概念复习 7 知识点梳理： 按误差出现的规律分类 （1）系统误差——指误差的数值是一个常数或按一定规律变化的值。它又可分为恒值误差和变值误差。 （2）随机误差——由于偶然因素的影响而引起的误差，其数值大小和正负号不定，而且难以估计。但是总体仍服从一定统计规律，它不能通过实验方法加以消除，但能运用统计处理方法减少其影响。 （3）粗大误差指在一定的条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差。从性质上看，粗大误差并不是单独的类别，它本身既具有系统误差的性质，也可能具有随机误差的性质，只不过在一定测量条件下其绝对值特别大而已。 二.知识点梳理和重点概念复习 8 知识点梳理： 仪表精度与测量精度 1.仪表精度与测量精度的关系 仪表精度一般分为七个等级，实际上就是取最大满度(引用) 相对误差，对于数字仪表和光学仪表等还具有更高精度的等级。一般而言，七个等级在工业仪表中是具有代表性的。而真正反映测量精度的是实际相对误差。从最大满度 (引用) 误养和实际相对误差的定义公式不难看出，被测量的大小愈接近量程，相对误差就愈接近于最大满度(引用) 误差。 2.附加误差对实际测量精度的影响 在检测仪表的技术说明书中，除了给出基本误差外，还给出了工作条件变化时可能产生的附加误差。如果实际工作条件不是仪表规定的标准状态，这时必须考虑到附加误差的影响。 二.知识点梳理和重点概念复习 9 知识点梳理： 弹性敏感元件的基本特性 物体因外力作用而改变原来的尺寸或形状称为变形，如果在外力去掉后能完全恢复其原来的尺寸和形状，那么这种变形称为弹性变形，具有这类特性的物体称为弹性元件。在传感器中用于测量的弹性元件称为弹性敏感元件。 弹性敏感元件的输人量与输出量之间的关系，称为弹性敏感元件的基本特性。弹性敏感元件的基本特性包括刚度、灵敏度、弹性滞后和弹性后效等，其中刚度和灵敏度是表征弹性敏感元件的重要指标。 二.知识点梳理和重点概念复习 10 知识点梳理： 变换力的弹性敏感元件 (1)等截面轴 等截面轴又称柱式弹性敏感元件可以是实心柱体或空心圆柱体，如图1-5 所示。实心等截面轴在力的作用下弹性敏感元件的位移很小，因此常用它的应变作输出量。其主要的优点是结构简单、加工方便、测量范围宽，可承受数万牛顿的载荷，但其灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度高，在同样的截面积下轴的直径可加大，可提高轴的抗弯能力，但其过载能力弱载荷较大时会产生较明显的桶形变形，使工作段应变复杂而影响精度。 二.知识点梳理和重点概念复习 11 知识点梳理： (2) 环状弹性敏感元件 环状弹性敏感元件多做成等截面圆环，如图 1-6a 所示，圆环有较高的灵敏度，因而它多用于测量较小的力。圆环的缺点是加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。当外力下作用在圆环上时，环上的 A、B 点处可产生较大的应变。当环的半径比环的厚度大得多时，A 点或 B 点内外表面的应变大小相等、符号相反。图 1-6b 所示是变截面圆环，与上述圆环不同处是增加了中间过载保护缝隙。它的线性较好，加工方便，抗过载能力强，目前应用较多。在该环的 A、B 段可得到较大的应变，且内外表面的应变大小相等、符号相反。 二.知识点梳理和重点概念复习 12 知识点梳理： (3) 悬臂梁 悬臂梁是一端固定、另一端自由的弹性敏感元件。按截面形状又可分为等截面矩形悬臂梁和变截面等强度悬臂梁，如图 1-7 所示。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变) 大，灵敏度高，常用于较小力的测量。 (4) 转轴 如图1-8 所示为扭转轴式弹性敏感元件，当自由端受到转矩T的作用时扭转轴的表面会产生拉伸或压缩应变，在轴表面上与轴线成4方向 (图1-8 的AB 方向)产生应变 8，而图1-8 中AC 方向所产生的应变与AB 方向的应变大小相等，符号相反。 二.知识点梳理和重点概念复习 13 重点概念复习： 1. 测量误差的基本概念：传感器是将未知的物理量转换成人们可知的电信号，实际上传感器就是一种测量器具，所以传感器的误差也就是测量误差。 2.系统误差：指误差的数值是一个常数或按一定规律变化的值。它又可分为恒值误差和变值误差 3.随机误差：由于偶然因素的影响而引起的误差，其数值大小和正负号不定，而且难以估计。但总体仍服从一定统计规律，它不能通过实验方法加以消除，但能运用统计处理方法减少其影响 4.仪表精度与测量精度的关系：仪表精度一般分为七个等级，实际上就是取最大满度(引用) 相对误差，对于数字仪表和光学仪表等还具有更高精度的等级。 二.知识点梳理和重点概念复习 14 1. 仪表精度高意味着？ A. 仪表读数与实际值差异小。 B. 仪表适用于室外环境。 C. 仪表对温度变化敏感。 D. 仪表误差固定不变。 解析：正确答案为 A。仪表精度高表示仪表读数与实际值之间的偏差较小。 三.常考习题练习与讲解 选择题 15 2.以下哪种附加误差可能由于设备老化引起？ A. 粗大误差。 B. 系统误差。 C. 随机误差。 D. 温度误差。 解析：正确答案为 B。系统误差可能随着设备老化而逐渐增加，影响测量的准确性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 16 3.弹性敏感元件的刚度越小，则其对外力变化的响应？ A. 越灵敏。 B. 越不灵敏。 C. 越稳定。 D. 越高精度。 解析：正确答案为 A。刚度小的弹性敏感元件能更灵敏地响应外力的变化。 三.常考习题练习与讲解 选择题 17 4.以下哪种传感器不属于弹性敏感元件的形式？ A. 拉力计。 B. 压力传感器。 C. 磁力计。 D. 膜片式传感器。 解析：正确答案为 C。磁力计不属于弹性敏感元件，其工作原理不涉及弹性变形。 三.常考习题练习与讲解 选择题 18 5.弹性敏感元件通常被用于测量哪种物理量？ A. 温度。 B. 电压。 C. 压力。 D. 光强度。 解析：正确答案为 C。弹性敏感元件常用于测量压力，通过变形反映外部压力的大小。 三.常考习题练习与讲解 选择题 19 6.以下哪种传感器不是利用弹性元件来变换压力？ A. 压力传感器。 B. 重力传感器。 C. 液位传感器。 D. 弹簧秤。 解析：正确答案为 B。重力传感器通常不使用弹性元件进行力学变换。 三.常考习题练习与讲解 选择题 20 7.随机误差的存在会使测量结果？ A. 更加精确。 B. 更加稳定。 C. 可靠性更高。 D. 可能产生波动。 解析：正确答案为 D。随机误差会导致测量结果的波动，影响其稳定性和重复性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 21 8.刚度大的弹性敏感元件通常对外力变化的响应？ A. 很敏感。 B. 不敏感。 C. 稳定。 D. 可重复。 解析：正确答案为 B。刚度大的弹性元件对外力变化不敏感，因此具有较低的灵敏度。 三.常考习题练习与讲解 选择题 22 1. 传感器中，附加误差会使测量精度______。 答案：降低 解析：附加误差会使测量精度下降，因为它们增加了测量结果与实际值之间的偏差。 2.仪表精度与测量精度的关系在于仪表精度直接决定了______的上限。 答案：测量误差 解析：仪表精度直接决定了测量误差的上限，高精度的仪表能够提供更准确的测量结果。 三.常考习题练习与讲解 填空题 23 3.弹性敏感元件的灵敏度是指其对单位______变化的响应程度。 答案：力 解析：弹性敏感元件的灵敏度描述了其对单位力变化的响应程度，即它对外界力量变化的敏感度。 4.弹性敏感元件的形式包括弯曲梁、弹簧和______。 答案：膜片 解析：弹性敏感元件的形式包括弯曲梁、弹簧和膜片等，根据应用场景和测量要求选择不同的形式以获得最佳效果。 三.常考习题练习与讲解 填空题 24 1. 仪表精度直接决定了测量误差的下限。( ) 答案：错误 解析：仪表精度直接决定了测量误差的上限，即仪表的最大可能误差。 三.常考习题练习与讲解 判断题 2.弹性敏感元件的灵敏度描述了其对单位力变化的响应速度。( ) 答案：错误 解析：灵敏度描述了弹性敏感元件对力量变化的响应程度，而非响应速度。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.弹性敏感元件的形式不包括膜片。( ) 答案：错误 解析：弹性敏感元件的形式包括弯曲梁、弹簧和膜片等多种类型。 4.弹性敏感元件的灵敏度可以通过调整其形状来改变。( ) 答案：错误 解析：弹性敏感元件的灵敏度主要由其设计结构和材料决定，不是通过简单调整形状来改变的。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1.附加误差对测量精度的影响有多大？请举例说明其在实际测量中可能引起的问题。 解析： 附加误差会显著降低测量精度，例如在温度变化较大的环境中，温度对传感器精度的影响就是一种常见的附加误差。这种情况下，传感器可能无法准确反映实际测量值，导致测量结果偏离理想值。 四.课内练习与讲解 2.仪表精度与测量精度之间有何关系？请举例说明这种关系在实际测量中的应用。 解析： 仪表精度决定了测量误差的上限，而测量精度则反映了实际测量结果与理论值的接近程度。例如，一台仪表的高精度可以提供更可靠的测量数据，从而增强了实际测量的精度和准确性。 四.课内练习与讲解 3.弹性敏感元件的刚度为何如此重要？请描述在某一具体应用中，刚度对测量结果有何影响。 解析： 刚度影响了弹性敏感元件受力后的形状变化，因此在需要保持测量稳定性和准确性的场合尤为重要。例如，在工业生产中，弯曲梁的高刚度可以确保在复杂工况下仍能提供可靠的力测量，避免因形状变化而引起的测量偏差。 四.课内练习与讲解 4.误差的分类中，系统误差与随机误差有何区别？请解释它们对测量结果的不同影响。 解析： 系统误差是由于测量过程中的固有偏差或校准问题引起的，会使测量结果偏离真实值的特定方向。随机误差则是由于测量过程中的偶然因素导致的，其影响是随机的，可能使测量结果在真实值周围波动。 四.课内练习与讲解 5.弹性敏感元件的灵敏度如何影响其在特定测量任务中的选择？请结合具体例子说明。 解析： 灵敏度高的弹性敏感元件能够更精确地反映外部力量的变化，因此在需要高精度力量测量的应用中特别适用。例如，需要精确测量小力变化的科学实验或医疗设备中，高灵敏度的元件能够提供更可靠的测量数据。 四.课内练习与讲解 本节课我们深入探讨了传感器的基本误差和弹性敏感元件的重要概念。首先，我们理解了测量误差的基本概念，即测量结果与真实值之间的偏差，以及如何区分系统误差和随机误差，并分析它们对测量精度的影响。其次，我们讨论了仪表精度如何影响测量精度，以及附加误差（如系统误差）如何降低测量的准确性。进一步地，我们探讨了弹性敏感元件的基本特性，特别是刚度与灵敏度的关系，以及不同形式弹性元件在压力和力量测量中的应用。 五.课程小结 重点复习知识点： 1. 测量误差的基本概念：传感器是将未知的物理量转换成人们可知的电信号，实际上传感器就是一种测量器具，所以传感器的误差也就是测量误差。 2.系统误差：指误差的数值是一个常数或按一定规律变化的值。它又可分为恒值误差和变值误差 3.随机误差：由于偶然因素的影响而引起的误差，其数值大小和正负号不定，而且难以估计。但总体仍服从一定统计规律，它不能通过实验方法加以消除，但能运用统计处理方法减少其影响。 4.仪表精度与测量精度的关系：仪表精度一般分为七个等级，实际上就是取最大满度(引用) 相对误差，对于数字仪表和光学仪表等还具有更高精度的等级。 五.课程小结 感谢观看 $$