传感器及检测技术习题答案
(完整版)《传感器与检测技术》试题及答案
1、测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2、霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3、光电传感器的理论基础是光电效应。
通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。
第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。
4、压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
5、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6、仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。
8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
11、传感器是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，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
12、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 绕组匝数 成正比，与 穿过线圈的磁通_成正比，与磁回路中 磁阻成反比。
传感器原理及检测技术部分课后作业答案
部分课后作业答案2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。
设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。
解：∵灵敏度系数εRR K /∆=，又已知%1=∆RR，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2，∴ )/(101101100.129254m N mN S F ⨯=⨯⨯==-σ 由εσ⋅=E ，可得321129105)/(102)/(101-⨯=⨯⨯==m N m N E σε 所以，灵敏度系数2105%1/3=⨯=∆=-εRR K2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。
设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。
圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。
求：(1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε；(3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少?(4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。
解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。
测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。
题2.9 图⑵∵)(1500105.1)/(102)01.0(14.3/8.9100032722μεπσε=⨯=⨯⨯⨯====-cm N m N Er FE A FE∴εK R R R R =∆=∆3311， R 1与R 3的纵向应变（轴向应变）ε为1500με；μεεK K R R R R r -==∆=∆4422 ，式中μ为泊松比，μ＝0.285。
传感器与检测技术习题与参考答案
传感器与检测技术习题与参考答案1、在典型噪声干扰的抑制方法中,采用RC吸收电路的目的是（）A、克服串扰B、抑制共模噪声C、抑制差模噪声D、消除电火花干扰答案：D2、传感器输出量的变化量△Y与引起此变化的输入量的变化量△X之比,称为( )A、灵敏度B、阈值C、分辨力D、满量程输出答案：A3、压电陀螺的作用是检测运动物体的（）A、角速度B、线速度C、线位移D、角位移答案：A4、属于传感器静态特性指标的是（）A、稳定时间B、阻尼比C、时间常数D、重复性答案：D5、压电式传感器属于( )A、电流型传感器B、结构型传感器C、物性型传感器D、电压型传感器答案：C6、气敏传感器检测气体的( )A、温度和成份B、温度和浓度D、成份和浓度答案：D7、下列线位移传感器中，测量范围大的类型是（）A、变极距型电容式B、差动变压器式C、自感式D、电涡流式答案：B8、为了进行图像识别，应当先消除图像中的噪声和不必要的像素，这一过程称为（）A、前处理B、编码C、压缩D、后处理答案：A9、下列传感器,不适合于静态位移测量的是( )A、电感式位移传感器B、压电式位移传感器C、涡流式位移传感器D、压阻式位移传感器答案：B10、圆筒电容式液位高度传感器属于（）A、变面积型B、变介质型C、变间隙型D、变极距型答案：B11、属于传感器静态特性指标的是( )A、阻尼比B、稳定性C、固有频率D、时间常数答案：B12、热敏电阻式湿敏元件能够直接检测（）B、温度差C、温度D、相对湿度答案：A13、心电图信号为( )A、离散信号B、共模信号C、模拟信号D、数字信号答案：C14、霍尔式转速传感器测量转速时，当被测物上的标记数2：4，传感器输出周期信号的频率f=200Hz时，则轴的转速为（）A、1500r／minB、2000r／minC、2500r／minD、3000r／min答案：D15、在标定传感器时，正行程的最大偏差与反行程的最大偏差可用于确定传感器的A、重复性B、线性度C、分辨率D、迟滞特性答案：A16、用电涡流式速度传感器测量轴的转速，当轴的转速为50r/min时，输出感应电动势的频率为50 Hz，则测量齿轮的齿数为（）。
《传感器与检测技术》习题解答
理论值
-2.7000 0.7300 4.1600 7.5900 11.0200 14.4500
端基法基准直线
误差Δ
非线性
正行程 反行程 误差Δ L
-0.0067 0.0067 0.0000
-0.1267 (0.0533) 0.0900
-0.1667 (0.0733) 0.1200
-0.1633 (0.0767) 0.1200
-2.7700 0.0633 0.0767 0.0700
0.0 0.6033 0.6767 0.6400 0.0733 0.0289 0.0111
0.6600 -0.0567 0.0167 0.0200
0.0 0.1
3.9933 7.4267
4.0867 4.0400 7.5133 7.4700
0.0933 0.0244 0.0867 0.0178
Tt
T1 T0 t2 t1
(t t1 )
对单个应变片，当温度变化时，由此引起的电阻相对变化量为
Rt R
t Tt
k( g
s )Tt
kT (t t1 )
kT
t
k( g
s)
T2 t2
T1 t1
其中，αt 为应变片材料的电阻温度系数，k 为应变片灵敏系数，αg 为试件（即梁）的膨胀 系数,αs 为应变片材料的膨胀系数。
arctan
800
1
0
2
1 400 2 800
arctan 0.5333 28.070
该传感器的振幅相对误差为
相位误差为 28.07O。
k() 1 100% 18% 1
（2）当用 f0 1200 Hz 、 0.4 的传感器测量 f 400 Hz 的信号时，同理可得：
传感器与检测技术 (胡向东 刘京诚_著)_机械工业出版社 课后答案
解：（2） A = π ( R 2 − r 2 ) = 59.7 ×10−6 m 2
F ∆R1 = ∆R2 = ∆R3 = ∆R4 = k AE R = 0.191Ω
∆R5 = ∆R6 = ∆R7 = ∆R8 = −µ∆R1 = −0.0573Ω
（3）U0 = 1mV
3.7 图 3.5 中，设负载电阻为无穷大（开路），图中，E=4V,
第三章 思考题和习题 3.1 应变电阻式传感器的工作原理是什么？
电阻应变式传感器的工作原理是基于应变效应的。 当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换 成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变 化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。 3.2 电阻应变片的种类有哪些？各有何特点？ 按组成材料有金属和半导体之分，金属应变片受力时，主要是基于应变效应，是引起 应变片的外形变化进而引起电阻值变化，而半导体应变片时基于压阻效应工作的，当受力时， 引起应变片的电阻率变化进而引起电阻值变化。 按结构形式有丝式和箔式之分。丝式是应变金属丝弯曲成栅式结构，工艺简单，价钱便 宜。箔式是采用光刻和腐蚀等工艺制成的，工艺复杂，精度高，价钱较贵。 3.3 引起电阻应变片温度误差的原因是什么？电阻应变片的温度补偿方法是什么？ 一是电阻温度系数，二是线膨胀系数不同。 单丝自补偿应变片，双丝组合式自补偿应变片，补偿电路 3.4 试分析差动测量电路在应变式传感器中的好处。 灵敏度提高一倍，非线性得到改善。
2.8 某温度传感器为时间常数τ = 3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器
温差的三分之一和二分之一所需的时间。 温差为二分之一时，t=2.08s 温差为三分之一时，t=1.22s 2.9 玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某玻
传感器与检测技术习题及答案
传感器与检测技术习题及答案传感器与检测技术自测练习题1一、填空1．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。
对线性传感器来说，其灵敏度是。
2．铂热电阻的纯度通常用比表示。
3．减少螺线管式差动变压器传感器零点残余电压最有效的办法是尽可能保证传感器、的相互对称（任填两个）。
4．利用涡流式传感器测量位移时，为了得到较好的线性度和较高的灵敏度，应该让的距离大大小于。
5．空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用式电容传感器。
6．传感器的动态特性是指传感器测量时，其对的响应特性。
7．用热电阻测温时，它在桥路中有不同的接法。
工业测量中通常采用制接法。
8．金属电阻应变片敏感栅的形式和材料很多，其形式以式用的多，材料以用的最广泛。
9．单线圈螺线管式电感传感器对比闭磁路变隙式电感传感器的优点是大、好、结构简单和便于操作。
10．螺线管式差动变压器传感器中，零点残余电压是评定差动变压器性能的主要指标之一。
它的存在造成传感器在附近灵敏度降低、测量大等。
11．机械弹性敏感元件的灵敏度是指作用下产生的。
灵敏度大，表明弹性元件刚度。
12．电阻应变片中，电阻丝敏感栅的灵敏系数小于其电阻丝的灵敏系数的现象，称为应变片的。
13．闭磁路变隙式电感传感器主要由线圈、及铁芯组成。
14．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据的基本原理制成的，其次级绕组都用形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
15．对于高频反射式电涡流传感器来说，为了使其具有较高的度，不产生电涡流的透射损耗，要求被测特必须达到一定的度。
16．电容式传感器中，变间隙式一般用来测量的位移。
17．传感器的基本特性通常用其和来描述。
当传感器变换的被测量处于动态时，测得的输出—输入关系，称为。
18．闭磁路变间隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接，当被测物体移动时，引起磁路中气隙磁阻发生相应变化，从而导致线圈的变化。
传感器与检测技术试题_有答案
一、名词解释（每题4分）1、电涡流效应2、霍尔效应3、光电效应二、填空（每空1分）1、热电阻传感器可分为__金属热电阻式__和___半导体热电阻式__两大类，前者简称__热电阻__，后者简称_热敏电阻_。
2、基于场的定律的传感器称为__结构型___，基于物质定律的传感器称为___物性型___。
3、传感器动态标定使用的标准激励信号分为两类：__正弦__和__阶跃__。
4、半导体材料的应变电阻效应主要基于__压阻_效应。
5、无外磁场时，霍尔元件在额定控制电流下，两霍尔电极之间的开路电势称为__不等位电势____。
6、逆压电效应又叫__电致伸缩___。
基于该效应的____发生器和_____发生器分别是超声检测和声表面波检测技术及仪器的关键器件。
7、压电陶瓷除了具有压电性，还具有__热释电效应__，因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。
8、光纤的最初研究是应用于___通讯____领域。
9、将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连接，电压表接线端为25℃，若电压表读数为30mV，热电偶的热端温度为_______。
10、脉冲回波法测厚，已知超声波在工件中的声速5000m/s，测得时间间隔为18μs，工件厚度为___5000*9*10^-6=0.045m____。
11、编码器按结构形式有__直线式__编码器和_旋转式_编码器。
12、热电偶传感器的工作基础是____________，其产生的热电势包括________电势和_______电势两部分。
热电偶的___连接导体___定律是工业上运用补偿导线法进行温度补偿的理论基础；__中间温度__定律为制定分度表奠定了理论基础；__参考电极__定律简化了热电偶的选配工作。
电涡流传感器的线圈与被测物体的距离减少时，互感系数M将。
利用电涡流位移传感器测量转速时，被测轴齿盘的材料必须是导磁体。
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量等转换成线圈或互感量的变化，这种装置称为电感式传感器。
《传感器与检测技术》试卷习题及答案
《传感器与检测技术》试卷习题及答案一.选择题(每题2分，共计12分)1．对于一个线性仪表，其线性度为（ D ）。
A．100% B．与输入量呈现线性关系 C．不等于零的常数 D．等于零2.转子流量计安装时，必须（ A ）安装A、垂直B、水平C、30°倾斜3. 当把光电池作传感器时，应当把它看作（ B ）A、电压源B、电流源C、电阻器4、差压式流量计利用节流装置产生压降，管道中流量与压差的关系为（ C ）A、压差平方根成正比B、压差成正比C、压差成反比5．固态压敏电阻在某一方向上承受应力时，它的电阻值发生显著变化，这是由哪些方面因素发生显著变化而引起的（ B ）。
A．电阻率 B．几何尺寸 C．晶面上电荷 D．极化电荷6．电阻应变片的初始电阻有多种，其中用得最多的是（ B ）。
A．60Ω B．120Ω C．200Ω D．240Ω二.填空(每题3分，共计15分)1．检测仪表中常用测试方法有偏差法、零位法和微差法。
2．电容式传感器的三种工作方式是变间隙、变面积和变介电常数。
3.空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾的，为此实际中大都采用差动式电容传感器。
4．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用差动形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
5．电容式传感器中，变间隙式一般用来测量微小的位移。
三、简答题（每题8分，共计32分）1．现对一个量程为60MPa，压力表进行校准，测得数据如下。
试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该压力表的精度等级。
解: 最大绝对误差为0.4Mpa该压力表精度等级为1级2．图示为霍尔式压力传感器原理，试分析其工作原理，霍尔电势（）与压力P的关系。
答：当弹簧管接受压力P时，弹簧管变形，将压力转换为位移量x（且），使霍尔片偏离磁场中心而受到磁场力的作用，此时，而，即：霍尔电势与被测压力成正比。
《传感器与检测技术》试卷及答案(共五套)
（试卷一）第一部分选择题（共24分）一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
错选、多选和未选均无分。
1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（）A．压力B．力矩C．温度D．厚度2．属于传感器动态特性指标的是（）A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（）A．光电式传感器B．电容式传感器C．压电式传感器D．磁电式传感器4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（）A．变极板面积型B．变极距型C．变介质型D．容栅型5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（）A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗7．固体半导体摄像元件CCD是一种（）A．PN结光电二极管电路B．PNP型晶体管集成电路C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路8．将电阻R和电容C串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是（）A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声C．克服串扰D．消除电火花干扰9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次采样值为0.301，则本次采样值Y n应选为（）A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.31510．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最小输入电压信号为（）A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV11．周期信号的自相关函数必为（）A．周期偶函数B．非周期偶函数C．周期奇函数D．非周期奇函数12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（）A．2X(f3) B．23X(f3) C．23X(f) D．2X(f) 第二部分非选择题（共76分）二、填空题（本大题共12小题，每小题1分，共12分）不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。
传感器与检测技术课后习题答案
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第1章
∴ y 0.68x 0.25
1 0.238 2 0.35 3 0.16
4 0.11 5 0.126 6 0.194
L
Lmax yFS
100%
0.35 5
7%
拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7%
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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)
R x1100 ,R x2200 ,R x3300 ,R x4400 ,R x5500 , R x6600 ,R x7700 ,R x8800 ,R x9900 ,R x101000
r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5
r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0
Y111003,Y2
解：①图 2-32(c)
②圆桶截面积 A R 2 r 2 59.7 106
应变片 1,2,3,4 感受的是纵向应变,有
1 2 3 4 x
应变片 5,6,7,8 感受的是纵向应变,有
5 6 7 8 y
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第2章
U U 4 R 1 R 5 R R 2 R 6 U 4K 1526 U 2KxyU 2K 1xU 2K 1A F E
l0l
2
...
比较后可见灵敏度提高一倍，非线性大大减少。
答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的 方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后， 便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量 信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负 位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小， 电压的正负表明位移的方向。
《传感器与检测技术》作业及答案
《传感器与检测技术》作业及答案第一次作业1、使用一只0.2级、量程为10V的电压表，测得某一电压为5.0V,试求此测量值可能出现的绝对误差和相对误差的最大值。
2、现对一个量程为100mV，表盘为100等分刻度的毫伏表进行校准，测得数据如下。
仪表刻度值/mV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 标准仪表示值0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0/mV绝对误差/mV修正值/mV试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该毫伏表的精度等级。
3.已知对某电压的测量值U~N（50V,0.04V）,若要求置信概率达到50%，求相应的置信区间。
4、甲、乙二人分别用不同的方法，对同一电感进行多次测量，结果如下（假设均无粗大误差和系统误差）：甲 1.28 1.31 1.27 1.26 1.19 1.25乙 1.29 1.23 1.22 1.24 1.25 1.20写出测量结果表达式，评价哪个人的测量精密度高。
第一次作业答案1、使用一只0.2级、量程为10V的电压表，测得某一电压为5.0V,试求此测量值可能出现的绝对误差和相对误差的最大值。
答案：2、现对一个量程为100mV，表盘为100等分刻度的毫伏表进行校准，测得数据如下。
仪表刻度值/mV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100标准仪表示值0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0/mV绝对误差/mV修正值/mV试将各校准点的绝对误差和修正值填入上表中，并确定该毫伏表的精度等级。
解:仪表刻度值/mV 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100标准仪表示值0.0 9.9 20.2 30.4 39.8 50.2 60.4 70.3 80.0 89.7 100.0/mV绝对误差/mV 0 0.1 -0.2 -0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.3 0 0.3 0 修正值/mV 0 -0.1 0.2 0.4 -0.2 0.2 0.4 0.3 0 -0.3 03.已知对某电压的测量值U～N（50V,0.04V2）,若要求置信概率达到50%，求相应的置信区间。
传感器与检测技术课后习题答案
第一章1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统① MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
传感器和检测技术试题(卷)与答案解析
分别为-0.200.1 -0.1 0.2
3、等精度测量某电阻10次，得到的测量如下：
R1—167.95ΩR2—167.45ΩR3—167.60ΩR4—167.60ΩR5—167.87Ω
R6—167.88ΩR7—168.00ΩR8—167.85ΩR9—167.82ΩR10—167.61Ω
求：10次测量的算术平均值，测量的标准误差和算术平均值的标准误差
C.降低线圈的Q值D.提高激磁电源电压
6.为了使传感器具有较好的线性度，一般取测量量范围为线圈骨架长度的（ D ）。
A.1/8～1/4B.1/10～1/2C.1/4～1/2D.1/10～1/4
7.以下哪种传感器可以用来检测金属的表面裂纹和焊接部位的探伤（ C ）。
A.自感式传感器B.差动变压器C.电涡流式传感器D.电容式传感器
②方法：自补偿法线路补偿法
四计算题
1、如图所示电路是电阻应变仪中所用的不平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压，ΔR=0，桥路处于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失去平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应变片变后电阻值的变化量。试证明：Ucd=-（E/2）(ΔR/R)。
答：框图如下：
测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。
测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
当测量误差很小时，可以忽略，此时测量值可称为相对真值。
3、从传感器的静态特性和动态特性考虑，详述如何选用传感器。
答：考虑传感器的静态特性的主要指标，选用线性度大、迟滞小、重复性好、分辨力强、稳定性高、抗干扰稳定性高的传感器。考虑动态特性，所选的传感器应能很好的追随输入量的快速变化，即具有很短的暂态响应时间或者应具有很宽的频率响应特性。
【传感器与测试技术】练习题及答案
10．传感器按照工作原理分类，如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式 传感器、光电式传感器等。对 问答题 1. 选用传感器应该遵循的原则是什么？
答：应该根据具体的检测要求和条件，保证性能满足要求即可，即选用时遵循以下几个原则。 （1）考虑检测系统内部的要求 主要指测量的目的，被检测量的选择，测量范围、精度、时间等要求。 （2）考虑检测系统外部的条件 主要指安装现场条件及情况、环境条件（温度、湿度、振动等）、信号传输距离、需要现场提供的功率 容量等。 考虑传感器自身的技术指标 主要指传感器自身的一些静态特性指标及动态特性指标，如精度、灵敏度、分辨率、固有频率、阻尼比、 频率特性、时间常数等。 2. 什么是传感器的线性度？ 答：线性度指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。 3．什么是传感器的迟滞？ 答：传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间，其输入输出特性曲线不重 合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差 值称为迟滞差值。 4．什么是传感器的精度？ 答：精度指测量结果的可靠程度，是测量中各类误差的综合反映。测量误差越小，传感器的精度越高。 5．什么是传感器的灵敏度？ 答：灵敏度表示传感器的输入增量与由它引起的输出增量之间的函数关系。更确切地说，灵敏度等于传感器 输出增量与被测量增量之比，是传感器在稳态输出输入特性曲线上各点的斜率。 6．什么是传感器的分辨率？ 答：传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力。对于某些传感器，如电位器式传感器，当输入量 连续变化时，输出量只做阶梯变化，则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。对于数字 式仪表，分辨力就是仪表指示值的最后一位数字所代表的权值。当被测量的变化量小于分辨力时，数字式仪 表的最后一位数不变，仍指示原值。当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。
传感器与检测技术 (胡向东 刘京诚 著) 机械工业出版社 课后答案
第1章传感器特性习题答案：5.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。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9．解：10.解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%。
，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。
17．答：⑴20。
C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350kΩ。
V0在48.78～67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ，R3=250kΩ，20。
C时，V0在0～18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。
⑶20。
C时，V0为0～18.85mV，30。
C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。
但相对（2）得情况来说有很大的改善。
18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第3章应变式传感器概述习题答案9.答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。
11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。
《传感器与检测技术》习题解答
第一章1.某压力传感器的校准数据如下表所示：校准数据列表试分别用端点连线法和最小二乘法求校准直线、非线性误差，并计算迟滞和重复性误差。
解：（1）端点连线法171.50x+-2.7017.15000.348%0.700%0.272%1.048%端基法校准直线y=迟滞误差γH =总精度γ=满量程输出y FS =重复性γR =线性度γL =（2）最小二乘法171.50x+-2.770017.15000.348%0.408%0.272%0.757%最小二乘法校准直线y=满量程输出y FS =线性度γL =迟滞误差γH =总精度γ=重复性γR =压力2．有一个温度传感器，其微分方程为x y ty15.03d d 30=+ 其中y 为输出电压（mV ），x 为输入温度(OC)，试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。
解：C mv/05.0315.0O 00===a b k s 1033001===a a τ 3.某加速度传感器的动态特性可用如下的微分方程来描述：x y t y ty 1010322100.111025.2d d 100.3d d ⨯=⨯+⨯+ 式中 y ——输出电荷量（pC ）x ——输入加速度值（m/s 2） 试确定该传感器的ω0、ξ和k 的大小。
解：静态灵敏度：8889.41025.21011101000=⨯⨯==a b k阻尼比：01.011025.223000210201=⨯⨯==a a a ξ自振角频率：51020105.111025.2⨯=⨯==a a ω4.设有两只力传感器，均可作为二阶系统来处理，自振频率分别为800Hz 和1200Hz ，阻尼比ξ均为0.4，今欲测量频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算将产生多大的振幅相对误差和相位误差。
解：讨论传感器动态特性时，常用无量纲幅值比)(ωk 。
（1）当用Hz 8000=f 、4.0=ξ的传感器测量Hz 400=f 的信号时，18.18004004.028*******211)(22220220=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ωωξωωωk220007.285333.0arctan 80040018004004.02arctan 12arctan )(-=-=⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ωωωωξωϕ 该传感器的振幅相对误差为%18%10011)(=⨯-ωk 相位误差为28.07O。
《传感器及检测技术》期末测试题及答案
《传感器及检测技术》期末测试题及答案一、单项选择题（每题1分，共15分）1、金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由( ) 来决定的。
A、贴片位置的温度变化B、电阻丝几何尺寸的变化C、电阻丝材料的电阻率变化D、外接导线的变化2、不能用涡流式传感器进行测量的是( ) 。
A、位移B、材质鉴别C、探伤D、非金属材料3、不能采用非接触方式测量的传感器是：（）。
A、霍尔传感器B、光电传感器C、热电偶D、涡流传感器4、通常所说的传感器核心组成部分是指：（）A、敏感元件和传感元件B、敏感元件和转换元件C、转换元件和调理电路D、敏感元件、调理电路和电源5、下列四种光电元件中，基于外光电效应的元件是：（）A、光敏二极管B、硅光电池C、光电管D、光导管6、为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是：（）。
A、半桥双臂各串联一片电阻应变片；B、半桥双臂各并联一片电阻应变片；C、适当提高电桥的电源电压；D、增大应变片的初始电阻值。
7、一阶传感器输出达到稳态值的10%到90%所需的时间是 ( )。
A、延迟时间B、上升时间C、峰值时间D、响应时间8、传感器的下列指标全部属于静态特性的是 ( )。
A、线性度、灵敏度、阻尼系数B、幅频特性、相频特性、稳态误差C、迟滞、重复性、漂移D、精度、时间常数、重复性9、属于传感器动态特性指标的是 ( )。
A、重复性B、固有频率C、灵敏度D、漂移10、影响金属导电材料应变灵敏度系数K的主要因素是 ( )。
A、导电材料电阻率的变化B、导电材料几何尺寸的变化C、导电材料物理性质的变化D、导电材料化学性质的变化11、电阻应变片的线路温度补偿方法有 ( )。
A、差动电桥补偿法B、补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C、补偿线圈补偿法D、恒流源温度补偿电路法12、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将 ( )。
A、保持不变B、增大为原来的一倍C、减小一倍D、增大为原来的两倍13、试题关键字：变间隙式。
传感器与检测技术课后习题和答案(陈杰)
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第8章
8.5 什么是测温用的平衡电桥、不平衡电桥和自动 平衡电桥，各有什么特点？ 8.6 试解释负电阻温度系数热敏电阻的伏安特性， 并说明其用途。 8.7 有一串联的热敏电阻测温电路，如图F1-9所示。 试设计其最佳线性工作特性，并计算其线性度， 最后，用坐标纸每5℃一点绘出电路图F1-9中 u=f(t)的曲线。
正行程
6.0
8.0 10.0 10.0 8.0
反行程
6.0 4.0 2.0
577.3
384.1 191.6
577.4
384.2 191.6
578.4
384.7 192.0
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第1章
1.13 建立以质量、弹簧、阻尼器组成的二阶系统 的动力学方程，并以此说明谐振现象和基本特点。
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行程 输入压力×105 2.0 4.0 Pa 输出电压（Mv） (1) 190.9 382.8 575.8 769.4 963.9 964.4 770.6 (2) 191.1 383.2 576.1 769.8 964.6 965.1 771.0 (3) 191.3 383.5 576.6 770.4 965.2 965.7 771.4
x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7
y
1.1
1.6
2.6
3.2
4.0
5.0
a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度； b)用C语言编制程序在微机上实现。
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第1章
1.4 某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统， 当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出 温差的1/3和1/2所需的时间。 1.5 某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时， 在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在 t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。 1.6 某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压 力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s后的压 力。
传感器与检测技术课后习题答案
第一章1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS 技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD 传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量A y与引起输出量增量A y的输入量增量X 的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲 线不一致的程度。
(完整版)传感器与检测技术习题答案
第1章传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号主称——传感器，代号C；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表2；转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3；序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。
例：应变式位移传感器：C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。
3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。
此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U 来讲为一小量。
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第1章传感器与检测技术基础思考题答案l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。
当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。
下图给出了检测系统的组成框图。
检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输出信号是微弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。
根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义?依次为主称（传感器）被测量—转换原理—序号主称——传感器，代号C；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表2；转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。
见附录表3；序号——用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。
若产品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时，其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A、B、C等，（其中I、Q不用）。
例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。
3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时，最好采用微差式测量。
此时输出电压认可表示为U0，U0=U+△U，其中△U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对U来讲为一小量。
如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足U0的要求，因此对△U，这个小量造成的U0的变化就很难测准。
测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计，R r和E分别表示稳压电源的内阻和电动势，凡表示稳压电源的负载，E1、R1和R w表示电位差计的参数。
在测量前调整R1使电位差计工作电流I 1为标准值。
然后，使稳压电源负载电阻R 1为额定值。
调整RP 的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U 。
正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻R L 的值，负载变动所引起的稳压电源输出电压U 0的微小波动值ΔU ，即可由毫伏表指示出来。
根据U 0=U +ΔU ，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。
微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。
用微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化4.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。
解：该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2-=--=S mV/mm5.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： 0.45Ω/℃电桥： 0.02V/Ω放大器： 100(放大倍数)笔式记录仪： 0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。
解：（1）测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=⨯⨯⨯=S cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃6.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。
因此，应该选用1.5级的测温仪器。
7.什么是系统误差和随机误差?正确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差?答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。
随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。
正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。
8.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性?答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。
也就是说f (δ)- δ曲线对称于纵轴。
有界性 在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范围，即绝对值很大的随机误差几乎不出现。
抵偿性 在相同条件下，当测量次数n →∞时，全体随机误差的代数和等于零，即0lim 1=∑=∞→n i i n δ。
单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多，即前者比后者的概率密度大，在δ=0处随机误差概率密度有最大值。
9.等精度测量某电阻10次，得到的测量列如下：R 1＝167.95Ω R 2＝167.45Ω R 3＝167.60Ω R 4＝167.60Ω R 5＝167.87ΩR 6＝167.88Ω R 7＝168.00Ω R 8＝167.850Ω R 9＝167.82Ω R 10＝167.61Ω(1)求10次测量的算术平均值R ，测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s 。
(2)若置信概率取99.7％，写出被测电阻的真值和极限值。
解：(1)求10次测量的算术平均值R ，测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s 。
Ω=+++++++++=++=∑=763.1671061.16782.16785.16700.16888.16787.16760.16760.16745.16795.1671010121i nR R R R Ω=++++++⨯++==-=--=∑∑∑===1824.0)153.0057.0087.0237.0108.0107.0163.02313.0187.0(919111)(11ˆ22222222210121212i i n i i n i i v v n x x n σΩ==0577.0101824.0n s σ(2)若置信概率取99.7％，被测电阻的真值为：Ω±=⨯±=)173.0763.167(3763.1670s R 极限值为：Ω±=⨯±=)547.0763.167(3763.167σm R10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。
答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、R 3、R 4。
U 为电桥的直流电源电压。
当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’(R ≠R ’)时，称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ，R 2=R 3 =R ’(R ≠R ’)时，称为电源对称电桥。
D直流电桥电路当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。
输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为U R R R R R R R R U o ))((432142313++-= (1)设电桥为单臂工作状态，即R 1为应变片，其余桥臂均为固定电阻。
当R 1感受被测量产生电阻增量ΔR 1时，由初始平衡条件R 1R 3=R 2R 4得3421R R R R =，代入式（1），则电桥由于ΔR 1产生不平衡引起的输出电压为U R R R R R R U R R R R U )()()(1122121122120∆+=∆+= (2) 对于输出对称电桥，此时R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’，当R 1臂的电阻产生变化ΔR 1=ΔR ，根据（2）可得到输出电压为)(4)()(20R R U R R R R RR U U ∆=∆+= (3) 对于电源对称电桥，R 1=R 4=R ,R 2=R 3=R ’。
当R 1臂产生电阻增量ΔR 1=ΔR 时，由式（2）得)()(20RR R R R R U U ∆'+'= (4) 对于等臂电桥R 1=R 2=R 3=R 4=R ，当R 1的电阻增量ΔR 1=ΔR 时，由式（2）可得输出电压为)(4)()(20R R U RR R R RR U U ∆=∆+= (5) 由上面三种结果可以看出，当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥的输出电压也随着变化。
当ΔR <<R 时，电桥的输出电压与应变成线性关系。
还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下，等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大，即它们的灵敏度要高。
因此在使用中多采用等臂电桥或输出对称电桥。
在实际使用中为了进一步提高灵敏度，常采用等臂电桥，四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式，R 1=R +ΔR ,R 2=R -ΔR ,R 3=R +ΔR ,R 4=R -ΔR ，将上述条件代入式(1)得⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=R R U R R U U 440 (6)由式(6)看出，由于充分利用了双差动作用，它的输出电压为单臂工作时的4倍，所以大大提高了测量的灵敏度。
第2章 电阻式传感器思考题答案1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。
2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。
3.热电阻测量时采用何种测量电路?为什么要采用这种测量电路?说明这种电路的工作原理。
答：通常采用电桥电路作为测量电路。
为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路。
由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果t t R R 21=，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。
热电阻的测量电路4.采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。
当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。