传感器第六、七、八章 思考题与习题
传感器唐文彦习题答案
已知：R=120Ω，k=，ε=800μm/m；
求：①△R=，△R/R=②U=3V时，U0=
解①：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
∵
∴
解②：初始时电桥平衡（等臂电桥）
∵
∴
6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a）。若钢的泊松系数μ=，应变片的灵敏系数k=2，电桥电源电压U=2V，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值△R=Ω,试求电桥的输出电压U0。
4、试比较涡流传感器的几种应用电路的优缺点
答：交流电桥电路：线性好、温度稳定性高，但存在零点残余电压问题及测量范围较小；谐振电路：电路简单，灵敏度高，但线性度差及范围更小；正反馈电路：测量范围较大，是电桥的2至3倍，但电路复杂。
5、有一4极感应感应同步器，设h=5mm、θ=150、δ=0.15mm、r=6.5mm、N1=N2=900匝，励磁电流I1=35mA、f=400Hz,试求：
答：线圈磁场效应是指磁电式速度传感器的线圈中感应电流产生的磁场对恒定磁场作用，而使其变化。如公式 知，由于B的变化而产生测量误差。补偿方法通常是采用补偿线圈与工作线圈串接，来抵消线圈中感应电流磁场对恒定磁场的影响。
4、为什么磁电感应式传感器在工作频率较高时的灵敏度，会随频率增加而下降
答：由理论推到可得传感器灵敏度与频率关系是：
∵ ； ；
3、画出并说明电容传感器的等效电路及其高频和低频时的等效电路。
答：电容传感器的等效电路为：
其中：
唐文彦《传感器》习题答案
已知：f0=20kHz, ξ=0.1。求：g < 3% 时的工作频率范围。
解：二阶传感器频率特性(p141—30 式)
∵ k(w) =
k
(1 - w 2t 2 ) 2 (2xwt ) 2
í ïî0.98
- w 2t
2
>
-1.011
îíìww12
> <
0 176.3kHz
即：
ççèæ107£3.w7k£H2z1£.7wkH£z176.3kHz
取： 则有：
0 £ w £ 21.7kHz
0 £ f £ 21.7kHz / 2p = 3.44kHz
第二章 思考题与习题 1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效 应。（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。并将其粘贴在绝缘基片上 制成。把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度， 2、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值 相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。
ïì(1 - w 2t 2 )2 + (2xwt )2 > 0.943
í ïî(1
-
w
2t
2)2
+ (2xwt
)2
< 1.063
ïì1 -1.96w 2t 2 + w 4t 4 > 0.943
传感器课后答案(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】第1章概述1.什么是传感器？传感器定义为能够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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
1.2传感器的共性是什么？传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
1.3传感器由哪几部分组成的？由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。
1.4传感器如何进行分类？（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。
（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。
（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。
（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。
1.5传感器技术的发展趋势有哪些？（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理第2章传感器的基本特性2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。
主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。
常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。
(完整版)传感器新习题集及答案
习题集及答案第1章概述1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。
如果没有传感器，应该出现哪种状况。
1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案1.1答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“能够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和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——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。
1.3答：（略）答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。
按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答
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减至，求该仪器的灵敏度。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=； Y 2=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：Ω/℃；电桥：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=Ω/℃； S 2=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：（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=××100×=（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%、%和%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过%，选哪台仪表合理依题意，已知：R=600℃； δ1=%； δ2=%； δ3=%； L=500℃； γM =%求：γM1 γM2 γM3解：（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，使用级的仪表最合理。
传感器思考题与习题答案
传感器思考题与习题答案传感器思考题与习题答案近年来，随着科技的飞速发展，传感器技术也越来越受到人们的关注。
传感器作为现代科技的重要组成部分，广泛应用于各行各业。
不仅在工业领域，如制造业和自动化控制系统中发挥着重要作用，也在日常生活中扮演着不可或缺的角色。
本文将通过一些思考题和习题，来探讨传感器的原理、应用和未来发展方向。
一、思考题1. 传感器的定义是什么？它在现代科技中的地位和作用是什么？传感器是一种能够将非电信号转化为电信号的设备，用于检测和测量各种物理量。
它在现代科技中起到了至关重要的作用，可以说是实现自动化和智能化的关键。
传感器可以感知和获取环境中的信息，将其转化为可处理的电信号，为后续的数据处理和控制提供了基础。
2. 传感器的工作原理是什么？请举例说明。
传感器的工作原理主要是通过感受到的物理量对其进行测量，并将其转化为电信号输出。
例如，温度传感器可以通过感知环境中的温度变化，将其转化为电阻值的变化，再通过电路进行放大和处理，最终输出一个与温度相关的电信号。
3. 传感器的分类有哪些？请简要介绍。
传感器可以按照测量的物理量进行分类，常见的分类有温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光电传感器等。
此外，还可以按照工作原理进行分类，如电阻型传感器、电容型传感器、电感型传感器等。
4. 传感器在工业领域中的应用有哪些？请列举几个例子。
传感器在工业领域中有广泛的应用，例如在制造业中，可以用于检测生产线上的物料流、产品质量等；在自动化控制系统中，可以用于监测设备状态、控制生产过程等；在环境保护中，可以用于监测空气质量、水质污染等。
二、习题答案1. 什么是温度传感器？它的工作原理是什么？温度传感器是一种用于检测和测量环境中温度的传感器。
它的工作原理一般是利用温度对电阻值的影响。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶是利用两种不同金属的热电势差来测量温度变化，而热敏电阻则是利用材料的电阻值随温度变化而变化来测量温度。
传感器思考题及答案
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，如电阻应变片，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件，如电阻应变片、电容。
3．简述电阻应变式传感器产生横向误差的原因。
粘贴在受单向拉伸力试件上的应变片 , 如图2-3所示，其敏感栅是有多条直线和圆弧部
分组成。
这时，各直线段上的金属丝只感受沿轴向拉应变x ε,电阻值将增加。
但在圆弧段上，沿各微段轴向 (即微段圆弧的切向) 的应变与直线段不相等，因此与直线段上同样长度的微段所产生的电阻变化就不相同，最明显的在2/πθ=处圆弧段上，按泊松关系，在垂直方向上产生负的压应变y ε，因此该段的电阻是最小的。
而在圆弧的其它各段上，其轴向感受的应变由 +x ε变化到-y ε。
由此可见 , 将直的电阻丝绕成敏感栅之后，虽然长度相同，但应变状态不同，其灵敏系数降低了。
这种现象称横向效应。
应变片横向效应表明 , 当实际使用应变片时，使用条件与标定灵敏系数 k 时的标定规则不同时,实际 k 值要改变,由此可能产生较大测量误差，当不能满足测量精确度要求时，应进行必要的修正。
5．差动电桥有哪些有优点？
答：差动电桥比单臂电桥的灵敏度高，此外，还可以有效地改善电桥的温度误差、非线性误差。
图2－3 横向效应。
检测技术第8章部分练习答案
第八章霍尔传感器思考题与习题答案1．单项选择题１）属于四端元件的___C___。
A. 应变片B. 压电晶片C. 霍尔元件D. 热敏电阻2）公式E H=K H IB cosθ中的角θ是指___C___。
A. 磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角B. 磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角C. 磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角3) 磁场垂直于霍尔薄片，磁感应强度为B，但磁场方向与图9-1相反（θ=180 ）时，霍尔电势___A___，因此霍尔元件可用于测量交变磁场。
A. 绝对值相同，符号相反B. 绝对值相同，符号相同C. 绝对值相反，符号相同D. 绝对值相反，符号相反4）霍尔元件采用恒流源激励是为了___B___。
A. 提高灵敏度B. 克服温漂C. 减小不等位电势5）减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是___C___。
A. 减小激励电流B. 减小磁感应强度C. 使用电桥型式的调零电位器6）多将开关型霍尔IC制作成具有史密特特性是为了___C*___，其回差（迟滞）越大，它的___C*___能力就越强。
(注：* 表示填写的内容相同)A .增加灵敏度 B. 减小温漂 C. 抗机械振动干扰7）OC门的基极输入为低电平、其集电极不接上拉电阻时，集电极的输出为___C___。
A. 高电平B. 低电平C. 高阻态D.对地饱和导通8）为保证测量精度，图9-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过___B___为宜。
A. 0TB. +0.10TC. +0.15TD. +100Gs9)欲将运放输出的双端输出信号（对地存在较高的共模电压）变成单端输出信号，应选用___C___运放电路。
A. 反相加法B. 同相C. 减法差动D. 积分2．请在分析第八章的图以后，说出在这几个霍尔传感器的应用实例中，哪几个只能采用线性霍尔集成电路，哪几个可以用开关型霍尔集成电路？答：______。
3．在下图中，当UGN3020感受的磁感应强度从零增大到多少特斯拉时输出翻转？此时第3脚为何电平？回差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？答：___D，70___Gs。
传感器与检测技术试题与答案
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U 0,U 0=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U 0的要求,因此对△U ,这个小量造成的U 0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,E 1、R 1和R w 表示电位差计的参数;在测量前调整R 1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/mm 5.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＝167.87Ω R 6＝167.88ΩR 7＝168.00Ω R 8＝167.850Ω R 9＝167.82Ω R 10＝167.61Ω1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;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;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 RR 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 )()(20R R R R R R UU ∆'+'= 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;解：单臂时40U K U ε=,所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V,应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；双臂时20U K U ε=,所以应变为1时66010*******--⨯=⨯⨯==U K U ε/V,应变为1000时应为330104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0,所以应变为1时60108-⨯=U /V,应变为1000时应为30108-⨯=U /V;从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低,双臂时为其两倍,全桥时最高,为单臂的四倍;5.采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为10V ;当应变片应变为1000时,若要使输出电压大于10mV ,则可采用何种工作方式设输出阻抗为无穷大解：由于不知是何种工作方式,可设为n,故可得：101010230 nn U K U -⨯⨯==εmV 得n 要小于2,故应采用全桥工作方式;6.如图所示为一直流电桥,供电电源电动势E =3V ,R 3=R 4=100Ω,R 1和R 2为同型号的电阻应变片,其电阻均为50Ω,灵敏度系数K =2.0;两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面;设等强度梁在受力后产生的应变为5 000,试求此时电桥输出端电压U 0;题6图解：此电桥为输出对称电桥,故15210532230=⨯⨯⨯==-U K U ε/mV 7.光敏电阻有哪些重要特性,在工业应用中是如何发挥这些特性的答：光敏电阻是采用半导体材料制作,利用内光电效应工作的光电元件;它的重要特性是在无光照时阻值非常大,相当于断路,有光照时阻值变得很小,相当于通路;在工业应用中主要就是通过光的变化来各种电路的控制;第3章 电容式传感器思考题答案1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度 为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图;当动极板移动△x 后,覆盖面积就发生变化,电容量也随之改变,其值为C =εba -△x /d =C 0-εb ·△x /d 1电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为 db x C K ε-=∆∆= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度;直线位移型电容式传感器 2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的 采取什么措施可改善其非线性特征答：下图为变间隙式电容传感器的原理图;图中1为固定极板,2为与被测对象相连的活动极板;当活动极板因被测参数的改变而引起移动时,两极板间的距离d 发生变化,从而改变了两极板之间的电容量C ; 设极板面积为A ,其静态电容量为d AC ε=,当活动极板移动x 后,其电容量为22011d x d xC x d A C -+=-=ε 1 当x <<d 时1122≈-d x 则)1(0dx C C += 2 由式1可以看出电容量C 与x 不是线性关系,只有当 x <<d 时,才可认为是最近似线形关系;同时还可以看出,要提高灵敏度,应减小起始间隙d 过小时;但当d 过小时,又容易引起击穿,同时加工精度要求也高了;为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况;在实际应用中,为了提高灵敏度,减小非线性,可采用差动式结构;3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥,结构组成如图所示;电容传感器起始时b 1=b 2=b =200mm ,a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ,极间介质为空气,测量电路u 1=3sinωt V ,且u=u 0;试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0;题3图解：根据测量电路可得t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320500=⨯=∆=∆==/mV 4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路,如图所示;C 0=200pF ,传感器的起始电容量C x0=20pF ,定动极板距离d 0=1.5mm ,运算放大器为理想放大器即K →∞,Z i →∞,R f 极大,输入电压u 1=5sinωt V;求当电容传感动极板上输入一位移量△x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少解：由测量电路可得ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000=⨯-⨯=∆--=-=t u xd d C C u C C u i x i x/V 5.如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm ,极板间距离δ=0.2mm .若用此变面积型传感器测量位移x ,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m 1085.812-0⨯=ε;解：这是个变面积型电容传感器,共有4个小电容并联组成; 32.281021085.81016443124200=⨯⨯⨯⨯⨯==---δεa C /pF x kx C x a a C x 8.7032.28)(400-=+=-=δε x 的单位为米 δε)400ax C C C x -=-=∆8.701021041085.844321200-=⨯⨯⨯⨯⨯-=-=-=---δεa x C C K x /pF 第四章 电感式传感器思考题答案1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等;2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响 它的主要优点是什么答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状,线圈的几何参数,激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响;电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强,特别是有非接触测量的优点,因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用;3.试说明图4.12所示的差动相敏检波电路的工作原理;答：如图所示,设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z 1和Z 2;当衔铁处于中间位置时,Z 1=Z 2=Z ,电桥处于平衡状态,C 点电位等于D 点地位,电表指示为零;当衔铁上移,上部线圈阻抗增大,Z 1=Z +△Z ,则下部线圈阻抗减少,Z 2=Z -△Z ;如果输入交流电压为正半周,则A 点电位为正,B 点电位为负,二极管V 1、V 4导通,V 2、V 3截止;在A -E -C -B 支路中,C 点电位由于Z 1增大而比平衡时的C 点电位降低；而在A -F -D -B 支中中,D 点电位由于Z 2的降低而比平衡时D 点的电位增高,所以D 点电位高于C 点电位,直流电压表正向偏转;如果输入交流电压为负半周,A 点电位为负,B 点电位为正,二极管V 2、V 3导通,V 1、V 4截止,则在A -F -C -B 支中中,C 点电位由于Z 2减少而比平衡时降低平衡时,输入电压若为负半周,即B 点电位为正,A 点电位为负,C 点相对于B 点为负电位,Z 2减少时,C 点电位更负；而在A -E -D -B 支路中,D 点电位由于Z 1的增加而比平衡时的电位增高,所以仍然是D 点电位高于C 点电位,电压表正向偏转;同样可以得出结果：当衔铁下移时,电压表总是反向偏转,输出为负;4.如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路,L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感,其初始值均为L0;R1、R2为标准电阻,u为电源电压;试写出输出电压u0与传感器电感变化量△L间的关系;解：输出与输入的关系是若电感增量无穷小,且两个电阻均为R,则：题4图题5图5.如图所示为一差动整流电路,试分析电路的工作原理;答：这是简单的电压输出型,动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压,中间可调整零位,输出电压与铁芯位移成正比;这种电路由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大;第5章热电偶传感器习题答案1．什么是金属导体的热电效应试说明热电偶的测温原理;答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,回路中就会产生一个电动势,该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关;热电偶测温就是利用这种热电效应进行的,将热电偶的热端插入被测物,冷端接进仪表,就能测量温度;2．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因;答：当A和B两种不同材料的导体接触时,由于两者内部单位体积的自由电子数目不同即电子密度不同,因此,电子在两个方向上扩散的速率就不一样;现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度,则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大;所以导体A失去电子带正电荷,导体B得到电子带负电荷,于是,在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场;该电场的方向与扩散进行的方向相反,它将引起反方向的电子转移,阻碍扩散作用的继续进行;当扩散作用与阻碍扩散作用相等时,即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时,便处于一种动态平衡状态;在这种状态下,A与B两导体的接触处就产生了电位差,称为接触电动势;对于导体A或B,将其两端分别置于不同的温度场t、t0中t> t0;在导体内部,热端的自由电子具有较大的动能,向冷端移动,从而使热端失去电子带正电荷,冷端得到电子带负电荷;这样,导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场;该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动,最后也达到了动态平衡状态;这样,导体两端便产生了电位差,我们将该电位差称为温差电动势;3．简述热电偶的几个重要定律,并分别说明它们的实用价值;答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的温度如何,热电动势为零;根据这个定律,可以检验两个热电极材料成分是否相同,也可以检查热电极材料的均匀性;二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体,只要第三种导体的两接点温度相同,则回路中总的热电动势不变;它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器,也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量;三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知;只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来;四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t n和t n、t0时的相应热电动势的代数和;中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据;4．试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理;答：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法;这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合,有0℃恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法;将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所如仪表室,其实质是相当于将热电极延长;根据中间温度定律,只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致,是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法;修正公式为：)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法;利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化,工作原理如下图所示;图中,e 为热电偶产生的热电动势,U 为回路的输出电压;回路中串接了一个补偿电桥;R 1~R 5及R CM 均为桥臂电阻;R CM 是用漆包铜丝绕制成的,它和热电偶的冷端感受同一温度;R 1~R 5均用锰铜丝绕成,阻值稳定;在桥路设计时,使R 1=R 2,并且R 1、R 2的阻值要比桥路中其他电阻大得多;这样,即使电桥中其他电阻的阻值发生变化,左右两桥臂中的电流却差不多保持不变,从而认为其具有恒流特性;线路设计使得I 1=I 2=I/2=0.5mA;回路输出电压U 为热电偶的热电动势e 、桥臂电阻R CM 的压降U RCM 及另一桥臂电阻R 5的压降U R5三者的代数和：当热电偶的热端温度一定,冷端温度升高时,热电动势将会减小;与此同时,铜电阻R CM 的阻值将增大,从而使U RCM 增大,由此达到了补偿的目的;自动补偿的条件应为5．用镍铬-镍硅K 热电偶测量温度,已知冷端温度为40℃,用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV,求被测点的温度;解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E40,0=1.638mV,根据式5-2-1计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为9.740129.29275.3310029.129)-(30.826700t =-⨯+=℃ 6．已知铂铑10-铂S 热电偶的冷端温度t 0＝25℃,现测得热电动势Et,t 0＝11.712mV,求热端温度是多少度 解：由铂铑10-铂热电偶分度表查出E25,0=0.161mV,根据式5-2-1计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为8.1216851.11159.1310011.851)-(11.8731200t =-⨯+=℃ 7．已知镍铬-镍硅K 热电偶的热端温度t ＝800℃,冷端温度t 0＝25℃,求Et,to 是多少毫伏解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得E800,0=33.275mV,E25,0=1.024 mV,故可得E800,5=33.275-1.024=32.251mV8．现用一支镍铬-康铜E 热电偶测温;其冷端温度为30℃,动圈显示仪表机械零位在0℃指示值为400℃,则认为热端实际温度为430℃,对不对 为什么 正确值是多少解：不对,因为仪表的机械零位在0℃,正确值为400℃;9．如图5.14所示之测温回路,热电偶的分度号为K,毫伏表的示值应为多少度答：毫伏表的示值应为t 1-t 2-60℃;10．用镍铬-镍硅K 热电偶测量某炉温的测量系统如图5.15所示,已知：冷端温度固定在0℃,t 0＝30℃,仪表指示温度为210℃,后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线B A ''和,相互接错了,问：炉温的实际温度t 为多少度解：实际温度应为270℃,因为接反后不但没有补偿到,还抵消了30℃,故应该加上60℃;图5.14 图5.15第6章 压电传感器习题答案1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量,可等效成一定的电容,如被测量为静态时,很难将电荷转换成一定的电压信号输出,故只能用于动态测量;2．压电式传感器测量电路的作用是什么 其核心是解决什么问题答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出,其核心是要解决微弱信号的转换与放大,得到足够强的输出信号;3．一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa,连接灵敏度K 2=0.008V ／pC 的电荷放大器,所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V,当压力变化Δp =8MPa 时,记录笔在记录纸上的偏移为多少解：记录笔在记录纸上的偏移为S =10×0.008×25×8=16/mm4．某加速度计的校准振动台,它能作50Hz 和1g 的振动,今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g,由于测试要求需加长导线,因此要重新标定加速度计灵敏度,假定所用的阻抗变换器放大倍数为1,电压放大器放大倍数为100,标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V,试画出标定系统的框图,并计算加速度计的电压灵敏度;解：此加速度计的灵敏度为3.911009130=='K mV/g 标定系统框图如下：第7章 光电式传感器1．光电效应有哪几种 与之对应的光电元件各有哪些答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种;基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等;2．常用的半导体光电元件有哪些 它们的电路符号如何答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种;它们的电路符号如下图所示：3．对每种半导体光电元件,画出一种测量电路;答：光敏二极管、三极管及光电池的测量电路如下图所示;4．什么是光电元件的光谱特性答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时,光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化,一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感,这就是光电元件的光谱特性;5．光电传感器由哪些部分组成 被测量可以影响光电传感器的哪些部分答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成,如图所示;图中Ф1是光源发出的光信号,Ф2是光电器件接受的光信号,被测量可以是x 1或者x 2,它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化,从而影响传感器输出的电信号I;光电传感器设计灵活,形式多样,在越来越多的领域内得到广泛的应用;6．模拟式光电传感器有哪几种常见形式答：模拟式光电传感器主要有四种;一是光源本身是被测物,它发出的光投射到光电元件上,光电元件的输出反映了光源的某些物理参数,如图a 所示;这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物,其中一部分被吸收,剩余的部分投射到光电元件上,吸收量取决于被测物的某些参数;如图b 所示;可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上,由被测物表面反射后再投射到光电元件上,如图c 所示;反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态,因。
2023大学_传感器原理及应用(王化祥著)课后答案下载
2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载前言绪论第一章传感器及其基本特性第一节传感器的定义、组成及分类第二节传感器的基本特性__小结习题与思考题第二章电阻应变式传感器第一节应变式传感器第二节应变式传感器的测量电路第三节压阻式传感器第四节应变式传感器的应用__小结习题与思考题第三章电容式传感器第一节电容式传感器的'工作原理与类型第二节电容式传感器的测量电路第三节电容式传感器的误差分析及补偿第四节电容式传感器的应用__小结习题与思考题第四章电感式传感器第一节自感式传感器第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器__小结习题与思考题第五章压电式传感器第一节压电效应与压电材料第二节压电传感器的等效电路和测量电路第三节引起/玉,E9式传感器测量误差的因素第四节压电传感器的应用__小结习题与思考题第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏电阻器第四节磁敏二极管和磁敏三极管第五节磁电传感器的应用__小结习题与思考题第七章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热电阻式传感器第三节半导体式热敏电阻第四节热电式传感器的应用__小结习题与思考题第八章光电传感器第一节光电效应第二节光电器件及其特性第三节红外传感器__小结习题与思考题第九章常用其他新型传感器第一节气体传感器第二节湿敏传感器第三节超声传感器第四节超导传感器第五节仿生传感器__小结习题与思考题第十章智能传感器第一节智能传感器概述第二节智能传感器的实现方式第三节智能传感器的应用第四节智能传感器的发展方向本?小结习题与思考题……第十一章传感器的标定与选用传感器原理及应用（王化祥著）：基本信息点击此处下载传感器原理及应用（王化祥著）课后答案传感器原理及应用（王化祥著）：目录作者：王桂荣，李宪芝主编出版社：中国电力出版社版次：1字数：500000印刷时间：-5-1ISBN：9787512304109。
《检测与传感技术》思考题答案
3-4有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器，如图3-5所示，其中a=8mm，b=12mm，两极板间距离为1mm。一块板在原始位置上平移了5mm后，求该传感器的位移灵敏度K（已知空气相对介电常数=1F/m，真空时的介电常数0= 8.854×10-12F/m）。
4.4根据螺管型差动变压器的基本特性，说明其灵敏度和线性度的主要特点。
答：差动变压器的结构如图所示，主要由一个初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
差动变压器传感器中的两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，当衔铁位于中心位置时，两个次级线圈感应电压大小相等、方向相反，差动输出电压为零，但实际情况是差动变压器输出电压往往并不等于零。差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致，使传感器的灵敏度降低，分辨率变差和测量误差增大。
第一章思考题和习题参考答案
1—1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互作用及相互关系如何？
答：传感器是把被测量转换成电化学量的装置，传感器由敏感元件和转换元件组成，其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要信号调理与转换电路进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
2-7在题2-6条件下，如果试件材质为合金钢，线膨胀系数g= 1110−6/℃，电阻应变片敏感栅材质为康铜，其电阻温度系数= 1510−6/℃，线膨涨系数s= 14.910−6/℃。当传感器的环境温度从10℃变化到50℃时，所引起的附加电阻相对变化量(R/R)t为多少?折合成附加应变t为多少?
传感器_习题与思考题_参考答案共25页
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31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
传感器_习题与思考题_参考 答案
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
传感器 课后题及答案
传感器课后题及答案第1章传感器特性1．什么是传感器？2．传感器哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 4．解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
5．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？6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=时。
又为多少？相角各为多少？8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
10. 某测量系统传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为： S1=/℃、S2=/mV、S3=/V，求系统的总的灵敏度。
11．测得某检测装置的一组输入输出数据如下： 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。
12．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。
13．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。
14．某一阶压力传感器的时间常数为,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s后的压力。
15．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
16.已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为： y=10(+20XX)请问这种传感器能使用吗？17.某CO2气体传感器在20。
传感器原理课后答案
第一章传感与检测技术的理论基础1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。
相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。
实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。
引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。
2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。
测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。
3．用测量范围为-50～+150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差2140142=-=∆kPa实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ引用误差%1%10050150140142=⨯---=）（γ4．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。
传感器思考与练习答案
《传感器与检测技术项目式教程》思考与练习参考答案思考与练习11. 答：检测组成框图如下：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。
传感器是把被测量转换成电学量的装置，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。
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。
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. 解：① 2.5级时的最大绝对误差值为01800 2.5%20m C δ=⨯=，测量500℃时的相对误差为11020100%100%4%500m r x δ=⨯=⨯=； ② 2.0级时的最大绝对误差值为02800 2.0%16m C δ=⨯=，测量500℃时的相对误差为22016100%100% 3.2%500m r x δ=⨯=⨯=； ③ 1.5级时的最大绝对误差值为03800 1.5%12m C δ=⨯=，测量500℃时的相对误差为33012100%100% 2.4%500m r x δ=⨯=⨯=。
因此，应该选用1.5级的测温仪器。
3. 答：根据已有拟合直线，计算当x 取不同值时，对应的y 值及误差为：当0=x 时， 2.28.622.2-=+-=x y ， 对应误差为-2.2当85.1=x 时，38.108.622.2=+-=x y ， 对应误差为0.38当45.3=x 时，26.218.622.2=+-=x y ， 对应误差为0.26当92.4=x 时，256.318.622.2=+-=x y ， 对应误差为1.256当22.6=x 时，096.408.622.2=+-=x y ， 对应误差为0.096当37.17=x 时，916.478.622.2=+-=x y ， 对应误差为-2.084所以，最大误差出现在当0=x 时，此时误差2.2max -=∆L ，线性误差为%5%4.4%100502.2%100max<=⨯=⨯∆=Y L L δ，故此拟合直线能满足线性误差小于5%的要求。
传感检测答案 6-7-8
第6章1、设图6-1-1中码盘为5位循环码盘，图中只有最靠近码盘中心的一个光电元件受光照产生电信号即输出数码“1”，其余4个光电元件均未受到光照不产生电信号即输出数码“0”，试计算码盘此时的转角。
(348.75°)答：解：由题意可知：1000054321=R R R R R ，1R ～转换为～的公式为：n R 1C n C∴，1111154321=C C C C C ()05051075.348213602360=−=⋅=−=−∑i i i Cθ。
2、增量编码器有几条码道?各有何作用?答：有三条码道。
码盘上最外圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号；中间一圈码道称为增量码道，最内一圈码道称为辨向码道。
这两圈码道都等角距地分布着m 个透光与不透光的扇形区，但彼此错开半个扇形区即90°/m。
所以增量码道产生的增量脉冲与辨向码道产生的辨向脉冲在时间上相差四分之一个周期，即相位上相差90°。
增量码道产生的增量脉冲的个数用于确定码盘的转动角度，辨向脉冲与增量脉冲的相位关系用于确定码盘的转动方向。
3、试说明光栅传感器为什么能测量很微小的位移?为什么能判别位移的方向?答：由图６－２－２可见，主光栅沿栅线垂直方向(即x 轴方向)移动一个光栅栅距W，莫尔条纹沿y 轴正好移动一个条纹间距H（H>>W），光电元件的输出电压变化一个周期。
在y=0处和y=H/4处各安放一个光电元件，这两个光电元件的输出信号u 1和u 2的相位差正好等于π/2。
将它们送到图6-1-8所示辨向电路，就可测量出光栅的移动方向和移动的栅距数。
主光栅每移动一个光栅栅距W，莫尔条纹信号u 1和u 2就相应地变化一个周期，图6-1-8中或门就产生一个计数脉冲，可逆计数器就加1或减1，可逆计数器的计数结果就是主光栅移动的栅距数。
显然，图6-1-8电路的分辨率就是一个光栅栅距。
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第六章 思考题与习题1、什么是压电效应？答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力取消，又重新回到不带电状态，这一现象称为正压电效应。
当在某些电介质的极化方向上施加电场，这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场散去，这些变形和应力也随之消失，此即称为逆压电效应。
2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？ 答：压电元件送入放大器的输入电压22233)(1i c a m im C C C R R F d U +++=ωω由上式可知，用·当作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆长度无关？ 答：p115 ●补充题：1、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力p=10MPa 作用时，求产生的电荷及输出电压：①零度X 切的纵向石英晶体；②利用纵向效应之BaTiO 3（压电陶瓷）。
已知：S=20 mm 2，δ=10mm ，P=10MPa ， 求：Q=？，V=？ 解：①∵ PS d F d Q 1111== 而：)/(1031.21211N c d -⨯= ∴ c PS d Q 10111062.4-⨯== 又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.85.412-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(8.5797/0V SQ C Q U r a ===εεδ解②∵ PS d F d Q 3333== 而：)/(10901233N c d -⨯= ∴ c PS d Q 833108.3-⨯== 同上：又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而：)/(1085.8120012-0m F r ⨯==εε、∴ )(3.1788/0V SQ C Q U r a ===εεδ2、某压电晶体的电容为1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF,求；①压电晶体的电压灵敏度；②测量系统的高频响应③如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率时多少？④如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式，电容值是多少？已知：pF C M R pF C N c k pF C i i c q a 5013000/5.21000=Ω====；；；； 求： ?%,5,10?%5/)(?=≤==≤∞==i L LC L m im V V C Hz f f F U k k 并联电容④时，③②高频响应，①γγ解①∵ a q V C k k /= ∴ )/(105.29N V k V ⨯= 解②依据教材p113(6-14)式 ∵ ic a m im V C C Cd F U k ++=∞=33/)(；而：3333//d F F d F Q k q ===∴ )/(1017.68N V C C C k k ic a qV ⨯=++=解③依据教材p113(6-15)式 因： 222)(1)()(i c a i c a C C C R C C C R k +++++=ωωω高频响应时：1)(*=∞=k k而：%5)(**≤-k k k Lωγ 则：%95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中：;2405010//6⎪⎩⎪⎨⎧==++Ω=≈=L Li c a i i a fpF C C C R R R R πω 解得：Hz f LCL 5.1192==πω 解④因： %5)(**≤-k k k Lωγ 则： %95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中：⎩⎨⎧==Ω=≈=fHz f R R R R i i a πω21010//6， 解得：pF C C C C c a 48447=++=3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动，已知：加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。
已知：ka=5pC/g ，kq=50mV/pC ，Vomax=2V 求：a max =？ 解：因为： Q V k a Q k q a //0==； 则有： a k k V q a =0 所以： g k k V a qa 8max0max ==4、石英晶体压电式传感器，面积为1cm 2，厚度为1mm ，固定在两金属板之间，用来测量通过晶体两面力的变化。
材料的弹性模量是9×1010Pa,电荷灵敏度为2pC/N, 相对介电常数是5.1，材料相对两面间电阻是1014Ω 。
一个20pF 的电容和一个100M Ω的电阻与极板相连。
若所加力F=0.01sin(103t)N,求；①两极板间电压峰一峰值；②晶体厚度的最大变化。
已知：S=1cm 2，δ=1mm ，E=9×1010Pa ，kq=2pC/N ，εr=5.1，Ra=1014Ω，Ci=20pF ，Ri=100M Ω，F=0.01sin(103t) N ，Fmax=0.01 N ，ω=103求：①Vop-p=? ②Δδmax=？ 解①由图知)()(0i a i a C C j G G IU +++=••ω而：••==Q j dtdQI ω所以：2220)()(i a i a C C G G QU +++=ωω则：2220)()(i a i a mm C C G G Q U +++=ωω又因：pC F k Q m q m 02.001.02=⨯== 则有：Vop-p=2Uom=1.5mV 解②因为：δδεσ//∆==SF E则有：δδES F=∆即有：δδESF mm =∆ 所以：m ESF mm 12max 102.222-⨯===∆δδδ 第七章 思考题与习题1、光电式传感器常用光源有哪几种，哪些光源可用作红外光源？答：光电式传感器常用光源有自然光源和人造光源，人造光源包括热辐射光源、气体放电光源、电致发光光源和激光光源。
可作为红外光源的有白炽灯、Nd ：YAG 固体激光器、氦氖激光器、半导体激光器和染料激光器等。
2、光电式传感器常用接收器件有哪几种，各基于什么原理各有什么特点？ 答： 光电式传感器常用接收器件按原理可分为热探测器和光子探测器两类。
热探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应。
它其特点是：对波长没有选择性（具有宽广和平坦的光谱响应），只与接收到的总能量有关，适应于红外探测。
而光子探测器是基于一些物质的光电效应，即利用光子本身能量激发载流子。
其特点是：具有一定的截止波长，只能探测短于这一波长的光线，但它们的响应速度快，灵敏度高，使用广泛。
3、电荷藕合器件有哪几种，各有那几部分组成？答：电荷藕合器件有线阵电荷耦合器件和面阵电荷耦合器件。
它由MOS光敏单元和读出移位寄存器组成。
4、电荷藕合器件中的信号电荷是如何传输的？答：以典型的三相CCD为例说明CCD电荷转移的基本原理。
三相CCD是由每三个栅为一组的间隔紧密的MOS结构组成的阵列。
每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动信号上，亦称时钟脉冲。
三相时钟脉冲的波形如下图所示。
在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。
此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。
假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。
t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。
t3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。
此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。
t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。
当经过一个时钟周期T后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。
因此，时钟的周期变化，就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端，其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。
5、简述利用CCD进行工件尺寸测量的原理及测量系统的组成。
答：利用CCD进行工件尺寸测量的原理是根据工件成像轮廓覆盖的光敏单元的数量来计算工件尺寸数据。
如果在光学系统放大率为1/M的装置中，有：2L)=(±MdNd式中：L—工件尺寸；N—覆盖的光敏单元数；d—相邻光敏单元中心距离（±2d 为图像末端两个光敏单元之间可能的最大误差）。
CCD测量系统由光学系统、图像传感器和微处理机等组成。
6、试述用一维PSD进行距离测量的原理。
答：一维PSD结构图如下：由于横向光电效应，当PSD工作在反向偏压状态时（公用极3正电压），流经电极1、2的电流I1和I2与入射光的强度和入射光点的位置有关。
如下式：0101)21(21)21(21I X LI I X L I A A +=-= 由上两式得：L I I I I X A 121221+-⨯=式中：XA 为入射光点位置；L 为PSD 的长度。
显然，通过I 1与I 2可确定入射光点位置X A 。
7、利用由斯乃尔定律推导出的临界角θc 表达式，计算水（n=1.33）与空气（n ≈1）分界面的θc 的值。
已知：n 0=1；n 1=1.33 求：θc=？解： ∵ θθ'=sin sin 01n n 而：θ/=900，θ=θc∴ 01075.48)33.1/1arcsin()/arcsin(===n n c θ8、求n 1=1.46,n 2=1.45的光纤的NA 值；若外部的n 0=1，求最大入射角θc =? 已知：n 1=1.46；n 2=1.45；n 0=1 求：NA=?；θm =？ 解①：173.0)10.213.2()(sin 2/12/122210=-=-==n n n NA C θ解②： ∵ C n NA θsin 0=∴ 0096.9arcsin===n NAc m θθ 9、光纤传感器有哪几种调制方式?答：光纤传感器有3种调制方法，即：光强度调制型、光相位调制型和光偏振态调制型。
10、利用光纤传感器进行位移测量的方法有哪些？简述其工作原理。
答：利用光纤传感器进行位移测量主要有反射方式和瞬逝波方式两种方法。