传感器原理与应用习题解答周真苑惠娟

合集下载

传感器原理及应用课后习题

习题集

1.1 什么是传感器？

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？

1.5传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？

1.6传感器的线性度是如何确定的？

电阻应变式传感器

3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？

3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？

3.3 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。

3.4 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。求：①R ∆和/R R ∆；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。

3.5 在以钢为材料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R 1和R 2（如图3-28a 所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b ）。若钢的泊松系数0.285μ=，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R 1的电阻变化值。试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。

3.6 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L 趋于无穷。图中E=4V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，试求：① R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出电压U 0=? ② R 1、R 2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=? ③ R 1、R 2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR 1=ΔR 2 =，电桥输出电压U 0=?

传感器原理及工程应用完整版习题参考答案

《传感器原理及工程应用》完整版习题答案第1章传感与检测技术的理论基础（P26）

1—1:测量的定义？

答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。所以，测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。

1 —

2 :什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？

答：绝对误差是测量结果与真值之差，

即：绝对误差=测量值一真值

相对误差是绝对误差与被测量真值之比，常用绝对误差与测量值之比，以百分数表示，

即：相对误差=绝对误差/测量值X100%

引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示，

即：引用误差=绝对误差/量程100%

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: 已知：真值L = 140kPa

测量值x= 142kPa

测量上限=150kPa

测量下限=—50kPa

绝对误差△ = x-L=142-140=2(kPa)

实际相对误差

=—=2「43%

L 140

标称相对误差—— 1.41% x 142

引用误差

2 =测量上限—测量下限'150 —

1 —10 对某节流元件（孔板）开孔直径d20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位: mm）:

120.42120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40

120.43120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40

用测量范围为—50〜150kPa的压力传感器测量140kPa的压力时，传感器测得

试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。

传感器原理与应用习题及其答案

1(什么是传感器,(传感器定义)

2(传感器由哪几个部分组成,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。

3(答:

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。

4(答:

?敏感元件:指传感器中直接感受被测量的部分。

?传感器: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,通常由敏感元件和转换元件组成。

?信号调理器:对于输入和输出信号进行转换的装置。

?变送器:能输出标准信号的传感器

第2章传感器特性

1(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,

2(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。

3(一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比，相角各为多少,

ε=0.7时，，又为多少,

4(某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求:决定此传感器的工作频率。

5. 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。

传感器原理及应用习题答案(完整版)

传感器原理及应用习题答案

习题1 (2)

习题2 (4)

习题3 (8)

习题4 (10)

习题5 (12)

习题6 (14)

习题7 (17)

习题8 (20)

习题9 (23)

习题10 (25)

习题11 (26)

习题12 (28)

习题13 (32)

习题1

1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。

答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

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。

由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。

1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。

答：传感器位于信息采集系统之首，属于感知、获取及检测信息的窗口，并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。没有传感技术，整个信息技术的发展就成了一句空话。科学技术越发达，自动化程度越高，信息控制技术对传感器的依赖性就越大。

发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。

1-3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？

传感器原理及应用第三版习题答案

传感器技术习题解答

第一章传感器的一般特性

1－1：答：传感器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称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；

（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数

对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即

A＝ΔA/Y FS＊100％

1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二5乘法。

1－5：答：由一阶传感器频率传递函数w(jw)=K/(1+jωη),确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/(1+(ωη)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).

1－6：答：若某传感器的位移特性曲线方程为y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+…….

让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋……，

则Δy=y1－y2=2(a1x+a3x3+ a5x5……),这种方法称为差动测量法。其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。

1－7：解：Y FS=200-0=200

由A=ΔA/Y FS＊100％有

A＝4/200＊100％＝2％。

精度特级为2.5级。

传感器原理和应用习题和答案

《第一章传感器的一般特性》

1）该测速发电机的灵敏度.

2）该测速发电机的线性度.

2．已知一热电偶的时间常数τ=10s,若用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动,周期为80s,静态灵敏度k=1,试求该热电偶输出的最大值和最小值,以与输入与输出信号之间的相位差和滞后时间.

3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号,问幅值误差为多少？

4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试,如幅值误差要求限制在5%以内,则时间常数应取多少？若在该时间常数下,同一传感器作50Hz正弦信号的测试,这时的幅值误差和相角有多大？

5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz,阻尼比ξ=0.1,若要求传感器的输出幅值误差小于3%,试确定该传感器的工作频率范围.

6．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.

《第二章应变式传感器》

1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%,试确定该应变计的灵敏系数.又若在使用该应变计的过程中,采用的灵敏系数为 1.9,试确定由此而产生的测量误差的正负和大小.

2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时,R l＝R2＝R3＝R4,与U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0,且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样.

传感器原理及应用习题答案

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计?为什么

答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρ

ρεμd R dR x ++=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈0.4，所以此时K0=Km ≈2.0。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。

2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=7.8g/cm 3

的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的最大应变频率限。

答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应

迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<=<或式中v 为声波在钢构件中传播的速度；又知道声波在该钢构件中的传播速度为：

传感器原理及应用习题答案完整版

传感器原理及应用习题答案

习题1 (3)

习题2 (5)

习题3 (9)

习题4 (11)

习题5 (13)

习题6 (15)

习题7 (18)

习题8 (21)

习题9 (24)

习题10 (26)

习题11 (27)

习题12 (29)

习题13 (33)

习题1

1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其相互间的关系。

答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

通常传感器由敏感元件和转换元件组成。

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。

1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。

发展方向：开发新材料，采用微细加工技术，多功能集成传感器的研究，智能传感器研究，航天传感器的研究，仿生传感器的研究等。

1-3 传感器的静态特性指什么？衡量它的性能指标主要有哪些？

传感器原理与应用(含答案)

《传感器原理与应用》综合练习

一、填空题

1．热电偶中热电势的大小仅与接触材料的性质、两接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。

2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。

4．硒光电池的光谱范围与人类相近，它的光谱峰值波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。

5．硅光电池的光电特性中，光照度与其光电流呈线性关系。

6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。

7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己极化方向。经过极化处理过的压电陶瓷才具有压电效应。

8．压电陶瓷的压电系数比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其稳定性是其它压电材料无法比的。

9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量静态量。

10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦兹力作用发生位移的结果。

11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。

12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。

13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成位移量；另一部分是霍尔元件和磁路系统。

传感器原理及应用习题答案(完整版)

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计为什么

答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρ

εμd R

x +

+=)21(和[]x m x K C R

εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量

应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。

2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。试确定构件的最大应变频率限。

答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而

为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v

f e l l 66max max ππλ<=

构件中传播的速度；

又知道声波在该钢构件中的传播速度为：

m m N E

336211108.710/102--⨯⨯⨯⨯=

传感器原理与工程应用完整版习题参考答案

《传感器原理及工程应用》完整版习题答案

第1章传感与检测技术的理论基础（P26）

1—1：测量的定义？

答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。

1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？

1－

3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，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：

已知：真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa

∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)

实际相对误差％＝

＝43.11402

≈∆L δ

标称相对误差

％＝＝41.1142

2≈∆x δ

引用误差

％－－＝测量上限－测量下限＝

50(1502

≈∆γ

1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单位：mm ）：

120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40

试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。

答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100% 引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%

《传感器原理与应用习题解答》周真苑惠娟

第1章传感器的技术基础

1.传感器的定义是什么？

答：传感器最早来自于“sensor”一词，就是感觉的意思。随着传感器技术的发展，在工程技术领域中，传感器被认为是生物体的工程模拟物。而且要求传感器不但要对被测量敏感，还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能，也就是说真正实现能“感”到，会“传”到的功能。

传感器是获取信息的一种装置，其定义可分为广义和狭义两种。广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，一般为电信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等。狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。

按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

国际电工委员会(IEC)将传感器定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。传感器也称为变换器、换能器或探测器。如前所述．感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。

2.简述传感器的主要分类方法。

答：(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。

(2)按输入信息分类。传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器等。这种分类对传感器的应用很方便。

《传感器原理及应用》课后习题答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案

1.1什么是传感器？（传感器定义）

解：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或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。

1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？

解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。

解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。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电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。

1.4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。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。

1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。

传感器原理与应用习题课后答案_第2章到第8章

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书

第2章电阻式传感器

2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。

答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

（2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。

对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？

2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。

答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。

补偿办法：1、温度自补偿法（1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计

差动变压器式位移测量系统设计、制作及其精度分析1

哈尔滨理工大学

学年设计

题目：差动变压器式位移测量系统设计制作及其精度分析

组长：徐文涛

班级：测控10-5

组员：王玉林迟全凯郑枭刚尚敏

指导教师：周真苑惠娟吴海滨张玉

萍张旭辉秦勇孙永权

苏子美王丽杰许景波王

雁张福军

成绩：

年月

第1章绪论 (3)

1.1 课程设计目的意义 (3)

1.2 课程设计任务 (3)

1.3 课程设计时间安排 (2)

第2章总体方案设计 (3)

2.1 工作原理 (3)

2.2 系统组成 (7)

第3章硬件电路设计 (8)

3.1 传感器设计 (8)

3.2 转换电路设计 (9)

3.3 振荡电路设计 (12)

3.4 仿真实验13 第4章系统标定、测试与精度分析 (17)

4.1传感器参数设计 (17)

4.2实验数据 (18)

4.3数据处理 (18)

结论 (19)

致谢 (20)

参考文献 (21)

心得体会 (22)

绪论

课程设计目的意义

这门课程是在测控技术专业学生学习了误差理论、测控电路和传感技术课程之

后开设的综合性的实践课程，通过本课程的训练，除了使学生掌握误差理论、传感

技术和测控电路的基本理论，主要致力于培养学生综合运用误差理论、测控电路和

传感技术相关理论知识，合理地选择、使用、设计、制作、调试传感器以及变送电

路的能力，尤其是培养学生建立测量误差存在于测量全过程的概念，掌握测试结果

数据处理方法、误差分析方法以及精度评定方法。采用异步教学方法组织实践教学，培养学生自主学习能力、动手能力与创新能力。

课程设计任务

1、设计传感器

根据传感器的工作原理，设计差动变压器式电感传感器。包括传感器参数设计和架构设计。

传感器原理及应用习题答案(完整版)

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=0.33的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计?为什么?

答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρεμd R dR x ++=)21(和[]x m x K C R

dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈0.4，所以此时K0=Km ≈2.0。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。

2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=7.8g/cm 3

的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于0.5%。试确定构件的最大应变频率限。

迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<=

kg m m N E