传感器原理及应用第四版答案

传感器原理及应用第四版答案
【篇一：传感器原理与应用课后习题】
txt>课任老师：黄华
姓名：张川学号：1143032002
第一章
2、一、按工作机理分类：结构型，物性型，复合型三大类。

一般在研究物理化学和生物等
科学领域的原理、规律、效应的时候，便于选择。

二、按被测量分类：物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。

在对各领域的用途上很容易选择。

三、按敏感材料分类：半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感器、高分子材料传感器、金属传感器等。

很明显不同的名字就代表
着用法，不同的制造材料去不同使用。

四、按能量的关系分类：有
源传感器、无源传感器。

很明显是在能量转换的时候，也就是非电
与电之间的转换时，还有就是非电与电能之间的调节作用的时候，
需要用到此类传感器。

五、按应用领域分类：医学传感器、航天传感器。

顾名思义，就是
在医学领域的相关器械检查等方面和航空航天的整体过程中会用到。

六、其他分类法：按用途、科目、功能、输出信号的性质分类。

当
然按其所需要的类型使用此类传感器。

3、1）线性度：e??
2）灵敏度：
?max
y
?100%
fs
sn?
?y ?x
3）重复性：误差
ex??
(2~3)?
?
y
?100%
|
fs
4）迟滞（回差滞环）现象：e?|5）分辨率：?
y?y
i
d
x
min
6）稳定性 7）漂移
4、它是传感器对输入激励的输出响应特性。

通常从时域或者频域两方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。

6、系统：a
dy(t)
?by(t)?cx(t) dtady(t)c
?y(t)?x(t)
bdtb
通用形式：?
dy(t)
k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=c/b，反映静态特征；
?传递函数： h(s)?
k
1??s
?频率特性： h(jw)?
k
1?jw?
?幅频特性： a(w)?|h(jw)|?
k?(??)
2
???)??arctan(??) ?想频特性： ?(?)?
arctan(
≈0; 输出y(t)反映输入x(t);
第二章
2、金属导体受到外力作用产生机械形变，电阻值会随着形变的变化而变化。

应变片的敏感栅
受力形变后使其电阻发生变化。

将其粘贴在试件上，利用应变——电阻效应便能把试件表面的应变量直接变换为电阻的相对变化量，这样就把力的大小通过电阻改变转化为电信号再有电信号模拟出来数字显示，金属电阻应变片就是利用这一原理制成的传感元件。

系统
摘要：设计和制作了一种油料液位监测系统，传感器部分采用电容
式液位计，当液位高于最大安生高度时，鸣响振铃并点亮红色led灯;当液位低于所要求的最小高度时，鸣响振铃并点亮黄色led灯；当液位处于所要求的高度范围内时，点亮绿色led灯。

油料液位是指油库或油箱中的油积存的相对高度．当油库或油箱需
要充油时，若液位已达到最大安全容量所对应的高度，就需要给充
油者以提示；若油的液位低于最低要求高度时，需要给以也提示，
以便使油库或油箱得以及时补充．这种液位监测系统在储油库或汽
车油箱等方面具有重要的作用。

文设计和制作了一种油料液位监测
系统，以在液位高于最大安全高度时，响振铃报警并点亮红色led灯;当液位置低于某一高度时，鸣响振铃并点亮黄色led灯;当液位处于
所要求的高度范围内时，点亮绿色led灯给以提示。

１电路设计及工作原理
油料液位监测系统的电路设计如图１所示。

整个电路可以分成两部分：①测量与转换电路。

②控制电路、监测系统和振铃。

1.1测量与转换电路如图１所示，虚线方框内为测量与转换电路部分．其中测量部
分采用电容式液位计[1]，结构如图２所示，电容式液位计是一种电
容式传感器，它是将被测介质的液面变化转换为电容器的电容变化，当油料的液面高度变化时，引起圆柱形电容器的电容cs发生变化，可以证明液面高度x的变化与电容cs的关系为：
式中，
介电常数，h为电极总高度，r1为内电极外径，Ｒ2为外电极内径。

从（１）式可见，电容式液位计的输出电容cs与液位高度x成线性
关系．再利用脉冲调宽转换电路，就可将液位高度x转换成与之对
应的电压输出。

在脉宽调制电路中，cs代表传感器电容，cr为参比电容，cs、cr
分别与Ｒ1、Ｒ２、Ｂg1、bＧ
2
为油料介电常数，为空气
【篇二：传感器原理及应用课后习题答案1(吴建平机械
工业出版)】
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。

1.5 答：
图形符号（略），各部分含义如下：
①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。

②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。

③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。

④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 2.1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。

2.2答：
1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际
曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性
误差，即线性度，
2）选取拟合的方法很多，主要有：理论线性度(理论拟合)；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端点平移拟合)；最小二乘法线性度。

3）线性度?l是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。

4）传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。

2.3答：响应特性取决于阻尼比?，阻尼系数?越大，过冲现象减弱，?影响过冲量和振荡次数。

2.4答：（略） 2.5解：
对微分方程两边进行拉氏变换，y(s)(30s+3)=0.15x(s) 则该传感器系统的传递函数为：
?1时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接
h(s)?
y(s)0.150.05
??
x(s)30s?310s?1
动态误差由稳态误差和暂态误差组成。

先求稳态误差：对方程两边去拉氏变换得：
t1(s)?t2(s?)?0st2s(
)
则传递函数为
t2(s)1
?
t1(s)?0s?1
?0，再求暂态误差：
对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差ess
当t=350s时，暂态误差为
20
e(t)?(300?25)e?350/1?14.88?c
故所求动态误差为：
e?ess?e(t)?14.88?c
2
?n
g?j???2
2
s?2??ns??n
s?j?
?
1
????1????2j?
?n??n?
2
则，频率为600hz时的幅值为
|g(j?)|?
相对误差为
?
?0.947
?600)2?0.7?
?n??52?70
???tg?1??tg?1
60021?()21?()
?1000
2?(
2?n
2.8解：g?j???2
2
s?2??ns??n
s?j?
?
1
????1????2j?
?n??n?
2
|g(j?)|?
?
?
?2
)??′ 令|g(jw)|?1.03，( 则
10000
2
?1.93，?2′?0.03 代入上式，得?′?1.96?′?0.0574?0 解得?1′ ?1?1389hz，?2?173hz
令|g(jw)|?0.97，则
2
?1.99（舍负）?′?1.96?′?0.0628?0解得?3′ 代入上式，得 ?3?1411hz
由图2-18二阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率
范围为：
1389hz＜?＜1411hz 或 ?＜173hz
2
?n
g?j???2
2
s?2??ns??n
s?j?
?
1
????1????2j?
?n??n?
2
|g(jw)|?
??0.940
?400)2?0.4?
?n??8?33
???tg?1??tg?1
21?()21?()
?2200
2?(
第3章电阻应变式传感器
3.1 答：
导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同时机
械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值
发生变化的现象称为电阻应变效应。

当外力作用时，导体的电阻率?、长度l、截面积s都会发生变化，
从而引起电阻值r的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。

3.2答：
金属丝灵敏系数k0主要由材料的几何尺寸决定的。

受力后材料的几何尺寸变化为(1?2?)，电阻率的变化为
???/??/?。

而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感
栅的横向效应。

虽然长度
相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。

3.3答：
敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端
电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。

3.4答：
金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。

金属电阻丝的灵敏系数可近似写为灵敏系数近似为 3.5解：
k0????/??/???e≈50～100。

k0?1?2?，即k0?1.5～2；半导体
?k?2.05;??800?m/m
??r/r?k???0.0164;应变引起的电阻变化?r?0.2?
当电源电压u?3v时，电桥输出电压 u0?
3.6解1：
1）k
3?r??1.23mv 4r
?
?r1/r1
?
则轴向应变为：
??
?r1/r0.48/120
??0.002 k2
2）电桥的输出电压为：
11
u0?uk?(1??)??2?2?0.002?1.285?5.14mv
22
解2：
?k?2;r1?120?;?r1?0.48?;u?2v
?r1/r1
0.002ku
电桥输出电压： u0???r1/r1?4mv
2轴向应变： ??
3.7解：
?r1?r2?r3?r4?120?;??0.3;s?0.00196m2;e?2?1011n/m2;u?2v;u 0?2.6mv
u0
r?0.156?u
?l?r/r?r/r
轴向应变：?????0.0008125
lk1?2?
?r?l
?????0.0004875
rl
力：f??se?3.185?105n按全桥计算：?r?
3.8解：
①梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个；
②?k
?2;f?100n;l0?100mm;h?5mm;b?2mm;e?2?105n/m2
6fl?r
??k??220?0.012
rehb
?r
③桥路电压6v时,输出电压为：u0?6??0.072v
r
3.9解:
①因为只有r1为应变片,电桥输出按单臂电桥计算，u0②因为两应
变片变化大小相同，相互抵消无输出，u0
?
e?r??0.010v 4r
?0v
③因为r1,r2应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算，u0?
e?r??0.02v2r
第5章电感式传感器
答案
5.1答：
电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感
和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定
律将被测非电量转换为电感或互感的变化。

它可以用来测量位移、
振动、压力、应变、流量、密度等参数。

电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、
感应同步器。

工作原理：自感、互感、涡流、压磁。

5.2答：
电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善
线性度。

5.4答：
差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个
最小的输出电压?u0，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称
为零点残余电压。

产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线
圈绕组电气系数（互感 m 、电感l、内阻r）不完全相同，几何尺寸
也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。

【篇三：《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课
后答案】
s=txt>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??142?140?2kpa
实际相对误差
标称相对误差
引用误
差??142?140?100%?1.43%140 ??142?140?100%?1.41%142 142?140?100%?1%150?（?50） ??
4．什么是随机误差？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。

对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。

所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。

5．什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统
误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？答：在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。

系统误差可分为恒值（定值）系统误差和变值系统
误差。

误差的绝对值和符号已确定的系统误差称为恒值（定值）系统误差；绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差，变值系统误差又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差等。

在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的，通常人们难于查明所有的系统误差，发现系统误差必须根据具体测量过程和测量仪器进行全面的仔细的分析，这是一件困难而又复杂的工作，目前还没有能够适用于发现各种系统误差的普遍方法，只是介绍一些发现系统误差的一般方法。

如实验对比法、残余误差观察法，还有准则检查法如马利科夫判据和阿贝检验法等。

由于系统误差的复杂性，所以必须进行分析比较，尽可能的找出产生系统误差的因素，从而减小和消除系统误差。

1. 从产生误差根源上消除系统误差；2.用修正方法消除系统误差的影响；3. 在测量系统中采用补偿措施；4.可用实时反馈修正的办法，来消除复杂的变化系统误差。

6．什么是粗大误差？如何判断测量数据中存在粗
大误差？
答：超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差，
粗大误差又称疏忽误差。

此误差值较大，明显歪曲测量结果。

在判别某个测得值是否含有粗大误差时，要特别慎重，应作充分的分析和研究，并根据判别准则予以确定。

通常用来判断粗大误差的准则有：3?准则（莱以特准则）；肖维勒准则；格拉布斯准则。

7．什么是直接测量、间接测量和组合测量？
答：在使用仪表或传感器进行测量时，测得值直接与标准量进行比较，不需要经过任何运算，直接得到被测量，这种测量方法称为直接测量。

在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与测量有确定函数关系的几个量进行直接测量，将直接测得值代入函数关系式，经过计算得到所需要的结果，这种测量称为间接测量。

若被测量必须经过求解联立方程组求得，如：有若干个被测量y1，y2，，…，ym，直接测得值为x,x12,?,xn,把被测量与测得值之间的函数关系列成方程组，即
x1?f1(y1,y2,?,ym)??x2?f2(y1,y2,?,ym)????????????
xn?fn(y1,y2,?,ym)??。