传感器作业习题
《传感器》作业4-7章答案
1、如何改善单组式变极距型电容传感器的非线性？答：对于变极距单组式电容器由于存在着原理上的非线性，所以在实际应用中必须要改善其非线性。
改善其非线性可以采用两种方法。
（1）使变极距电容传感器工作在一个较小的范围内（0.01μm至零点几毫米），而且最大△δ应小于极板间距δ的1/5—1/10。
（2）采用差动式，理论分析表明，差动式电容传感器的非线性得到很大改善，灵敏度也提高一倍。
2、单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对覆盖部分的宽度为4mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若两极板相对移动2mm，求其电容变化量。
已知：b=4mm，δ=0.5mm，ε0=8.85×10－12F/m 求：（1）k=?；(2)若△a=2mm时△C=?。
6、画出电容式加速度传感器的结构示意图，并说明其工作原理。
答：电容式加速度传感器的结构示意图为：其中：1、5为两个固定极板；2为壳体；3为支撑弹簧片；4质量块；A面和B面为固定在质量块上的电容器的极板。
当测量垂直方向上直线加速度时，传感器的壳体2固定在被测振动体上，振动体的振动使壳体相对质量块运动，因而与壳体固定在一起的两固定极板1、5相对质量块4运动，致使上固定极板5与质量块4的A面组成的电容器Cx1以及下固定极板与质量块4的B面组成的电容器Cx2随之改变，一个增大，一个减小，它们的差值正比于被测加速度，而实现测量加速度的目的。
1、某霍尔元件l 、b 、d 尺寸分别为1.0cm ×0.35cm ×0.1cm ，沿l 方向通以电流I =1.0mA ，在垂直于lb 面方向加有均匀磁场B=0.3T ，传感器的灵敏度系数为22V/A ·T ，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。
已知：l ×b ×d=1.0cm ×0.35cm ×0.1cm ；I =1.0mA ；B=0.3T ；k H =22V/A ·T ；求：U H =?；n=？解：如图IB IB V IB k U H H 33106.63.0100.122--⨯=⨯⨯⨯==2、试说明霍尔式位移传感器的输出U H 与位移x 成正比关系。
传感器作业(含答案)
一、选择题1、回程误差表明的是在（）期间输出——输入特性曲线不重合的程度。
( D )A、多次测量B、同次测量C、不同测量D、正反行程2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）( C )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3、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。
这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。
( D )A、箔式应变片B、半导体应变片C、沉积膜应变片D、薄膜应变片4、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（）。
( C )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5、金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（）。
( B )A、电阻形变效应B、电阻应变效应C、压电效应D、压阻效应6、下列说法正确的是（）。
( D )A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。
B、差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。
C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
D、相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。
7、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（）。
( B )A、传感器+通信技术B、传感器+微处理器C、传感器+多媒体技术D、传感器+计算机二、判断题线性测量系统的灵敏度是时间的线性函数。
( F )涡流传感器一般不能用来测量钢板厚度。
( F )电感式传感器根据结构形式可分为自感式和互感式两种。
( F )光生伏特效应属于内光电效应的一种。
( T )引用误差反映了一个检测装置的综合性能指标，用来作为检测仪表的分类标准。
传感器习题及答案
传感器习题及答案传感器是现代科技发展中的重要组成部分，它们可以感知环境中各种物理量，并将其转化为可用的电信号。
在各种领域中，传感器的应用日益广泛，因此对于传感器的理解和掌握变得尤为重要。
本文将为您提供一些与传感器相关的习题及答案，希望能帮助您更好地理解和运用传感器技术。
习题1：问题：什么是传感器？答案：传感器是一种能够感知环境中物理量的装置，它可以将物理量转换成电信号输出，并且可以用于监测、测量和控制等应用。
习题2：问题：传感器的分类有哪些？答案：传感器可以根据其感知的物理量进行分类，常见的分类有光学传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器等。
习题3：问题：什么是光学传感器？它的工作原理是什么？答案：光学传感器利用光的特性进行测量。
其工作原理基于光的散射、反射、吸收和透射等现象，通过对光的变化进行检测和分析，实现对物体的测量和识别。
习题4：问题：传感器在哪些领域中有应用？答案：传感器广泛应用于环境监测、工业控制、医疗设备、汽车电子、智能家居等领域，用于实时监测和控制系统的各种物理量。
习题5：问题：请列举一些常见的传感器技术。
答案：常见的传感器技术包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器、声音传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器等。
习题6：问题：在汽车中，传感器有哪些应用？答案：在汽车中，传感器的应用包括发动机温度传感器、氧气传感器、轮胎压力传感器、倒车雷达传感器等，用于监测车辆各个方面的状态并提供数据支持。
习题7：问题：传感器的优势是什么？答案：传感器具有高灵敏度、高稳定性、高精度以及实时性强等优势，能够提供准确的测量结果，为各种系统的运行提供重要支持。
习题8：问题：传感器在智能家居中的应用有哪些？答案：传感器在智能家居中的应用包括温度传感器用于室温控制、湿度传感器用于监测空气湿度、光敏传感器用于自动调节灯光亮度等。
习题9：问题：传感器的故障会对系统造成什么影响？答案：传感器的故障可能导致测量结果不准确或无法得出有效的信号，进而影响整个系统的正常运行和控制。
《传感器技术》作业(2)
《传感器技术》作业（2）一、填空题1、沿应变片轴向的应变εx必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向的横应变εy也会引起其电阻的相对变化，这种现象成为横向效应。
这种现象的产生和影响与应变片结构有关。
为了减小由此产生的测量误差，现在一般多采用箔式应变片。
2、为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：单丝自补偿法、双丝自补偿法、桥路补偿法。
3、应变片的线性（灵敏度系数为常数）特性，只有在一定的应变限度范围内才能保持。
当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变片的输出特性将出现非线性。
在恒温条件下，使非线性达到10%时的真实应变值，称为应变极限εlim。
它是衡量应变片测量范围和过载能力的指标。
4、应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
5、应变片的选择包括：类型的选择、材料的选择、阻值的选择、尺寸的选择。
6、应变式测力传感器弹性元件即为力敏元件，它将被测力的变化转换成应变量的变化。
弹性元件的形式通常有柱式、悬臂梁式、环式等。
7、利用半导体扩散技术，将P型杂质扩散到一片N型底层上，形成一层极薄的电导P型层，装上引线接点后，即形成扩散型半导体应变片。
若在圆形硅膜上扩散出4个P型电阻构成惠斯通电桥的4个桥臂，这样的敏感器件称为固态压阻器件。
8、压阻器件本身受到温度影响后，要产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。
因此，必须采用温度补偿措施。
9、压阻器件的零点温度漂移是由于4个扩散电阻值及它们的温度系数不一致而造成的，一般用串、并联电阻法来补偿。
10、压阻器件的灵敏度温度漂移是由压阻系数随温度变化而引起的。
补偿灵敏度温漂，可以采用在电源回路中串联二极管的方法。
11、利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。
12、电位计传感器也称变阻器式传感器，其工作原理是通过改变电位计触头位置，实现将位移变化转换为电阻的变化。
13、在应用中电容式传感器有三种基本类型，即变极距型或称变间隙(δ)型、变面积(S)型和变介电常数(ε)型。
§5-3 利用传感器制作简单的自动控制装置 (备作业)(解析版)
一、单选题：１.如图，某学校创建绿色校园，甲为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。
如图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E ，内阻为r ，R 1为光敏电阻（光照强度增大时，其电阻值减小）。
现增大光照强度，则下列判断正确的是（ ）A ．路端电压不变B ．R 0两端电压变大C ．B 灯变暗，A 灯变亮D ．电源总功率不变 【答案】B【解析】增大光照强度，光敏电阻的阻值减小，电路总电阻减小，总电流增大，电源内电压增大，路端电压减小，A 错误；通过A 灯上的电流减小，则通过R 0的电流增大，R 0两端的电压变大，B 灯上的电压减小，A 、B 两灯均变暗，B 正确，C 错误；电源的总功率P ＝EI 会随着总电流的增大而增大，D 错误。
故选：B 。
２.如图所示是温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计（水银导电）。
则下列说法正确的是（ ）A ．温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮B ．温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭C ．温度高于警戒温度时，指示灯亮、电铃报警D ．温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不响【答案】D第3课时 利用传感器制作简单的自动控制装置第五章 传感器【解析】温度低于警戒温度时，水银柱下降，控制电路处于断路状态，电磁铁没有电流通过，电磁铁没有磁性，此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通，通路状态指示灯亮，电铃不报警，故B错误，D正确；温度高于警戒温度时，水银柱上升，控制电路处于接通状态，电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃通过触点3与工作电路接通，电铃报警，此通路状态，指示灯的电路中没有电流，灯不亮，故A、C错误。
故选：D。
３．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是（）A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断【答案】A【解析】由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错误，B正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲但不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C正确；利用双金属片热胀冷缩控制电路的通断，D正确。
人教版3-2 第6章 3 实验：传感器的应用 作业
第六章 3 实验：传感器的应用基础达标一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～6题有多项符合题目要求)1．如图所示，R T为半导体热敏电阻，其他电阻都是普通电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明( )A．环境温度变高B．环境温度变低C．环境温度不变D．都有可能【答案】B【解析】当灯泡L的亮度变暗时，说明通过灯泡L的电流变小，R T的阻值变大，只有环境温度变低，R T 的阻值才变大，所以选B.2．如图所示为一测定液面高低的传感器示意图，A 为固定的导体芯，B 为导体芯外面的一层绝缘物质，C 为导电液体，把传感器接到图示电路中，已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同．如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h 变化为( )A ．h 正在增大B ．h 正在减小C ．h 不变D ．无法确定 【答案】B【解析】由电源极性及电流方向可知，A 、B 构成的电容器上的电荷量减小，据C ＝Q U，电容C 在减小，可推知正对面积S 减小，即h 在减小．3．某仪器内部电路如图所示，其中M 是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a 、b 、c 三块金属片间隙很小(b 固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是( )A．当汽车加速前进时，甲灯亮B．当汽车加速前进时，乙灯亮C．当汽车刹车时，乙灯亮D．当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮【答案】B【解析】汽车向右加速时，M向左移动，与a接触，乙灯亮；当汽车刹车时，M向右移动，与c接触，甲灯亮．4．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中( )A．P、Q构成的电容器的电容增大B．P上电荷量保持不变C ．M 点的电势比N 点的低D ．M 点的电势比N 点的高【答案】D【解析】薄片P 和Q 为两金属极板，构成平行板电容器，由C ＝εr S 4πkd可知，在P 、Q 间距增大过程中即d 增大，电容C 减小，A 错误；电容器始终与电源连接，两极板电压不变，据电容的定义式C ＝Q U知电荷量减少，B 错误；Q 板上的正电荷流向M 点经N 点到电源正极，故φM ＞φN ，C 错误，D 正确．5．(2019·贵州校级检测)传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F 作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化．将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么以下说法正确的是( )A ．当F 向上压膜片电极时，电容将减小B ．若电流计有示数，则压力F 发生变化C ．若电流计有向右的电流通过，则压力F 在增大D ．若电流计有向右的电流通过，则压力F 在减小【答案】BC【解析】根据电容的决定式C ＝εS4πkd可知，当F 向上压膜片电极时，电极间的距离d 变小，电容将增大，故选项A 错误；若电流计有示数，说明电容的大小在发生变化，从而使电极上的电荷在不断地充电、放电，而使电容的大小不断变化的因素就是力F 发生变化，从而使电极间的距离变化，故选项B 正确；若电流计有向右的电流，说明电源在对电容充电，电极上的电荷量在增加，由于电极间的电压就是电源电压，是不变的，故根据电容的定义式C ＝Q U可知，电容C 在增大，所以电极间的距离在减小，说明压力F 在增大，故选项C 正确，D 错误．6．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三个元件，将这三个元件分别接入如图所示电路中的A 、B 两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是( )A ．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这个元件一定是热敏电阻B ．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这个元件一定是定值电阻C ．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这个元件一定是光敏电阻D ．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这个元件一定是定值电阻【答案】AC【解析】热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化．故正确答案为AC.二、非选择题7．如图是热水器中的恒温集成电路，R 0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小．如图热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开弹簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器．如果热水器中没有水时，电路中BC部分就处于__________(填“断路”或“短路”)，则在电路图的虚线框内的门电路应是__________门，当温度较低时，门电路的输入端A是__________电势(填“高”或“低”)．【答案】断路与高【解析】热水器没有水时，电路中BC部分处于断路，B处于低电势，电路图中的虚线框内为“与”门，则继电器中没电流，继电器放开簧片，发热器断路．当热水器有水时，B 处于高电势；若水温较高，R0阻值很小，A处于低电势，因“与”门使继电器放开弹簧片，发热器断路；若水温低，R0阻值很大，A处于高电势，此时继电器接通发热器．8．如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，当加在它的输入端A的电势逐渐上升到1.6 V，输出端Y会突然从高电平跳到低电平0.25 V，而当输入端A的电势下降到0.8 V时，输出端Y会从低电平跳到高电平3.4 V.(1)斯密特触发器相当于一种“________”门电路．(2)如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图，R T为热敏电阻，R1为可变电阻(最大阻值为1 kΩ)，蜂鸣器工作电压3～5 V，热敏电阻的阻值随温度变化如图丙所示，若要求热敏电阻在感测到80 ℃时报警，则R1应调至________kΩ；若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，R1的阻值应________(选填“增大”“减小”或“不变”)．【答案】(1)非 (2)0.42 减小【解析】(1)输出状态和输入状态相反，相当于“非”门电路．(2)热敏电阻在80 ℃时的电阻是R T ＝80 Ω，斯密特触发器输入端A 的电势是0.8 V 时，输出端Y 的电压为3.4 V ，这时蜂鸣器开始工作．由串联电路分压特点知：R 1R T ＝U 1U T ＝5－0.80.8所以R 1＝80×4.20.8Ω＝420 Ω＝0.42 k Ω. 由热敏电阻的阻值随温度变化的图象可知，温度升高时，热敏电阻的阻值减小，而斯密特触发器输入端的电压仍保持不变，则电阻R 1的阻值应减小．能力提升9．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特殊性来工作的．如图甲所示，电源的电动势E＝9 V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA.当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )A．60 ℃B．80 ℃C．100 ℃D．120 ℃【答案】D【解析】在20 ℃时，E＝(R G＋R1)I1，即R G＝500 Ω；当I2＝3.6 mA时，E＝(R G ＋R2)I2，即9 V＝(500＋R2)×3.6×10－3V，所以R2＝2 000 Ω.从题图乙中可以看出t ＝120 ℃，故选D.10．(多选)图甲为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．图乙为一光控电路，用发光二极管LED 模仿路灯，R G为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中正确的是( )A．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号B．斯密特触发器是具有特殊功能的非门C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光【答案】BCD【解析】斯密特触发器是一种特殊的非门，它把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，A项说法错误，B项说法正确．把R1的阻值调大些，只有R G的阻值达更大，才能使斯密特触发器的A端电压达到某个值(1.6 V)，即天更暗；当输出端Y突然跳到低电平时，发光二极管导通就发光，C、D项正确．11．如图所示用电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警．可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线．【答案】如图所示．【解析】将热敏电阻、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端；将学生用电源与电铃、绿灯泡分别接入c、d、e之间．正常时热敏电阻阻值大，ab间电流小，磁性弱，ce接通，绿灯亮．温度升高时，热敏电阻阻值变小，ab间电流变大，磁性变强，吸住衔铁，cd接通，ce断开，绿灯灭，电铃响．12．如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态．当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度θ，水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处，且OC＝h.图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表．请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．【答案】见解析【解析】电路图如图所示．设CD＝x，P球平衡时，由平衡条件可得tan θ＝Fmg＝x h①根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得I＝ER L＝U R x②根据电阻定律可得R L＝ρLS③R x ＝ρx S④ 由①②③④式可得U ＝tan θ·Eh L. 因为水流速度越大，θ越大，所以U 越大．。
传感器作业
《传感器与检测技术》第一章一．名词解释1、传感器2、转换元件3、敏感元件4、测量5、检测6、灵敏度7、测量方法8、测量误差9、分辨力10、绝对误差11、满度相对误差12、标称相对误差13、系统误差14、随机误差15、粗大误差16、直接测量17、间接测量18、线性度19、标定20、静态标定21、动态标定二.单项选择题1. 某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，该压力表的精度等级应定为级.A. 0 .2B. 0 .5C. 1 .0D. 1.52. 某压力仪表厂生产的压力表满度相对误差均控制在0.4%~0.6%，一家仪器厂需要购买压力表，希望压力表的满度相对误差小于0.9%，应购买级的压力表。
A. 0 .2B. 0 .5C. 1 .0D. 1.53. 某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是。
A.绝对误差B.示值相对误差C.满度相对误差D.精度等级4. 在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的左右为宜。
A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍5.用万用表交流电压档(频率上限仅为5kHz)测量频率高达500kHz、10V左右的高频电压，发现示值还不到2V，该误差属于。
A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差6.用万用表交流电压档(频率上限仅为5kHz)测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于。
A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态误差7.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了。
A.提高精度B.加速其衰老C.测试其各项性能指标D.提高可靠性8.有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级，试求该表可能出现的最大绝对误差为。
作业传感器习题四.
附： 课堂上做过的题 2.如图所示直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求： （1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为 为多少？ R1=1.2Ω时，电桥输出电压 U o （2）R1、R2为应变片，感受的应变极性和大小都相同，其余为 外接电阻。问能否进行应变测量？ （3）上题中若R1与R2感受应变的极性相反，且︱ R2︱=︱ R1︱ =1.2Ω。问输出电压为多少？ （4）由（1）～（3）能得出什么结论？
（2）重物m为多少吨？
4、梁的宽度为15mm，厚度为1mm,上下表面分别贴上 R1和R2，应变片距受力点10mm，且R1=R2=100Ω，应 2 变片K=2.0，材料弹性模量 ,R1 、R2按在半 2E= .0 105 N / mm 桥双臂的桥路上测量，U1=2V，输出电压 U =1.0mV, 试 o （1）画出测量电路； （2）计算受力后的R1、R2值； （3）所受作用力F为多少牛顿？
直流应变电桥
习题四
1.弹性元件在传感器中起什么作用？ 弹性敏感元件的基本特性有哪些？ 变换力的弹性敏感元件主要有哪几种？ 各有何特点？ 试说明金属丝电阻应变片与半导体应变片 的相同点与不同点。
பைடு நூலகம்
3.有一测量吊车起吊物重量的拉力传感器，R1、R2、 R3、R4贴在等截面轴上，已知等截面轴的截面积为 11 2 0.00196m²，弹性模量E为 2.0 10 ，泊松比为 N / m 0.30。 R1、R2、R3、R4的标称值均为120Ω，灵敏系数为2.0， 它们组成全桥如图b所示，桥路电压为2V，测得输出 电压为2.6mv，试求： （1）等截面轴的纵向应变及横向应变。
传感器第1~2章作业
1．某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为：S1=0。
2mV/℃、S2=2。
0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
2．已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为：y= (x—0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？3．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。
4．一台精度等级为0。
5级、量程范围为600-1200℃的温度传感器，它最大允许的绝对误差为多少?检验时某点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格？5．图为一直流应变电桥，E = 4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时，输出U0=?。
②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为固定电阻，电压输出U0=？。
③R1、R2感受应变极性相反，输出U0=?。
④R1、R2、R3、R4都是应变片，对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=？。
6． 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积40.510S -=⨯m 2,弹性模量11210E =⨯N/m 2， 若有4510F =⨯N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。
求该应变片的灵敏度系数为多少？7． 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上下两面各贴两片相同的电阻应变片(K=2），如图a ）所示.已知l=100mm ，b=11 mm ，h=3mm ，4210E =⨯N/ mm 2。
现将四个应变片接入 图b ）所示直流桥路中,电桥电源电压U=6V 。
当F=0.5Kg 时，求电桥输出电压U 0=？。
8． 采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其贴在实心圆柱形测力弹性圆柱上。
如图所示a ）所示,力F=1000Kg 。
圆柱断面半径r=1cm ，弹性模量7210E =⨯N/ cm 2,泊松比μ=0.3。
求:（1）画出应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图；（2) 各应变片的应变?ε=,电阻相对变化量?R R∆= （3) 若供桥电压U=6V,求桥路输出电压U 0=？（4） 此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响？说明原因。
传感器作业及答案
作业3：3．问答题（1）什么是电阻的应变效应？利用应变效应解释金属应变式电阻传感器的工作原理。
答：金属导体在外力的作用下发生机械变形，其电阻值随着机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化，这种现象称为金属的应变效应。
现有一根长度为l ，截面积为A ，电阻率为ρ的金属丝，如图2-5所示。
图2-5 金属应变效应 未受力时，电阻值为S l R ρ= 当金属丝受到拉力F 作用时，将引起电阻值发生变化，电阻的相对变化量为SS l l R R ΔΔΔΔ-+=ρρ，当材料一定时，ρ不发生变化，电阻值的变化仅与金属丝长度和金属丝截面积的变化有关。
（2）弹性元件在应变式电阻传感器中起什么作用？答：弹性敏感元件是电阻式传感器的敏感元件，能直接感受到被测的量的变化。
（3）简述应变式电阻传感器测量电路的功能。
答：由于弹性敏感元件和应变片的应变量一般都很小，电阻值的变化量也很小，不易被观察、记录和传输，需要通过电桥电路将该电阻值的变化量放大，并转换成电压或电流信号。
（4）应变式电阻称重传感器的工作原理是什么？（5）电阻应变传感器测量加速度的原理是什么?答：当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，悬臂梁在惯性力作用下产生弯曲变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化。
悬臂梁的应变在一定的频率范围内与质量块的加速度成正比，通过测量质量块悬臂梁的应变，便可知加速度的大小。
（6）试比较金属应变式传感器和半导体压电式传感器的异同点。
答：相同点：两者都是将应变力转换为电阻的变化。
不同点：金属应变式传感器是由于导体的长度和半径发生改变而引起电阻值的变化，而半导体应变式传感器是由于其载流子的迁移率发生变化而引起电阻值的变化。
作业4：3．问答题（1）简述电容式传感器的工作原理。
答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中，ε为极板间介质的介电常数，A 为两电极互相覆盖的有效面积，d 为两电极之间的距离。
《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。
传感器技术作业
《传感器技术》作业（1）一、填空题：1.测试技术包含测量和试验两方面，凡需要考查食物的状态变化和特征等并对他进行定量的描述时，都离不开测试工作。
2.测试工作是为了获取研究对象的状态、运动和特征等方面的信息。
从物理学观点出发，他的物质所固有的，是其客观存在或运动状态的特征。
传输他的载体称为信号。
3.信号中虽然携带信息，但是信号中既含有我们所需的信息，也常常含有大量我们不感兴趣的其他信息，后者统称为干扰。
相应地对信号也有有用信号和干扰信号的提法，但这是相对的。
4.传感器是测试系统的第一环节，将被测试系统或测试过程中需要观测的信息转化为人们所熟悉的各种信号。
5.信号变换的具体内容很多，如用电桥将电路性参数（如电阻电容电感）转换为可供传输处理显示和几率的电压或电流信号；利用滤波电路抑制噪声和选出有用信号；对在传感器及后续环节中出现的一些误差作必要的补偿和校正信号送入计算机以前需经模-数转换及在计算机处理后续处理时需经数-模转换等。
6.根据传感器的工作机理，传感器可分为机构性和物性型两大类。
结构型传感器依靠传感器的结构参数变化而实现信号变换。
物性型传感器在实现变化过程中传感器的结构参数基本不变，而仅依靠传感器中元件内部物理、化学性质变化实现传感功能。
7.电路参量式传感器包括电阻式、电感式、电容式三种基本形式。
8.传感器可按其输入量进行分类，例如用来测力的称力传感器，测量位移的称位移传感器。
这种分类方法便于使用者选用传感器。
9.在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象叫外光电效应；在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起物体电阻率的变化，这种现象称为光电导效应，也称为内光电效应；在光线作用下，能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫光生伏特效应。
10.光敏元件的两端加一定偏置电压后，在某种光源的特定照度下产生或增加的电流称为光电流。
光敏元件在无光照时，两端加电压后产生的电流称为暗电流。
传感器的作业题
传感器的作业题第⼀⼆三章1.传感器的定义：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：传感器是感知各种化学和物理的⾮电量并按照⼀定规律将其转换为可⽤电信号输出的装置或器件。
2.变送器的定义当传感器的输出为标准信号（DC 4-20mA）时，则称作变送器。
3线性度（⾮线性误差）：输出-输⼊校准曲线与某⼀选定拟合直线不吻合的程度称为传感器的“⾮线性误差”，或称为“线性度”。
4迟滞：迟滞表⽰传感器在正（输⼊量最⼤）、反（输⼊量减⼩）⾏程期间，输出-输⼊曲线不重合的程度。
5重复性：重复性表⽰传感器在同⼀⼯作条件下，被测输⼊量按同⼀⽅向作全程连续多次重复测量时，所得输出值（或校准曲线）的⼀致程度。
6精度：精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。
⼀般⽤重复性、线性度、迟滞三项的⽅和根或简单代数和表⽰。
7灵敏度：灵敏度是传感器输出量增量与输⼊量增量之⽐。
8阈值：⼀个传感器的输⼊从零开始缓慢地增加时，只有在达到某⼀最⼩值后才测得出输出变化，这个最⼩值就称为传感器的阈值。
9分辨率（⼒）：是指当⼀个传感器的输⼊从⾮零的任意值缓慢地增加时，只有在超过某⼀输⼊增量后输出才显⽰有变化，这个输⼊增量称为传感器的分辨⼒。
有时⽤该值相对满量程输⼊值之百分⽐表⽰，则称为分辨率。
10时漂：时间漂移通常是指传感器零位随时间变化⽽变化的现象。
11零点温漂：通常是指传感器零位随温度变化⽽变化的现象。
12灵敏度温漂：是指传感器灵敏度随温度变化⽽变化的现象。
13最⼩⼆乘法原理的核⼼思想是：校准数据与拟合直线上相应值之间的残差平⽅和最⼩。
13最⼩⼆乘法原理可简述为“估计应满⾜残差（剩余）平⽅和为最⼩”。
14通常在阶跃函数作⽤下测定传感器动态性能的时域指标。
通常在正弦函数作⽤下测定传感器动态性能的频域指标。
15通常⽤哪四个指标来表⽰传感器动态性能的时域指标？答：(1) 时间常数Ｔ：输出值上升到稳态值y(∞)的63％所需的时间。
传感器作业
传感器作业1. 在信息科学领域，生物体“五官”的工程模拟物是（B ）A．计算机Ｂ．传感器Ｃ．遥感技术Ｄ．敏感元件2. 广义上讲，传感器为测量装置和控制系统输入部分中起（A ）A．信号检测作用Ｂ．信号传输作用Ｃ．数据处理作用Ｄ．数据传输作用3. 在传感器的分类中，按输入量的分类，免疫传感器属于（）A．物理传感器Ｂ．化学传感器Ｃ．生物传感器Ｄ．数字传感器4. 传感器是一种能把特定的被测信号按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。
这里“可用信号”指的是（）A．电压Ｂ．电流Ｃ．频率Ｄ．便于处理、传输的信号5. 从广义上讲，传感器能在测量装置和控制系统输入部分中所起的作用是（A）A．信号检测Ｂ．信号传输Ｃ．数据处理Ｄ．数据传输6. 传感器中能够完成预变换的器件称为（）A．敏感元件Ｂ．转换元件Ｃ．光电元件Ｄ．热电元件7. 传感器按输出量可分为模拟式传感器和（）A．电容式传感器Ｂ．数字式传感器Ｃ．物理量传感器Ｄ．化学量传感器8. 在传感器的中，能够完成预变换的器件称为（）A．敏感元件Ｂ．转换元件Ｃ．热敏电阻Ｄ．光电器件9. 以下传感器具有能量放大作用的是（）A．发电型Ｂ．有源型Ｃ．无源型Ｄ．光电池10. 对传感器输出-输入特性线性化的以下方法中，拟合精度最高的是（）A．过零旋转法Ｂ．最小二乘法Ｃ．端点连线法Ｄ．端点平移法11. 在传感器的特性中，输出信号从0升高到稳定值的90%所需要的时间称为（）A．上升时间Ｂ．延时时间Ｃ．超调量Ｄ．时间常数12. 按传感器技术所蕴含的基本效应，气敏传感器属于（B ）A．物理型Ｂ．化学型Ｃ．生物型Ｄ．数字型13. 能量变换型传感器又称为（C ）A．无源型Ｂ．参量型Ｃ．发电型Ｄ．放大型14. 温度变化时传感器输出值的偏离程度称为（A ）A．温漂Ｂ．分辨力Ｃ．线性度Ｄ．重复性15. 传感器一般包括敏感元件和（）A．弹性元件Ｂ．霍尔元件Ｃ．光电元件Ｄ．转换元件16. 如果按被测对象分类，温度传感器和压力传感器属于（）A．物理型传感器Ｂ．生物量传感器Ｃ．物理量传感器Ｄ．化学量传感器17. 以下传感器中具有能量放大作用的是（）A．热电偶Ｂ．电感式传感器Ｃ．光电池Ｄ．压电传感器18. 以下特性属于传感器动态特性的是（）A．瞬态响应Ｂ．线性度Ｃ．灵敏度Ｄ．稳定性19. 传感器在零点附近的分辨力称为（）A．阈值Ｂ．分辨力Ｃ．迟滞Ｄ．重复性20. 以下不属于传感器主要发展方向的是（）A．开发新材料Ｂ．简单化Ｃ．集成化Ｄ．智能化21. 人体的“五官”能感受外界的各种刺激，常称其为（）A．计算机Ｂ．天然传感器Ｃ．敏感元件Ｄ．转换元件22. 传感器所测量的物理量通常为静态和（）A．动态Ｂ．稳态Ｃ．准静态Ｄ．常态23. 按能量变换关系分类，光电池属于（B ）A．参量型Ｂ．有源型Ｃ．能量控制型Ｄ．无源型24. 传感器在正反行程中输出与输入曲线不重合的现象称为（C ）A．线性度Ｂ．灵敏度Ｃ．迟滞Ｄ．重复性25. 传感器的时间常数越小，响应速度越快，频带（D ）A．越窄Ｂ．不变Ｃ．不能确定Ｄ．越宽26. 传感器主要包括敏感元件和（）A．触发元件Ｂ．转换元件Ｃ．接收元件Ｄ．发射元件27. 分析传感器的线性度时，拟合精度最高的方法是（）A．端点连线法Ｂ．最小二乘法Ｃ．过零旋转法Ｄ．端点平移法28. 对于线性传感器，其灵敏度为其静态特性的（）A．斜率Ｂ．截距Ｃ．零点输出Ｄ．零点输入29. 一个动态性能好的传感器，其输出与输入应该具有相同的（）A．相同线性度Ｂ．数值Ｃ．能量Ｄ．时间函数30. 传感器按输出量可分为模拟式传感器和（）A．数字传感器Ｂ．温度传感器Ｃ．生物量传感器Ｄ．化学量传感器31. 能将感觉到的被测非电量参数转换成电量的器件称为（）A．光电元件Ｂ．敏感元件Ｃ．转换元件Ｄ．力敏元件32. 传感器的静态特性描述的输出和输入的关系是指被测量的值处于（）A．不稳定态Ｂ．稳定状态Ｃ．转换状态Ｄ．亚稳态33. 数字式传感器的输出的数字指示值最后一位一般指的是（）A．分辨力Ｂ．重复性Ｃ．稳定性Ｄ．灵敏度判断改错题:34.在传感器的基本特性中，分辨力是其动态特性之一。
作业 传感器习题四
直流应变电桥
3.有一测量吊车起吊物重量的拉力传感器，R1、R2、 3.有一测量吊车起吊物重量的拉力传感器，R1、R2、 有一测量吊车起吊物重量的拉力传感器 R3、R4贴在等截面轴上 贴在等截面轴上， R3、R4贴在等截面轴上，已知等截面轴的截面积为 0.00196m²，弹性模量E 泊松比为0.30 0.00196m²，弹性模量E为 2.0 × 1011 N / m 2 0.30。 ，泊松比为0.30。 R1、R2、R3、R4的标称值均为120Ω，灵敏系数为2.0 的标称值均为120Ω 2.0， R1、R2、R3、R4的标称值均为120Ω，灵敏系数为2.0， 它们组成全桥如图b所示，桥路电压为2V 2V， 它们组成全桥如图b所示，桥路电压为2V，测得输出 电压为2.6mv 试求： 2.6mv， 电压为2.6mv，试求： 等截面轴的纵向应变及横向应变。 （1）等截面轴的纵向应变及横向应变。 为多少吨？ （2）重物m为多少吨？
附： 课堂上做过的题 2.如图所示直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求： Ω 试求： R1为金属应变片 其余为外接电阻， R1的增量为 为金属应变片， （1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为 R1=1.2Ω时 为多少？ 为多少 ∆R1=1.2Ω时，电桥输出电压 U o ？ R1、R2为应变片 感受的应变极性和大小都相同， 为应变片， （2）R1、R2为应变片，感受的应变极性和大小都相同，其余为 外接电阻。问能否进行应变测量？ 外接电阻。问能否进行应变测量？ 上题中若R1 R2感受应变的极性相反 R1与 感受应变的极性相反， R2︱ ∆ R1︱ （3）上题中若R1与R2感受应变的极性相反，且︱ R2︱=︱ R1︱ ∆ =1.2Ω。问输出电压为多少？ =1.2Ω。问输出电压为多少？ ）～（3 能得出什么结论？ （4）由（1）～（3）能得出什么结论？
传感器作业及答案
霍尔传感器1．填空题（1）霍尔传感器是利用霍尔效应来进行测量的。
通过该效应可测量电流的变化、磁感应强度的变化和电流、磁感应强度的变化。
（2）霍尔传感器由半导体材料制成，金属和绝缘体不能用作霍尔传感器。
（3）当一块半导体薄片置于磁场中有电流流过时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。
2．选择题（1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。
a．金属b．半导体c．塑料（2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。
a．位移量b．湿度c．烟雾浓度（3）霍尔传感器基于（ a ）。
a．霍尔效应b．热电效应c．压电效应d．电磁感应（4）霍尔电动势与（a,d ）。
a．激励电流成正比b．激励电流成反比c．磁感应强度成反比d．磁感应强度成正比3．问答题（1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关?答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应。
霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。
如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。
此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。
（2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。
图7-15液位控制系统的工作原理答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。
如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。
传感器作业及习题
“传感技术及应用”作业与习题一、绪论作业习题1.什么是传感器（传感器定义）传感器由哪几个部分组成分别起到什么作用2.解释下列名词术语：敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
讨论习题1.什么是传感器常用的分类方法有哪两种思考题1. 传感器特性在检测系统中起到什么作用二、传感器的一般特性作业习题判断以下各题正确与否：1.传感器是一种测量器件或装置，它将被测量按一定规律转换成可用输出，一般系统有输入和输出，所以均可看作传感器。
2.传感器的静态特性曲线表示法一般有方程表示法，曲线表示法，列表表示法三种，但是它们严格意义上是等效的。
3.迟滞误差、非线性误差和重复性误差都会给测量结果带来误差，但它们都可用统计平均的办法减少。
4.传感器的阈值，实际上就是传感器在零点附近的分辨力。
5.某位移传感器的测量量程为1mm，分辨力为0.001 mm，这说明传感器的灵敏度很高，其灵敏度为 %。
6.传感器A采用最小二乘法拟合算得线性度为土%，传感器B采用端点直线法算得线性度为±%，则可以肯定传感器A的线性度优于传感器B。
7.无论何种传感器，若要提高灵敏度必然会增加非线性误差。
8.幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可以用于高精度测量。
讨论习题1.传感器的性能参数反映了传感器的什么关系2.静态参数有哪些各种参数代表什么意义3.动态参数有那些应如何选择思考题1.对于一阶传感器而言，传感器的时间常数越小，工作频域越宽，动态响应越好。
2.对于二阶传感器而言，可以通过减小传感器运动部分质量和增加弹性敏感元件的刚度来提高传感器的固有频率。
三、电阻式传感器作业习题1．什么是应变效应什么是压阻效应什么是横向效应2. 说明电阻应变片的组成和种类。
电阻应变片有哪些主要特性参数3．一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八各应变片，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为,波松比为,材料弹性模量E=×1011Pa。
《传感器技术》作业(3)
《传感器技术》作业（3）一、填空题1. 导体在磁场中运动切割磁力线，导体两端会出现感应电动势E ，闭合导体回路中感应电动势e=-N dt d φ；当线圈垂直于磁场方向切割磁力线时，感应电动势e=-NBlv ；若线圈以角速度ω转动，、则感应电动势e=-NBS ω。
2. 只要线圈磁通量发生变化，就有感应电动势产生，其实现的主要方法有线圈与磁场发生相对运动，磁路中磁阻变化，恒定磁场中线圈面积变化。
当传感器结构参数确定后，感应电动势e 与线圈相对磁场的运动速度v 或ω成正比。
所以，可用磁电式传感器测量线速度和角速度，对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。
3. 磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路非常简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器，适用于振动、转速、扭矩的测量。
4. 电磁流量传感器的结构如图6-8所示，传感器安装在工艺管道中，当导电流体沿测量管在磁场中与磁力线成垂直方向运动时，导电流体切割磁力线而产生感应电动势E=B v D ，其中B 是磁感应强度，v 是平均流速，D 是距离，常与测量管内径相等。
流经测量管流体的瞬时流量Q 与流速v 的关系为Q=аv =42D πv 。
5. 在如图6-9所示的金属或半导体薄片两端通以控制电流I ，在与薄片垂直方向上施加磁感应强度为B 的磁场，则在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 的现象，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。
在薄片两侧之间建立的电场E H ，称为霍尔电场，相应的电势U H 称为霍尔电势。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑磁力作用的结果。
6. 霍尔电势U H =d IBR H =KHIB ，其中R H 是霍尔系数（m3/c ）、I 是控制电流（A ）、B 是磁感应强度（T ）、d 是半导体薄片厚度（M ）、KH 是灵敏度系数，R H =ρμ，其中ρ为载流体的电阻率，μ为载流子的迁移率，半导体材料（尤其是N 型半导体）电阻率较大，载流子迁移率很高，因而可以获得很大的霍尔系数，适于制造霍尔传感器。
传感器作业
第三章作业一．名词解释1.应变效应2.压阻效应二．选择题1.电子秤中所使用的应变片应选择应变片。
A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器2.为提高集成度，测量气体压力应选择；A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器3.一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。
A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器4. 应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择测量转换电路。
A. 单臂半桥B. 双臂半桥C. 四臂全桥D. 独臂三．填空题1．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除，同时还能起到和的作用。
2.应变片可分为和两大类。
3.电桥电路有1、2、3、三种工作方式。
4.金属应变片分为、、三种。
5.金属应变片的灵敏度比半导体应变片的灵敏度。
6.电桥的三种工作方式中，的灵敏度最高，次之，灵敏度最低。
7.应变片由、和等主要组成部分构成。
8. 是.应变片的核心部分，覆盖层与基底的作用是。
9. 金属丝式应变片有和两种。
10. 应变片产生温度误差的原因有、。
11.温度自补偿应变片包括和两种。
12.单丝自补偿应变片的补偿原理是。
13.双丝自补偿应变片由和的两种材料串联在一起构成，同时这两段电阻丝的电阻大小应满足以下关系：。
14. 常用的黏结剂分为和两大类。
15. 有机黏结剂用于环境中。
无机黏结剂用于环境中。
16. 压阻式传感器主要有3种类型：、和。
17. 零位温漂是由于造成的。
一般采用的方法进行补偿。
18.压阻传感器的灵敏度温度漂移是由于引起的。
为补偿灵敏度温度漂移，可采用的方法。
四．简答1.简述电阻应变片的粘贴步骤。
2. 简述电阻应变式传感器的工作原理。
3. 试述应变片温度误差的概念、产生原因及补偿办法？4.画出串联调平衡法和并联调平衡法的电路图。
5.在图1中画出应变片粘贴的位置和相应的测量电路。
6.画出桥式测量电路图，并写出直流电桥平衡条件，以及电桥3种工作方式的输出电压表达式。
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习题11-1衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说说它们的含义。
答：1、线性度：表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
3、分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
4、回差：反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中。
输出-输入曲线的不重合程度指标。
5、重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。
6、阈值：是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不需要的变化。
9、静态误差(精度）：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离(逼近)程度。
它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。
1-2 计算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。
优点是简单、方便，但输出平均值与拟合直线间的最大偏差很大。
2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
y=b+kx b截距k为斜率与理论直线发一样简便偏差很大3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高，但是只能用图解法和计算机结算来获得。
（断电平行法）4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
最小二乘法的拟合程度很高，但是校准曲线相对拟合直线的最大偏差绝对值并不一定最小，最大正、负偏值差的绝对值也不一定相同。
1-4怎样评价传感器的综合静态特性和动态特性？答：（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。
动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
（2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。
1-5为什么要对传感器进行标定和校准？举例说明传感器静态标定和动态标定的方法。
答：因为新研制或生产的传感器需对其技术性能进行全面的检定;经过一段时间储存或使用的传感器也需对其性能进行复测。
通常，在明确输入-输出变换对应关系的前提下，利用某种标准量或标准器具对传感器的量值进行标度称之为标定。
静态标定：静态标定主要用于检测、测试传感器(或传感器系统)的静态特性指标，如静态灵敏度、非线性、回差、重复性等。
进行静态标定首先要建立静态标定系统。
如应变式测力传感器静态标定系统。
测力机产生标准力，高精度稳压电源经精密电阻箱衰减后向传感器提供稳定的供桥电压，其值由数字电压表读取，传感器的输出电压由另一数字电压表指示。
动态标定：主要用于检验、测试传感器(或传感器系统）的动态特性，如动态灵敏度、频率响应和固有频率等。
对传感器进行动态标定，需要对它输入一标准激励信号。
例如测振传感器的动态标定常采用振动台（通常为电磁振动台）产生简谐振动作传感器的输人量。
振动的振幅由读数显微镜读得，振动频率由频率计指示。
若测得传感器的输出电量，即可通过计算得到位移传感器、速度传感器、加速度传感器的动态灵敏度。
若改变振动频率，设法保持振幅、速度或加速度幅值不变，可相应获得上述各种传感器的频率响应。
标定的基本方法：P29 最下面习题22-1金属应变计与半导体应变计在工作原理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数（指材料的和应变片的）概念的不同物理意义。
答：相同点，两者都由外力作用产生形变而使得电阻变化。
不同点，金属材料的应变效应以机械形变为主；而半导体材料的应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主。
对于金属材料，灵敏系数Ko=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。
对于半导体材料，灵敏系数Ko=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Ko=Ks=πE。
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P43 原理优点(2) 双丝自补偿应变计P43 原理优点2、桥路补偿法（1）双丝半桥式P43 原理优点（2）补偿块法P44 原理优点2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
答：因为电桥的输出无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri呈非线性关系。
措施：(1) 差动电桥补偿法利用差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。
常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。
(2) 恒流源补偿法误差主要由于应变电阻ΔRi的变化引起工作臂电流的变化所致。
采用恒流源，可减小误差。
2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。
同时应变式传感器应有一下特点：应用和测量范围广分辨力和灵敏度高结构轻小对试件影响小商品化选用和使用方便。
要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F.S），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。
2-9试推导图2-16所示四等臂平衡差动电桥的输出特性：U=f(△R/R)。
从导出o的结果说明用电阻应变计进行非电量测量时为什么要采用差动电桥？答：全桥差动电路，R1,R3受拉，R2,R4受压，代入，得由全等桥臂，得可见输出电压Uo与ΔRi/Ri成严格的线性关系，没有非线性误差。
即Uo=f(ΔR/R)。
因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。
应加上电路图和贴片图来回答！2-12 何谓压阻效应？扩散硅压阻式传感器与贴片型应变式传感器相比有何优缺点？如何克服？答：压阻效应，半导体单晶硅、锗等材料在外力的作用下电阻率发生变化的现象。
优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数极大，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪连接，使得测量系统简化。
缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大，一般在（3-5）%，所以测量结果有±（3-5）%的误差。
压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度，又可以部分消除阻值随温度变化的影响。
习题33-1 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同。
答：自感式传感器实质上是一个带气隙的铁芯线圈，由两单一式对称组成。
铁芯气隙，磁路磁阻随衔铁变化而变化，引起线圈电感量的变化。
互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。
类似于变压器。
互感式传感器为闭合磁场，初次级间的互感为常数；互感式传感器为开磁路，初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作。
结构上1）、前者有三组线圈，而后者只有两组；2）、前者是利用变压器原理工作的互感传感器，而后者仅是共用一个铁心的两个电感。
工作原理：（1）电感电路，交流电桥电路，电感线圈为相邻两桥臂，（2）类似变压器，两次级线圈反相串接，电压输出。
3-3用变磁阻式传感器进行测量时，在什么情况下应采用与校正时相同的电缆？为什么?答：当传感器工作在较高的激励频率下时应采用校正时相同的电缆。
因为传感器存在并联电容C,它会使得灵敏度提高，如果更换电缆，在较高的激励频率下总电容C会发生变化，从而对测量结果产生影响。
3-4 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用什么场合？优缺点？答：变气隙式灵敏度较高，但测量范围小，一般用于测量几微米到几百微米的位移。
变面积式灵敏度较低，但线性范围较大，除E型与四极型外，还常做成八极、十六极型，一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移，线性范围达±10°.螺管式可测量几纳米到一米的位移，但灵敏度较前两种低。
3-6 差动式电感传感器为什么常采用相敏检波电路？分析原理。
答：相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。
如果传感器的信号太小，可以先经过交流放大。
原理：使高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。
3-7 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。
答：差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压)，造成零位误差。
原因：零位电压包含基波和高次谐波。
产生基波分量的原因：传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致；产生高次谐波分量的原因：磁性材料磁化曲线的非线性。
措施：1、合理选择磁性材料与激励电流；2、一般常用方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压；(2)并联电阻消除高次谐波零位电压；(3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。
3、另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。
如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。
4、此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性，来减小零位电压。
3-9 造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。
答：原因：(1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化 (2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化 (3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。
措施：其材料除满足磁性能要求外，还应注意线膨胀系数的大小与匹配。
传感器采用陶瓷、聚砜、夹布胶木、弱磁不锈钢等材料作线圈骨架，或采用脱胎线圈。
还可采取稳定激励电流的方法。
3-10差动变压器式传感器采用恒流激磁有什么好处？答：差动变压器初级线圈在低频激励时品质因数低，温度误差大，采用恒流激磁可以提高线圈的品质因数，减小温度误差。
3-11电源频率波动对电感式传感器的灵敏度有何影响？如何确定传感器的电源频率？答：电源频率的波动会使线圈感抗发生变化，从而使得灵敏度发生变化，造成误差。