传感器作业(5-7)
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 )
《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。
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
S
S 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。
传感器·作业
第一章
1-1 什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差
答：
绝对误差是指测量值与真值的差，绝对误差是有正、负并有量纲的，即
x L ∆=-
相对误差分为：实际相对误差和标称相对误差：
实际相对误差是指：绝对误差在真值中所占的百分比，即100%L
δ∆
=
⨯， 由于真值L 往往无法知道，相对误差常用标称相对误差。
标称相对误差是指：绝对误差在实际测量值中所占的百分比，即100%x
δ∆
=⨯。 引用误差是指：绝对误差在仪表满量程中所占的百分比，即
100%γ∆
=
⨯-测量范围上限测量范围下线
Δ——绝对误差；
x ——测量值； L ——真值。
1-2 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 ：x L ∆=-()1421402kPa =-= 实际相对误差：2
100%100% 1.43%140L δ∆=
⨯=⨯≈ 标称相对误差：2
100%100% 1.41%142
x δ∆=⨯=⨯≈
引用误差：
2
100%100%1%15050
γ∆=
⨯=⨯=-+测量范围上限测量范围下线
1-3 什么是系统误差系统误差可分为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，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按
一定规律（如线性、多项式、周期性等函数规律）变化的误差称为系统误差。
分两种：前者为恒值系统误差，后者为变值系统误差。
系统误差的检验方法：
1.实验对比法
2.残余误差观察法
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
S
S 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。
传感器作业(含答案)
传感器作业(含答案)标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
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。
传感器重点内容作业题答案
传感器重点内容作业题答案
1-10 对某节流元件开孔直径d20的尺⼨进⾏了15次测量，测量数据如下（单位：mm）：
120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40
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。
解1：
①求算术平均值及标准差
，
②判断有⽆粗⼤误差
⽤格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.41。
则：
数据120.30标准差超出，所以剔除。剔除后剩余14个数据计算：
，
⽤格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.37。
则：，经判断⽆坏值。
③计算算术平均值的标准差：
④测量结果：Pa=0.9973
解2：
⑤求算术平均值及标准差：（同解1）
⑥判断有⽆粗⼤误差
⽤格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.70。
则：
数据120.30标准差超出，所以剔除。剔除后剩余14个数据计算：
，
⽤格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.66。
则：，经判断⽆坏值。
⑦计算算术平均值的标准差：
⑧测量结果：Pa=0.9973
1-13 测量某电路的电流I=22.5mA，电压U=12.6V，标准差分别为σI=0.5mA,σ
U=0.1V，求所耗功率P=UI及其标准差。
解：
所以所耗功率283.5mW，标准差6.69mW。
2-1 什么叫传感器？它由哪⼏部分组成？
《传感器》1.2作业与答案
1.2传感器的动态特性
班级 学号 姓名 成绩
一 填空
1传感器的动态特性可以通过传感器的 及传感器的 来描述。 （答案：动态数学模型，动态特性指标）
2传感器的动态数学模型通常采用 和 来描述。 （答案：微分方程，传递函数）
3联系输入与输出之间关系的方程叫系统的 ，线性系统对应的是一个 方程。 （答案：输入—输出方程，常系数微分）
4常见的传感器的动态模型通常可用零阶、一阶或二阶的常微分方程来描述，分别叫 、 和 。
（答案：零阶环节，一阶环节，二阶环节）
5凡是能用零阶线性微分方程来描述的传感器就称为 。 （答案：零阶传感器）
6 环节在测量上是理想环节，无论输入量随时间怎样变化，传感器的输出总是与输入成比例关系。 （答案：零阶）
8初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比叫系统的 。 （答案：传递函数）
9由n 个环节串联而成的传感器系统，其等效传递函数为（数学表达式） 。 （答案：()()1
n
i
i H s H s ==
∏）
10由n 个环节并联而成的传感器系统，其等效传递函数为（数学表达式） 。 （答案：()()1
n
i
i H s H s ==
∑）
11分析传感器的动态误差，选定几种最典型、最简单的输入函数，称为 。 （答案：标准信号）
12采用阶跃信号作为输入信号研究传感器动态特性的方法，叫 ；而采用正弦信号作为输入信号研究传感器的动态特性的方法，称为 。 （答案：时域响应法，频率响应法）
13给静止的传感器输入一单位阶跃函数信号时，传感器的输出特性叫 。 （答案：阶跃响应特性）
14一阶传感器系统阶跃响应的时间常数τ为阶跃响应曲线上升到稳态值 所需的时间。 （答案：63.2%）
传感器作业(5-7)
何谓电感式传感器电感式传感器分为哪几类各有何特点
答：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。
电感式传感器种类：自感式、差动式、互感式、涡流式。
自感式结构简单、测量范围小、非线性误差大；互感式结构复杂、测量范围较大、有零点残余电压；涡流式可以进行非接触测量、但对象必须是金属材料。
说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。
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0U ，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。
为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。
什么叫电涡流效应说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的基本特
性有哪些它是基于何种模型得到的
答：1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。
2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。
《传感器技术》作业带答案
《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。
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。
传感器作业及习题解析
“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0.1 %。
6.传感器A采用最小二乘法拟合算得线性度为土0.6%，传感器B采用端点直线法算得线性度为±0.8%，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。
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。
(完整版)传感器作业答案
第二章 测量误差与数据处理
1、测量数据中包含哪三种误差？它们各自的含义是什么？
系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），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。
随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随
机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。
粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。这类误差是由于测量者
疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。
2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（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。试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。 解：1）求算术平均值
2）求单次测量值的标准差估计值
3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2）
经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。
4）重新求解上述各值，得：
；
mm
x
x i i
404.12015
15
1
==
∑=-
∧
σmm
033.01
)(12
＝--=
∑=∧
n x x n
i i σmm
g n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈⨯===∧
∧
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传感器技术作业
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传感器技术作业
1、传感器的组成包括哪几个部分各自的主要作用是什么
2、
通常由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源等组成
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某一物理量的元件。如：应变式压力传感器的敏感元件是弹性膜片，其作用是将压力转换成膜片的变形。
转换元件：将敏感元件的输出转换成电路参量。如：应变式压力传感器的转换元件是应变片，其作用是将弹性膜片的变形转换为电阻值的变化。
测量电路：将其进一步变换成可直接利用的电信号。
辅助电源：为传感器的元件和电路提供工作电源
3、何为传感器的静态特性传感器的静态特性技术指标包括哪几个部分各自的含义是什么
当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性；传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。
在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程表示：y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn
式中：y—输出量； x—输入量； a0—零点输出；
a1—理论灵敏度； a2、a3、…、 an—非线性项系数。
各项系数不同，决定了特性曲线的具体形式。
理想情况下，y=a0+a1x
静态特性曲线可实际测试获得。为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。
测量范围(measuring range)传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。
《传感器技术》第3版课后部分习题解答
潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业
第一章习题一
1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。
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、回差（滞后）—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。
3、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量程连续多次变
动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。
4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、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。
6、阀值——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——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的
变化。
9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼
近）程度。
1-2计算传感器线性度的方法，差别。
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。
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。
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。
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。
1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？
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5.1 何谓电感式传感器？电感式传感器分为哪几类？各有何特点？
答：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。
电感式传感器种类：自感式、差动式、互感式、涡流式。
自感式结构简单、测量范围小、非线性误差大；互感式结构复杂、测量范围较大、有零点残余电压；涡流式可以进行非接触测量、但对象必须是金属材料。
5.4 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。
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0U ，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。
为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。
5.10 什么叫电涡流效应？说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的
基本特性有哪些？它是基于何种模型得到的？
答：1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。
2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。
3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。
4）回路方程的建立是把金属上涡流所在范围近似看成一个单匝短路线圈作为等效模型。
6.6 什么是霍尔效应？霍尔元件不等位电势产生的原因有哪些？
答：通电的导体（半导体）放在磁场中，电流与磁场垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。
霍尔电势不为零的原因是，霍尔引出电极安装不对称，不在同一等电位面上；激励电极接触不良，半导体材料不均匀造成电阻率ρ不均匀等原因。
6.7 某一霍尔元件尺寸为10L mm =， 3.5b mm =, 1.0d mm =，沿L 方向通以电流
1.0I mA =，在垂直于L 和b 的方向加有均匀磁场0.3B T =，灵敏度为22/()V A T ⋅，试求输出霍尔电势及载流子浓度。
解：
19
19
1922/(), 1.0,0.36.610, 3.5, 1.0 1.6100.0010.328.41100.0066 1.6100.001
H H H H K V A T I mA B T
U K IB mV
L mm b mm de mm e IB n U ed --∴=⋅====∴====⨯⨯=-==⨯⨯⨯⨯输出霍尔电势：
，载流子浓度为：
6.12 比较霍尔元件、磁敏电阻、磁敏晶体管，它们有哪些相同之处和不同之处？简述其各
自的特点。
答：霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。
磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。
磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T 以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
7.2 石英晶体和压电陶瓷的压电效应有何不同之处？为什么说PZT 压电陶瓷是优能的压电
元件？比较几种常用压电材料的优缺点，说出各自适用于什么场合？
答：1）石英晶体整个晶体是中性的，受外力作用而变形时没有体积变形压电效应，但它具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。压电陶瓷PZT 是一种多晶铁电体，原始的压电陶瓷材料并不具有压电性，必须在一定温度下做极化处理后，留下了很强的剩余极化强度，才能使其呈现出压电特性。
2）比较石英晶体12d 、11d ，压电陶瓷的纵向压电常数33d 大的多，是它们的上百倍。所以压电陶瓷制作的传感器灵敏度高。常用的优能压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT ），它具有很高的介电常数，工作温度可达250℃。
7.4 压电元件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试述在不同接法下输出电压、电
荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合？
答：1）在压电式传感器中，为了提高灵敏度，往往采用多片压电芯片构成一个压电组件。其中最常用的是两片结构；根据两片压电片的连接关系，可分为串联和并联连接。
2）如果按相同极性粘贴，相当两个压电片（电容）串联。输出总电容为单片电容的一半，输出电荷与单片电荷相等，输出电压是单片的两倍；适合测量变化较快且以电压输出的场合；若按不同极性粘贴，相当两个压电片（电容）并联，输出电容为单电容的两倍，极板上电荷量是单片的两倍，但输出电压与单片相等，适合测量变化较慢且以电荷输出的场合。
7.6 己知电压前置放大器输人电阻及总电容分别为R i =100M Ω，C i =100pF ，求与压电加速度
计相配，测100Hz 振动时幅值误差是多少？
解：实际输入电压幅值和理想输入电压幅值分别为：
2221)(i i i
m im C R R dF U ωωω+= i
m im C dF U =∞)( 相对误差为：1)2(12)()()(22
2-+=∞∞-=i i i
i im im im C R f C fR U U U ππωγ=1.2%
7.8 一压电加速度计，供它专用电缆的长度为1.2m ，电缆电容为100pF ，压电片本身电容
为1000pF 。出厂标定电压灵敏度为100/V g ，若使用中改用另一根长2.9m 电缆，其电容量为300pF ，问其电压灵敏度如何改变？
解：因C i 很小，忽略前置放大电路的输入电容，可得压电加速度计电压灵敏度为
a
C u C C md K +≈ 当电缆由为1.2m 换成2.9m 后，电压灵敏度将变为
g /V 62.84g /V 1001000
3001000100=⨯++=+'+=+'≈'u a C a C a C u K C C C C C C md K 可见电缆加长后电压灵敏度下降。
8.1 什么是内光电效应？什么是外光电效应？说明其工作原理并指出相应的典型光电器件。