《传感器与测试技术》作业(1)和(2)答案讲解

《传感器与测试技术》作业（1）和（2）答案

按照《传感器与测试技术》课程教学设计方案的要求，本课程的平时作业共布置4次记分作业，每次作业满分2.5分，共10分。

在完成记分作业的前提下，辅导教师还可根据学生学习的实际情况，再布置一些有针对性的作业，作为对记分作业的补充，供学生更好地掌握学习内容。

前2次的记分作业如下：

第1次记分作业：第5周前完成

．画出测试系统的组成框图，并说明各组成部分的作用。

答：

传感器做为测试系统的第一环节，将被测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。通常，传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号。

信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，对信号进行放大等。

显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。

．为满足测试需要，对传感器的一般要求有哪些？

答：（1）灵敏度高，线性度好；

（2）输出信号信噪比高，这要求其内噪声低，同时不应引入外噪声；（3）滞后、漂移小；

（4）特性的复现性好，具有互换性；

（5）动态性好；

（6）对测量对象的影响小，即“负载效应”较低。

．传感器的动态特性的评价指标有哪些？

答：（1）时间常数τ

（2）上升时间

t

r

（3）稳定时间（或响应时间）

t

W

（4）超调量δ

．提高传感器性能的方法有哪些？

答：（1）非线性校正

（2）温度补偿

（3）零位法、微差法

（4

）闭环技术

（5

）平均技术

（6

）差动技术

（7）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施

．简述应变式电阻传感器的工作原理。

答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，

这一现象就是电阻丝的应变效应。

设有一段长为

，截面为 ，电阻率为

的金属丝，则它的电阻为

当它受到轴向力F 而被拉伸(或压缩)时，其

、 、

均发生变化，因应变而导致金属电阻值的变化，即是应变式电阻传感器的工作原理。

．《传感器与测试技术》教材P80 第5题。

答： (1)

0/R k R ε∆= 021*******R k R

εμ∆∴=∙=⨯= 200012020000.24R R μμ∆==⨯=Ω

(2) 00120005522

R U U mV R ∆==⨯⨯= ．简述压阻式传感器电桥采用恒压源供电和恒流源供电各自的特点。

答：（1）恒压源式供电：电桥输出与电压U 成正比，电桥的输出

与电源的大小、精度都有关。同时电桥输出与有关，即与温度有关，而且与温度的关系是非线性的，所以用恒压源供电时，不能消除温度的影响。

（2）恒流源式供电：电桥的输出与电阻的变化量成正比，即与被测量成正比，输出与恒流源供给的电流大小、精度有关。电桥的输出与温度无关，不受温度影响。

．在网络上查找出有介绍电阻应变式、压阻式和热阻式传感器产品的网站各一个，打印（或记录）其结构简图、工作原理、特性、主要型号及技术参数等有关信息。

答：答案略。

第2次记分作业：第9周前完成

．电容式传感器的工作原理和主要性能是什么？

答：（1）工作原理：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。当被测量的变化使式中的、

或任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化，这就是电容式传感器的工作原理。

（2）主要性能：

1）静态灵敏度

除变极距型(包括测量变介电常数型)电容传感器外，其它类型的输入被测量与输出电容之间的关系均为线性。

2）非线性

电容量与极板间距不是线性关系，略去各非线性项

后，取δ较小，以提高灵敏度。因此变极距型电容传感器常工作在一个较小的Δ 范围内。

3）动态特性

固有频率很高，动态响应时间短，能在几MHz的频率下工作，特别适用于动态测量。

．简述电容式传感器的主要优缺点。

答：(1)电容式传感器的优点：

①温度稳定性好。

②结构简单，适应性强。

③动态响应好。

④可以实现非接触测量，具有平均效应。

(2)电容式传感器的主要缺点是：

①输出阻抗高，负载能力差。

②寄生电容影响大。

③输出特性非线性。

．电感式传感器的测量电路主要形式是什么？

答：通过改变通过传感器线圈的磁通量，最终引起线圈中电流的变化，通过对变化电流的检测和分析处理，而达到对被测对象检测的目的。

．简述压磁式传感器的工作原理。

答：铁磁材料在外力的作用下，内部产生应变，从而产生应力，导致各磁畴间的界限发生移动，各个磁畴的磁化强度矢量转动，破坏了平衡状态，使材料的总磁化强度随之发生变化，此现象为压磁效应。

利用压磁效应，当外磁场强度一定时，可使得磁感应强度与应力之间有单值函数关系，从而实现对信号的测量。即压磁式传感器的工作原理

．磁电式传感器可分为几类？各有什么性能特点？

答：〔1〕变磁通式磁电传感器

这种类型的传感器线圈和磁铁固定不同，利用铁磁性物质制成一个齿轮（或凸轮）与被测物体相连而连动，在运动中齿轮（或凸轮）不断改变磁路的磁阻，从而改变了线圈的磁通，在线圈中感应出电动势。这种类型的传感器在结构上有开磁路和闭磁路两种，一般都用来测量旋转物体的角速度，产生感应电势的频率作为输出，感应电动势的频率等于磁通变化的频率。

①闭磁路变磁通式传感器

②开磁路变磁通式传感器