《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波主编)
传感器与检测技术课后答案
传感器与检测技术课后答案第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
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物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统① MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
② 研制仿生传感器④ 研制成分分析用传感器⑤ 研制微弱信号检测传感器③ 研制海洋探测用传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．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。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
传感器与自动检测技术习题参考答案
0.7 时
5
A2 ( )
1 4
2 2 n 2
1
1
2 1 2 2 1 1 4 0 . 7 2 2 2
2 n
1 1.5625 0.49
S
如图所示。
y x
非线性度：如图所示，标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。如果在全量程 A 输出范 围内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为 B，则定义非线性度为
非线性度
B 100% A
回程误差：如图所示，回程误差也称为滞后或变差。实际测量系统在相同的测量条件下，当输 入量由小增大，或由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量存在差值，则定义回程误差为
1.5 什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？ 答：传感器的线性度是指传感器的输出与输入成线性关系的程度。 常用的按拟合方法有：切线或割线拟合、过零旋转按拟合、端点平移拟合等。
1.6 已知某位移传感器的测量范围为 0~30mm， 静态测量时， 输入值与输出值的关系如题 1.6 表所示， 试求该传感器的线性度和灵敏度。 题 1.6 表 输入值 （mm） 输出值 （mV） 解： 1 1.50 5 3.51 10 6.02 15 8.53 20 11.04 25 13.47 30 15.98
2.042 4 1 32.33
2 1
即：
n
2.04 11.55 2
上式中仅有正号才有意义，故
2f f 2.181 即： f 2.181 f 0 2.181 10 21.81kHz 2f 0 f 0 故此传感器的工作频率为 21.81kHz 。
传感器与检测技术课后习题答案
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第1章
∴ y 0.68x 0.25
1 0.238 2 0.35 3 0.16
4 0.11 5 0.126 6 0.194
L
Lmax yFS
100%
0.35 5
7%
拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7%
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解：设温差为R,测此温度传感器受幅度为R的阶跃响应 为(动态方程不考虑初态)
R x1100 ,R x2200 ,R x3300 ,R x4400 ,R x5500 , R x6600 ,R x7700 ,R x8800 ,R x9900 ,R x101000
r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5
r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0
Y111003,Y2
解：①图 2-32(c)
②圆桶截面积 A R 2 r 2 59.7 106
应变片 1,2,3,4 感受的是纵向应变,有
1 2 3 4 x
应变片 5,6,7,8 感受的是纵向应变,有
5 6 7 8 y
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第2章
U U 4 R 1 R 5 R R 2 R 6 U 4K 1526 U 2KxyU 2K 1xU 2K 1A F E
l0l
2
...
比较后可见灵敏度提高一倍，非线性大大减少。
答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的 方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后， 便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量 信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负 位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小， 电压的正负表明位移的方向。
《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波 主编)
一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？答：（1）能感受（或响应）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。
（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。
1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。
1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。
（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。
（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。
1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。
（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
传感器与自动检测技术习题参考答案
解： n 所以
阻尼比 0.14 时
2f n 2 3.14 800 5024 0 2512 1 n 5024 2
0 2f 0 2 3.14 400 2512
0.6980
2
n
arctan 2 0.7 0.5 arctan 0.7 arctan 0.9333 ( ) arctan 0.75 1 0.5 1
2
2 n
2
1.11 某二阶传感器固有频率 f0 10kHz ，阻尼比 0.1 ，若幅度误差小于 3%，试求决定此传感器的 工作频率。 解：
6
接口部分等，但并不是所判断、决策、监控
通信接口和总线
底层显示分析处理
┅
底层显示分析处理
信号调理电路
┅
信号调理电路
传感器
┅
传感器
自动检测系统的结构形式有串联、并联和混合三种形式。
第二章习题参考解
2.1 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：测量误差是测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离真值，即：测量结果 与被测量真值之差。测量误差=测量结果-真值 测量误差可表示为四种形式： （1）绝对误差:被测量的测量值 X 与其真值 A0 之差称之为测量绝对误差 X ，简称误差，即
0.7 时
5
A2 ( )
1 4
2 2 n 2
1
1
2 1 2 2 1 1 4 0 . 7 2 2 2
《传感器》第2版-余成波 传感器与自动检测技术习题参考答案
第一章习题参考解1.1 什么是传感器？传感器特性在检测系统中起什么作用？答：传感器（Transducer/sensor）的定义为：“能感受（或响应）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”。
传感器的基本特性是指传感器的输入—输出关系特性，是传感器的内部结构参数作用关系的外部特性表现。
不同的传感器有不同的内部结构参数，这些内部结构参数决定了它们具有不同的外部特性。
对于检测系统来说存在有静态特性和动态特性。
一个高精度的传感器，必须要有良好的静态特性和动态特性，从而确保检测信号（或能量）的无失真转换，使检测结果尽量反映被测量的原始特征。
1.2 画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：传感器一般由敏感元件、变换元件和其他辅助元件组成，组成框图如图所示。
敏感元件——感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件，如膜片和波纹管，可以把被测压力变成位移量。
若敏感元件能直接输出电量（如热电偶），就兼为传感元件了。
还有一些新型传感器，如压阻式和谐振式压力传感器、差动变压器式位移传感器等，其敏感元件和传感器就完全是融为一体的。
变换元件——又称传感元件，是传感器的重要组成元件。
它可以直接感受被测量（一般为非电量）而输出与被测量成确定关系的电量，如热电偶和热敏电阻。
传感元件也可以不直接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。
例如差动变压器式压力传感器，并不直接感受压力，而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁位移量，然后输出电量。
一般情况下使用的都是这种传感元件。
信号调理与转换电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号的电路。
信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类，常用的电路有电桥、放大器、振荡器和阻抗变换器等。
1.3 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入—输出关系。
传感器与自动检测技术习题参考答案
1.1 什么是传感器？传感器特性在检测系统中起什么作用？ 答：传感器（Transducer/sensor）的定义为： “能感受（或响应）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” 。 传感器的基本特性是指传感器的输入—输出关系特性，是传感器的内部结构参数作用关系的外 部特性表现。不同的传感器有不同的内部结构参数，这些内部结构参数决定了它们具有不同的外部 特性。对于检测系统来说存在有静态特性和动态特性。一个高精度的传感器，必须要有良好的静态 特性和动态特性，从而确保检测信号（或能量）的无失真转换，使检测结果尽量反映被测量的原始 特征。 1.2 画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。 答：传感器一般由敏感元件、变换元件和其他辅助元件组成，组成框图如图所示。 敏感元件——感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件，如膜片和波纹管，可 以把被测压力变成位移量。若敏感元件能直接输出电量（如热电偶） ，就兼为传感元件了。还有一些 新型传感器，如压阻式和谐振式压力传感器、差动变压器式位移传感器等，其敏感元件和传感器就 完全是融为一体的。 变换元件——又称传感元件，是传感器的重要组成元件。它可以直接感受被测量（一般为非电 量）而输出与被测量成确定关系的电量，如热电偶和热敏电阻。传感元件也可以不直接感受被测量， 而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。例如差动变压器式压力传感器，并不直接感受压力， 而只是感受与被测压力成确定关系的衔铁位移量，然后输出电量。一般情况下使用的都是这种传感 元件。 信号调理与转换电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用信号 的电路。信号调理与转换电路根据传感元件类型的不同有很多种类，常用的电路有电桥、放大器、 振荡器和阻抗变换器等。
传感器与自动检测技术(第二版)余成波主编第三章答案
传感器与自动检测技术作业电信10-1杨文军1006110124第三章3.3 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律，应变片的结构尺寸变化时，电阻也会相应地变化，其电导率P 并未发生变化。
而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。
压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是，其电导率P 则发生变化的现象。
3.5 某一直流电桥，供电电源电动势V E 3=,Ω==10043R R ，1R 和2R 为相同型号的电阻应变片，其电阻均为Ω100，灵敏度系数0.2=K 。
两只应变片分别黏贴于等强度梁同一截面的正、反两面。
设等强度梁在受力后产生的应变为5000µɛ，试求此时电桥输出端电压O U 。
解：由题意知：分析得差动电桥 因为：)(433221111R R R R R R R R R E U O +-∆-+∆+∆+= 又432121,,R R R R R R ==∆=∆， 所以1121R R E U O ∆=又有11R R ∆=X S K ε；因此：V EK U x S O 015.010*******1216=⨯⨯⨯⨯==-ε 所以：此时电桥输出电压U0=0.015V 。
3.6 哪些因素引起应变片的温度误差，写出相对的误差表达式，并说明电路补偿法的原理。
答：第一，由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差。
产生应变片温度误差的主要因素有 : a 、电阻温度系数的影响：:敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：当温度变化Δ t 时 , 电阻丝电阻的变化值为 Δ Rt=Rt- R0= Ro α o Δ t ；b 、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 ：当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时 , 不论环境温度如何变化 , 电阻丝的变形仍和自由状态一样 , 不会产生附加变形。
当试件和电阻丝线膨胀系数不同时 , 由于环境温度的变化 , 电阻丝会产生附加变形 , 从而产生附加电阻。
《传感器与自动检测技术》习题参考答案
《传感器与自动检测技术》习题思考题与习题一1.1什么叫传感器？它通常由哪几部分组成？答：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，称为传感器。
传感器通常由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受和响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件的感受或响应的被测量转换成适于传输和处理的电信号部分。
1.2简述传感器的分类方法。
答：传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等进行分类。
1.3举例说明传感器与检测技术的作用与地位。
答：传感器与检测技术在信息技术领域具有十分重要的基础性地位，推动了现代科学技术的进步，在国民经济中具有“倍增器”作用。
1.与人们日常生活密切相关。
家用电器温度设定、控制、显示；家居防火、防盗、防煤气泄漏；智能家居的灯光控制；居家老人的健康监护等。
2.推进信息化与工业化的深度融合。
工业生产中，借助检测技术，提高自动化程度，提高产品质量，提高经济效益：对工艺参数、成分进行检测与控制；对工业设备运行状态进行监测；对产品质量进行自动测试；对产品数量进行自动计数等。
3.助推智能农业快速发展。
气象预报，温室大棚的温湿度、光照、CO 2、PH 值、风力的测量与控制，水土成分测量与分析；工厂化水产和牲畜养殖环境参数的测量与控制等。
4.是国防现代化的技术保障。
雷达导航，卫星定位系统，航母战斗群及潜艇水下声呐系统测物、测距、测向，现代化战争中目标精确定位、精准打击等。
5.在智能交通中有广泛的应用。
公路交通违章监控、测速、超载称重，轨道交通（高铁、动车、地铁、轻轨、云轨）运营设备在线监测，水运航向、水位、风力、荷载测量，机场危险品检查等。
1.4简述中高档汽车中所使用的各类传感器及其作用。
答：碰撞传感器就是加速度传感器,他的作用是在汽车受到力的碰撞时，加速度传感器给信号使得安全气囊充气保护车上人员的生命安全；座椅占用识别传感器，作用是识别该座椅是否有人乘坐，识别信号传送至安全安全气囊控制模块，在碰撞事故中，安全气变控制模块根据座椅占用识别传感器信号判断该座椅是否有乘员，决定是否触发相关的安全气囊和安全带张紧器；曲轴转速传感器，用于检测发动机转速和判定一缸上止点；凸轮轴位置传感器用于区分一（四）缸压缩上止点；节气门位置传感器用于检测发动机的节气门；水温传感器用于检测发动机冷却温度；进气温度传感器用于检测进气温度；进气歧管绝对压力传感器用于检测气管里的进气压力；空气流量计用于检测进气空气质量；轮速传感器用于检测轮速；车速传感器用于检测车速。
第二版传感器余成波第三章部分课后题答案
3.3 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同?答：金属应变片的工作原理是基于金属的应变效应，利用的是金属材料的电阻定律，应变片的结构尺寸变化时，电阻相应地变化，其电阻率p并未发生变化。
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应，压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受力作用，其电导率p则发生变化的现象。
3.5 题3.5图所示为一直流电桥，供电电源电动势E=3V R3 R4 100 Q ，R和R2为相同型号的电阻应变片，其电阻均为100Q，灵敏度系数K=2.0。
两只应变片分别粘贴等强度梁同一截面的正、反两面。
设等强度梁在受力后产生的应变为5000卩& ，试求此时电桥输出端电压U a。
题3.5图3解：此电桥为输出对称电桥，故U。
f 2 3 5 1015/mV2 23.6 哪些因素引起应变片的温度误差，写出相对误差表达式，并说明电路补偿法的原理。
答: (1)引起应变片的温度误差的因素：①由于电阻丝温度系数的存在，当温度改变时，应变片的标称电阻值发生变化。
②当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时，由于温度的变化而引起的附加变形，使应变片产生附加电阻(2)相对误差表达式：(3)电路补偿法的原理：图3.6为电路补偿法的原理图。
电桥输出电压U。
与桥臂参数的关系为:U 0 A( R i R4 R B R3) 0工程上，一般按R i R4 R B R3选取桥臂电阻。
当温度升高或降低t t t o时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，则U 0 A[( R1 R1t ) R4 ( R B R Bt)R3)] 0R又有新的增量R i RKU o AR1R4K②变面积型电感传感器：这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变，从而改变磁阻。
它的灵敏度为常数，线性度也很好。
③螺管插铁型电感传感器它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。
合集传感器与自动检测技术课后答案(1).ppt
当极化后的铁电体受到外力作用时，其剩余极化
强度将随之发生变化，从而使一定表面分别产生正
负电荷。
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第6章
6.3
在极化方向上压电效应最明显。铁电体的参数也 会随时间发生变化—老化，铁电体老化将使压电效 应减弱。
6.4
答：基本考虑点是如何更好的改变传感器的频率特性， 以使传感器能用于更广泛的领域。
6.2
答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄 露，无法进行测量。所以压电传感器通常都用来测 量动态或瞬态参量。
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第6章
6.3
答：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，才能使其呈现出压电性。 所谓极化，就是以强电场使“电畴”规则排列，而 电畴在极化电场除去后基本保持不变，留下了很强 的剩余极化。
②散射性损耗：是由于材料密度的微观变化、成
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第7章
7.2
分起伏，以及在制造过程中产生的结构上的不均匀 性或缺陷引起。一部分光就会散射到各个方向去， 不能传输到终点，从而造成散射性损耗。
③辐射性损耗：当光纤受到具有一定曲率半径的 弯曲时，就会产生辐射磁粒。
a弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲
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第3章
3.2 单极式传感器灵敏度：S
L0 l0
1
l l0
传感器与自动检测技术习题参考答案余成波
第三章习题参考解3.1 电阻式传感器有哪些重要类型？答：常用的电阻式传感器有电位器式、电阻应变式、热敏效应式等类型的电阻传感器。
3.2 说明电阻应变片的工作原理。
它的灵敏系数K 与应变丝的灵敏系数K 有何差别，为什么？答：金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。
当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。
它的灵敏系数K 是指把单位应变所引起的电阻相对变化，即⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=l dl d K ρρμ)21( 由部分组成：受力后由材料的几何尺寸变化引起的[])21(μ+；由材料电阻率变化引起的。
应变丝的灵敏系数K 为E K π=，指与材料本身的弹性模量有关。
3.3 金属电阻式应变片与半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？ 答：金属电阻应变片的工作原理是利用金属材料的电阻定律。
当应变片的结构尺寸发生变化时，其电阻也发生相应的变化。
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
所谓压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象。
3.4 假设电阻应变片的灵敏度K=2，R=120Ω。
问：在试件承受600με时，电阻变化值ΔR=？若将此应变片与2V 直流电源组成回路，试分别求取无应变时与有应变时回路的电流。
解：因为，故有无应变时回路电流为 A R U i 0167.012021===有应变时回路电流为 A R R U i 0166.0144.012022=+=∆+= 3.5 题3.5图所示为一直流电桥，供电电源电动势3V E =，34100R R ==Ω，1R 与2R 为相同型号的电阻应变片，其电阻均为100Ω，灵敏度系数K=2.0。
两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。
设等强度梁在受力后产生的应变为5000με，试求此时电桥输出端电压0U 。
解：根据被测试件的受力情况，若使一个应变片受拉，一个受压，则应变符号相反；测试时，将两个应变片接入电桥的相邻臂上，如题3.5图所示。
传感器与自动检测技术课后答案【PPT】共59页
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
59
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰 Nhomakorabea▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
传感器与自动检测技术习题参考答案
2.042 4 1 32.33
2 1
即：
n
2.04 11.55 2
上式中仅有正号才有意义，故
2f f 2.181 即： f 2.181 f 0 2.181 10 21.81kHz 2f 0 f 0 故此传感器的工作频率为 21.81kHz 。
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接口部分等，但并不是所有的检测任务都包括以上几个部分。
数据显示、记录、分析、综合、判断、决策、监控
通信接口和总线
底层显示分析处理
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底层显示分析处理
信号调理电路
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信号调理电路
传感器
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传感器
自动检测系统的结构形式有串联、并联和混合三种形式。
第二章习题参考解
2.1 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：测量误差是测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离真值，即：测量结果 与被测量真值之差。测量误差=测量结果-真值 测量误差可表示为四种形式： （1）绝对误差:被测量的测量值 X 与其真值 A0 之差称之为测量绝对误差 X ，简称误差，即
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1.3 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？ 答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入—输出关系。所描述的是指测量时，检测系统 的输入、输出信号不随时间变化或变化很缓慢。 通常用来描述静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、 精度、可靠性、分辨率、灵敏阀等。 测量范围：检测系统能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。 灵敏度：灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即
?是用被测量的绝对误差x?与其约定真值a之比值的百分比来表示的即x???a?是用被测量的绝对误差x?与仪器示值x之比值的百分比来表示的即x??x3引用误差又称满度相对误差?为测量仪器仪表的绝对误差?与仪器满度值x??0a之差称之为测量绝对误差a?x?简称误差即0量所得的示值a代替真值实际相对误差a100a?示值相对误差x100x??引用误差ffsx之比值的百分比来表示的即100ffsx??4分贝误差分贝误差定义为
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一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？答：（1）能感受（或响应）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。
（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。
1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。
1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。
（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。
（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。
1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。
（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。
（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。
（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。
2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。
（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。
2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。
2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。
精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。
反映的是测得值的随机误差。
精密度高，不一定正确度高。
精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。
从测量误差的角度来说，精确度（准确度）是测得值的随机误差和系统误差的综合反映。
正确度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。
反映的是测得的系统误差。
2.5服从正态分布规律的随机误差有哪些特征？答：随机误差概念分布可以用正态函数表示；标准偏差*越大所测值就越分散，精度越低；、微小的及独立的随机变量之总和服从正态分布。
2.6有三台测温仪表，量程均为0-600*C，精度等级分别为2.5级，2.0级，1.5级。
现要测量500*C的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？为什么？解：设A为检测系统的精度；&A为测量范围内元件的最大绝对误差；Yfs为满量程输出。
&A<=2.5%*500=12.5*C A=&A/Yfs*100%<=12.5/600*100%=2.08%;所以应选择精度等级为2.0级的仪表则合理。
2.7什么是剩余误差？它与随机误差有何不同？答：（1）剩余误差是各次测量值与其算术平均值之差，也称残差，是指实际观察值与回归估计值之差；（2）区别：剩余误差只是计算近似值过程中某一步与真实值的差值；而随机误差是多次重复测量时所得误差。
2.10测量某电路电流共6次，测得数据（单位：mA）分别为175.41,175.59,175.40,175.51,175.53,175.44。
试求算术平均值和标准误差。
解：算术平均值：X=（175.41+175.59+175.40+175.51+175.53+175.44）/6=175.48标准误差*=【（各数的平方之和）/6】再开平方根。
2.12已知某差压变送器，其输入位移与输出电压之间的理想特性为V=8x，实际数据如试求：（1）最大绝对误差，相对误差，并指出其测量点；（2）若指示仪表量程为50mv，指出仪表的精度等级。
解：三、3.1电阻式传感器有哪些重要类型？答：常用的电阻式传感器类型有：电位器式、电阻应变片式、热敏效应式等类型。
3.3金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律，应变片的结构尺寸变化时，电阻相应地变化，其电导率P并未发生变化。
而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。
压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是，其电导率P则发生变化的现象。
3.5如下图所示为一直流电桥，供电电源电动势E=3v，R3=R4=100，R1和R2为相同型号的电阻应变片，其电阻值均为100，灵敏度系数K=2.0.两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正、反两面。
设等强度梁在变力后产生的应变为5000µε，试求此时电桥输出端电压Uo.解：3.6哪些因素引起应变片的温度误差，写出相应误差表达式，并说明电路补偿的原理。
答：（1）由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差。
产生应变片温度误差的主要因素有: a、电阻温度系数的影响：:敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：当温度变化Δ t 时, 电阻丝电阻的变化值为Δ Rt=Rt- R0= Roα o Δ t ；b、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响：当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。
当试件和电阻丝线膨胀系数不同时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形, 从而产生附加电阻。
有：Δ R /Ro=αΔ t。
(2)电阻应变片的温度补偿方法:电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。
1) 线路补偿法:电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。
图 3 - 4 所示是电桥补偿法的原理图。
电桥输出电压Uo 与桥臂参数的关系为Uo=A （R1 R4- RB R3 ）式中: A:由桥臂电阻和电源电压决定的常数。
R1:工作应变片；RB:补偿应变片由上式可知, 当R3 和R4 为常数时, R1 和RB 对电桥输出电压U0 的作用方向相反。
利用这一基本关系可实现对温度的补偿。
工程上, 一般按R1 = R2 = R3 = R4 选取桥臂电阻。
当温度升高或降低Δ t = t-t0 时, 两个应变片的因温度而引起的电阻变化量相等, 电桥仍处于平衡状态, 即Uo=A ［（R1+ ΔR1t ）R4-(RB+ Δ RBt)R3 ］=0 .若此时被测试件有应变ε的作用, 则工作应变片电阻R1 又有新的增量Δ R1=R1K ε , 而补偿片因不承受应变, 故不产生新的增量, 此时电桥输出电压为Uo = AR1R4K ε （3 - 26 ）;由上式可知, 电桥的输出电压Uo 仅与被测试件的应变ε有关, 而与环境温度无关。
2) 应变片的自补偿法:这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片, 称之为温度自补偿应变片。
要实现温度自补偿, 必须有α 0= -K0 （β g- β s ）上式表明, 当被测试件的线膨胀系数β g 已知时, 如果合理选择敏感栅材料, 即其电阻温度系数α 0 、灵敏系数K0 和线膨胀系数β s, 使式（3 - 27 ）成立, 则不论温度如何变化, 均有Δ Rt/ R0=0, 从而达到温度自补偿的目的。
3.7根据电容式传感器的工作原理说明它的分类，电容式传感器能够测量哪些物理参数？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C=εA/d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。
在A、d、ε三个参量中，改变其中任意一个量，均可改变电容量C。
固定三个参量中的两个可以做成三种类型的电容传感器：变极距式传感器、变面积式传感器、变介电常数式传感器。
电容式传感器不仅用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，还广泛用于压力、差压、液位、物位或成分含量等方面的测量。
3.8电容式传感器的测量电路有哪些？叙述二极管双T形交流电桥工作原理。
答：（1）电容式传感器的测量电路有调频振荡电路、桥式电路、运算放大器式电路和脉冲调宽型电路。
（2）图所示是二极管双T 型交流电桥电路原理图。
e 是高频电源, 它提供幅值为Ui 的对称方波, VD1 、为特性完全相同的两个二极管, R1 = R2 = R, C1 、C2 为传感器的两个差动电容。
当传感器没有输入时, C1 = C2 。
电路工作原理如下当 e 为正半周时, 二极管VD1 导通、VD2 截止, 于是电容C1 充电; 在随后负半周出现时, 电容C1 上的电荷通过电阻R1#, 负载电阻RL 放电, 流过RL 的电流为I1 。
在负半周内, VD2 导通、截止, 则电容C2 充电; 在随后出现正半周时, C2 通过电阻R2, 负载电阻RL 放电, 流过RL 的电流为I2 。
根据上面所给的条件, 则电流I1 =I2, 且方向相反, 在一个周期内流过RL 的平均电流为零。
3.12电感式传感器有几大类？各有何特点？答：（1）电感式传感器分为自感式传感器、互感式传感器和涡流式传感器等三大类。