传感器技术与应用习题答案

传感器技术与应用习题答案
【篇一：传感器原理及应用习题及答案】
可能出现的最大误差为：
＝40?2%=0.8(mv) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误
差分别为：
0.8
1100%4%
40? 0.8
2100%16%
40?
结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。

1.7 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数?和静态灵敏度k。

1)
式中, y——输出电压，v；t——输入温度，℃。

30
dy
3y1.5105tdt
2)
式中，y——输出电压，?v；x——输入压力，pa。

k=9.6/4.2=2.29(?v/pa)。

1.8 已知一热电偶的时间常数?=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1。

试求该热电偶输出的最大值和最小值。

以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。

解：依题意，炉内温度变化规律可表示为
x(t) =520+20sin(?t)℃
由周期t=80s，则温度变化频率f=1/t，其相应的圆频
率 ?=2?f=2?/80=?/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应
y(t)为
y(t)=520+bsin(?t+?)℃
热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为
a
b?20
12
1110??40
2
1.4
dy
4.2y9.6xdt
0.786
因此，热电偶输出信号波动幅值为
b=20?a(?)=20?0.786=15.7℃
由此可得输出温度的最大值和最小值分别为
y(t)|max=520+b=520+15.7=535.7℃ y(t)|min=520﹣b=520-
15.7=504.3℃
输出信号的相位差?为
80
42.388.4s360t =
1.9 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即
式中，y——输出电荷量，pc；x——输入加速度，m/s2。

试求其固有振荡频率?n和阻尼比?。

解: 由题给微分方程可得
d2y3dy1010
3.0102.2510y11.010x2
dtdt
n
2.25?10/1?1.5?10?rad/s?
10
5
3.0?103
2?2.25?10?1
10
0.01
1-10 用一个一阶传感器系统测量100hz的正弦信号时，如幅值误
差限制在5%以内，则其时间常数应取多少?若用该系统测试50hz
的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多
解: 根据题意
12
2
15%
（取等号计算）
11
1.0526
1?5%0.95
所以
当用该系统测试50hz的正弦信号时，其幅值误差为
0.3287/
1
0.3287
0.523103s2100
2
1
1
2500.52310
32
11.32%
相位差为
1-11 一只二阶力传感器系统，已知其固有频率f0=800hz，阻尼
比?=0.14，现用它作工作频率f=400hz的正弦变化的外力测试时，
其幅值比a(?)和相位角?(?)各为多少；若该传感器的阻尼比?=0.7时，其a(?)和?(?)又将如何变化?
2?ff?4000.52?f0f0800解: ?n
a
1
1
1?0.52
n
22
22
4
2
n?2
2
1
40.140.5
2
1.31
2n?
1??n??1
2?0.14?0.5
rad10.60.18452
1?0.5
0.975
2
2
a
1?0.522
40.70.5
1-12 用一只时间常数?=0.318s的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值相对误差为多少?
解：由一阶传感器的动态误差公式
arctan
2?0.7?0.5?
0.75rad??43
1?0.52
由于?=0.318s
1
2
1
0.318s,
1t1s2t2s3t3s
f?1hz2??rad1?
1?2??0.3182
155.2%
f?0.5hzrad???2??29.3%f?
12
hzrad???3??16.8%33
1-13 已知某二阶传感器系统的固有频率f0=10khz，阻尼比?=0.1，
若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率
范围。

解：由f0=10khz，根据二阶传感器误差公式，有
1
14????
n22
2
n
13%
2
14????
n22
2
n
将?=0.1代入，整理得
1
2
1.0321.069
n?4?1.96n?2?0.0645?0
1.388?舍去1.927??0.03350.183n?n?
2ff0.183n2fofo
f0.183fo0.183101.83khz
2
1-14设有两只力传感器均可作为二阶系统来处理，其固有振荡频率分别为800hz和1.2khz，阻
尼比均为0.4。

今欲测量频率为400hz正弦变化的外力，应选用哪一只?并计算将产生多少幅度相对误差和相位差。

解：由题意知
则其动态误差0.4?
/800?0.5
1
1
1n
22
42n
1
2
1
1?0.5?4?0.4
22
1
2
0.52
17.6%
2
1tan1
相位差
1
11
tan
22
40.4
2
1
2
=7.76%
2/?n?1? ?/?n2
2?0.4?0.51?0.52
0.49?
rad27.9
2tan1
2?0.4??13?1??1/3?
2
第2章电阻应变式传感器
2.1 说明电阻应变测试技术具有的独特优点。

(1) 这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；(2) 易于实
现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；(3) 灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4) 可以测量各种物理量。

2. 2 简述电阻应变片的主要特性
2．5 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．在其表面粘贴八个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120欧，灵
敏度为2，泊松系数0．3，材料弹性模量e=2.1x]011pa。

要求；
(1)给出弹性元件贴片位置及全桥电路;
(2)计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；
(3)当桥路的供电电压为l0v时，计算传感器的输出电压
解：(1).全桥电路如下图所示
(2).圆桶截面积
应变片1、2、3、4感受纵向应变；
应变片5、6、7、8感受纵向应变；
满量程时：
（3）
r/r
解：由k=
，得
r800m
k2.0561.64103r10m
33
u0?
ui?r31.64?10?3?1.23?10?3?v?4r4=1.23(mv) v u=pr??40?10?2.19
当其接入等臂电桥中时，电桥的激励电压为
r1.21
0.01r120100
柱形弹性试件的应变为
f5?104
0.005；?411
ese0.5?10?2?10
3
应变片的灵敏系数为
r/r
k=?
解：依题意单臂：
0.01
20.005
uo?
差动：
ui3
3?10?6?v?,
3?10?3?v?,
(??2u?)(??2000u?)
u3
22
灵敏度：
6?10?6?v?,
6?10?3?v?,
(??2u?)(??2000u?)
uo
ku??
kui/4?1.5?10?6(v/??),?单臂?kui/2?3?10?6(v/??),?差动?
可见，差动工作时，传感器及其测量的灵敏度加倍。

112，求其所受拉力大小。

【篇二：传感器技术习题及答案】
一、单项选择题
1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ b）。

a. 应变式传感器
b. 化学型传感器
c. 压电式传感器
d. 热电式传感器
2、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ c）两个组成部分。

a. 放大电路
b. 数据采集电路
c. 转换元件
d. 滤波元件
3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（ c ），构成信
息技术的完整信息链。

a. 汽车制造技术
b. 建筑技术
c. 传感技术
d.监测技术
4、传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ a ）三大类。

a. 生物型
b. 电子型
c. 材料型
d.薄膜型
5、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
6、近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的
（ d ）的传感器。

a. 视觉器官
b. 听觉器官
c. 嗅觉器官
d. 感觉器官
7、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(b )。

a．眼睛 b. 感觉器官c. 手d. 皮肤
8、传感器主要完成两个方面的功能：检测和（ d）。

a. 测量
b. 感知
c. 信号调节
d. 转换
9、传感技术与信息学科紧密相连，是（ c ）和自动转换技术的总称。

a. 自动调节
b. 自动测量
c. 自动检测
d. 信息获取
10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是（ a ）
a．应变式传感器 b．速度传感器
c．化学型传感器d．能量控制型传感器
二、多项选择题
1、传感器在工作过程中，必须满足一些基本的物理定律，其中包含（abcd）。

a. 能量守恒定律
b. 电磁场感应定律
c. 欧姆定律
d. 胡克定律
2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等
学科于一体的交叉学科，涉及（abc ）等多方面的综合技术。

a. 传感检测原理
b. 传感器件设计
c. 传感器的开发和应用
d. 传感器的销售和售后服务
3、目前，传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用，以下领域采用了传感技术的有：（ abcd）。

a. 工业领域
b. 海洋开发领域
c. 航天技术领域
d. 医疗诊断技术领域
4、传感器有多种基本构成类型，包含以下哪几个（ abc）？
a. 自源型
b. 带激励型
c. 外源型
d. 自组装型
5、下列属于传感器的分类方法的是：（ abcd）
a. 按输入量分
b. 按工作原理分
c. 按输出量分
d. 按能量变换关系分
6、下列属于传感器的分类方法的是：（abcd ）
a. 按输入量分
b. 按工作原理分
c. 按构成分
d. 按输出量分
7、下列属于传感器的分类方法的是：（abcd ）
a. 按基本效应分
b. 按工作原理分
c. 按构成分
d. 按输出量分
8、传感技术的作用主要体现在：(abcd )
a．传感技术是产品检验和质量控制的重要手段
b. 传感技术在系统安全经济运行监测中得到广泛应用
c．传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分
d. 传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
9、传感技术的研究内容主要包括：(abc)
a．信息获取 b．信息转换
c．信息处理d．信息传输
10、传感技术的发展趋势主要表现在以下哪几个方面：(abcd )
a．提高与改善传感器的技术性能 b．开展基础理论研究
c．传感器的集成化d．传感器的智能化
三、填空题
1的总称。

2、传感技术是以研究自动检测系统中的的理论和技术为主要内容的一门技术性学科。

3、传感器要完成的两个方面的功能是和。

4、传感器按构成原理，可分为
5、传感器一般由
6、传感器能感受并按照
7、按输入量分类，传感器包括位移传感器、等。

8、传感器的输出量有和两种。

9、根据传感技术涵盖的基本效应，传感器可分为、化学型和。

10、传感器是能感受规定的被测量并按照转换成可用输出信号的器件或装置传感器，通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。

11、传感器是能并按照一定规律转换成可用的器件或装置。

是实现感功能的基本器件。

12、传感器技术的共性，，将转换成电量输出。

13、由传感器的定义可知，传感器要完成两个方面的功能：和。

因此传感器通常由敏感元件和转换元件组成。

14、是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性了解和定量掌握所采取的一系列技术措施。

15、根据传感器的构成，可以将传感器分为物性型和结构型。

四、简答题
1、什么是传感器？传感器的共性是什么？
2、解释什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两大部分？这两大部分各自起什么作用？
3、请简述传感器技术的分类方法。

4、请谈谈你对传感技术的发展趋势的一些看法。

5、试述传感器的定义、共性及组成。

传感器的特性习题
一、单项选择题
1、衡量传感器静态特性的指标不包括（c ）。

a. 线性度
b. 灵敏度
c. 频域响应
d. 重复性
2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（ a ）。

a. 时域响应
b. 线性度
c. 零点漂移
d. 灵敏度
3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（ a）。

a. 延迟时间
b. 上升时间
c. 峰值时间
d. 响应时间
4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（b ）。

a. 延迟时间
b. 上升时间
c. 峰值时间
d. 响应时间
5、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
6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（ b ）
a．迟滞、灵敏度、阻尼系数
b．幅频特性、相频特性
c．重复性、漂移
d．精度、时间常数、重复性
7、不属于传感器静态特性指标的是（b ）
a．重复性 b．固有频率 c．灵敏度 d．漂移
8、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( a )变化时，其输出-输入的特性。

a
a.时间
b.被测量
c.环境
d.地理位置
9、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( c )关系的一种度量。

a.相等
b.相似
c.理想比例
d.近似比例
10、回程误差表明的是在( c )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。

a.多次测量
b.同次测量
c.正反行程
d.不同测量
二、多项选择题
1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（abc ）
a.上升时间
b.响应时间
c.超调量
d.重复性
2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应
的方法是：（ bcd ）
a.精度测试法
b.频率响应函数
c.传递函数
d.脉冲响应函数
3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有
（ abcd ）。

a．迟滞 b.重复性 c.线性度 d.灵敏度
4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（abcd ）
a.灵敏度
b.非线性度
c.回程误差
d.重复性
5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的
线性化方法，以下属于线性化方法的有: abd）
a.端点线性
b.独立线性
c.自然样条插值
d.最小二乘线性
三、填空题
1、灵敏度是传感器在稳态下对
2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就
越
3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。

4、传感器的灵敏度是指。

6、衡量传感器的静态特性的指标包含、、和漂移。

7、一个高精度的传感器必须有良好的转换。

9、阶跃响应特性是指在输入为时，传感器的输出随的变化特性。

常
用响应曲线的上升时间、响应时间、超调量作为评定指标。

11、某位移传感器，当输入量变化5mm时，输出电压变化300mv ，其灵敏度为
四、简答题
1、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？
2、什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？
3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？
4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。

(要求每种特性
至少列出2种常用指标)
五、计算题
1、试求下列一组数据的端点线性度：
2、试计算某压力传感器的迟滞误差和重复性误差（一组测试数据如
下表示）。

电阻式传感器习题
一、单项选择题
1、为减小或消除非线性误差的方法可采用（ b ）。

a. 提高供电电压
b. 提高桥臂比
c. 提高桥臂电阻值
d. 提高电压灵敏度
2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（c）。

a. 不变
b. 2倍
c. 4倍
d. 6倍
3、通常用应变式传感器测量( c)。

a. 温度 b．密度
c．加速度 d．电阻
4、影响金属导电材料应变灵敏系数k的主要因素是（ a ）。

a．导电材料电阻率的变化b．导电材料几何尺寸的变化
c．导电材料物理性质的变化 d．导电材料化学性质的变化
5、产生应变片温度误差的主要原因有（ a ）。

a．电阻丝有温度系数 b．试件与电阻丝的线膨胀系数相同
c．电阻丝承受应力方向不同 d．电阻丝与试件材料不同
6、电阻应变片的线路温度补偿方法有（ b ）。

a．差动电桥补偿法b．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法
c．补偿线圈补偿法d．恒流源温度补偿电路法
7、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
8、关于电阻应变片，下列说法中正确的是（d ）
a．应变片的轴向应变小于径向应变
b．金属电阻应变片以压阻效应为主
c．半导体应变片以应变效应为主
d．金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化
9、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
10、（ d ）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。

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
11、由(a)和应变片．以及一些附件(补偿元件、保护罩等)组成的装
置称为应变式传感器。

a.弹性元件
b.调理电路
c.信号采集电路
d.敏感元件
12、直流电桥平衡的条件是（ a ）。

b 相对两臂电阻的比值相等
c相临两臂电阻的比值不相等
d 所有电阻都相等
13、直流电桥的平衡条件为（ b ）
a．相邻桥臂阻值乘积相等 b．相对桥臂阻值乘积相等
c．相对桥臂阻值比值相等 d．相邻桥臂阻值之和相等
二、填空题
1、单位应变引起的电阻值变化量称为电阻丝的灵敏度系数。

2、产生电阻应变片温度误差的主要因素有的影响和膨胀系数的影响。

3、直流电桥平衡条件是
4、直流电桥的电压灵敏度与电桥的供电电压的关系是
5、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，工作应变片粘贴在被测试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的补偿块上，且补偿应变片不承受应变。

6、半导体应变片工作原理是基于
7、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
【篇三：13传感器技术与应用答案】
xt>习题1
l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答：检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。

传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的。

数据传输、处理环节，又称之为测量电路，它的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

数据显示记录环节是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。

常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。

1.2 传感器的型号有几部分组成？各部分有何意义?
答：传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，敏感元件：
直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量
的元件，它是传感器的核心。

转换元件：将敏感元件输出的物理量
转换成适于传输或测量电信号的元件。

测量电路：将转换元件输出
的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、
补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、
处理及控制等功能。

1.3 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测
量方法? 如何进行?
答：直接测量。

使用电压表进行测量，对仪表读数不需要经过任何
运算，直接表示测量所需要的结果。

1.4 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位
移测量仪的输出电压由3.5v减至2.5v，试求该仪器的灵敏度。

解: 灵敏度s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm
1.5 有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为
2.5级、
2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过
2.5％，选那台仪表合理?
答：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差
为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误
差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相
对误差为2.4％。

因此，应该选用1.5级的测温仪器
1.6 什么是系统误差和随机误差?准确度和精密度的含义是什么? 它
们各反映何种误差?
答：系统误差(简称系差)：在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差称为系统
误差。

系统误差决定了测量的准确度。

系统误差是有规律性的，因
此可以通过实验或引入修正值的方法一次修正给以消除。

随机误差(简称随差，又称偶然误差)：由大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为随机误差。

对同一被测量进行多次重复测量时，随
机误差的绝对值和符号将不可预知地随机变
化，但总体上服从一定的统计规律。

随机误差决定了测量的精密度。

随机误差不能用简单的修正值法来修正，只能通过概率和数理统计
的方法去估计它出现的可能性。

系统误差越小，测量结果准确度越高；随机误差越小，测量结果精密度越高。

如果一个测量数据的准确度和精密度都很高，就称此测量的精确度很高。

精密度：要求所加工的零件的尺寸达到的准确程度,也就是容许误差的大小,容许误差大的精密度低,容许误差小的精密度高;简称“精度”正确度：是表示测量结果中系统误差大小的程度。

统计学上，正确度能成功估计一数量的正确值。

有时和精确度定义相同。

1.7 等精度测量某电阻10次，得到的测量列如下：
试求10次测量的算术平均值。

解：求10次测量的算术平均值：
r1?r2rn
10i?1
167.95?167.45?167.60?167.60?167.87?167.88?168.00?167.85?1 67.82?167.608?10
167.763
10
习题2
2.1 试简述金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效的区别。

答：都是基于压阻效应，也就是受到压力时其电阻值会发生变化，但半导体应变片的灵敏系数比金属应变片要大很多，用于大信号输出的场合，但是机械强度低，受温度影响大。

金属应变片机械强度高，灵敏度低，成本也低。

解：由于不知是何种工作方式，可设为n，故可得：
k?u2?10?10?3
u010mv nn
得n要小于2，故应采用全桥工作方式。

2.3 试简述直流测量电桥和交流测量电桥的区别。

答：直流电桥是得出的为静态点数据，交流电桥得出的为动态点数据，不过交流电桥得动态点数据为静态点数据的积分——范围在静态点数据线上波动而已。

2.4.试简述电位器式位移传感器的工作原理。

答：电位器是人们常用到的一种电子元件，它作为传感器可以将机械位移或其他能转换为其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起输出电压的变化。

所以它是一个机电传感元件。

k?u4?2?10?3k?u??2?10?3v；双臂时u0?变为1000时应为u0?，所以应变为442
1k?u4?2?10?6
4?10?6v，应变为时u0?221000时应为
k?u4?2?10?3
u04?10?3v；全桥时u0?k?u，所以应变为1时22
u0?8?10?6/v，应变为1000时应为u0?8?10?3v。

从上面的计算
可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂
的四倍。

2.7 试简述电阻应变片式测力传感器的工作原理。

答：电阻应变式传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，
敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变
片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将
发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转
换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

2.10 试简述电阻应变片实现温度补偿的方法。

答：电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度误差。

产生温度误
差的原因有电阻丝的电阻率随温度发生变化；电阻丝和试件的线膨
胀系数不同使其产生附加形变。

温度误差给测量结果的精确度产生
很大的影响，在实际测量中要采取措施进行温度补偿：自补偿法和
线路补偿法。

2.11 试简述压阻式压力、加速度传感器的工作原理。

答：压阻式压力传感器中晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。

某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产
生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，
也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应。

压阻式加速度传感器，它采用硅悬臂梁结构。

在硅悬臂梁的自由端
装有敏感质量块，在梁的根部，扩散四个性能一致的电阻，当悬臂
梁自由端的质量块受到外界加速度作用时，将感受到的加速度转变
为惯性力，使悬臂梁受到弯矩作用，产生应力。

这时硅梁上四个电
阻条的阻值发生变化，使电桥产生不平衡，从而输出与外界的加速
度成正比的电压值。

习题3
3.1 试简述变气隙电感式压力传感器及差动式变气隙电感压力传感器的工作原理。

答：变气隙电感式压力传感器的工作原理：置于一金属膜片两侧的
两个电感器件与膜片保持一定间隙,并与膜片组成两压力腔,当介质压
力或压差进入两侧的压力腔体中,膜片将向一侧偏移(压力小的一侧),
使膜片与两电感器件之间的间隙改变,一侧变小(压力小的一侧),另一
侧变大,从而引起了电压的改变。

差动式变气隙电感压力传感器将被
侧参数压力的变化转换为输出相应电流的变化。

通过接口电路可与
微机配套,可对压力参数进行远距离测量和控制。

3.3 试简要说明差动变压器式传感器产生零点残余电压的原因，并
简述减小或消除零点残余电压的方法。

答：当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压
为零。

但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压
值(从零点几mv到数十mv)存在，称为零点残余电压。

零点残余电
压的存在造成零点附近的不灵敏区；零点残余电压输入放大器内会
使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。

消除零点残余电压方法：（1）从设计和工艺上保证结构对称性；（2）选用合适的测量线路;（3）采用补偿线路。

3.4 试简述差动整流电路的工作原理。

答：差动整流电路的工作原理：当动铁芯移动时引起上下两个全波
整流电路输出差动电压，中间可调整零位，输出电压与铁芯位移成
正比，这种电路受二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降反
向漏电流的不利影响很大。

3.5 什么是涡流效应？怎样利用电涡流式传感器进行位移测量？
答：闭合铁芯（或一大块导体）处于交变磁场中，交变的磁通量使
闭合铁芯（或一大块导体）中产生感应电流，形成涡电流。

假如铁
芯（或导体）是纯铁（纯金属）的，则由于电阻很小，产生的涡电
流很大，电流的热效应可以是铁（或金属）的温度达到很高的，甚
至是铁（或金属）的熔点，使铁熔化。

通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离d的变化转
化成电压或电流的变化。

输出信号的大小随探头到被测体表面之间
的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的
位移、振动等参数的测量。

3.6 电涡流式传感器的常用测量电路有哪些？简单叙述其原理。

答：根据电涡流式传感器的基本原理，传感器线圈与被测金属导体
间距离的变化可以转化为传感器线圈的阻抗或电感的变化。

测量电
路则是把这些参数的变化转换为电压或电流输出，常用的测量电路。