传感器原理第11章综合练习题答案

1.1 传感器静态特性指标主要有线性度，灵敏度，精确度，最小检测量和分辨力等；而动态

特性指标主要有传递函数和频率特性两部分。

1.2 传感器的精度A含义是在规定条件下，其允许的最大绝对误差值相对于其测量范围的百

分数。根据精度等级概念若测得某传感器A=0.48%，则传感器应定为0.5级精度。

1.3 传感器的线性度含义是：在规定条件下，传感器校准曲线和拟合直线间的最大偏差

与满量程输出值的百分比。拟合刻度直线的方法有端基法，最小二乘法，切线法三种。

1.4 某电容式位移传感器，当被测位移变化是50um，相对电容变化输出量为

25pF，其平均灵敏度为0.5pF/um;用切线法求得线性度为1%。若用差动式电容结构，其灵敏度为1pF/um。用切线法求得线性度为0.01%。

1.5 传感器的最小检测量是指传感器确切反映被测量的最低级限量而言。最小检测量

愈小，则表示传感器的检测微量能力愈高。

2.1金属应变片工作原理是应变效应。半导体应变片的工作原理是压阻效应。二者

应变灵敏度系数主要区别是前者是受到一维应力时测得，后者是在多向应力作用下测得的；前者主要受胶层传递变形失真和横向效应影响而后者则受扩散电阻的表面杂质浓度和温度影响；前者为放应电阻相对变化以应变?的线性关系，后者为电阻率变化与?的线性关系。

2.2为提高应变片的动态测量精度，当被测应变片波长一定时，现有基长分别为

15mm和20mm两种应变片，则应选用基长为15mm的应变片，方可减少动态误差。

2.3 应变式产生温度误差的原因是应变片电阻丝具有一定的温度系数和电阻丝材料和

测试材料的线膨胀系数不同。通常采用的温度补偿法单丝自补法，双丝组合式自补法，电路补偿法。

2.4应变片传感器灵敏度系数K的测试条件是在试件受到一组应力作用时，应变片的

轴向与主应力方向一致且试件材料是泊松比为0.285的钢材。测得长值的大小比应变丝的应变灵敏度K小，其原因是胶层传递变形失真和横向效应。

2.5为减小温度误差，压阻器件一般采用恒流源供电，而器件本身受温度影响要

产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。因而要采用温度补偿措施。方法有串并联电阻法，在电源回路串联二极管等。

3.1 电容式传感器分布电容的存在对点测量的危害性是：显著降低灵敏度，使传感

器特性不稳定。通常采用的消除和减小分布电容方法有采用静电屏蔽措施，采用驱动电缆技术。

3.2平行板式电容传感器，变面积型可用于检测微小位移，而变介质型可用于检测

容器中液面高度（测片状材料厚度，介质常数）等。

3.3当差动式电容测量低昂利用输出电压为的形式时（E为电源电压，C1，C2为

差动电容），测具有的特点是线性输出，不需附加解调器即可直流输出，直流输出只需经滤波器简单引出。

3.4运算法测量电容传感器电路具有的特点是：输出电压U与动极片的位移d成线性

关系，从原理上解决了使用单个变间隙型电容传感器输出特性的非线性问题。

3.5 电容式差压变送器的敏感电容结构是张紧式，其主要特点是：变压器线性度良

好，输出为标准电流信号，动态响应时间一般为0.2~15S.

4.1差动电感及差动变压器的位移-电压特性均为正比(交流)特性，因而测位移存在

只能反映大小不能反映方向的问题，解决此问题的方法是采用差动整流电路和相敏

检波电路。

4.2提高差动变压器输出信号电压的措施是：增加匝数比N2/N1，增加初级线圈电压

e1，增加激励电压频率。

4.3 差动变压器零点残余电压产生的原因是：基波分量，高次谐波，电路干扰等。

消除和减小的方法有：从设计和工艺上保证结构对称性，选用合适测量电路，采用补偿线路等。

4.4电涡流检测线圈结构特点是采用扁平圆形线圈，当被测导体材料靠近它时，利

用线圈Q值，等效阻抗Z，电感L 变化进行测量。

4.5 电涡流传感器的应用方式可分为两大类，即按激励频率不同可分为高频反射式

和低频透射式，它主要用于检测位移，振幅，厚度等。

5.1压电元件的原理是压电效应，它的主要特点是响应频率宽，信噪比大，结构简单。

目前常用的压电材料有石英晶体，压电陶瓷，锆钛酸铅等。

5.2 压电传感器对测量静态信号无响应，其被测信号上限取决于反馈电路的参数，

频率下限取决输入电阻。

5.3 压电元件测量电路采用前置放大器的目的是:把压电式传感器的高输出阻抗换成

低阻抗输出，放大压电式传感器输出的弱信号。目前经常应用前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种。

5.4 若单片压电片等效电容为C，输出电压为U，存将相同的两片串接后，其参

数C’为1/2C，q’为q，u’为2u；若改为两片并接后，总参数C’为2C，q’为2q，u’为u。

5.5 石英压电元件的纵向压电效应是沿电轴x-x方向的作用力，在垂直于x轴电极

面上产生电荷；而横向压电效应是沿机械轴Y-Y方向的作用力在垂直于x轴电极面上产生电荷。

6.1 编码器按照原理分为电触式，电容式，感应式（光电式）等，编码器按用途不同

可分为码盘和码尺，分别用于检测角度和长度参数。

6.2 光栅传感器是根据莫尔条纹原理制成的，是由照明系统，光栅副，光电接收器件

组成的。主要用于控制线位移，角位移，速度等参数。

6.3 莫尔条纹的宽度由光栅常数和光栅夹角?决定，一般调整莫尔条纹的宽度组要

采用调节夹角?。

6.4 振弦式传感器采用以张紧的钢弦做敏感元件的系统，其输出只为频率信号，主

要用于检测力，力矩，温度等参数。

6.5 振弦式传感器的固有频率f与弦线的张力T，有效长度L等参数有关，为改善

其输出f-T特性的非线性，可采用对振弦施加一定的初张力T0，采用对差动式振弦传感器等方法。

7.1 热电偶的工作原理是热电效应，热电势包括接触电势和温差电势两种，能产生

热电势的必要条件是：热电偶必须用两种不同材料作为热电极，热电偶两端存在温差。

7.2 热电偶的补偿导线的作用是使热电偶的冷端温度保持恒定，对选择补偿导线的

要求是：在0~100℃范围内和所接触的热电偶具有相同热电性能且为廉价金属。

7.3热电阻测温的原理是绝大部分金属具有正的电阻温度系数，温度越高电阻越大，一

般目前采用的热电阻有铂电阻，铜电阻等。

7.4热敏电阻按温度系数分为负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻，非热敏电阻

三种。热敏电阻本身温度取决于环境温度，电流生热两个因素。

7.5热敏电阻用于测温元件时，其工作电流要求为很小，应该工作在伏安曲线的

线性工作区域，原因是当电流很小时，元件的功耗小，电流不足以引起热敏电阻发热，元件的温度基本上就是环境温度T。

8.1霍尔效应由于采用了半导体材料，元件才有实用价值，它是一个四端元件。

一般可用于控制磁场强度，位移，压力等参数。

8.2霍尔元件的不等位误差是指当控制电流I流过元件时即使磁感应强度为零，在霍尔

电极上仍有电势存在而言，其产生原因为霍尔效应电极偏离等位面，桥臂电阻不等等，减小不等位电势的方法有机械修磨，化学腐蚀等。

8.3光电效应分为三类：即外光电效应，相应的器件有光电管（光电倍增管）；光电

导效应，相应的器件有光敏电阻；光生伏特效应，相应的器件有光电池（光敏晶体管）。

8.4光电池的原理是光生伏特效应，从光照特性可以看出其开路电压与照度非线性

关系，而短路电流与照度成线性效应，所以光电池作为检测元件时应取短路电流输出形式。

8.5 湿敏电阻工作电源要求采用低频交流信号源，其原因是若采用直流正负离子向

电源两级运动产生电解使感湿层变薄甚至破坏，在高频情况下，测试引线的容抗明显下降，会将湿敏电阻短路且产生集肤效应，阻值变化导致测试湿灵敏度准确性下降。此外其测量电路还要采取温度补偿，线性化等措施。