《传感器与测试技术》作业和答案

《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

1．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。

2．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。

3．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

（3）稳定时间（或响应时间）

（4）超调量δ

4．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

5．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。

6．《传感器与测试技术》教材P80 第5题。

答：

(1)

(2)

7．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。

8．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

1．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：

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。

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。

2．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。

3．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。

4．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

5．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

(2) 恒定磁通式磁电传感器

为了得到较高的灵敏度，应采用磁能积较大的永久磁铁和尽量小的空气隙长度以提高磁感应强度，同时应使单线圈长度增加并提高有效匝数，但这些参数要受到传感器体积和重量等因素的制约。

6．请画出两种霍尔元件的驱动电路，并简述其优缺点。

答：对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，如图所示。

恒压驱动电路简单，但性能较差。随着磁感应强度增加，线性变化坏，仅用于精度要求不太高的场合；

恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。

7．磁栅式传感器的误差是哪些因素引起的？可应用于哪些场合？

答：（１）误差分析

磁栅传感器的误差包括零位误差和细分误差。

零位误差是由以下因素造成的：

磁栅的节距不均匀造成的

磁栅的安装与变形误差

磁栅剩磁变化所引起的零点漂移