传感器技术及实训习题答案 传感器技术及实训第2版

1.6 习题

1．什么是传感器？（传感器定义）

答：传感器是接收信号或刺激并反应的器件，以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。国家标准是这样定义传感器的：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？

答：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成

1）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

2）转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。

3）转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。

3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？

答：传感器是感知、获取与检测信息的窗口，已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个重要的结构组成，其性能的好坏将直接影响到检测系统的精度和其他指标。

4．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？

答：静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系；动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

5．静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？

答：1）灵敏度，是指仪表、传感器等装置或系统的输出量增量与输入量增量之比

2）分辨力，是指传感器能检出被测信号的最小变化量，是有量纲的数

3）线性度，传感器的输入与输出的关系成正比，即线性关系

4）迟滞，是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度

5）稳定性，稳定性包含稳定度和环境影响量两个方面。稳定度指的是仪表在所有条件都恒定不变的情况下，在规定的时间内能维持其示值不变的能力。稳定度一般以仪表的示值变化量和时间的长短之比来表示。

6．动态参数有那些？应如何选择？

答：表征动态特性的主要参数有上升时间t

τ，响应时间s

t

，超调量m

y

（或P

σ

），衰

减度

ψ等，在选择传感器时我们希望上升时间段，响应快，超调量小，衰减度低。

2.7习题

1．什么是应变效应？

答：金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属电阻的应变效应

2．说明电阻应变片的组成和种类。

答：电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分，电阻应变片的结构包括基底、敏感栅、盖层、引线。

3．在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？

答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。

半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高四倍，且两者均无非线性误差。

4．什么是电涡流效应？电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？分别利用哪些物理量进行检测，由哪个电参量转换进行电量输出的？

答：金属导体放置于变化的磁场中时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。电涡流传感器可以检测距离，厚度飞、等物理量，均可以由阻抗转换进行电量输出。

5．电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？

答：电感式传感器种类很多，常见的有自感式、互感式和涡流式。自感式传感器利用被测物理量变化引起的传感器线圈自感量变换进行测量。而互感式则是转换为线圈互感变化。电涡流式则是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量。

6．如图2-49所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图。薄金属片P固定有4

个电阻侧面图R1、R2、R3、R4（如图2-50所示），这四个电阻连接成电路如图2-51所示，试回答下列问题：

（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？

答：R1×R4=R2×R3（或者R1/R2=R3/R4）

（2）当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化？

答：R1、R4拉伸阻值增大；R2、R3缩短阻值减小。

（3）电阻变化后，电阻的A、B两点哪点电压高？它为什么能测量电压？

答：A点高于B点，这是直流电桥的四臂全桥测量转换电路，可以把电阻的变换转换成电压输出

3.6 习题

1.什么是压电晶体的“压电效应”？叙述压电式传感器的工作原理。

某些晶体(如石英等)在一定方向的外力作用下，不仅几何尺寸会发生变化，而且晶体内部会发生极化现象，晶体表面上有电荷出现，形成电场。当外力去除后，表面又恢复到不带电状态，这种现象被称为压电效应。

压电式传感器是将被测量变化转换成材料受机械力产生静电电荷或电压变化的传感器，是一种典型的、有源的、双向机电能量转换型传感器或自发电型传感器。压电元件是机电转换元件，它可以测量最终能变换为力的非电物理量，例如力、压力、加速度等。

2.压电式传感器测量电路的作用什么？其核心是解决什么问题？

与压电元件配套使用的测量电路，其前置放大器应有两个作用：一是把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；二是把传感器的微弱信号进行放大。

其核心解决的问题是由于压电元件输出的电信号微弱，电缆的分布电容及噪声等干扰将严重影响输出特性；由于压电元件内阻抗很高，要求压电器件的负载电阻必须具有较高的值。

3.什么是“霍尔效应”？一个霍尔元件在一定电流作用下，其霍尔电势与哪些因素有关？

置于磁场中的静止金属或半导体薄片，当有电流流过时，若该电流方向与磁场方向不一