传感器技术课后答案
传感器与传感器技术课后答案
《传感器与传感器技术》计算题答案第1章传感器的一般特性1—5 某传感器给定精度为2%F·S,满度值为50mV,零位值为10mV,求可能出现的最大误差(以mV计)。
当传感器使用在满量程的1/2和1/8时,计算可能产生的测量百分误差。
由你的计算结果能得出什么结论解:满量程(F▪S)为50﹣10=40(mV)可能出现的最大误差为:m=402%=(mV)当使用在1/2和1/8满量程时,其测量相对误差分别为:1—6 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,℃。
(2)式中,y——输出电压,V;x——输入压力,Pa。
解:根据题给传感器微分方程,得(1)τ=30/3=10(s),K=105/3=105(V/℃);(2) τ==1/3(s),K==(V/Pa)。
1—7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=2f=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,其响应的幅频特性为因此,热电偶输出信号波动幅值为B=20A()==15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|=520+B=520+=535.7℃y(t)|=520﹣B==504.3℃输出信号的相位差为(ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)=相应的时间滞后为t =1—8 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。
传感器技术习题及答案
传感器技术绪论习题一、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 AA.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ABCA. 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:ABCDA. 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:ABCDA. 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:ABCDA. 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:ABCDA.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:ABCA.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:ABCDA.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、传感技术与信息学科紧密相关,是自动检测和自动转换技术的总称;2、传感技术是以研究自动检测系统中的信息获取、信息转换和信息处理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检测和转换;4、传感器按构成原理,可分为物性型和结构型两大类;5、传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路等三部分组成;6、传感器能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或装置;7、按输入量分类,传感器包括位移传感器、速度传感器、温度传感器压力传感器、等;8、传感器的输出量有模拟量和数字量两种;9、根据传感技术涵盖的基本效应,传感器可分为物理型、化学型和生物型;10、传感器是能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、传感器是能感受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;是实现传感功能的基本器件;12、传感器技术的共性,就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物,将非电量输入转换成电量输出;13、由传感器的定义可知,传感器要完成两个方面的功能:检测和转换;因此传感器通常由敏感元件和转换元件组成;14、传感技术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 CA.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 BA.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 BA.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;AA.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ABCA.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:BCDA.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:ABCDA.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: ABDA.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输出量变化对输入量变化的比值;2、系统灵敏度越高,就越容易受到外界干扰的影响,系统的稳定性就越差;3、漂移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在稳态信号下输出量变化对输入量变化的比值;6、衡量传感器的静态特性的指标包含线性度、灵敏度、迟滞、重复性和漂移;7、一个高精度的传感器必须有良好的静态特性和__ 动态特性__,才能完成信号无失真的转换;9、阶跃响应特性是指在输入为阶越函数时,传感器的输出随时间的变化特性;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60mv/mm ;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 DA.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 ;A 相临两臂电阻的比值相等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 BA.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电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响;3、直流电桥平衡条件是相邻两臂电阻的比值相等;4、直流电桥的电压灵敏度与电桥的供电电压的关系是正比关系;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压阻效应,它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大;7、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时,不仅可以消除非线性误差同时还能起到提高灵敏度的作用;8、电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片,其工作原理是基于应变效应;9、应变式传感器中的测量电路是式将应变片的电阻变化量转换成电量的变化,以便方便地显示被测非电量的大小;10、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时,不仅可以消除非线性误差, 同时还能起到温度补偿的作用;11、应变式传感器是由弹性元件和电阻应变片及一些附件组成的;12、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化,这种现象称应变效应;固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象称压阻效应;13、应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化,为显示与记录应变的大小,还要把电阻的变化再转换为电压或电流的变化,完成上述作用的电路称为电阻应变式传感器的_ __ 信号调节电路_,一般采用测量电桥;14、电阻应变片的温度误差是由环境温度的改变给测量带来的附加误差,其产生的原因有电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响;15、要把微小应变引起的微小电阻变化精确的测量出来,需采用特别设计的测量电路,通常采用直流电桥或交流电桥;16、减小或消除非线性误差的方法有提高桥臂比和采用差动电桥;其中差动电桥可分为半桥差动和全桥差动两种方式;三、简答题1、什么叫应变效应利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理;2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因;3、什么是直流电桥若按桥臂工作方式不同,可分为哪几种各自的输出电压如何计算4、简述电阻应变计产生热输出温度误差的原因及其补偿方法;5、试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施;6、金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同7、简要说明电阻应变式传感器的工作原理;8、请简要一下解释压阻效应;四、计算题1、在半导体应变片电桥电路中,其一桥臂为半导体应变片,其余均为固定电阻,该桥路受到ε=4300μ应变作用;若该电桥测量应变时的非线性误差为1%,n=R2/R1=1,则该应变片的灵敏系数为多少2、图中,设负载电阻为无穷大开路,图中E=4V, R1=R2=R3=R4=100Ω;1R1为金属应变片,其余为外接电阻,当R1的增量为△R1=Ω时,试求电桥的输出电压Uo;2R1,R2都是应变片,且批号相同,感应应变的极性和大小都相同,其余为外接电阻,试求电桥的输出电压Uo;3R1,R2都是应变片,且批号相同,感应应变的大小为△R1=△R2=Ω,但极性相反,其余为外接电阻,试求电桥的输出电压Uo;3、图中,设电阻应变片R1的灵敏度系数K=,未受到应变时,R1=120Ω;当试件受力F时,应变片承受平均应变ε=800μm/m;试求:1应变片的电阻变化量△R1和电阻相对变化量△R1/R1;2将电阻应变片R1置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直流3V,求电桥输出的电压及其非线性误差; 3如果要减小非新性误差,应采取何种措施并分析其电桥输出电压及非线性误差大小;4、一应变片的电阻R=120 Ω,k=,用作应变片为800μm/m的传感元件;①.求ΔR/R和ΔR;②.若电源电压U=3V,惠斯登电桥初始平衡,求输出电压U0;11、一个直流应变电桥如图5-38;已知:R1=R2=R3=R4=R=120Ω,E=4V,电阻应变片灵敏度S=2;求:1当R1为工作应变片,其余为外接电阻,R1受力后变化R1/R=1/100时,输出电压为多少2当R2也改为工作应变片,若R2的电阻变化为1/100时,问R1和R2是否能感受同样极性的应变,为什么5、一个直流应变电桥如图a所示,已知R1=R2=R3=R4=R=100Ω, E=4V,电阻应变片灵敏度S=2;求:1当R1为工作应变片,其余为外接电阻,R1受力后变化ΔR1/R=1/100时,输出电压为多少2当R2也改为工作应变片,若R2的电阻变化为1/100时,问R1和R2能否感受同样极性的应变,为什么3若要测量图b所示悬臂梁的受力F, 四个臂全部为应变片,请在梁上标出R1、R2、R3、R4应变片粘贴的位置;6、已知一等强度梁测力系统,Rx为电阻应变片,应变片灵敏系数K=2,未受应变时,Rx = 100;当试件受力F时,应变片承受平均应变ε= 1000μm/m,求:1应变片电阻变化量Rx和电阻相对变化量Rx/Rx ;2将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥,电桥电源电压为直流3V,求电桥输出电压及电桥非线性误差; 3若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍,应采取哪些措施分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小;电感式传感器习题一、单项选择题1、电感式传感器的常用测量电路不包括 C ;A. 交流电桥B. 变压器式交流电桥C. 脉冲宽度调制电路D. 谐振式测量电路2、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时,下列说法不正确的是 C ;A. 衔铁上、下移动时,输出电压相位相反B. 衔铁上、下移动时,输出电压随衔铁的位移而变化C. 根据输出的指示可以判断位移的方向D. 当衔铁位于中间位置时,电桥处于平衡状态3、对于差动变压器,采用交流电压表测量输出电压时,下列说法正确的是 D ;A. 既能反映衔铁位移的大小,也能反映位移的方向B. 既能反映衔铁位移的大小,也能消除零点残余电压C. 既不能反映位移的大小,也不能反映位移的方向D. 既不能反映位移的方向,也不能消除零点残余电压5、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有 B ;A.直流电桥B.变压器式交流电桥C.差动相敏检波电路D.运算放大电路6、通常用差动变压器传感器测量 C ;A.位移B.振动C.加速度D.厚度7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有 C ;A.直流电桥B.变压器式交流电桥C.差动相敏检波电路D.运算放大电路二、多项选择题BCDE2、电感式传感器可以对 A BCDE 等物理量进行测量;A位移B振动C压力D流量E比重3、零点残余电压产生的原因是ABCA传感器的两次级绕组的电气参数不同B传感器的两次级绕组的几何尺寸不对称C磁性材料磁化曲线的非线性D环境温度的升高三、填空题1、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的,电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或线圈的自感系数的变化,并通过测量电路进一步转换为电量的变化,进而实现对非电量的测量;2、对变隙式差动变压器,当衔铁上移时,变压器的输出电压与输入电压的关系是反相;3、对螺线管式差动变压器,当活动衔铁位于中间位置以上时,输出电压与输入电压的关系是同频同相;4、产生电涡流效应后,由于电涡流的影响,线圈的等效机械品质因数下降;5、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的,其次级绕组都用顺向串接形式连接,所以又叫差动变压器式传感器;6、变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与衔铁位移量的矛盾;这点限制了它的使用,仅适用于微小位移的测量;三、填空题7、螺线管式差动变压器传感器在活动衔铁位于中间位置时,输出电压应该为零;实际不为零,称它为零点残余电压;8、与差动变压器传感器配用的测量电路中,常用的有两种:差动整流电路和相敏检波电路电路;9、变磁阻式传感器的敏感元件由线圈、铁芯和衔铁等三部分组成;10、当差动变压器式传感器的衔铁位于中心位置时,实际输出仍然存在一个微小的非零电压,该电压称为零点残余电压;11、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感系数或互感系数的变化,并通过测量电路将自感系数或互感系数的变化转换为或电流的变化,从而将非电量转换成电信号的输出,实现对非电量的测量;12、电涡流传感器的测量电路主要有调频式和调幅式;电涡流传感器可用于位移测量、振幅测量、转速测量和无损探伤;13、变气隙式自感传感器,当街铁移动靠近铁芯时,铁芯上的线圈电感量增加①增加,②减少;四、简答题1、说明差动变隙式电感传感器的主要组成和工作原理;2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关怎样改善其非线性怎样提高其灵敏度3、差动变压器式传感器有几种结构形式各有什么特点4、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么怎样减小和消除它的影响5、何谓电涡流效应怎样利电用涡流效应进行位移测量6、说明变磁阻式电感传感器的主要组成和工作原理;7、为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的测位移范围8、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同;9、简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型;电容式传感器习题一、单项选择题1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式,则其灵敏度将 B ;A. 保持不变B.增大一倍C. 减小一倍D.增大两倍2、当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时,将引起传感器的DA.灵敏度K0增加B.灵敏度K0不变C.非线性误差增加D.非线性误差减小3、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时,将引起传感器的 B ;A.灵敏度会增加B.灵敏度会减小C.非线性误差增加D.非线性误差不变4、用电容式传感器测量固体或液体物位时,应该选用 C ;A.变间隙式B.变面积式C.变介电常数式D.空气介质变间隙式5、电容式传感器通常用来测量D ;A.交流电流B.电场强度C.重量D.位移6、下列不属于电容式传感器测量电路的是DA.调频测量电路B.运算放大器电路C.脉冲宽度调制电路D.相敏检波电路7、电容式传感器做成差动结构后,灵敏度提高了A 倍A.1 B.2 C.3 D.0二、多项选择题1、电容式传感器中输入量与输出量关系为线性的有ABA.变面积型电容传感器B.变介质型电容传感器C.变电荷型电容传感器D.变极距型电容传感器2、电容式传感器信号转换电路中, AB 用于单个电容量变化的测量A.调频电路B.运算放大电路C.二极管双T型交流电桥D.脉冲宽度调制电路三、填空题1、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量;2、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为变极距型电容式传感器、变面积型电容式传感器和变介质型电容式传感器;3、变极距型电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的电容相对变化量;4、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成反比关系;5、电容式传感器中,变介电常数式多用于液位的测量;电容式传感器中,变面积式常用于较大的位移量的测量;6、变间距电容传感器的灵敏度与电容极板初始距离成反比,所以适合于微小位移的测量;变面积式电容传感器的灵敏度与位移量成正比,所以不适合微小位移的测量;7、电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的电容相对变化量;三、填空题8、电容式传感器利用了将非电量的变化转化为电容量的变化来实现对物理量的测量;9、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系,除②①变面积型,②变极距型, ③变介电常数型外是线性的;10、电容式传感器将非电量变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量,广泛应用与位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量;11、移动电容式传感器动极板,导致两极板有效覆盖面积A发生变化时,将导致电容量变化,传感器电容改变量与动极板水平位移成线性关系、与动极板角位移成线性关系;12、忽略边缘效应,变面积型电容式传感器输入量与输出量的关系为线性线性、非线性,变介质型电容式传感器输入量与输出量的关系为线性线性、非线性,变极距型电容式传感器输入量与输出量的关系为非线性线性、非线性;13、变极距型电容传感器做成差动结构后,灵敏度提高了1 倍,而非线性误差转化为平方关系而得以大大降低;四、简答题1、根据电容式传感器工作原理,可将其分为几种类型每种类型各有什么特点各适用于什么场合2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性3、电容式传感器有哪几种类型差动结构的电容传感器有什么优点4、简述电容式传感器的工作原理与分类;5、影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些提高其灵敏度可以采取哪些措施,带来什么后果6、根据电容传感器的工作原理说明它的分类,电容传感器能够测量哪些物理参量。
传感器与传感器技术(何道清)课后答案
《传感器与传感器技术》计算题答案1—5 某传感器给定精度为2%F·S,满度值为50mV ,零位值为10mV ,求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。
当传感器使用在满量程的1/2和1/8时,计算可能产生的测量百分误差。
由你的计算结果能得出什么结论?解:满量程(F ▪S )为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为:∆m =40⨯2%=(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时,其测量相对误差分别为:%4%10021408.01=⨯⨯=γ %16%10081408.02=⨯⨯=γ1—6 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τ和静态灵敏度K 。
(1)T y dt dy5105.1330-⨯=+ 式中, y ——输出电压,V ;T ——输入温度,℃。
(2)x y dt dy6.92.44.1=+式中,y ——输出电压,μV ;x ——输入压力,Pa 。
解:根据题给传感器微分方程,得 (1) τ=30/3=10(s),K=⨯10-5/3=⨯10-5(V/℃);(2) τ==1/3(s), K==(μV/Pa)。
1—7 已知一热电偶的时间常数τ=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(ωt)℃由周期T=80s ,则温度变化频率f =1/T ,其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40;温度传感器(热电偶)对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(ωt+ϕ)℃热电偶为一阶传感器,其响应的幅频特性为()()786010********22.B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯π+=ωτ+==ω因此,热电偶输出信号波动幅值为B=20⨯A(ω)=⨯=15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|m ax =520+B=520+=535.7℃y(t)|m in =520﹣B==504.3℃输出信号的相位差ϕ为ϕ(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80⨯10)= -︒相应的时间滞后为∆t =()s 4.82.3836080=⨯1—8 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x y dt dy dt y d 1010322100.111025.2100.3⨯=⨯+⨯+式中,y ——输出电荷量,pC ;x ——输入加速度,m/s 2。
传感器课后习题答案
、厚度等
•
•返
•上
•下
•图
第4章
| 4.4 总结电容式传感器的优缺点,主要应用场合 以及使用中应注意的问题。
• 4.4
• 答:①优点:a温度稳定性好
•
b结构简单、适应性强
•
c动响应好
• ②缺点:a可以实现非接触测量,具有平均效应
•
b输出阻抗高、负载能力差
•
c寄生电容影响大
•返
•上
•下
•图
第4章
| 4.4
•
拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7%
•返
•上
•下
•图
第1章
| 1.4 某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统 ,当传感器受突变温度作用后,试求传感器指示 出温差的1/3和1/2所需的时间。
• 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)
•返
•上
•下
•图
第1章
| 1.5 某传感器为一阶系统,当受阶跃函数作用时,在
t=0时,输出为10mV;t→∞时,输出为100mV;在t=5s时, 输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
• 解:此题与炉温实验的测飞升曲线类似:
•返
•上
•下
•图
第1章
| 1.8 什么是传感器的静特性?有哪些主要指标?
• 答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器 的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复 性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定 性。
。而电感式传感器存在交流零位信号,不宜于高频
动态信号检测;其响应速度较慢,也不宜做快速动
态测量。
•
磁电式传感器测量的物理参数有:磁场、电流
传感器与检测技术课后习题答案
返回
上页
下页
图库
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%
返回Biblioteka 上页下页图库第1章
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
返回
上页
下页
图库
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。
传感器与检测技术课后题答案
第1章概述什么是传感器传感器定义为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,通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器的共性是什么传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性,将非电量(如位移、速度、加速度、力等)输入转换成电量(电压、电流、电容、电阻等)输出。
传感器由哪几部分组成的由敏感元件和转换元件组成基本组成部分,另外还有信号调理电路和辅助电源电路。
传感器如何进行分类(1)按传感器的输入量分类,分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
(2)按传感器的输出量进行分类,分为模拟式和数字式传感器两类。
(3)按传感器工作原理分类,可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
(4)按传感器的基本效应分类,可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。
(5)按传感器的能量关系进行分类,分为能量变换型和能量控制型传感器。
(6)按传感器所蕴含的技术特征进行分类,可分为普通型和新型传感器。
传感器技术的发展趋势有哪些(1)开展基础理论研究(2)传感器的集成化(3)传感器的智能化(4)传感器的网络化(5)传感器的微型化改善传感器性能的技术途径有哪些(1)差动技术(2)平均技术(3)补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5) 稳定性处理第2章传感器的基本特性什么是传感器的静态特性描述传感器静态特性的主要指标有哪些答:传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时,输出量和输入量之间的关系。
主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
传感器输入-输出特性的线性化有什么意义如何实现其线性化答:传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。
常用的线性化方法是:切线或割线拟合,过零旋转拟合,端点平移来近似,多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。
《传感器技术》习题答案完整
《传感器技术》习题答案目录第一章传感器的基本概念及一般特性 (1)第二章电阻式传感器 (3)第三章电容式传感器 (5)第四章电感式传感器 (6)第五章磁电式传感器 (8)第六章压电式传感器 (9)第七章光电式传感器 (12)第八章热电及红外辐射传感器 (13)第九章数字式传感器 (14)第十章气敏和湿敏传感器 (15)第十三章传感器的标定与校准 (19)第一章 传感器的基本概念及一般特性4.解:对于一阶传感器,其幅频特性为21j )()()(ωτωω+==k H A要求幅值误差不超过5%,即a (j )115%H X k ω=-=≤因为ω=2πf=200π,带入解得0≤τ≤5.23×10-4s = 523 μs5.解:一阶传感器,其微分方程为)()()(t x b t y a dtt dy a 001=+ 对照题目所给微分方程可见:a 1=1,a 0=3,b 0=0.15。
静态灵敏度00a b k =;时间常数01a a =τ。
于是可求得∴ τ=a 1/a 0=1/3=0.33 (s )k=b 0/a 0=0.15/3=0.05 (mV/ oC )6./()/由()k ω=()k k ω=令00f x f ωωτω=== (1) 当()0.97k kω=时 421.960.0630x x --=解得,23 1.99x =(舍去负值),即3 1.41x =(舍去负值) 301.4128.28f f kHz ∴==(2) 当()1.03k kω=时, 421.960.05740x x -+=解得,211.39()0.172x x ==舍去负值, (舍去负值) 110 3.44f x f kHz ∴== 22027.8f x f kHz ==所以,工作频率为0~3.44kHz ,27.8~28.28kHz 。
但由于27.8~28.28kHz 距离0f 太近,易引起共振,工程上一般不予采用,故最终的工作频率范围为0~3.44kHz 。
传感器应用技术(答案)
传感器应用技术(答案) -标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII四、传感器技术的发展趋势教学目标课,你们想怎样上?方法:评分标准分组:评分标准:(100分制)第一章传感器基础什么是传感器?思考:人身上有传感器吗是什么类型传感器传感器传感器的应用第二章光电式传感器光电式传感器的分类:一、预习问题储料仓二、问题解答概念题1、什么是外光电效应、光电管?光电效应光子能量光子能量吸收光子能量外光电效应使电子逸出物体表面光电管:光电阴极光电阳极光电子光电流光照强度光阴极的灵敏度电阻上的电压一定函数关系2、什么是光电倍增管?若干个倍增极逐级轰击次级发射倍增极106~108倍于紫外/可见/近红外光光度计,旋光仪、糖度计,发光分光光度计等3、什么是内光电效应、光敏电阻?电阻率阻值电流内光电效应开关式光电信号电阻率低阻态阻值亮电流原值呈高阻态4、光电二极管、光电三极管的结构光电特性反向反向偏置反向电阻光电流与阳极电压U AUminI∮U AU AUzI∮UAI∮UQ。
5、请举光源本身是被测物的光电传感器应用实例。
直接照射某些物理参数6、请举被测物吸收光通量的光电传感器应用实例。
光通量光电元件吸收量1—恒流源 2—半导体激光器 3—半反半透镜 4—反射镜5—被测水样 6、9—光电池 7、10—电流/电压转换器8—标准水样恒定红外光部分红外光减弱7、请列举被测物体反射光通量的光电传感器应用实例。
反射反射光通量性质、状态和与光源之间的距离8、请举被测物遮挡光通量的光电传感器应用实例。
光通量减弱尺寸或位置正确位置零遮光面积方向及大小9、什么是光电开关?分别用图片介绍对射式、镜反射式、漫反射式、槽式、光纤式光电开关的用法。
靠近和通过强弱变化电流的变化电隔离的(即电缘绝)“通”与“断”n10、什么是计量光栅莫尔条纹的工作原理应用举例等节距刻线结构原理简单、计量精度高和分辨力强11、什么是光纤传感器其在检测温度、加速度方面怎么应用光纤自身直接接收长度、折射率、直径振幅(强度)、相位、波长和偏振方向被动式无需光源光强信号电信号考光束与测量光束光程差干涉效应电信号12、什么是红外线传感器有什么应用绝对零度热效应温度升高其他物理量自身的温度电信号光—热—电1、如图设计一套检测机构,检测输送带上往前输送的电路板的摆放位置是否正确。
传感器技术课后习题答案
1-1 衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、 线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。
2、 回差(滞后)—反应传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、 重复性——衡量传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向作全量程连续多次变动时,所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近,重复性越好。
4、 灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、 分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、 阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力。
7、 稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、 漂移——在一定时间间隔内,传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、 静态误差(精度)——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离(逼近)程度。
1-2 计算传感器线性度的方法,差别。
1、 理论直线法:以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关。
2、 端点直线法:以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、 “最佳直线”法:以“最佳直线”作为拟合直线,该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、 最小二乘法:按最小二乘原理求取拟合直线,该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1-3 什么是传感器的静态特性和动态特性为什么要分静和动(1)静态特性:表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。
动态特性:反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
(2)由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间变化的变量),于是对应于输入信号的性质,所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。
Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。
传感器课后习题答案
习题1 传感器及其特性1-1 什么叫传感器?它由哪几部分组成?并说出各部分的作用及其相互间的关系。
答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
由于传感器的输出信号一般都很微弱, 因此需要有信号调节与转换电路对其进行放大、运算调制等。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。
此外,信号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源,因此信号调节转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。
1-2 简述传感器的作用和地位及其传感器技术的发展方向。
答:传感器位于信息采集系统之首,属于感知、获取及检测信息的窗口,并提供给系统赖以进行处理和决策所必须的原始信息。
没有传感技术,整个信息技术的发展就成了一句空话。
科学技术越发达,自动化程度越高,信息控制技术对传感器的依赖性就越大。
发展方向:开发新材料,采用微细加工技术,多功能集成传感器的研究,智能传感器研究,航天传感器的研究,仿生传感器的研究等。
1-3 传感器的静态特性指什么?衡量它的性能指标主要有哪些?答:传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。
与时间无关。
主要性能指标有:线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。
1-4 传感器的动态特性指什么?常用的分析方法有哪几种?答:传感器的动态特性是指其输出与随时间变化的输入量之间的响应特性。
常用的分析方法有时域分析和频域分析。
时域分析采用阶跃信号做输入,频域分析采用正弦信号做输入。
1-5 解释传感器的无失真测试条件。
答:对于任何一个传感器(或测试装置),总是希望它们具有良好的响应特性,精度高、灵敏度高,输出波形无失真的复现输入波形等。
传感器技术与应用课后习题答案
传感器技术与应用习题答案习题1l.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/mm1.5 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%。
西北工大-传感器技术应用课后习题答案
项目2电阻式传感器原理与应用1.什么是应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
答:应变效应是指金属丝的电阻值随着它所受的机械形变的大小而发生相应变化的现象。
现有如图2.1.1所示的一根金属电阻丝,其电阻值设为R,电阻率为ρ,截面积为S,长度为l则电阻值的表达式为R=ρlS当电阻丝受到拉力作用时将沿轴线伸长,伸长量设为△l,横截面积相应减小△S,电阻率的变化设为△ρ,则电阻的相对变化量为∆R R=∆ρρ+∆ll−∆SS2. 金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别?各有何优缺点?答:金属电阻应变片性能稳定、精度较高,至今还在不断地改进和发展,并在一些高精度应变式传感器中得到了广泛的应用。
这类应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小。
半导体应变片灵敏度高,其灵敏系数比金属电阻应变片约高50倍,但稳定性差,容易受到外界温度的干扰。
3.有一金属电阻应变片,其灵敏度K=2.5,R=120Ω,设工作时其应变为1200με,则△R是多少?若将此应变片与2V直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路的电流。
解:∆R=RKε=120×2.5×1200×10−6=0.36Ω,无应变时:电流I=VR =2120=0.01667安培,有应变时:电流I=VR+∆R =2120+0.36=0.01661安培,4.应变片称重传感器,其弹性体为圆柱体.直径D=100mm,材料弹性模量E=205×109N/m2,用它称500kN的物体,若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R=120Ω,问电阻变化多少?解:直径D=100mm, 应变ε=FSE =500KNπ10042×10−6×205×109=22050π,∆R=RKε=120×2×22050π=0.0746Ω5.试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿办法。
答:)温度误差由于测量现场环境温度改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。
传感器与检测技术课后习题答案
第一章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①MEMS 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③研制海洋探测用传感器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A y与引起输出量增量A y的输入量增量X 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课后答案
如果A、B两种导体(热电极)分别与第三种导体C
返回
上页
下页
图库
第8章
(参考电极)组成的热电偶在结点温度为(T,T0 )
时分别为EACT, T0和EBC T, T0,那么受相同温度下,
又A、B两热电极配对后的热电势为
E A B T ,T 0 E A C T ,T 0 E B C T ,T 0
b 有一定的可编程自动化能力。包括指令和数据 存储、自动调零、自检等。
返回
上页
下页
图库
第10章
c 功能广。智能传感器可以有多种形式输出,通 过串口、并口、面板数字控制数或CRT显示,并配打 印机保存资料。
d 功能价格比大。在相同精度条件下,多功能智 能传感器比单功能普通传感器性能价格比大。
答:三条途径:非集成化实现、集成化实现和混合实 现。
返回
上页
下页
图库
第6章
答:某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形 时,由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符 号相反的电荷,当外力去掉后,恢复到不带电的状 态;而当作用力方向改变时,电荷的极性随着改变。 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这 种现象称为正压电效应。反之,如对晶体施加一定 变电场,晶体本身将产生机械变形,外电场撤离, 变形也随之消失,称为逆压电效应。
使用时,两片压电芯片上必须有一定的预紧力, 以保证压电组件在工作中始终受到压力作用,同时 可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误 差,保证输出信号与输入作用力间的线性关系
返回
上页
下页
图库
第6章
因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实 际上这是不可能的,所以压电传感器不宜作静态测 量,只能在其上加交变力,电荷才能不断得到补充, 并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动 态测量。
传感器与检测技术课后习题答案
第一章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①MEMS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③研制海洋探测用传感器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。
传感器技术参考题及答案
2.简述光耦合器的特点。
答有输案如入:下、特输光点出耦:回合1路器输在是入电一输气种出上电回是-路-完--绝-全-光缘隔-电-离--阻-的--高电,,耦能耐合很压器好超件地过,解1它决00的不0输同v。入电量位2因是、为电不光流同的,逻传输辑输出电是量路单也之向是间的电的,流隔所,离以可和输是传出两输信者的号之矛不间盾会从。反电 馈气和上影却响是输绝入缘端的。。3
二、判断题 1.差动结构从根本上解决了非线性误差的问题。
A、正确 B、错误 答案:错误
2.变面积型的电容式传感器输出与输入之间的关系是线性的。
A、正确 B、错误 答案:正确
3.电容传感器采用运算放大器测量电路则从原理上解决了单个变间隙型电容传感器输出特性 非线性问题。
A、正确 B、错误 答案:正确
4.电涡流式传感器不仅可以用于测量金属,还可以测量非金属。
A、正确 B、错误 答案:错误
5.变间隙型的电感式传感器初始间隙越大,灵敏度越低,非线性误差越小,量程越大。
A、正确 B、错误 答案:正确
6.石英晶体沿任意方向施加力的作用都会产生压电效应。
A、正确 B、错误 答案:错误
7.随机误差可以通过系统校正来减小或消除。
答案:D
3.以下那个质量是直接影响传感器的性能和精度()
A、应变计 B、弹性敏感元件 C、敏感栅 D、电路电阻
答案:B
4.不能直接用于直线位移测量的传感器是()
A、长光栅 B、长磁栅 C、标准感应同步器 D、角编码器
答案:D
5.在家用电器(已包装)做跌落试验,以检查是否符合国标准时,应采用灵敏度K为()的 压电传感器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1-1 衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、 线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。
2、 回差(滞后)—反应传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、 重复性——衡量传感器在同一工作条件下,输入量按同一方向作全量程连续多次变动时,所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近,重复性越好。
4、 灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、 分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、 阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值,即零位附近的分辨力。
7、 稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、 漂移——在一定时间间隔内,传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、 静态误差(精度)——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离(逼近)程度。
1-2 计算传感器线性度的方法,差别。
1、 理论直线法:以传感器的理论特性线作为拟合直线,与实际测试值无关。
2、 端点直线法:以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、 “最佳直线”法:以“最佳直线”作为拟合直线,该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、 最小二乘法:按最小二乘原理求取拟合直线,该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1-3 什么是传感器的静态特性和动态特性?为什么要分静和动?(1)静态特性:表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。
动态特性:反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
(2)由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间变化的变量),于是对应于输入信号的性质,所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。
Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。
(1)结构、材料与参数的合理选择(2)差动技术(3)平均技术(4)稳定性处理(5)屏蔽、隔离与干扰抑制(6)零示法、微差法与闭环技术(7)补偿、校正与“有源化”(8)集成化、智能化与信息融合2-1 金属应变计与半导体工作机理的异同?比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。
(1)相同点:它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导致材料的电阻发生变化所;不同点:金属材料的应变效应以机械形变为主,材料的电阻率相对变化为辅;而半导体材料则正好相反,其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。
(2)对于金属材料,灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。
前部分为受力后金属几何尺寸变化,一般μ≈0.3,因此(1+2μ)=1.6;后部分为电阻率随应变而变的部分。
金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。
对于半导体材料,灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+ πE 。
前部分同样为尺寸变化,后部分为半导体材料的压阻效应所致,而πE 》(1+2μ),因此Ko=Ks=πE 。
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。
2-3 简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。
电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成:前部分为热阻效应所造成;后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。
在工作温度变化较大时,会产生温度误差。
补偿办法:1、温度自补偿法 (1)单丝自补偿应变计(2) 双丝自补偿应变计2、桥路补偿法 (1)双丝半桥式(2)补偿块法2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。
原因:上式分母中含ΔRi/Ri ,是造成输出量的非线性因素。
无论是输出电压还是电流,实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。
措施:(1) 差动电桥补偿法差动电桥呈现相对臂“和”,相邻臂“差”的特征,通过应变计合理布片达到补偿目的。
常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。
(2) 恒流源补偿法误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。
采用恒流源,可减小误差。
2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求?一是作为敏感元件,直接用于被测试件的应变测量;另一是作为转换元件,通过弹性敏感元件构成传感器,用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。
要求:非线性误差要小(<0.05%~0.1%F.S ),力学性能参数受环境温度影响小,并与弹性元件匹配。
2-9 四臂平衡差动电桥。
说明为什么采用。
全桥差动电路,R1,R3受拉,R2,R4受压,代入,得由全等桥臂,得可见输出电压Uo 与ΔRi/Ri 成严格的线性关系,没有非线性误差。
即Uo=f(ΔR/R)。
因为四臂差动工作,不仅消除了飞线性误差,而且输出比单臂工作提高了4倍,故常采用此方法。
331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ⎛⎫⎛⎫∆∆∆∆∆∆∆∆∆=-+-+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ⎛⎫⎛⎫∆∆∆∆∆∆∆∆∆=-+-++++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭33124124012341234111111424U 4R R R R R R R R U U R R R R R R R R R R U R R ⎛⎫⎛⎫∆∆∆-∆-∆∆-∆-∆∆=-+-++++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∆∆==3-1 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同。
绝大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来改善性能,由两单一式结构对称组合,构成差动式自感传感器。
采用差动式结构,除了可以改善非线性、提高灵敏度外,对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用,从而提高了传感器的稳定性。
互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器,初、次级间的互感随衔铁移动而变,且两个次级绕组按差动方式工作,因此又称为差动变压器。
3-4 变间隙式、变截面式和螺旋式三种电感式传感器各适合用于什么场合?各有什么优缺点?变气隙式灵敏度较高,但测量范围小,一般用于测量几微米到几百微米的位移。
变面积式灵敏度较低,但线性范围较大,除E 型与四极型外,还常做成八极、十六极型,一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移,线性范围达±10°.螺管式可测量几纳米到一米的位移,但灵敏度较前两种低。
3-5螺管式电感传感器做成细长形有什么好处?欲扩大其线性范围可以采取哪些措施?答:好处:增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线性度。
措施:适当增加线圈长度、采用阶梯形线圈。
3-6 差动式电感传感器为什么常采用相敏检波电路?分析原理。
原因:相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使传感器零位电压减至极小。
3-7 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。
差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时,电桥输出理论上应为零,但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压),造成零位误差。
措施:一种常用的方法是采用补偿电路,其原理为:(1)串联电阻消除基波零位电压;2)并联电阻消除高次谐波零位电压;(3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。
另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。
如前述的相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使传感器零位电压减至极小。
此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性,来减小零位电压。
3-9 造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。
(1)环境温度的变化会引起自感传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移以及线性度和相位的变化,造成温度误差。
应注意线膨胀系数的大小与匹配,采用弱磁不锈钢等材料作线圈骨架,或采用脱胎线圈。
(2)当温度变化时,差动变压器初级线圈的参数尤其铜阻的变化影响较大。
应提高初级线圈的品质因数,或采用稳定激励电流的方法减小温度误差。
3-12 电涡流式传感器的原理及应用。
1.测位移电涡流式传感器的主要用途之一是可用来测量金属件的静态或动态位移,最大量程达数百毫米,分辨率为0.1%。
2.测厚度 金属板材厚度的变化相当于线圈与金属表面间距离的改变,根据输出电压的变化即可知线圈与金属表面间距离的变化,即板厚的变化。
3.测温度 若保持电涡流式传感器的机、电、磁各参数不变,使传感器的输出只随被测导体电阻率而变,就可测得温度的变化。
3-14 比较定频调幅式、变频调幅式和调频式三种测量电路的优缺点,并指出它们的应用场合。
(1)定频调幅式:这种电路采用石英晶体振荡器,能获得高稳定度频率的高频激励信号,输出稳定,获得广泛应用,但线路较复杂,装调较困难,线性范围也不够宽。
(2)变频调幅式:这种电路除结构简单、成本较低外,还具有灵敏度高、线性范围宽等优点,因此监控等场合常采用它。
(3)调频式:这种电路的关键是提高振荡器的频率稳定度。
通常可以从环境温度变化、电缆电容变化及负载影响三方面考虑。
4-1 电容式传感器可分为哪几类?各自的主要用途是什么?(1) 变极距型电容传感器:在微位移检测中应用最广。
(2) 变面积型电容传感器:适合测量较大的直线位移和角位移。
(3)变介质型电容传感器:可用于非导电散材物料的物位测量。
4-2 变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小?原因:灵敏度S 与初始极距00的平方成反比,用减少00的办法来提高灵敏度,但00的减小会导致非线性误差增大。
采用差动式,可比单极式灵敏度提高一倍,且非线性误差大为减小。
由于结构上的对称性,它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。
4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要?如何解决?电容式传感器由于受结构与尺寸的限制,其电容量都很小,属于小功率、高阻抗器,因此极易受外界干扰,尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰,它与传感器电容相并联,严重影响传感器的输出特性,甚至会淹没没有用信号而不能使用。
解决:驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术.5-12 霍尔效应是什么?可进行哪些参数的测量?当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应。
这个电势差也被叫做霍尔电势差。
利用霍尔效应可测量大电流、微气隙磁场、微位移、转速、加速度、振动、压力、流量和液位等;用以制成磁读头、磁罗盘、无刷电机、接近开关和计算元件等等。
5-14磁敏电阻与磁敏二极管的特点?磁敏电阻:外加磁场使导体(半导体)电阻随磁场增加而增大的现象称磁阻效应。
载流导体置于磁场中除了产生霍尔效应外,导体中载流子因受洛仑兹力作用要发生偏转,载流子运动方向偏转使电流路径变化,起到了加大电阻的作用,磁场越强增大电阻的作用越强。