传感器课后习题
传感课后习题
传感课后习题1 1、比较结构型传感器和物性型传感器。
、比较结构型传感器和物性型传感器。
2 2、举例说明传感器在家用电器中的应用。
、举例说明传感器在家用电器中的应用。
3-1. 3-1.电阻应变片的直接测量量是什么？如何利用电阻电阻应变片的直接测量量是什么？如何利用电阻应变片构成测力传感器的加速度传感器？3-2. 3-2.金属丝型电阻应变片与半导体电阻应变片的异同金属丝型电阻应变片与半导体电阻应变片的异同点。
3-3. 3-3.什么是金属的电阻应变效应？利用应变效应解释什么是金属的电阻应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
金属应变片灵敏系数的物理意义是什么？3-4举例说明用应变片进行测量时为什么要温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？常采用的温度补偿方法有哪几种？ 3-5. 3-5. 3-5.应变片传感器的测应变片传感器的测量电桥按应变片的工作方式和数量的不同，一般有哪几种类型？各有何特点？3-6. 3-6.交、直流电桥的平衡条件是什么？简述直流电桥和交、直流电桥的平衡条件是什么？简述直流电桥和交流电桥的异同点。
3-7. 3-7.应变效应和压阻效应二者有何不同？电阻丝应变应变效应和压阻效应二者有何不同？电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？ 3-8. 3-8.什么是半导体的压阻效应？半导体应变片灵敏系什么是半导体的压阻效应？半导体应变片灵敏系数有何特点？3-9. 3-9.简要说明应变测量中信号转变的历程。
简要说明应变测量中信号转变的历程。
3-10. 3-10.用图表示一等强度梁来做一荷重传感器，以四片用图表示一等强度梁来做一荷重传感器，以四片应变片R1=R2=R3=R4作变换元件组成全桥形式，其供桥电压为6V 6V，，问：a)a)其应变片如何粘贴组成全桥比较合理？画出应其应变片如何粘贴组成全桥比较合理？画出应变片布置图及桥路连接图b)b)求其电压输出值。
求其电压输出值。
传感器原理及其应用(李艳红、李海华主编)-部分课后习题
传感器原理及其应用(李艳红、李海华主编)-部分课后习题第一章P10 1、2、5、61.传感器的定义答：传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。
2.传感器组成及作用答：(1)传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成；(2)敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量；转换元件：将敏感元件输出的非电量转换为电量；测量电路：将转换元件输出的电量变换成便于显示、记录、控制和处理的信号3.开环测量系统和闭环测量系统区别答：开环测量系统(1)信息只沿着一个方向传递(2)系统相对误差等于各环节相对误差之和(3)结构简单，但每个环节特性变化都会造成测量误差闭环测量系统(1)有正向通道和反馈通道(2)输入输出关系由反馈环节特性决定，测量处理等环节造成的误差较小4.测量不确定度及其评定方法答：(1)测量不确定度：表征合理赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数即结果的可靠性和有效性的怀疑程度(2)不确定度按其评定方法可分为A类评定和B类评定A类评定是用统计方法进行评定。
即对某被测量进行等精度的独立多次重复测量，得到一系列的测得值。
B类评定用非统计分析法，它不是由一系列的测得确定，而是利用影响测得值分布变化的有关信息和资料进行分析，并对测量值进行概率分布估计和分布假设的科学评定B类评定的信息来源有以下6项：①以前的观测数据；②对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；③生产部门提供的技术说明文件；④校准文件、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的等级或级别，包括的输出，从而实现非电量的测量。
(2)金属在外力作用下产生机械形变，其电阻值也发生相应改变的现象。
(3)半导体由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为压阻效应。
2.画出桥式测量电路，并推导直流电桥平衡条件，以及不对称电桥输出电压变化。
答：(1)(2)直流电桥平衡条件上图为负载电阻，→∞时，有：U0=0时，有为电桥平衡条件(3)把电桥平衡条件 代入上式化简，并忽略高阶无穷小量得：3.采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用补偿方法有哪些？P34答：(1)应变片的阻值受环境（包括被测试件的温度）的影响很大。
传感器习题解答
思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。
解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。
第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义？最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。
2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：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.传感器有哪几种分类？按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么？静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。
5. 传感器的动态特性是什么？动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。
由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。
第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。
因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。
根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。
2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即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。
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
传感器部分课后习题答案1
《传感器与检测技术》部分习题（共37题）（信阳师范学院周胜海，2015）第二章温度检测2-1．在有些热电阻传感器测温实践中，热电阻测量电桥须用三线（四线）连接法（不能用二线连接法）。
请给出三线（四线）连接法示意图，并请简要说明采用三线（四线）连接法的理由和连线注意事项。
2-2.请给出一款由NTC型热敏电阻传感器、晶体管、二极管、继电器等元器件，构成的温度控制器原理图，并简要说明控制原理。
2-3．请给出一款由NTC热敏电阻传感器、电阻器、电压表、电池等元器件，构成的温度计原理图，并简要说明测量原理。
2-4．请定量说明热电偶传感器测量温度的原理。
2-5．请给出一款由半导体集成温度传感器AD590构成的摄氏温度计的原理电路，并简要说明测量原理。
2-6．给出一款用两个半导体集成温度传感器AD590测量两点温差的原理电路，并定量说明测量原理。
2-7．请选用半导体集成温度传感器AD590、电压比较器、晶体管、二极管、继电器、交流接触器等元器件，为某型电热锅炉设计一款温度自动控制（温控）电路，加热器功率为9 kW，使用三相交流电源。
要求：①给出温控电路原理图；②简要说明温控原理；③说明温控灵敏度调节方法；④说明抑制在临界点附近干扰引起抖动的措施。
2-8. 请给出由半导体集成温度传感器AD590构成的智能多点温度巡检系统的构成框图，并简要说明巡检原理。
第三章压力检测3-1．请定量说明金属丝式应变片传感器测量应变的原理，给出半桥（全桥）差动测量电桥示意图，说明半桥（全桥）差动测量电桥较单臂测量电桥的两个主要优点。
3-2. 压电传感器测量电路之一是电荷放大器。
请给出该放大器的原理电路，并证明该放大器的输出不受传感器与放大器连接电缆寄生电容（分布电容）的影响。
3-3． 请给出变极距式电容传感器结构示意图（不计边缘效应），并定量说明其测位移原理（设0d d <<∆）。
*3-4. 请证明非差动变极距式电容传感器测量微小线位移（即0d d <<∆）时，其特性近似是线性的。
传感器第四版课后习题答案部分
C k g b 0.0708 pF / mm 2 mm 0.1416 pF
C S S S C 0
Kg C C 011/
5、“驱动电缆”技术
芯线 传 感 器
＋ 1：1
－ 内屏蔽层
外屏蔽层
测量 电路 前置级
“驱动电缆”技术原理 图
➢ 传感器与测量电路间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与 信号传输线(即电缆芯线)通过1:1放大器成为等电位，从而 消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。由于屏蔽线上有随传感 器输出信号变化而变化的电压，因此称为“驱动电缆”。
传感器第四版课后习题答案部分
单组式：
S SS C C 0
Kg C C 011/
K gC 0 1 2 3 4
差动式：
C s s
2C0
1
2
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
kg
C
2 C0
1
2
4
u0
uC S
（1）优点：压电元件自身电容和电缆寄生电容不影响电荷 放大器输出。
（2）电压放大器：
U i d 3 F 3 1 jR jC R C a d 3 F m 3 1 jR C ja R C c C isitn
Uim
d3F 3m R 12R2CaCcCi2
UimCa
d33Fm Cc Ci
2、解：
（1）传感器的电容 C 0S 0 ab
C 0ab b 0ab 0ab
则传感器的灵敏度为
kg
C b
0a
8 .85 10 12 F / m 4 10 3 m 0 .5 10 3 m
7 .08 10 11 F / m 0 .0708 pF / mm
传感器课后习题
第二章习题第三章 电阻应变式传感器1.什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应和压阻效应解释金属电阻应变片和半导体应变片的工作原理。
2.试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿方法。
3.什么是直流电桥？若按不同的桥臂工作方式，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？4.拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路，试问： （1）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ （2）画出相应的电桥电路图。
5.下图为一直流应变电桥，图中E=4V ，Ω====1204321R R R R ，试求：① R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为Ω=∆2.11R 时，电桥输出电压U 0=？ ② R 1 、R 2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，电桥输出电压U 0=？③ 题②中，如果R 2与R 1感受应变的极性相反，且Ω=∆=∆2.121R R ，电桥输出电压U 0=？6.等强度梁测力系统，R 1为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2.05，未受应变时，Ω=1201R 。
当试件受力F 时，应变片承受平均应变m m /800με=，试求：①应变片电阻变化量1R ∆和电阻相对变化量11/R R ∆。
②将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥，电桥 电源电源为直流3V ，求电桥输出电压及电桥非线性误差。
③若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。
7．如果试件材质为合金钢，线膨胀系数C g ︒⨯=-/10116β，电阻应变片敏感栅材质为康铜，其电阻温度系数C ︒⨯=-/10156α，线膨胀系数C g ︒⨯=-/109.146β，灵敏度K=2.05。
当传感器的环境温度从10℃变化到50℃时，所引起的附加电阻相对变化量（R R /∆）t 为多少？折合成附加应变t ε为多少？8．一个量程为10KN 的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径为20mm ，内径为18mm ，在其表面粘贴八个应变片，四个沿轴向粘贴，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为Ω120，灵敏度为2，泊松比为0.3，材料弹性模量Pa E 11101.2⨯=。
传感器课后习题答案
《传感器与测试技术》计算题 解题指导（仅供参考）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%=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：%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=1.5⨯10-5/3=0.5⨯10-5(V/℃)；(2) τ=1.4/4.2=1/3(s)，K=9.6/4.2=2.29(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)=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)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃输出信号的相位差ϕ为ϕ(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80⨯10)= -38.2︒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。
清华大学出版社传感器课后习题参考答案
传感器与检测技术思考题参考答案第一章1. 传感器由那几部分组成？并说明各组成部分的功能。
答:传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路等几部分组成。
敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。
转换电路：将转换元转换成的电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
2. 什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么条件下一般要研究传感器的动态特性？在时域条件下研究静态，在频域条件下研究动态 3. 请使用性能指标描述检测系统的静态特性。
（P9-P11）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 ，求该仪器的灵敏度。
解：该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2−=−−=S mV/mm5. 某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。
解：（1）测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=×××=S cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃ 第二章 检测系统的误差合成1.什么是系统误差？产生系统误差的原因是什么？如何发现系统误差？减少系统误差有哪几种方法？答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。
…2.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性?答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等。
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。
8传感器习题与答案(11月16日)
第一章习题答案1-1．什么是传感器？解：传感器是一种利用各种物理效应、化学效应（或反应）以及生物效应实现非电量到电量转换的装置或器件，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。
1-2.传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置，它的作用是感受指定被测参量的变化并按照一定的规律将其转化成一个相应的便于传递的输出信号。
传感器作为检测系统的信号源，其性能的好坏将直接影响到检测系统的精度和其他指标。
1-3. 它由哪几个部分组成？说明各部分的作用？解：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。
1-4．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。
5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性：频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
传感器原理与应用课后习题答案)
习题集及答案第1章概述1.1什么是传感器？按照国标定义，“传感器〞应该如何说明含义？1.2传感器由哪几局部组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3简述传感器主要开展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？1.5传感器的图形符号如何表示？它们各局部代表什么含义？应注意哪些问题？1.6用图形符号表示一电阻式温度传感器。
1.7请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。
如果没有传感器，应该出现哪种状况。
1.8空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？答案：1.1 答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理局部总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息〔物理、化学、生物〕按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准〔GB7665—87〕对传感器〔 Sensor/transducer〕的定义是：“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〞。
定义说明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2 答：组成——由敏感元件、转换元件、根本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3 答：〔略〕答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含 12 个小类。
按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
传感器课后习题
1.单项选择题（1）电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于________测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于________测量。
A.偏位式B.零位式C.微差式（2）某采购员分别在三家商店购买100kg 大米，10kg 苹果，1kg 巧克力，发现均缺少0.5kg ，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是______。
A.绝对误差B.示值相对误差C.引用误差D.准确度等级（3）在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的________左右为宜。
A.3倍B.10倍C.1.5倍D.0.75倍（4）用万用表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz 、10V 左右的高频电压，发现示值不到2V ，该误差属于______。
用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V ，该误差属于_______。
A.系统误差B.粗大误差C.随机误差D.动态等级（5）重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了________。
A.提高准确度B.加速其老化C.测试其各项性能指标D.提早发现故障,提高可靠性3.有一温度计，它的测量范围为0~200℃，准确度等级为0.5级，求：(1)该表可能出现的最大绝对误差。
(2)当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。
解:(1)由表1-1所示，温度计的准确度等级对应最大满度相对误差，即由满度相对误差的定义，可得最大绝对误差为：(2)当示值分别为20℃和100℃时，示值相对误差为：%5%100*201%100*11±=±=∆=x m x A γ %1%100*1001%100*22±=±=∆=x m x A γ 5.已知待测拉力约为70N 左右。
现有两只测力仪表，一只为0.5级，测量范围为0~500N ；另一只为1.0级，测量范围为0~100N 。
传感器习题及答案
选择题1．码盘式传感器是建立在编码器的基础上的,它能够将角度转换为数字编码,是一种数字式的传感器;码盘按结构可以分为接触式、__a__和__c__三种;a.光电式b.磁电式c.电磁式d.感应同步器2. 改变电感传感器的引线电缆后,___c___;a.不必对整个仪器重新标定b. 必须对整个仪器重新调零c. 必须对整个仪器重新标定d. 不必对整个仪器重新调零3．应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、__c__、__d__等;a.测量范围的选择b.电源的选择c. 阻值的选择d. 尺寸的选择e.精度的选择f.结构的选择4．应变片绝缘电阻是指已粘贴的__b__应变片的之间的电阻值;a.覆盖片与被测试件b.引线与被测试件c.基片与被测试件d.敏感栅与被测试件5．在光的作用下,电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,引起物体电阻率的变化,这种现象称为_d_;a.磁电效应b.声光效应c.光生伏特效应d.光电导效应6.结构由线圈、铁芯、衔铁三部分组成的;线圈套在铁芯上的,在铁芯与衔铁之间有一个空气隙,空气隙厚度为;传感器的运动部分与衔铁相连;当外部作用力作用在传感器的运动部分时,衔铁将会运动而产生位移,使空气隙发生变化;这种结构可作为传感器用于__c___;a. 静态测量b. 动态测量c. 静态测量和动态测量d. 既不能用于静态测量,也不能用于动态测量7.4不属于测试系统的静特性;1灵敏度2线性度3回程误差4阻尼系数8. 电阻应变片的输入为1 ;1力 2 应变 3速度 4加速度9.结构型传感器是依靠3 的变化实现信号变换的;1本身物理性质 2体积大小 3结构参数 4电阻值10.不能用涡流式传感器进行测量的是4 ;1位移 2材质鉴别 3探伤 4非金属材料11.变极距电容传感器的输出与输入,成1关系;1非线性 2线性 3反比 4平方12.半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是3 ;1长度 2截面积 3电阻率 4高通13.压电式传感器输出电缆长度的变化,将会引起传感器的3产生变化;1固有频率 2阻尼比 3灵敏度 4压电常数14.在测量位移的传感器中,符合非接触测量,而且不受油污等介质影响的是4传感器;1电容式 2压电式 3电阻式 4电涡流式15.光电倍增管是利用3效应制成的器件;1内光电 2外光电 3光生伏特 4阻挡层16.光敏元件中3是直接输出电压的;1光敏电阻 2光电阻 3光敏晶体管 4光导纤维17．属于传感器动态特性指标的是 DA．重复性 B．线性度 C．灵敏度 D．固有频率18．按照工作原理分类,固体图象式传感器属于 AA．光电式传感器 B．电容式传感器C．压电式传感器 D．磁电式传感器19．测量范围大的电容式位移传感器的类型为 aA．变极板面积型 B．变极距型C．变介质型 D．容栅型20．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 CA．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D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片21.下图所示器件为霍尔传感器何种类型传感器填空题：1、属于能量控制型的传感器有电阻,电容,电感涡流等,属于能量转换型的传感器有压电,磁电等每个至少举例两个;2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用金属的机械变形引起的电阻变化,后者利用半导体材料的电阻率变化引起的电阻变化;3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响,实际应用时常常采用差动工作方式;4、电式传感器的测量电路即前置放大器有两种形式：电压放大器和电荷放大器,后接放大器时,可不受连接电缆长度的限制;5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的涡电流效应;6、磁电式速度计的灵敏度单位是mv/m/s ;7、压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的;1传感器静态特性指标主要有等.而其动态特性指标主要有时域分析和频域分析两部分.2 传感器的精度A含义是在规定范围内,其允许的最大误差值相对测量范围的百分数根据精度等级概念,若测得某传感器A=%,则该传感器应定为级精度.3 传感器线度δA含义是在规定条件下,传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比拟合刻度直线方法有切线法、端基法、最小二乘法三种;μ,相应输出电容变化量△C=25PF,其平均灵敏度为um用切线法4 某电容式位移传感器,当被测位移变化量△X=50m求得线性度为1%.若现采用差动式电容结构,其灵敏度应为1PF/um用切线法求得线性度应为2%5 传感器的最小检测量是指传感器能确切反应被测量的最低限量而言,最小检测量愈小则表示传感器检测微量能力愈高.10-2 1 金属应变片工作原理是应变效应半导体应变片工作原理是压阻效应二者应变灵敏度系数主要区别是-------------------------- --------------------------------------- ---------------------------------------..2 为提高应变片动态测量精度,当被测应变片波长一定时同岁有基长一定时,现有基长分别为10mm和20mm两种应变片,则应选用基长为15mm的应变片,方可减小动态误差,3 应变式传感器产生温度误差的原因为电阻丝有一定的温度系数和电阻丝材料与测试材料膨胀系数不同通常采用的温度补偿方法有单丝自补偿,双丝自补偿,电路补偿等.4应变片灵敏度系数K的测试条件是受一维应力作用、应变片轴向与主应力方向一致、试件材料的泊松比为的钢材;测得的K值大小比应变丝的应变灵敏度系数ks小其原因是横向效应和胶层效应传递变形失真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漂移和灵敏度温度漂移漂移.因此要采用温度补偿措施,方法有零点温度补偿法,灵敏度温度补偿法等.10-3 1 电容式传感器分布电容的存在对测量的危害性是:降低测量灵敏度、引起非线性输出.通常采用消除和减小颁布电容的方法有增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆等.2 平等板式电容传感器,变面积型可用于检测增加原始电容、接地和屏蔽、驱动电缆,变间距型可用于检测微小位移而变介质型可用于检测厚度等参数.3 当差动式电容测量电路输出电压为U=C1-C2C1+C2E的形式时E为电源电压,C1和C2为差动电容,则其具有的特点是具有温度补偿功能、灵敏度高、非线性误差小;4 运算法测量电容传感器电路具有的特点是:减小环境温度对测量的影响;5 电容式差压变送器的敏感电容结构是张紧式,其主要特点是精度高、稳定性高; ;10-4 1 差动电感及差动变压器的位移—电压特性均为关于原点对称线性输出-特性,因而测位移存在移动方向判断问题,解决此问题的方法是采用相敏检波电路.2 提高差动变压器输出信号电压的措施有:增大匝数比、增加初级线圈电压、增加激磁电压的频率等;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、电磁干扰等,消除和减小的方法有:保证结构对称性、、选选用合适的测量电容、采用补偿电路等.4 电涡流检测线圈结构特点是采用------------------线圈,当被测------------------材料靠近它时,利用线圈变化------------------进行测量.5 电涡流传感器应用方式可分为两大类:即按测量电路不同可分为变频反射式和低频透射式,它主要用于检测位移、振幅、厚度等参数.10-5 1 压电元件的原理是压电效应,它的主要特点是-灵敏度高、工作可靠、质量轻.目前常使用的压电材料有石英晶体、压电陶瓷、锆钛酸铅等.2 压电式传感器对测量------------------信号无响应,其被测信号频带上限取决于------------------,频带下限取决于------------------.3 压电元件测量电路采用前置放大器的目的是:把电压是传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出、放大压电式传感器输出的弱信号.目前经常应用的前置放大器有电压放大器、电荷放大器两种.4 若单片压电片等效电容为C,输出电荷为q,输出电压为U.则将相同两片串接后其总参数C′为c/2,q′为q,U′为2U;若改为两片并接后,其总参数C′为2C,q′为2q,U′为U.5 石英压电元件的纵向压电效应是X方向的作用力,在垂直于x轴的电极面上产生电荷;而横向压电效应是y方向的作用力在垂直于x轴的电极面上产生电荷.10-61 编码器按组成原理可分为-电触式、电容式、感应式、光电式等;编码器按用途不同可分码盘码尺,分别用于检测角度长度参数;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、光电接收元件组成的,主要用于-速度、震动、质量-检测等参数;3 莫尔条纹的宽度BH由-光栅常数和光栅夹角决定;一般调节莫尔条纹宽度主要采用的方法是调节光栅夹角;4 振弦式传感器采用------------------系统,其输出为-频率-信号;主要用于检测-力、温度、距离-等参数;5 振弦传感器的固有频率f0与弦线的张力、有效长度-等参数有关;为改善其输出f-T特性的非线性,可采用------------------ ------------------等方法;10-7 1 热电偶的工作原理是-热电-效应,热电势包括-两种导体的接触电势-和-单一导体的温差电势两种,能产生热电势的必要条件是-组成热电极的必须是不同材料、两个接触点必须处于不同的温度场中;2 热电偶补偿导线的作用是是热电偶的冷端温度保持恒定,对选择补偿导线的要求是0~100`C范围内和所连接的热电偶有相同的热点性、价格便宜;3热电阻测温的原理是热点效应,一般目前常用的热电阻有铂、铜、半导体等;4热敏电阻按温度系数分为正温度系数、负温度系数、中间温度系数三种,热敏电阻本身温度取决于环境通电发热、通电发热两个因素;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＿＿区域,原因是＿＿＿＿;10-81霍尔元件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,一般可用于检测磁场；电流或电压；功率等参数;2霍尔元件的不等位误差是指不等位电势而言;其产生的原因为＿＿、＿＿等,减小不等位电势的方法有机械修磨、化学腐蚀等;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;4光电池的原理是利用光生伏特效应;从光照特性可以看出其开路电压与照度为非线性关系,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的输出形式;三判断对错题用√或×表示1、滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量;√2、涡流式传感器属于能量控制型传感器×3、压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽;×4、磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率;×5．压电式传感器可以用来测量静态力及动态力;×6．出现正压电效应,则一定存在逆压电效应;√7. 改变压电传感器的引线电缆后,必须对等效电容C C重新计算;8. 压电片的连接方式有两种,分别是串联形式和并联形式;√9．金属丝电阻应变片的基本特性中对测量结果影响最大的是机械滞后;√简答和计算题1．什么是传感器它由哪几个部分组成分别起到什么作用答：传感器：是将各种非电量按一定规律转换成便于处理和传输另一种物理量的装置,由敏感元件,转换元件,和测量电路;敏感元件是将检测被测量的变化,转换元件是将非电量直接转换为电量的器件,测量电路是将输出的电量变成便于显示,记录,控制和处理的有用电信号的电路;其中核心元件是转换元件;2．什么是静特性包括哪些参数答：传感器的输入信号不随时间变化或者变化非常缓慢时,输出量和输入量之间的函数关系称为静态特性;包括线性度,灵敏度,精确度,最小检测量和分辨力,迟滞,重复性,零漂,温漂;3．超声波的波型有几种是根据什么来分类的答：超声波的波型有纵波、横波、表面波亦称瑞利波、兰姆波;依据超声场中质点的振动与声能量传播方向之间的关系来分;4.简述电容式传感器的工作原理;答：两平行极板组成的电容器,其电容量为c=s/d;当被测量的变化使式中的任一参数发生变化时,电容量C也就随之变化;电容式传感器检测被测量的变化,并将其转化为电容量的变化,通过测量电路又转化为电压量或是电流量的变化,从而测量出被测量的大小;5.什么是应变效应什么是压阻效应什么是横向效应答：金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形拉伸或压缩的大小而发生变化的现象称之为金属的电阻应变效应;压阻效应：对半导体施加一定的时,其产生变化的现象；横向效应：应变片由于纵向应变和横向应变的影响,电阻值减小;6.试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处;答：相同点：在一定条件下能改变自身的物理性质,并且将其转变成电阻的变化;不同点：材料不同,灵敏度不同;半导体基于压阻效应,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;金属应变片机械轻度高,灵敏度低,成本也低;7.应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么答：温度误差：1,对电阻温度系数的影响; 2,试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响;补偿方法：1,电桥补偿法; 2,单丝自补偿法;3.双丝组合式补偿法;8.单臂电桥存在非线性误差,试说明解决方法;答：为了减小和克服非线性误差,常采用差动电桥在试件上安装两个工作应变片,一个受拉应变,一个受压应变,接入电桥相邻桥臂,称为半桥差动电路;比单臂工作时灵敏度提高一倍,同时具有温度补偿的作用;9.涡流式传感器的主要优点是什么电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量答：优点：能对位移,厚度,表面温度,速度,应力,材料损伤等进行非接触式连续测量,具有体积小,灵敏度高,频率响应宽等特点,应用广泛;10.寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度,它的变化为虚假信号影响传感器的精度;试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理;金属壳体,专用屏蔽线11.简述电容式传感器的优缺点;电容式传感器测量电路的作用是什么答：优点：温度稳定性好,结构简单,动态响应好,可以实现非接触测量具有平均效应;缺点：输出阻抗大,负载能力差,寄生电容较大;12.简述正、逆压电效应;能否用压电传感器测量静态压力为什么串联连接和并联连接的特点各是什么答：某些电介质在沿一定的方向受到外力作用变形时,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,当外力去掉时,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,变形随之消失,称为逆压电效应;并联形式,其输出电容C为单片电容C的两倍,但输出电压U’等于单片电压U,极板上电荷量q’为单片电荷量q的两倍,串联形式,输出的总电荷q’等于单片电荷q,而输出电压U为单片电压U的二倍,总电容C 为单片电容C的一半;13.说明霍尔效应的原理霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量;设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统;答：一个金属导体薄片或半导体薄片,当在它的两端通过控制电流I并且同时在薄片的垂直方向上加上磁感应强度为B 的磁场时,在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势U H,这种现象叫做霍尔效应;灵敏度和厚度有关,厚度越小,灵敏度越高,但是考虑到厚度对其他因素的影响,厚度不是越小越好;能来测量位移、转速等;液位控制系统原理,霍尔元件固定不动,磁铁与探测杆固定在一起,连接到装液体的容器旁边,通过管道与内部连接;当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号,通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭,如液位低于控制位置时开启阀门,超过控制位置时则关闭阀门;14.磁敏式传感器与电感式传感器有何不同答：磁敏式传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成;而电感式传感器是一种机电转换装置,利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化;15.什么是热电势、接触电势和温差电势答：两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路,若导体A和B的连接处温度不同,则在此闭合回路中就有电流产生,也就是说回路中有电动势存在,这种电动势叫做热电动势,是由接触电势和温差电势组成;接触电势：在不同金属的接触面形成的电位差,温差电势在单一导体因为两端的温度不同而产生的电动势;16. 说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律;试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理;现用一支镍铬-康铜E热电偶测温;其冷端温度为30℃,动圈显示仪表机械零位在0℃指示值为400℃,则认为热端实际温度为430℃,对不对答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的温度如何,热电动势为零;根据这个定律,可以检验两个热电极材料成分是否相同,也可以检查热电极材料的均匀性;二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体,只要第三种导体的两接点温度相同,则回路中总的热电动势不变;它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器,也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量;三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知;只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来;四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t 、t 0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t 、t n 和t n 、t 0时的相应热电动势的代数和;中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据;热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法;这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合；二是补偿导线法;将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所如仪表室;根据中间温度定律,只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致,是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法;修正公式为：)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法;不对;17. Pt100和Cu50分别代表什么传感器分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用;答：Pt100表示0℃时电阻为100欧姆,Cu50表示0℃时电阻为50欧姆;18. 试比较热电阻与热敏电阻的异同;答：均能制成温度传感器,热电阻材料是金属,热敏电阻材料是半导体,热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器,其热电特性是线性的；半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数,其灵敏度比热电阻高得多,适于在-100℃～300℃之间测温,其热电特性是非线性的;19. 什么是光电效应,依其表现形式如何分类,并予以解释;在光线的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应;当光照射在物体上,使物体的电阻率ρ发生变化,或产生光生电动势的现象叫做内光电效应,它多发生于半导体内;根据工作原理的不同,内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类;20. 分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件;光电管、 光电倍增管 外光电器件光敏二极管、光敏三极管、光电池 光生伏特效应光敏电阻 光电导效应 21、哪些传感器可选作小位移传感器22、涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较,其主要优点是什么涡流式传感器能否测量大位移量为什么答：优点：能对位移,厚度,表面温度,速度,应力,材料损伤等进行非接触式连续测量,体积小,结构简单,不怕油等介质污染;涡流传感器不能测量大位移量,只有当测量范围较小时,才能保证一定的线性度;23、电涡流传感器除了能测量位移外,还能测量哪些非电量答：厚度,表面温度,速度,应力;24.电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移若能测量理由是什么不能测量理由是什么应采取什么措施改进,就可以用电涡流传感器测量了;答：电涡流传感器不能测量塑料物体移动的位移,因为检测对象错误;塑料不能产生涡流,要在塑料上加装金属材质的物体;25.压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同,为什么答：加速度传感器要通过质量块把加速度转换为力作用在压电片上26、某电容传感器平行极板电容器的圆形极板半径 ,工作初始极板间距离 ,介质为空气;问：1如果极板间距离变化量 ,电容的变化量 是多少答：c=εs/d（2 如果测量电路的灵敏度 ,读数仪表的灵敏度 格／mV 在 时,读数仪表的变化量为多少27.画出传感器系统的组成框图,并说明各组成部分的作用;答：传感器由敏感元件,转换元件,和测量电路组成;敏感元件是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量,转换元件是将非电量直接转换为电量的器件,测量电路是将输出的电量变成便于显示,记录,控制和处理的有用电信号的电路; 非电量电量28．粘贴到试件上的电阻应变片,环境温度变化会引起电阻的相对变化,产生虚假应变,这种现象称为温度效应,简述产生这种现象的原因;答：①环境温度变化时,由于敏感栅材料的电阻温度系数的存在,引起应变片电阻相对变化；②环境温度变化时,敏感栅材料和试件材料的膨胀系数不同,应变片产生附加的拉长或压缩,引起电阻的相对变化;29.如图所示是电容式差压传感器结构示意图及其转换电路,图中1为玻璃盘,2为镀金层,3为金属膜片,介绍其工作原理;答：电容式差压传感器由两个玻璃圆盘和一个金属膜片组成;两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容传感器的两个固定电极,夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极;当两边压力相等时,膜片处在中间位置与左、右固定电极间距相等,转换电路输出U0＝0；当P1＞P2或P2＞P1时,膜片弯向右侧或左侧,Cdb ＜Cab 或Cab ＞Cdb,U0输出与｜P1-P2｜成比例的信号;30. 有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥,结构组成如图所示;电容传感器起始时b1=b2=b=200mm,a1=a2=20mm 极距d=2mm,极间介质为空气,测量电路u1=3sin ωtV,且u=u0;试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u0;解：根据测量电路可得31. 现有等强度梁有效长=150mm,固定处宽b=18mm,厚h=5mm,弹性模量E=2N/,贴上4片等阻值,K=2的电阻应变片,并接入等臂差动电桥,构成称重传感器;求：1悬臂梁上如何布片又如何接桥 2若输入电压是3v,有输出电压是2mv 时称重量是多少32.图示为某一传感器的工作原理图,这是什么传感器利用了什么原理33. 电容式传感器测量误差产生的主要原因及相应的解决办法;11．检定一台级刻度0-100Pa 压力传感器,现发现50Pa 处误差最大为,问这台压力传感器是否合格;12．采用四片相同的金属丝应变片K=2,将其粘在实心圆柱测力弹性元件上;如图所示,力F=1000kg;圆柱端面半径r=1cm,杨氏模量E=2×107N/cm 2,泊松比μ=.求：1画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应测量电桥原理图2各应变片的应变ε=电阻相对变化量ΔR/R=3若供电桥压U=6V,求桥路输出电压U O =4此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响说明原因; 解：1R 1、R 3沿轴向在力F 作用下产生正应变ε1>0ε3>0；R 2、R 4沿圆周方向贴则产生负应变ε2<0ε4<0;2 4可以补偿环境温度变化的影响因素;因为四个相同电阻应变在同样环境条件下,感受温度变化产生电阻相对变化量相同,在全桥电路中不影响输出电压值,即0414433221144332211=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-∆+∆-∆=∆∆=∆=∆=∆=∆U R t R R t R R t R R t R U RRt R t R R t R R t R R t R ot34.根据你所学的传感器相关知识,下列物理量可以使用什么类型的传感器测量1加速度2位移3压力;敏感元件 转换元件 测量电路 辅助电源。
《传感器》课后习题解答
普通高等教育“十一五”国家级规划教材传感器课后习题解答哈尔滨工业大学机械工业出版社CHINA MACHINE PRESS目录第一章传感器的一般特性..................................................................................... - 1 -第二章电阻式传感器............................................................................................. - 3 -第三章电感式传感器............................................................................................. - 5 -第四章电容式传感器............................................................................................. - 7 -第五章磁电式传感器........................................................................................... - 10 -第六章压电式传感器........................................................................................... - 16 -第七章光电式传感器........................................................................................... - 17 -第八章热电式传感器........................................................................................... - 23 -第九章气电式传感器........................................................................................... - 25 -第十章谐振式传感器........................................................................................... - 26 -第十一章波式和射线式传感器........................................................................... - 28 -第十二章半导体式物性传感器........................................................................... - 30 -第十三章新型传感器........................................................................................... - 31 -第一章 传感器的一般特性1、什么是传感器的静特性？它有哪些性能指标？（第一章，第一节）答：静特性表示传感器在被测量处于稳定状态时的输出输入关系。
传感器课后习题
传感器课后习题静态特性测试1（C）是评价传感器静态特性的综合指标。
A.稳定性B.抗干扰性C.精度D.线性度2传感器的线性范围愈宽，表明传感器工作在线性区域内且传感器的（A）A.工作量程愈大B.工作量程愈小C.精确度愈高D.精确度愈低3.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）A.线性度越好B.迟滞越小C.重复性越好D.分辨力越高4.传感器的温漂包括_零点__漂移和灵敏度漂移。
5.传感器一般特性指标可分为_静态___特性指标和动态特性指标两个部分。
6.对于非线性传感器，其灵敏度会随着输入量的变化而变化。
对7.分辨力指的是传感器能够检测到的最低极限量。
错8.传感器的灵敏度是指到达稳定工作状态时，输出量与输入量之比。
错9.标定曲线偏离其拟合直线的程度即为非线性度。
对10.在测量条件不变的情况下，对于迟滞特性的测量，我们只需要对正行程和反行程二者之一进行多次测量，而不需要对正、反行程都进行测量。
错11.某传感器在测量条件不变的情况下，给定一个固定的输入，进行多次测量，发现测量结果很接近真实值，但分散性比较大，因此，此传感器的准确度比较低。
错12.传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的,取基准直线常用端基拟合法。
错13.两个电子秤可感受的最小感量分别为:0.1g、0.05g, 问哪个分辨率高?0.05g的分辨率高。
14.[名词解释] 线性度在规定的条件下，传感器静态校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度。
传感器动态特性测试1.属于传感器动态特性指标的是（ C ）A.量程B.灵敏度C.阻尼比D.重复性2.选择二阶装置的阻尼比ζ=0.707，其目的是（ D ）A.阻抗匹配B.增大输出量C.减小输出量D.接近不失真条件3.属于传感器动态特性指标的是（C）A.量程B.灵敏度C.阻尼比D.重复性4.对于二阶传感器的测试系统，为使系统响应最快，其阻尼比ξ取值通常为（A）。
A. 0～0.1B. 0.1～0.6C.0.6～0.8D.0.8～15.在时域内研究、分析传感检测系统的瞬态响应时，通常采用的激励信号是（D）。
传感器课后习题
1-11已知某传感器静态特征方程Y=（1+x）1/2，试分别用切线法、端基法、最小二乘法在0＜x≤0.5范围内拟合刻度直线方程，并求出相应的线性度。
解：（1）切线法如图所示，在x=0处所做的切线为拟合直线，其方程为：Y＝a0+KX，当x=0时，Y＝1，故a0＝1，又因为dY/dx＝1/(2(1+x)1/2)|x=0＝1/2＝K故拟合直线为：Y＝1＋x/2最大偏差ΔYmax在x=0.5处，故ΔYmax＝1＋0.5/2-（1＋0.5）1/2＝5/4－（3/2）1/2＝0.025Y FS＝（1＋0.5/2）-1＝0.25故线性度δL＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝0.025/0.25＊100％＝0.10＊100％＝10％（2）端基法：设Y的始点与终点的连线方程为Y＝a0+KX因为x=0时，Y＝1，x=0.5时，Y＝1.225，所以a0=1,k=0.225/0.5=0.45 而由 d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1+0.45x))/dx=-0.45+1/(2（1＋x）1/2)＝0有-0.9（1＋x）1/2＋1＝0（1/0.9）2＝1+xx=0.234ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1+0.45x)]|x=0.234=1.11-1.1053=0.0047Y FS＝1+0.45*0.5-1＝0.225δL端基＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝0.0047/0.225＊100％＝2.09％（3）最小二＊法由公式()()xykninkniaxxyxxyxxxyxyxaiiiiiiiiiii*4695.00034.14695.005.1506.100365.1055.0*625.2751.1*65.1*691.60034.105.168.36265.255.0*625.255.0*691.65.1*751.1)**)22222((+==--=--==--=--=-∑∑-∑=-∑-∑=∑∑∑∑∑∑由d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695＊x))/dx=-0.4695+1/(2（1＋x）1/2)＝0有x=1/(0.939)2-1=0.134ΔYmax=[（1＋x ）1/2-(1.0034+0.4695x)]|x=0.234=1.065-1.066=-0.001 Y FS ＝1.0034+0.4695x-1.0034＝0.235 δL 二＊法＝ΔYmax/ Y FS ＊100％＝0.001/0.235＊100％＝0.0042＊100％＝0.42％2-8在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一个电阻为120Ω的金属应变片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-5）。
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设Y的始点与终点的连线方程为Y＝a0+KX
因为x=0时，Y＝1，x=0.5时，Y＝1.225，所以a0=1,k=0.225/0.5=0.45
而由 d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1+0.45x))/dx=-0.45+1/(2（1＋
x）1/2)＝0有
-0.9（1＋x）1/2＋1＝0
（1/0.9）2＝1+x
㏑RT。= 2900×[ 1／(273+100) －1／273] = 3.4
∴RT。= 28.9KΩ 7-15用分度号为Cu 50 的热电阻测温，测得其阻值为64.98Ω，若电阻温 度系数α = 0.004281℃，问此时被测温度是多少？ 解、Cu 50 0℃时电阻值R为50Ω
R = R（ 1 + α t ） 64.98 = 50 *（ 1 + 0.004281 * t ） 得t = 69.98℃ 8.7光电效应分为几类？说明其原理并指出相应的光电器件。
故拟合直线为：Y＝1＋x/2
最大偏差ΔYmax在x=0.5处，故ΔYmax＝1＋0.5/2-（1＋0.5）1/2＝5/4
－（3/2）1/2＝0.025
YFS＝（1＋0.5/2）-1＝0.25
故线性度δL＝ΔYmax/
YFS＊100％＝0.025/0.25＊100％＝0.10＊
100％＝10％
（2）端基法：
（R4+ΔR4）]/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）（R3+ΔR3+R4+ΔR4））=
E[ΔR1/ R+ΔR3/ R－ΔR2/R－ΔR4/ R]/（（2＋ΔR1/ R＋ΔR2/ R）（2
＋ΔR3/ R＋ΔR4/ R））=2E[1＋μ]ΔR/R/[2+(1-μ)ΔR/R]2
2.6*10-3＝2*2*1.3*ΔR/R/[2+0.7*ΔR/R]2
1-11已知某传感器静态特征方程Y=（1+x）1/2，试分别用切线法、端基
法、最小二乘法在0＜x≤0.5范围内拟合刻度直线方程，并求出相应的线
性度。
解：（1）切线法
如图所示，在x=0处所做的切线为拟合直线，其方程为：Y＝
a0+KX，
当x=0时，Y＝1，故a0＝1，又因为dY/dx＝1/(2(1+x)1/2)|x=0＝1/2＝K
1.066=-0.001
YFS＝1.0034+0.4695x-1.0034＝0.235
δL二＊法＝ΔYmax/ YFS＊100％＝0.001/0.235＊100％＝0.0042＊
100％＝0.42％
2-8在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一个电阻 为120Ω的金属应变片R1和R2，把这两应变片接入差动电桥（参看图25）。若钢的泊松比µ=0.285，应变片的灵敏系数K=2，电桥电源电压 U=6V，当试件受拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值ΔR1=0.48Ω。试 求电桥的输出电压U0。解：取ε1>0，则ε2<0
所以有补偿作用。
3-8如图3-6所示平板式电容位传感器其。已知：极板尺寸a=b=4mm，间 隙d。=0.5mm,极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度；若极板艳x 方向移动2mm,求此时电容量。
解; 3—11 已知，圆盘形电容极板直径D=50mm，间距d0 =0.2mm,在电极间 放置一块厚0.1mm的云母片（Ɛr =7）,空气Ɛr =1。求（1）无云母片及有 云母片两种情况下电容C1及C2是多少？ （2）当间距变化△d=0.025mm时，电容相对变化量△C1/C1及△C2/C2 是多少？ 解：（1）①无云母
yi
1
1.048 1.095 1.140 1.183 1.225
Xi2
0
0.01 0.04 0.09 0.16 0.25
xiyi
0
0.1048 0.219 0.342 0.473 0.612
求合xiyi 1.751
Xi的合 1.5
Xi平方的 0.55 合
Yi的合 6.691
Xi合的平 2.25
方
由公式 由 d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695＊ x))/dx=-0.4695+1/(2（1＋x）1/2)＝0有 x=1/(0.939)2-1=0.134 ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695x)]|x=0.234=1.065-
答：光电效应通常分为外光电效应和外光电效应两大类。 原理：
㈠外光电效应：在光线作用下，物体内的电子溢出物体表面，向外发 射的现象称为光电效应。 相应的光电器件有：① 光电管 ②光电倍增管 ㈡内光电效应：受光照的物体导电率发生变化，或产生光生电动势的 现象称为内光电效应。 相应的光电器件有：①光敏电阻 ②光电池 ③光敏晶体管 8-9当采用波长问0.8～0.9的红外光源时，宜采用哪几种光电元件作为 检测元件？为什么？ 解、以硅为材料的光敏二（三）极管的光谱响应峰值所对应的波长为 0.8～0.9，所以宜采用硅光敏二（三）极管作为检测元件。
x=0.234
ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1+0.45x)]|x=0.234=1.11-1.1053=0.0047
YFS＝1+0.45*0.5-1＝0.225
δL端基＝ΔYmax/ YFS＊100％＝0.0047/0.225＊100％＝2.09％
（3）最小二＊法
Xi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
（1）确定应变片在感压膜片上的位置，并画出位置示意图；
（2）画出相应全桥测量电路图；
（3）当被测压力为0.1 MPa时，求各应变片的应变值及桥路输出电压
值；
（4）该压力传感器是否具有温度补偿作用？为什么？
（5）桥路输出电压与被测压力之间是否存在线性关系？
解：(1) Ug=
E[（R1+ΔR1）（R3+ΔБайду номын сангаас3）－（R2+ΔR2）
若考虑到电缆电容 由于, ∴ （2）当 A=时 ∴ 7-9某热电偶灵敏度为0.04mv/°c,把它放在温度为1200°c处，若以指示表 温度50c为冷锻，试求热电势的大小？ 解：EAB(T，T0) = eAB(T) - eAB(T0)，其中T =1200°c，T0=50°c，
EAB(T，T0) = eAB(T) - eAB(T0) = eAB(1200) - eAB(50) = 1200*0.4+50*0.4 =50（mv）
Ux’= qx / C’ = 2.26×10-11/7.98×10-12 = 2.83 V 5-12 如图5-1所示压电式传感器测量电路。其中压电片固有电容=1000Pf, 固有电阻=Ω，连线电缆电容=300Pf,反馈回路=100pF，=1MΩ。 （1）推导输出电压表达式 （2） 当= 时求系统的测量误差是多少？ （3） 该测量系统下限截止频率是多少？ 解：（1）∵ 且
1-10:解：（1）贴片习题中图2－7所示，R3、R2靠近中心处，且沿切向
方向，R1、R4靠近圆片边缘处且沿径向贴。位置在使－εr=εt即
（2）
R1
R2
USC
R3 R4
E （3） εr2、3＝ Ug＝EεK=9(mv) (4) Ugt= E[（R1+ΔR1t）（R3+ΔR3t）－（R2+ΔR2t）（R4+ΔR4t）]/ （（R1+ΔR1t+R2+ΔR2t）（R3+ΔR3t+R4+ΔR4t））=0 (5) Ug＝E Kε成线性关系 2-11已知：有四个性能完全相同的金属丝应变片（应变灵敏系数 K=2），将其粘帖在梁式测力弹性元件上，如图2-8所示。在距梁端b处 应变计算公式ε= ，设力p=10kg ，b=100mm ，t=5mm ， w=20mm ， E=200 000 N/(mm)2 。求： （1）、梁式测力弹性元件距梁端b处画出四个应变片粘帖位置，并画出 相应的测量桥路原理图； （2）、求出各应变片电阻相对变化量； （3）、当桥电路电源电压为6V时，负载为无穷大求桥路输出电压Uo 是 多少？ （4）、这种测量法对环境温度变化是否有补偿作用？为什么？
= KU (ε1 －ε2)
= 1/4 × 2 × 6 ×（ 2×10-3 ＋ 5.7×10- 4 ）=7.71 mv
2-10有四个性能完全相同的应变片（k=2），将其贴在如图2-7所示压力
传感器原版形压感膜片上。已知：膜片γ=20 mm，h=0.3 mm，E=2×1011
N/m2。现将四个应变片组成全桥测量电路，桥路电源U=6 V。求：
Uo R U R2 R1 F R2 R1 （a） （b） 图2-5
因为 ΔR1 / R1 = Kε1 所以 ε1 = ΔR1 / KR1 = 0.48 / ( 120 × 2 ) = 2×10-3
ε2 = －µε1 = － 0.285 × 2×10-3 = －5.7×10- 4
U0 = U ( ΔR 1/ R－ΔR2 / R ) /
②为空气部分与介质部分串联,即 （2）
5-11某石英晶体压电元件x切型d11=2.31×10-12C/N, εr =4.5,截面积 S=5 cm2,厚度t=0.5㎝。试求：
（1） 纵向受压力Fx=9.8N时压电片两极间输出电压值是多少？ （2） 若此元件与高阻抗运放间连接电缆电容Cc=4 pF。求该压电
元件的输出电压是多少？ 解：(1)电极面间电容
Cx =ε0εr S/t =εr S/3.6πt = 4.5 ×5/3.6 ×3.14 ×0.5
= 3.98×10-12 F
qx = d11 Fx = 2.31×10-12 ×9.8 = 2.26 × 10-11 C
则 Ux = qx / Cx = 2.26 × 10-11/3.98×10-12 = 5.68 V (2) C’= Cc + Cx = 3.98 + 4 = 7.98 pF = 7.98×10-12 F