第二章习题课传感器
传感器原理及应用课后习题
习题集1.1 什么是传感器？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
1.4 传感器如何分类？1.5传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？1.6传感器的线性度是如何确定的？电阻应变式传感器3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？3.3 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。
3.4 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。
求：①R ∆和/R R ∆；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。
3.5 在以钢为材料的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R 1和R 2（如图3-28a 所示），把这两应变片接入电桥（见图3-28b ）。
若钢的泊松系数0.285μ=，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U =2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值。
试求：①轴向应变；②电桥的输出电压。
3.6 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L 趋于无穷。
图中E=4V ，R 1=R 2=R 3=R 4=120Ω，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ΔR 1=1.2Ω时，电桥输出电压U 0=? ② R 1、R 2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0=? ③ R 1、R 2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR 1=ΔR 2 =，电桥输出电压U 0=?电容式传感器4.1 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？4.2 差动式变极距型电容传感器，若初始容量1280C C pF ==，初始距离04mm δ=，当动极板相对于定极板位移了0.75mm δ∆=时，试计算其非线性误差。
检测与技术习题课
第1章传感器的一般特性一、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_______、_______、_______、________ 等。
2、通常传感器由＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿＿转换成＿＿＿＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。
4. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为、和随机误差三类，其中可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。
5、一阶传感器的时间常数τ越__________,其响应速度越快;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽.6、灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。
其定义为：传感器与相应的之比，用公式表示。
二、选择1、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（）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2、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为( )。
A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤3、属于传感器静态特性指标的是（）A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性4、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。
A. 线性度B. 灵敏度C. 频域响应D. 重复性5、下列对传感器动态特性的描述正确的是（）A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。
D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。
6、三、计算分析题1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。
2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。
3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、选择、填空题1、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_______效应；2、产生应变片温度误差的主要因素有＿、＿和＿。
《智能网联汽车技术概论》课后习题 - 第二章-视觉传感器在智能网联汽车中的应用
第二章视觉传感器在智能网联汽车中的应用1/ 3本章小结本章的学习目标你已经达成了吗？请通过思考以下问题的答案进行结果检验。
序号问题自检结果1 简述视觉传感器在智能网联汽车中的作用视觉传感器又称为成像装置或摄像装置，是智能车辆路径识别模块中摄像头的重要组成部分，可以检测可见光、紫外线、X射线、近红外光等，实现视觉功能的信息采集、转换和扩展，提供可视化、真实、多级、多内容的视觉图像信息。
2 简述单目视觉传感器的工作原理及特点单目传感器的工作原理是先识别后测距，首先通过图像匹配对图像进行识别，然后根据图像的大小和高度进一步估计障碍物和车辆移动时间。
特点：具有成本低、帧速率高、信息丰富、检测距离远等优点，但易受光照、气候等环境影响，缺乏目标距离等深度信息，对目标速度的测量也不够可靠。
3 简述双目视觉传感器的工作原理及特点双目视觉传感器的工作原理是先对物体与本车辆距离进行测量，然后再对物体进行识别。
特点：双目摄像头兼具了图像和激光测量的特点，也有自身安装、标定和算法方面的挑战。
在实际应用中，双目摄像头可以获取的点云数量远多于激光雷达，但是要强大的算法适配才能进一步做出分类、识别和目标跟踪，同时也需要具有较强计算力的嵌入式芯片，才能使其优势得到发挥。
4 简述红外视觉传感器的工作原理及特点红外视觉传感器的工作原理是通过能够透过红外辐射的红外光学系统，将视场内景物的红外辐射聚焦到红外探测器上，红外探测器再将强弱不等的辐射信号转换成相应的电信号，然后经过放大和视频处理，形成可供人眼观察的视频图像。
特点：红外夜视系统是视觉传感器一个独特的分支，图像处理算法在处理远红外夜视图像过程中依然能够发挥作用，因此红外夜视系统能够像可见光摄像头一样，获取环境中的目标大小和距离等信息，对光照不足条件下对基于可见光的视觉传感器的应用是一种有效补充。
5 智能网联汽车中图像识别的典型应用都有哪些？智能网联汽车中图像识别的典型应用包括对车牌、道路边界、车道线、交通信号、交通标志、3/ 3。
《传感器技术》第3版课后部分习题解答
潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1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—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。
传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。
传感器与测试技术第二章习题答案
2-3 求周期信号x (t )=0.5cos10t +0.2cos(100t −45°)通过传递函数为H (s )=1/(0.005s +1)的装置后得到的稳态响应。
置后得到的稳态响应。
解：1()10.005H j w w=+，21()1(0.005)A w w =+，()arctan(0.005)j w w =-该装置是一线性定常系统，设稳态响应为y (t )，根据线性定常系统的频率保持性、比例性和叠加性得到性和叠加性得到y (t )=y 01cos(10t +j 1)+y 02cos(100t −45°+j 2) 其中010121(10)0.50.4991(0.00510)y A x ==´»+´，1(10)arctan(0.00510) 2.86j j ==-´»-°020221(100)0.20.1791(0.005100)y A x ==´»+´，2(100)arctan(0.005100)26.57j j ==-´»-°所以稳态响应为()0.499cos(10 2.86)0.179cos(10071.57)y t t t =-°+-°2-5 想用一个一阶系统做100Hz 正弦信号的测量，如要求限制振幅误差在5%以内，那么时间常数应取多少？若用该系统测量50Hz 正弦信号，问此时的振幅误差和相角差是多少？少？解：设该一阶系统的频响函数为解：设该一阶系统的频响函数为1()1H j w tw=+，t 是时间常数是时间常数则 21()1()A w tw =+稳态响应相对幅值误差21()1100%1100%1(2)A f d w pt æöç÷=-´=-´ç÷+èø令d ≤5%，f =100Hz ，解得t ≤523m s 。
传感器第二章试卷
一、单项选择题1、电阻式传感器是将被测量的变化转换成（D）变化的传感器。
A.电子B.电压C.电感D.电阻2、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化为（ C ）的输出。
A．电阻 B．电容 C．电压 D．电荷3、半导体应变片具有（ A ）等优点。
A．灵敏度高 B．温度稳定性好 C．参数一致性高 D．接口电路简单4、当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称（ B ）A.光电效应B.压阻效应C.压电效应D.霍尔效5、导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生相应变化的现象，称（ A ） A. 应变效应 B.光电效应 C.压电效应 D.霍尔效应6、温度误差的线路补偿法是利用电桥( B )实现的。
A.相邻桥臂同变输入电压相加B.相邻桥臂差变输入电压相减C.相对桥臂同变输入电压相加D.相对桥臂差变输入电压相加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D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片8、按输出信号的性质分类，应变式位移传感器是一种（A）A．模拟量传感器 B 计数型传感器C 代码型传感器D 开关型传感器9、下列传感器，不适合于静态位移测量的事（D）A 压电式位移传感器B电感式位移传感器C电涡流式位移传感器D压电式位移传感器A和D不是一样？10、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B )A.上升B.迅速C.保持不变D.归零二、判断题1、采用几个热电偶串联的方法测量多点的平均温度，当有一只热电偶烧断时，不能够很快地觉察出来。
（×）2、在固态压阻传感器测量电路中恒压源和恒流源供电均与电流大小、精度及温度有关。
（×）3、热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。
（√）4、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是抑制共模噪声。
故障诊断第二章习题
故障诊断第⼆章习题第⼆章第⼀节信号特征检测⼀、填空题（10）1.常⽤的滤波器有、低通、带通、四种。
2.加速度传感器，特别是压电式加速度传感器，在及的振动监测与诊断中应⽤⼗分⼴泛。
3.传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成的⼀种灵敏的换能器件。
4.振动传感器主要有、速度传感器、三种。
5.把模拟信号变为数字信号，是由转换器完成的。
它主要包括和两个环节。
6.采样定理的定义是：。
采样时，如果不满⾜采样定理的条件，会出现频率现象。
7.电⽓控制电路主要故障类型、、。
8.利⽤对故障进⾏诊断，是设备故障诊断⽅法中最有效、最常⽤的⽅法。
9.振动信号频率分析的数学基础是变换；在⼯程实践中，常运⽤快速傅⾥叶变换的原理制成，这是故障诊断的有⼒⼯具。
10．设备故障的评定标准常⽤的有3种判断标准，即、相对判断标准以及类⽐判断标准。
可⽤制定相对判断标准。
⼆、选择题（10）1.（）在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应⽤最⼴泛。
A位移探测器B速度传感器C加速度计D计数器2.当仅需要拾取低频信号时，采⽤（）滤波器。
A⾼通B低通C带通D带阻3.（）传感器，在旋转机械及往复机械的振动监测与诊断中应⽤⼗分⼴泛。
A压电式加速度B位移传感器C速度传感器 D 以上都不对4.数据采集、谱分析、数据分析、动平衡等操作可⽤（）实现。
A传感器B数据采集器C声级计D滤波器5.（）是数据采集器的重要观测组成部分。
A. 滤波器B. 压电式传感器C数据采集器D数据分析仪6.传感器是感受物体运动并将物体的运动转换成模拟（）的⼀种灵敏的换能器件。
A⼒信号B声信号C光信号 D. 电信号7.在对（）进⾏电⽓故障诊断时，传感器应尽可能径向安装在电机的外壳上。
A单相感应电机B三相感应电机C⼆相感应电机D四相感应电机8.从理论上讲，转速升⾼1倍,则不平衡产⽣的振动幅值增⼤（）倍。
A1 B2 C3 D49.频谱仪是运⽤（）的原理制成的。
A绝对判断标准B阿基⽶德C毕达哥拉斯D快速傅⽴叶变换10.伺服控制上常⽤三环结构，三个环都是调节器，其中有的采⽤P调节器，有的采⽤PI 调节器，有的采⽤PID调节器。
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。
(完整版)电阻式传感器例题与习题
第二章电阻式传感器原理与应用[基本要求]1. 掌握金属应变式传感器的构成原理特性；2. 掌握压阻式传感器工作原理，固态压阻器件设计特点；3. 了解电阻应变式传感器动的粘贴方法；4. 通过对电阻应变片测量电路分析，掌握直流惠斯通电桥结构形式及特点。
[例题分析]例题2-1 如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积S = 0.5×10-4 m 2，弹性模量E =2×1011 N/m 2 ，若有F=5×104 N 的拉力引起应变电阻变化为1Ω。
试求该应变片的灵敏度系数？解：由题意得应变片电阻相对变化量1001=∆R R 根据材料力学理论可知：应变Eσε=（σ为试件所受应力，SF =σ），故应变 005.0102105.01051144=⨯⨯⨯⨯=⋅=-E S F ε应变片灵敏度系数2005.0100/1/==∆=εRR K 例题2-2 一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片(K=2）如图2-1（a)所示。
已知l =100mm 、b=11mm 、t=3mm ，E=2×104N/mm 2。
现将四个应变片接入图（b ）直流电桥中，电桥电压U=6V 。
当力F=0.5kg 时，求电桥输出电压U 0=?解： 由图（a ）所示四片相同电阻应变片贴于等强度梁上、下各两片。
当重力F 作用梁端部后，梁上表面R 1和R 3产生正应变电阻变化而下表面R 2和R 4则产生负应变电阻变化，其应变绝对值相等，即Ebt Fl242316==-=-==εεεεε 电阻相对变化量为ε⋅=∆=∆-=∆-=∆=∆K RRR R R R R R R R 44223311 现将四个应变电阻按图（b ）所示接入桥路组成等臂全桥电路，其输出桥路电压为mV V Ebt FlK U K U R R U 8.170178.01023111008.95.06264220==⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅∆=εε例题2-3采用四片相同的金属丝应变片(K =2），将其贴在实心圆柱形测力弹性元件上。
《传感器及其应用》第二章习题答案..
第2.1章思考题与习题1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。
（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。
并将其粘贴在绝缘基片上制成。
把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度，2、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。
, 直R/ Rk =z（2 ）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。
3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度？答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。
所以其横向灵敏度便减小。
4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施？答:用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，所以必须采用温度补偿措施。
5、一应变片的电阻R=120 Q , k=2.05。
用作应变为800卩m/m的传感元件。
①求△ R和△ R/R ;②若电源电压U=3V，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U o。
已知：R=120 Q , k=2.05 , & =800 卩m/m;求：①△ R=?,A R/R= 2 ② U=3V 时，U0=?解①：, AR/ Rk =：R/R=k；= 2.05 800 =1.64 10：R=k；R=2.05 800 120 =0.1968门解②：初始时电桥平衡（等臂电桥）1 R MU 0 - U4 RU0 R・U」 1.64 10’ 3 = 1.23mV4 R 46、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片电阻为120Q的金属应变片R1和R2,把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a）。
传感器与检测技术课后答案
（4-28）
当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随ω变化而变化。在这种情况下，每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。
3．简述电容式传感器的优缺点。
解：优点：(1)温度稳定性好(2)结构简单(3)动态响应好（4）可以实现非接触测量，具有平均效应
2）频率响应特性：传感器对正弦输入信号的响应特性，称为频率响应特性。频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的动态特性。为了减小动态误差和扩大频率响应范围，一般是提高传感器固有频率ωn。
4．某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV，求其灵敏度。
解：其灵敏度
第二章习题答案
1．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？
3．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。
解：电压放大器的应用具有一定的应用限制，压电式传感器在与电压放大器配合使用时，连接电缆不能太长。优点：微型电压放大电路可以和传感器做成一体，这样这一问题就可以得到克服，使它具有广泛的应用前景。缺点：电缆长，电缆电容Cc就大，电缆电容增大必然使传感器的电压灵敏度降低。不过由于固态电子器件和集成电路的迅速发展，
电阻应变片的温度补偿方法：通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。
1）电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。电桥补偿法简单易行，而且能在较大的温度范围内补偿，但上面的四个条件不一满足，尤其是两个应变片很难处于同一温度场。
2）应变片的自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片。
4、钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm2。试求
缺点：（1）输出阻抗高，负载能力差（2）寄生电容影响大
传感器习题课
R1、 R2
——相同的应变片，利用“相邻相 减”原则，一个和被测试件相接， 同时感受温度和力，另一个应变片 只感受温度，相减就只有力对电阻 产生的变化了。
R3、R4
——平衡电阻
⑥如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横
截面积S=0.5×10-4m2，弹性模量正E=2×1011N／m2，若
设一传感器输出为 y1 a0 + a1 x + a2 x2 + ...... + an xn
用另一相同传感器，使其输入量符号相反，则输
出为
y2 a0 a1 x + a2 x2 ...... + an xn
使二者输出相减，得
Δy y2 y1 2 ( a1x + a3 x3 + ...... )
⑧说明电容式传感器的工作原理及其类型？
平板电容器
厘米
C 0rA
微米
C —— 电容量，单位：F 法拉
0—— 真空介电常数，8.85×10-12F/m
r —— 极板间介质的相对介电常数
A —— 极板的有效面积（m2）
—— 两平行极板间的距离（m）
r 、S、d三个参数中，保持其中两个不变，改变另一个
有F=5×104N的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试求该应变
片的灵敏度系数?
解：由题意得应变片电阻相对变化量
根据材料力学理论可知：应变
E
R 1 R 100
(σ为试件所受应力， F ）故应变
S
F 0.005
S·E
应变片灵敏度系数
KR/R2
⑦电容式传感器有哪些优点与缺点？ 和电阻式、电感式传感器相比具有以下优点： a、测量范围大。 b、灵敏度高。 c、动态响应时间短。 d、机械损失小。 e、结构简单，适应性强。 有如下不足之处： a、寄生电容影响较大。 b、当电容传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输 出。
第二章习题与思考题
习题与思考题2-1 什么是应变效应？金属应变片与半导体应变片的工作原理有何异同？答：应变效应：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，此种现象称为电阻应变效应。
工作原理异同：相同点：均是在外力作用下使得阻值发生变化的。
不同点：金属应变片的工作原理为电阻应变效应，半导体应变片的工作原理为压阻效应。
2-2如何提高电阻应变片测量电桥的输出电压灵敏度和线性度？答：提高线性度：适当选择各桥臂电阻值，使输出电压只与被测量引起的电阻值变化量有关。
或半桥双臂工作方式时，使相邻两桥臂应变片处于差动工作状态，可以消除非线性误差。
提高灵敏度：采用全桥接法输出电压。
2-3电容式传感器有哪些种类？各有什么特点？答：变面积式电容传感器：输出与输入呈线性关系。
变间隙式电容传感器：输出与输入不呈线性关系，为提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。
变介电常数式电容传感器：结构形式多样，可用于测量物位或液位，也可测量位移。
2-4 试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容传感器的灵敏度。
为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题？ 答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。
当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为:C=εb （a-△x ）/d=C0-εb ·△x/d电容因位移而产生的变化量为a x C x d bC C C ∆-=∆-=-=∆00ε 其灵敏度为 : d b x C K ε-=∆∆=可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。
直线位移型电容式传感器2-5 电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？答：电感式传感器分为：自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器。
其工作原理是利用待测工件运动使磁路磁阻变化，从而引起传感器线圈的电感变化来检测非电量。
2-6 影响互感式传感器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？ 答：互感式传感器输出线性度和灵敏度的主要因素传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。
传感器习题集
第一章传感器概述1.1 综述你所理解的传感器概念1.2 何谓结构型传感器？何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。
1.3 一个可供实用的传感器有哪几部分构成？各部分的功用是什么？试用框图标示出你所理解的传感器系统。
1.4 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说明它们的含义。
1.5 技算传感器线性度的方法有哪几种？差别何在？1.6什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？1.7 怎么评价传感器的综合静态性能和动态性能？1.8 为什么要对传感器进行标定和校准？举例说明传感器静态标定和动态标定的方法。
1.9 何谓系统相似和机电模拟？它们有什么用途？1.10有一只压力传感器的校准资料如下表。
根据这些数据求最小二乘法和端点法线性度的拟合直线方程，并求其线性度。
1.11 试根据极限误差计算题1－7中压力传感器的重复性误差，并比较标准法和极差法的计算结果。
1.12 设一力传感器可作为二阶系统来处理。
已知传感器的固有频率为800khz，阻尼比 =0.4,问在使用该传感器测定400Hz正弦变化的外力时会产生多大的振幅相对误差和相位误差?1.13 今有两加速度传感器均可作为二阶系统来处理，其中一只固有频率为25kHz，另一只为35kHz，阻尼比均为0.3。
若欲测量频率为10kHz的正弦振动加速度，应选用哪一只？试计算测量时将带来多大的振幅误差和相位误差。
1.14 有一个二阶系统如图1-12所示，求其输入为F=A·u(t)的阶跃响应，并画出响应曲线图（假定特征方程的根r1,r2为2个不等实数根）。
1.15 某测振传感器可作为二阶系统来处理，其幅频特性见图1-10。
已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比 ＝0.4，问：用该传感器测定正弦振动时，若要求幅值误差小于2％，求允许使用的频率范围及相应的最大相位误差；欲用来测量复合周期振动，应对传感器的哪个参数进行调整？怎么调整？[提示：按系统不失真条件考虑。
]1.16 结合传感器技术在未来社会中的地位、作用及其发展方向，综述你的见解。
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）。
传感器原理及应用课后习题答案)
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 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势，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？它们各部分代表什么含义？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部分总称为传感器。
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”。
定义表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、基本电路组成；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。
第2章 力、压力传感器课后习题
力传感器的组成是什么？答：力传感器主要由力敏感元件、转换元件和测量、显示电路组成。
弹性敏感元件的作用是什么？其分类有几种？各有何特点？答：作用：弹性敏感元件的作用是把力或压力转换为应变或位移，然后再转换电路将应变或位移转换为电信号。
分类：（1）力转换为应变或位移的变换力的弹性敏感元件（2）压力转换为应变或位移的变换压力的弹性敏感元件特点：变换力的弹性敏感元件圆柱式：结构简单，可承受较大的载荷，便于加工，实心圆柱形可测量大于10kN的力，空心圆柱形可测量1~10kN的力，且应力变化均匀。
圆环式：圆环式的敏感元件比圆柱式输出的位移大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。
悬臂梁式：它的一端固定，一端自由，结构简单，加工方便，应变和位移较大，适用测量1~5kN的力。
压力的弹性敏感元件弹簧管：C形弹簧管的一端密封但不固定，成为自由端，另一端连接在管接头上且固定，流体压力通过管接头进入弹簧管后，在压力F作用下，弹簧管的横截面力图变成圆形截面，截面的短轴力图伸长。
使弹簧管趋向伸直，一直伸展到管弹力与压力的作用相平衡为止。
这样自由端便产生了位移。
通过测量位移的大小，比可得到压力的大小。
波纹管：波纹管的轴向在流体压力作用极易变形，有较高的灵敏度。
波纹膜片和膜盒：线性度好，灵敏度高及各种误差小。
薄壁圆筒：筒壁均匀受力，并均匀向外扩张，所以在管壁的轴线方向产生拉伸力和应变力。
3、电阻应变式传感器的工作原理是什么？它是如何测量试件的应变的？答：工作原理：通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。
测试原理：测试时，将应变片用粘接剂牢固的粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻的变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定的测量线路将这种电阻的变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，就能知道被测试件应变量的大小。
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①
② ③ ④
Hale Waihona Puke 3、（1）试对比电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理 上的相同点和不同点。
（2）若将四片特性一致的 半导体应变片贴在悬臂梁上， 如图。设计的应变电桥电路 并标出对应的应变片标号。
R3
F
R4
R2 R1
相同点：都是将被测力转换为应变片的电阻 变化。 不同点：电阻丝应变片工作原理是基于金属 电阻应变效应，力引起电阻丝几何尺寸变化 和电阻率的变化；而半导体是基于压阻效应。 力引起电阻率的变化。半导体应变片的灵敏 系数远大于电阻丝应变片的灵敏系数。
R1
R4 U0 R2
R3
U
4、简述电阻应变片温度误差产生的原因及补偿方法。
1 5、 电阻应变片的灵敏度定义为 k ( R / R ) ，其中 R 为作用应变 后应变片电阻的变化，R为应变片的电 阻。如果一阻值为120Ω的应变片灵敏度k＝2.0，将该 应变片用总阻值为12Ω的导线连接到一测量系统，求 此时应变片的灵敏度。
6、如将两个100Ω电阻应变片平行地粘贴在钢制试件 上，试件初载等截面积为0.5×10-4m2，弹性模量E＝ 200GN/m2，由50kN的拉力所引起的应变片电阻变化 为1Ω。把它们接入惠斯通电桥中，电桥电源电压为 lV，求应变片灵敏系数和电桥输出电压为多少?
7、
8、 在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方 向各粘贴一片电阻为120Ω的金属电阻应变片，把这 两应变片接入差动电桥，已知钢的泊松比 =0.285， 应变片的灵敏系数k=2，电桥电源电压U＝2V，当试 件受轴向拉伸时，测得应变片Rl的电阻变化值 R ＝0.48Ω，试求电桥的输出电压。 l
第二章习题课
1、图为一直流应变电桥， R1=R2=R3=R4=350Ω， E = 4V，
求： R1增量为△R1=3.5Ω ①R1为应变片其余为外接电阻， 时输出U0=?。（单臂桥） ②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻， 电压输出U0=?。 ③R1、R4感受应变极性相反,输出U0=?。（半桥） ④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压 输出U0=?。（全桥差动）
4、产生原因：（1）应变片电阻丝有电阻温度系数。温度变 化造成应变片阻值变化。 （2）应变片电阻丝的线膨胀系数与试件的线膨胀系数不同， 温度变化时，造成有附加电阻。 补偿方法： 方法一：应变片自补偿。选用温度系数小的应变片，温度变 化时，造成电阻变化小。 方法二：桥路补偿。用与工作片特性一样的补偿片，将它们 接于电桥相临两臂，并置于同一温度场，温度变化时，工作 片与补偿片阻值变化相同值。对电桥输出无影响。 亦可接成半桥或全桥电路，可实现温度补偿。