《传感器与自动检测技术》课后习题答案(余成波_主编)

一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？

答：（1）能感受（或响应）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，通常由敏感元件和转换元件组成。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。

1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。

答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息

其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；

（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。

1.3什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？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；

1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？

答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。

1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？

答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

二、2.1什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？

答：（1）由于测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离其真值产生测量误差。（2）有绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。（3）绝对误差用来评价相同被测量精度的高低；相对误差可用于评价不同被测量测量精度的高低；为了减少仪器表引用误差，一般应在满量程2/3范围以上进行测量。

2.2按测量手段分类有哪些测量方法？按测量方式分类有哪些测量方法？

答：（1）按测量手段分类：a、绝对测量和相对测量；b、接触测量和非接触测量；c、单项测量和综合测量；d、自动测量和非自动测量；e、静态测量和动态测量；f、主动测量和被动测量。（2）按测量方式分类：直接测量、间接测量和组合测量。

2.3产生系统误差的常见原因有哪些？常见减少系统误差的方法有哪些？

答:原因有：a、被检测物理模型的前提条件属于理想条件，与实际检测条件有出入；b、检测线路接头之间存在接触电动势或接触电阻；c、检测环境的影响；d、不同采样所得测量值的差异造成的误差；e、人为造成的误读等等。

2.4什么是准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系？

答：测量的准确度是指在一定的实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示；它表示系统误差的大小。精密度是指在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致程度。反映的是测得值的随机误差。精密度高，不一定正确度高。精确度是指被测量的测得值之间的一致程度以及与其真值的接近程度，即精密度与正确度的综合概念。从测量误差的角度来说，精确度（准确度）是测得值的随机误差和系统误差的综合反映。正确度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。反映的是测得的系统误差。

2.5服从正态分布规律的随机误差有哪些特征？

答：随机误差概念分布可以用正态函数表示；标准偏差*越大所测值就越分散，精度越低；、微小的及独立的随机变量之总和服从正态分布。

2.6有三台测温仪表，量程均为0-600*C，精度等级分别为2.5级，2.0级，1.5级。现要测量500*C的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？为什么？

解：设A为检测系统的精度；&A为测量范围内元件的最大绝对误差；Yfs为满量程输出。

&A<=2.5%*500=12.5*C A=&A/Yfs*100%<=12.5/600*100%=2.08%;所以应选择精度等级为2.0级的仪表则合理。

2.7什么是剩余误差？它与随机误差有何不同？

答：（1）剩余误差是各次测量值与其算术平均值之差，也称残差，是指实际观察值与回归估计值之差；（2）区别：剩余误差只是计算近似值过程中某一步与真实值的差值；而随机误差是多次重复测量时所得误差。

2.10测量某电路电流共6次，测得数据（单位：mA）分别为175.41,175.59,175.40,175.51,175.53,175.44。试求算术平均值和标准误差。

解：算术平均值：X=（175.41+175.59+175.40+175.51+175.53+175.44）/6=175.48

标准误差*=【（各数的平方之和）/6】再开平方根。

2.12已知某差压变送器，其输入位移与输出电压之间的理想特性为V=8x，实际数据如

试求：（1）最大绝对误差，相对误差，并指出其测量点；（2）若指示仪表量程为50mv，指出仪表的精度等级。解：

三、3.1电阻式传感器有哪些重要类型？

答：常用的电阻式传感器类型有：电位器式、电阻应变片式、热敏效应式等类型。

3.3金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同？

答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律，应变片的结构尺寸变化时，电阻相应地变化，其电导率P并未发生变化。而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是，其电导率P则发生变化的现象。

3.5如下图所示为一直流电桥，供电电源电动势E=3v，R3=R4=100，R1和R2为相同型号的电阻应变片，其电阻值均为100，灵敏度系数K=2.0.两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正、反两面。设等强度梁在变力后产生的应变为5000µε，试求此时电桥输出端电压Uo.解：

3.6哪些因素引起应变片的温度误差，写出相应误差表达式，并说明电路补偿的原理。答：（1）由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素有: a、电阻温度系数的影响：:敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：当温度变化Δ t 时, 电阻丝电阻的变化值为Δ Rt=Rt- R0= Roα o Δ t ；b、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响：当试件与电阻丝材料的线膨胀系