第2章 电阻式传感器习题
《传感与检测技术》习题及解答
第1章 传感与检测技术基础第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式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？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆= l ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dL l L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过11、互感式12、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？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
第2章 应变式传感器(电阻式传感器)
工艺复杂, 将逐渐被横向效应小、 其他方面性能更优越的箔式应变计所
代替。
(a)
(b)
(c)
图 2.2金属丝式应变计常见形势
第2章 应变式传感器
箔式应变计（实验中用的）的线栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成很薄 的金属薄栅（厚度一般在0.003～0.01mm）。与丝式应变计相比有如下优 点:
(1) 工艺上能保证线栅的尺寸正确、 线条均匀, 大批量生产时, 阻值离 散程度小。 (2) 可根据需要制成任意形状的箔式应变计和微型小基长（如基长为 0.1 mm）的应变计。 (3) 敏感栅截面积为矩形, 表面积大, 散热好, 在相同截面情况下能通过 较大电流。 (4) 厚度薄, 因此具有较好的可挠性, 它的扁平状箔栅有利于形变的传 递。 (5) 蠕变小, 疲劳寿命高
式中, 应力 l T E (金属或者半导体的弹性模量) E l 其中, ε=Δl/l为轴向应变。 则有
第2章 应变式传感器
k0
R / R
1 2 E
对金属来说, πE很小, 可忽略不计, μ=0.25～0.5, 故k
因此, 将同样长的金属线材做成敏感栅后, 对同样应 变, 应变计敏感栅的电阻变化较小, 灵敏度有所降低。 这 种现象称为应变计的横向效应。
第2章 应变式传感器
下面计算横向效应引起的误差。
图为 应变片敏感栅半圆弧部分的形状。沿轴向应 变为εX ，沿横向应变为εY 。
X
θ
dl
dθ
丝绕式应变片敏感栅半圆弧形部分
第2章 应变式传感器
k0为单根导电丝的灵敏系数, 表示当发生应变时, 其电阻变 化率与其应变的比值。 k0的大小由两个因素引起, 一项是由 于导电丝的几何尺寸的改变所引起, 由（1+2μ）项表示, 另 一项是导电丝受力后, 材料的电阻率ρ发生变化而引起, 由
传感器考试试题及答案完整版
传感器考试试题及答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿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，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差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。
越5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω_________, 其工作频带越宽。
6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。
7、非线性电位器包括和两种。
8、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9、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10、属于传感器静态特性指标的是（D ）A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性11、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12、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, 其响应速度越快越小, 其工作频带越宽B 二阶传感器的固有频率ωC 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。
越小, 其响应速度越快。
D 二阶传感器的固有频率ω二、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。
《传感器与检测专业技术》第二版部分计算题解答
-《传感器与检测技术》第二版部分计算题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章 传感器与检测技术概论作业与思考题1．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。
依题意：已知X 1=4.5mm ； X 2=5.5mm ； Y 1=3.5V ； Y 2=2.5V求：S ；解：根据式（1-3） 有：15.45.55.35.21212-=--=--=∆∆=X X Y Y X Y S V/mm 答：该仪器的灵敏度为-1V/mm 。
2．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：0.35Ω/℃；电桥：0.01V/Ω；放大器：100（放大倍数）；笔式记录仪：0.1cm/V求：（1）测温系统的总灵敏度；（2）纪录仪笔尖位移4cm 时。
所对应的温度变化值。
依题意：已知S 1=0.35Ω/℃； S 2=0.01V/Ω； S 3=100； S 4=0.1cm/V ； ΔT=4cm求：S ；ΔT解：检测系统的方框图如下：ΔT ΔR ΔU 1 ΔU 2 ΔL（3分）（1）S=S 1×S 2×S 3×S 4=0.35×0.01×100×0.1=0.035（cm/℃） （2）因为：TL S ∆∆=所以：29.114035.04==∆=∆S L T （℃） 答：该测温系统总的灵敏度为0.035cm/℃；记录笔尖位移4cm 时，对应温度变化114.29℃。
3．有三台测温仪表，量程均为0_600℃，引用误差分别为2.5%、2.0%和1.5%，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选哪台仪表合理？依题意，已知：R=600℃； δ1=2.5%； δ2=2.0%； δ3=1.5%； L=500℃； γM =2.5% 求：γM1 γM2 γM3解：铂电电桥放大记录（1）根据公式（1-21）%100⨯∆=Rδ 这三台仪表的最大绝对误差为：0.15%5.26001=⨯=∆m ℃0.12%0.26002=⨯=∆m ℃0.9%5.16003=⨯=∆m ℃（2）根据公式（1-19）%100L 0⨯∆=γ 该三台仪表在500℃时的最大相对误差为：%75.2%10050015%10011=⨯=⨯∆=L m m γ %4.2%10050012%10012=⨯=⨯∆=L m m γ %25.2%1005009%10013=⨯=⨯∆=L m m γ 可见，使用2.0级的仪表最合理。
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 。
传感器考试试题及答案
传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿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，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差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__________,其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________,其工作频带越宽。
6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。
7、非线性电位器包括和两种。
8、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9、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10、属于传感器静态特性指标的是（D）?A.固有频率?B.临界频率?C.阻尼比?D.重复性11、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12、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。
二、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。
作业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、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__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。
检测技术第2章部分练习答案
第二章电阻传感器思考题与习题答案1. 单项选择题1）电子秤中所使用的应变片应选择____B____应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择____D____；一次性、几百个应力试验测点应选择廉价的____A____应变片。
A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器2）应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择____C____测量转换电路。
A. 单臂半桥B. 双臂半桥C. 四臂全桥D. 独臂3），热敏电阻测量转换电路调试过程的步骤是____A____。
若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往____G____调。
A. 先调节RP1（调零电位器），然后调节RP2（调满度位器）B. 同时调节RP1、RP2C. 先调节RP2，然后调节RP1D.调满度E..调零F.小G.大4）电热水器中的测温Rt（热敏电阻）应选择____A____热敏电阻；过热保护电路中，温度升高，继电器吸合控制中的Rt应选择____B____热敏电阻；过热时，继电器释放控制中的Rt应选择____C____热敏电阻。
A. NTC指数型B. NTC突变型C. PTC突变型5）MQN气敏电阻可测量____C____的浓度，TiO2气敏电阻可测量____D____的浓度。
A. CO２B. N2C. 气体打火机车间的有害气体D. 汽车排气管中剩余的氧气6）湿敏电阻用交流电作为激励电源是为了____B____。
A. 提高灵敏度B. 防止产生极化、电解作用C. 减小交流电桥平衡难度7）当天气变化时，有时会发现在地下设施（例如地下室）中工作的仪器内部电路板漏电增大，机箱上有小水珠出现，磁粉式记录磁带结露等，影响了仪器的正常工作。
该水珠的来源是____C____。
A. 从天花板上滴下来的B.由于空气的绝对湿度达到饱和点而凝结成水滴C. 空气的绝对湿度基本不变，但气温下降，室内的空气相对湿度接近饱和，当接触到温度比大气更低的仪器外壳时，空气的相对湿度达到饱和状态，而凝结成水滴8）在使用测谎器时，被测试人由于说谎、紧张而手心出汗，可用____D____传感器来检测。
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考传感器与检测技术复习题基础知识自测题第一章传感器的通常特性1.传感器是检测中首先感受，并将它转换成与有确定对应关系的的器件。
2.传感器的基本特性通常用其特性和特性去叙述。
当传感器转换的被测量处在动态时，测出的输入一输出关系称作特性。
3.传感器变换的被测量的数值处在稳定状态下，传感器输出与输入的关系称为传感器的特性，其主要技术指标有：、、和等。
4.传感器实际曲线与理论直线之间的称作传感器的非线性误差，其中的与输入满度值之比称作传感器的。
5.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，变化量与化量的比值。
对传感器来说，其灵敏度是常数。
6.传感器的动态特性就是指传感器测量时，其输入对输出的特性。
7.传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成关系的其它量的元件称为元件。
8.只体会由敏感元件输入的，并且与成确认关系的另一种非电量，然后输入电量的元件，称作元件。
第二章电阻式传感器1.电阻应变片就是将被测试件上的转换成的传感元件。
2.电阻应变片由、、和等部分共同组成。
3.应变式传感器中的测量电路是将应变片转换成的变化，以便显示或记录被测非电量的大小。
4.金属电阻应变片脆弱栅的形式和材料很多，其中形式以式用的最少，材料Infreville的最为广为。
5.电阻应变片的工作原理就是依据快速反应效应创建与变形之间的量值关系而工作的。
6.当应变片主轴线与试件轴线方向一致，且受到一维形变时，应变片灵敏系数k就是应变片的与试件主应力的之比。
7.电阻应变片中，电阻丝的灵敏系数小于其灵敏系数的现象，称为应变片的横向效应。
8.电阻应变片的温度补偿中，若使用电桥补偿法测量应变片时，工作应变片粘贴在表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的上时，则补偿应变片不。
9.用弹性元件和及一些附件可以共同组成快速反应式传感器.10.应变式传感器按用途划分有：应变式传感器、应变式传感器、应变式传感器等。
11.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以，同时还能起到的作用。
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。
第2章 电阻式传感器习题
{6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。
A. 金属丝式B. 金属箔式C. 电阻应变仪D. 固态压阻式传感器7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择的测量转换电路。
AA 单臂半桥 B 双臂半桥C全桥四臂全桥8、测量温度不可用传感器。
A. 热电阻B. 热电偶C. 电阻应变片D.热敏电阻A 提高测量灵敏度B 减小非线性误差C 提高电磁兼容性D 减小引线电阻影响、9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。
灵敏度。
A.减小B. 增大C. 不变10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。
A.减小B. 增大C. 不变11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。
A.减小B. 增大C. 不变12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。
A. CO2B. N2C. 气体打火机间的有害气体D 锅炉烟道中剩余的氧气。
…13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。
A 提高灵敏度B 防止产生极化、电解作用C 减小交流电桥平衡难度14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来测量A应变片B热敏电阻 C 气敏电阻D湿敏电阻15、某NTC的特性如图曲线1所示。
将它与电视机的显像管的灯丝串连，求：（1）指出各曲线代表的电阻。
（2）在室温（25℃）时的阻值为_____Ω，在150℃时的阻值为_____Ω。
（3）电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流接近于_____。
当该PTC的温度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的【灯丝电流显著_____（增大/减小）。
采用该电路，可以达到使显像管_____（快/慢）启动的目的。
三、问答题1、解释应变效应、压阻效应。
2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。
电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么四、分析与计算题1、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型及对应变片阻值的影响2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。
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。
传感器习题
第一章习题1、什么是传感器，它由几个部分组成？2、何为传感器的静态特性？衡量传感器的静态特性的重要指标有那些？3、什么是传感器的动态特性？如何进行分析？4、有一个温度传感器，其微分方程dy/dt+3y=0.15x, x为输入, y为输出mv,求传感器:(1)时间常数τ(2)静态灵敏度(3)若X(t)是周期分别为1S、2S、3S的正弦信号，问幅值和相位的相对误差。
第二章习题1、电阻应变式传感器的温度误差原因？如何补偿？2、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为那几种？各自的输出电压如何计算？3、如果在实心钢圆柱试件上，沿轴向和圆周方向各贴一片=120Ω的金属应变片，将这二片应变片接入等臂半桥差动电桥中。
已知μ=0.285,K=2,电桥电源电压6V（DC）,当被测试件受F（轴向拉伸时）作用后,ΔR1=0.48 Ω,求桥路的输出电压值.4、图示为等强度测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2.05，未受应变时，R1=120 Ω。
当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=800μm/m求：（1）应变片电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1。
（2）将电阻应变片R1置于单臂测量桥路，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）若要减小非线性误差，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。
第三章习题1、光电效应可分为几类，说明原理并指出相应的光电器件？外光电效应：真空光电管、光电倍增管；光电导效应：光敏电阻；光生伏特效应：光电池、光电二极管、PIN 性硅光电管。
2、何谓光电池的开路电压及短路电流？为什么作为检测元件时要采用短路电流输出形式？负载电阻趋于无穷时，光电池两端的电压称为开路电压；外接负载电阻远小于光电池内阻时的电流称为短路电流。
短路电流与照度线性关系良好.3、在光电器件中那一种光电器件响应速度最慢？4、真空光电管和充气光电管各有何特点，测量中应选用那种光电管？5、当光源波长为0.8—0.9μm时宜采用那几种光敏元件做测量元件？为什么？P81、P66、P58、P736、举出你所熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图，并说明其工作原理。
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
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。
第2章习题、答案、解题过程,2017-5-28
《自动检测技术及应用》对应习题《自动检测技术及应用》对应第2章习题电阻传感器的练习题答案、解题过程、知识点、难易程度一、单项选择题1、电子秤中所使用的应变片应选择（）应变片。
A．金属丝式B．金属箔式C．电阻应变仪D．固态压阻式压力传感器答案：B解题过程：根据表2-1，金属箔式温漂小，适用于电子秤的精密测量。
知识点：应变片的类型与结构难易程度：易2、为提高集成度，测量气体压力应选择（）。
A．金属丝式B．金属箔式C．电阻应变仪D．固态压阻式压力传感器答案：D解题过程：根据图2-9及有关文字，固态压阻式压力传感器在测量气体压力时的输出信号电压比较大。
知识点：应变片的应用难易程度：易3、一次性、几百个应力试验测点应选择（）应变片。
A．金属丝式B．金属箔式C．电阻应变仪D．固态压阻式压力传感器答案：A解题过程：根据图2-3及有关文字，金属箔式价廉，适合于一次性（测量结束就铲掉）、大批量测量。
知识点：应变片的应用难易程度：易4、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择（）测量转换电路。
A．单臂半桥B．双臂半桥C．四臂全桥D．四臂半桥答案：C解题过程：可参考第2.1.3节有关内容。
四臂全桥的灵敏度，比半桥及单臂半桥高，并且四个桥臂的温漂可以相互抵消。
知识点：应变片桥路难易程度：易5、在图2-17a中，热敏电阻测温电路调试过程的步骤是（）。
A．先调节RP1，然后调节RP2B．同时调节RP1、RP2C．先调节RP2，然后调节RP1D．RP2往上调答案：A解题过程：可参考第2.2.2节有关内容。
多数仪表的调试过程是先调零，后调满度。
即使是带有微处理器的仪表，用软件调零和调满度时，也是先调零，后调满度。
知识点：热敏电阻测温电路难易程度：易6、在图2-17a中，若发现毫伏表的满度值偏大，应将（）。
A．RP2往左调B．RP2往右调C．RP2往下调D．RP2往上调答案：B解题过程：可参考第2.2.2节有关内容。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题答案
24.875
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第1章 传感器的一般特性
4、何为传感器的静态特性？静态特性的主要技术指标有 哪些？ 答：传感器的静态特性是在稳态信号作用下的输入输出 特性。 衡量静态特性的重要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重 复性、稳定性等。
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第1章 传感器的一般特性
5、何为传感器的动态特性？动态特性的主要技术指标有 哪些？ 答：传感器的动态特性是传感器在被测量随时间变化的 条件下输入输出关系。动态特性有分为瞬态响应和频率 响应。
答：金属应变片在外力的作用下，应变片的几何尺寸（长度和截面积 ）发生变化（机械形变）而引起应变片的电阻改变，运用它们的对应 关系实现测量目的；其灵敏系数（k≈1+2μ）主要是材料几何尺寸变化 引起的。半导体应变片受到作用力后，应变片的电阻率ρ发生变化，而 引起应变片的电阻值改变。其灵敏系数（k=△ρ/ρε）主要是半导体材 料的电阻率随应变变化引起的。 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。 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。精品
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第2章 电阻应变式传感器及其应用
解：(1)如图a，当重力F作用梁短部后，梁上表面R1和R3产生正
应变电阻变化而下表面R2和R4则产生负应变电阻变化，其应变的
绝对值应相等，即：
1 ＝ 3 ＝ 2 4 b 6 h F 2 L E 6 b m h 2 g E L
电阻相对变化量为：
R1R3R2 R4 Rk
R1 R3
R2
R4 R
现将四个电阻应变片按照图b所示接入等臂全桥电路，其输出电
桥电路电压为:
U0
R R
U
传感器原理与应用习题_第2章电阻式传感器
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第2章 电阻式传感器2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。
答：（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K0=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K0=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K0=Ks=πE 。
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。
2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？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。
答：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。
答：原因：)(211)(44433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ∆+∆+∆+∆+∆-∆+∆-∆=∆ 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。
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一、填空题：
1、电位移传感器是将1、电位器式传感器是一种将转换
成的传感器。
2、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这一效应称为
2、常用弹性敏感元件一般用制成。
3、电阻应变式传感器可直接测量的物理量是，电阻应变片的制作材料分为和两种。
它们收到外力电阻发生变化，第一种是由形成的，第二种是由造成的。
的灵敏度较大。
4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。
5、应变测量电桥的三种接法是、、。
输出电压分别为、、。
电桥转换电路，因接法不同，灵敏度也不同，的灵敏度最大，实验证明输出电压与应变或受力成（线性/非线性）关系。
6、要使直流电桥平衡，必须使相对桥臂的电阻值的相等。
7、电阻应变效应做成的传感器可以测量、、。
8、测温热电阻分为和。
9、MQN气敏电阻可测量。
TiO2气敏电阻可
测量。
10、带有调零、调满度的热电阻测量转换电路调试过程的步骤是
_____。
若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往_____调。
11、测温热电阻分按结构分为___ 、___ _、__ 热敏电阻按温度系数又可分___ 、_ _。
12、湿敏电阻传感器按结构形式分为___ 、___ 、
_。
13、在下图控制电路中R t应选用________（PTC/NTC）。
二、选择题
1、将应变片贴在上，可以分别做成测量位移、力、加速度传感器。
A试件 B质量块 C应变电阻弹性元件 D机器组件
2、产生应变片误差的主要原因。
A电阻有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C电阻丝承受应变力方向不同
3、应变片的标称电阻3、电阻应变片的标称电阻有几种，应用3、、
A60 A 60 B100 C120 D200 D200
4、通常用应变式传感器测量。
A温度 B密度 C 加速度 D 电阻
5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。
AA 电阻 B电容 C电压电压 D 电荷
6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。
A. 金属丝式
B. 金属箔式
C. 电阻应变仪
D. 固态压阻式传感器
7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择
的测量转换电路。
AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥
8、测量温度不可用传感器。
A. 热电阻
B. 热电偶
C. 电阻应变片
D.热敏电阻
A 提高测量灵敏度
B 减小非线性误差
C 提高电磁兼容性
D 减小引线电阻影响
9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。
灵敏度。
A.减小
B. 增大
C. 不变
10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。
A.减小
B. 增大
C. 不变
11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。
A.减小
B. 增大
C. 不变
12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。
A. CO2
B. N2
C. 气体打火机间的有害气体
D 锅炉烟道中剩余的氧气。
13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。
A 提高灵敏度
B 防止产生极化、电解作用
C 减小交流电桥平衡难度
14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可
用传感器来测量
A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻
15、某NTC的特性如图曲线1所示。
将它与电视机的显像管的灯丝串
连，求：
（1）指出各曲线代表的电阻。
（2）在室温（25℃）时的阻值为_____Ω，在150℃时的阻值为
_____Ω。
（3）电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流接近于_____。
当该PTC的温
度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的
灯丝电流显著_____（增大/减小）。
采用该电路，可以达到使显像管
_____
（快/慢）启动的目的。
三、问答题
1、解释应变效应、压阻效应。
2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。
电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么
四、分析与计算题
1、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型？及对应变片阻值的影响？
2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=2.0的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。
当应变片应变 =1000um/m时，若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式。
（设输出阻抗为无穷大）
3、有一吊车的拉力传感器如图，电阻应变片R1、R2、R3、R4的位置如图所示。
已知R1、R2、R3、R4的标称电阻均为120Ω，桥路电压3V，物重m引起R1、
R2的变化增量为1.2Ω。
画出应变电桥电路，计算测得的输出电压，并说出R3、R4的作用。
4、有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，
R2=R3=R4=100Ω，Ui=5V求：
（1）该电阻的材料
（2）测温范围
（3） 0℃的电阻值
（4）查分度表－40℃—+40℃的电阻值
（5）计算t=40℃时电桥的开路输出电压。
r1、 r4 r i r7 都不计，不考虑RP1 RP2的影响
第二章电阻传感器习题答案
一、填空题：
1、位移或角位移电阻或电压
2、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这一效应称为
2、合金钢
3、力金属半导体应变电阻
半导体 4、温度补偿减小非线性 5单臂半桥双臂半桥全桥全桥线性 6、乘积 7、力加速度固态压力 8 热电阻热敏电阻 9测量还原性气体的浓度测量氧浓度 10 先调节RP1再RP2 小 11 普通铠装薄膜PTC NTC 12金属氧化物陶瓷传感器金属氧化物膜型传感器高分子材料湿敏电阻 13 NTC 14 D
15 1)1-突变NTC 2-负指数NTC 3-线性PTC 4-突变PTC 5-铂热电阻2）106Ω10Ω
3）小大快
二、选择题
1、A弹性元件 D机器组件
2、A
3、C
4、C
5、C
6、BDA
7、C
8、C
9、AB 10、B
11、A 12、CD 13、B 14、D3、电阻应变片的标称电阻有几A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差
C 提高电磁兼容性
D 减小引线电阻影响
三、问答题
1、导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化。
半导体受力后，电阻会改变，成为压阻效应。
2、因
输出电压受温度的影响。
因应变电阻R1与R2完全相同，从下式看出输出电压与温度无关
补偿的方法是采用双臂半桥或全臂全桥。
四、分析与计算题
1、R1与R2为压应变，R3与R4为拉应变
2、解： =10×2×1000×10-6=0.02V=20mV.可采用双臂半桥或全桥的工作方式。
3、解：Uo=（3×1.2）/（2×120）=0.015V
R3、R4的作用是电桥平衡
4、（1）铂（2）测温范围：-200-9600C（3）0℃的电阻值为100Ω（4）有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，
R2=R3=R4=100Ω，Ui=5V求：
（6）该电阻的材料
（7）测温范围
（8） 0℃的电阻值
（9）查分度表－40℃—+40℃的电阻值
（10）计算t=40℃时电桥的开路输出电压。
r1、 r4 r i r7 都不计，不考虑RP1 RP2的影响。