传感器原理及其应用(李艳红、李海华主编)-部分课后习题
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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一输入关系。
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。
1.2答：传感器的动态特性是指其输岀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。
1.3at a {) at q 传递函数卩F频率响应：—-— X 丿砂+ 1相频响应特性：e=tg-'n2.1当金属丝和半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为:AR ~R△打 Amax 100% s = lim(詈) dy dx^ax-^n 100%R 二(2二 3)S _]00% ^ax-^in幅频响应特性: 工(j® X J (砂)? + 1(2-10),minYa/?, max对于金属丝而言，电阻的相对变化量则主要由形变和电阻率的相对变化量共同作用引起。
而对于半导体，式中应变片的电阻率的相对变化，其值与半导体敏感条在轴向所受的应力 上式中1+2〃项随几何形状而变化，JijE 项为压阻效应，随电阻率而变化。
实验证明对于半导体，UE 比1+2〃大近百倍，所以1+2〃可以忽略，因而半导体应变片 的灵敏系数为：AR/=/K=£E (2 14)J 因此半导体应变片电阻的相对变化主要由电阻率的相对变化引起。
2.2金属丝式应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，构件的轴向应变£使 敏感栅电阻发生变化，而其横向应变£/•也使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化。
应变片的 这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。
横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比值，称为横向效应系数H 。
即：可见，「愈小、2愈大，则H 愈小。
即敏感栅越窄、基长越长的应变片，其横向效应引起的 误差越小。
2.4分为单臂电桥，半桥差动电桥和全桥差动电桥，各自的输出电压和电桥灵敏度的计算公式 为： 单臂电桥：/ 1 A DU.=丄 E 沁(2-30)4 & S v =-E(2-31) v 41 AD半桥差动电桥：U.=-E —(2-34)0 2 &S v = E/2AD全桥差动电桥：u {) = E —Sv=ER \2.5之比为-常数。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题解答76页文档
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
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40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
传感器原理及其应用(第二版)部分习 题解答
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
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。
传感器原理及应用习题答案完整版
传感器原理及应用习题答案习题1 (3)习题2 (5)习题3 (9)习题4 (11)习题5 (13)习题6 (15)习题7 (18)习题8 (21)习题9 (24)习题10 (26)习题11 (27)习题12 (29)习题13 (33)习题11-1 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。
《传感器原理及应用》课后答案
《传感器原理及应用》课后答案第1章传感器基础理论思考题与习题答案1.1什么是传感器？（传感器定义）解：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或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。
1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。
通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。
静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。
动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。
解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。
其中，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能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。
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。
意义略（见书中）。
动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。
1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。
解：其灵敏度333001060510UkX--===1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S 2=2.0V/mV 、S 3=5.0mm/V ，求系统的总的灵敏度。
1.7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。
《传感器原理及应用》课后答案
传感器原理及应用课后答案第一章概述1.1 传感器的定义传感器是一种将非电学量转换为可用电信号的设备，常用于测量温度、压力、光强度、声音和速度等物理量。
1.2 传感器的种类传感器分为许多种类，具体如下：•温度传感器•压力传感器•光强度传感器•声音传感器•速度传感器1.3 传感器的应用传感器在各个领域都有着广泛的应用，例如：•工业控制•农业•医疗•航空航天•环境保护第二章传感器的原理2.1 传感器的工作原理传感器的工作原理是将非电学量转化为电信号，步骤如下：•感受能量，将其转化为其他形式的能量；•转换能量成为电信号；•处理信号，使其变得易于测量和理解；•输出信号，以供其他设备使用。
根据传感器的作用和特点，可将传感器分为以下几类：•光电传感器•电容传感器•感应传感器•电磁传感器2.3 传感器的性能指标常用的传感器性能指标有以下几个：•精确度•灵敏度•稳定性•量程•带宽第三章常见传感器技术及应用3.1 温度传感器温度传感器常用于测量物体的温度，分为以下几种：•热电传感器•热敏电阻传感器•热电偶传感器3.2 压力传感器压力传感器常用于测量物体的压力大小，由以下几种：•压阻式传感器•容积式传感器•电感式传感器3.3 光强度传感器光强度传感器可用于测量光的强度，常用于以下领域：•光学仪器•汽车•家用电器声音传感器可测量声音的大小和强度，在以下领域应用广泛：•通讯•电视和电影制作•医疗3.5 速度传感器速度传感器用于测量物体的速度大小，常见于以下场景：•汽车•飞机•电梯结语传感器是现代生活中不可或缺的重要组成部分，在工业、医疗、环保等多个领域发挥着重要作用。
理解传感器的原理和应用，有助于更好地掌握现代科技的发展方向。
传感器原理及应用习题答案(完整版)
2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。
试问：应选用哪一种应变计为什么答：应选用栅长为5mm 的应变计。
由公式ρρεμd RdRx ++=)21(和[]x m x K C RdRεεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量应变片电阻的变化率来实现的。
电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。
一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。
以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。
显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。
从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。
2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。
试确定构件的最大应变频率限。
答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。
当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而为应变计所响应时，就会有时间的迟后。
应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。
由][]e l vf e l l 66max max ππλ<=<或式中v 为声波在钢构件中传播的速度；又知道声波在该钢构件中的传播速度为：kgm m N E336211108.710/102--⨯⨯⨯⨯==ρν;s m kg s m Kg /10585.18.7/8.91024228⨯=⨯⨯⨯=；可算得kHz msm e l v f 112%5.061010/10585.1||634max =⨯⨯⨯==-π。
2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题答案
传感器应用
1 工业自动化
传感器在工业自动化中起到关键作用，用于 监测生产过程、控制机械设备，并提高生产 效率。
2 汽车工业
传感器在汽车工业中广泛应用，例如安全气 囊传感器、转向角传感器和发动机传感器等， 提供安全和性能优化。
3 智能家居
传感器技术在智能家居中发挥作用，实现自 动化控制、能源管理和便利性。
传感器原理及其应用(第 二版)部分习题答案
在这个习题答案部分，我们将回顾传感器原理及其应用的重点内容，并提供 详细的答案，以帮助您更好地理解与应用传感器技术。
前言
了解传感器原理及其应用的基础知识对于现代科技发展至关重要。本书将深 入探讨各类传感器的工作原理，及其在工业、汽车、智能家居和医疗设备等 领域的应用。
传感器原理
压力传感器
通过测量介质的压力变化来检测压力值，广泛应 感器
基于物质的热特性，测量目标物体的温度值，广 泛应用于各个行业。
位移传感器
通过测量目标物体的位置变化来得到位移值，常 用于机械控制和测量应用。
速度传感器
用于测量物体的运动速度，常见应用于机械控制 和航空领域。
4 医疗设备
传感器在医疗设备中应用广泛，如血压传感 器、心电图传感器和体温传感器，提供更准 确的诊断和治疗。
习题答案
以下是本书后部分的习题答案。通过答题练习，您可以巩固对传感器原理及 其应用的理解，并检验自己的学习成果。
参考文献
在进行传感器研究和应用时，参考文献是非常重要的资源。以下是一些经典的传感器原理及应用领域的参考文 献。
传感器原理及应用习题答案完整版
传感器原理及应用习题答案习题仁习题2.. 习题3.. 习题4.. 习题5.. 习题6.. 习题7.. 习题8.. 习题9.. 习题10 习题行习题12 习题13・・2 ,4 ,8 10 12 14 17 20 232526习题11-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？并说出各部分的作用及其柑互间的关系。
答：传感器理能感受规定的被测录并按照一定的规律将其犠城可用输出倍号的器件或装氨通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是fg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畳转换成适于传输或测量的电倍号部分。
由于传感器的输岀倍号一般都很微弱,因此需要有倍号调节与转换电路对其逬行放大、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，传感器的倍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＜牛一e集成在同一芯片上。
此^卜,倍号调节转换电路以及传感器工作必须有辅助的电源，因此倍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：传感器位于倍想采集系统之首,厲于感知、获取及检测倍息的窗口•并提供给系统赖以逬行处理和决策所必须的原始倍息。
没有传感技术，整个倍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,倍息控制技术对传感器的依赖性就越大。
发展方向：开发新林料，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S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^s被测畳的值处于稳定状态时Bg输出F入关系。
与时间无关•主要性瞬标有：线性度、灵敏康、迟滞和"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畳之间的响应特性。
常用的分析方法有时域分析和频域分析.时域分析采用阶跃倍号做输入•频域分析采用正弦倍号做输入。
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。
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，包括目前暂时在使用的极限误差等；⑤手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；⑥规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限或复现性限。
第二章P24 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指标？答：(1)传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时，传感器的输出与输入的关系(2)线性度、灵敏度、迟滞性、重复性、分辨率、漂移(3) 线性度：灵敏度：迟滞性：分辨率：第三章P43 1、2、41.什么叫电阻式传感器？什么是金属材料的电阻应变效应？什么是半导体压阻效应？答：(1)电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成电压或电流信号的输出，从而实现非电量的测量。
传感器原理及应用-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。
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精品
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。
精品
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10.48R ∆=Ω。
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 =1.2Ω，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。
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第一章P10 1、2、5、6
1.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，包括目前暂
时在使用的极限误差等；
⑤手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；
⑥规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限或复现性限。
第二章P24 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指标？
答：(1)传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时，传感器的输出与输入的关系
(2)线性度、灵敏度、迟滞性、重复性、分辨率、漂移
(3) 线性度：
灵敏度：迟滞性：
分辨率：
第三章P43 1、2、4
1.什么叫电阻式传感器？什么是金属材料的电阻应变效应？什么是半导体压阻效应？
答：(1)电阻式传感器是利用一定的方式将被测量的变化转化为敏感元件电阻参数的变化，再通过电路转变成电压或电流信号的输出，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。
(2)线路补偿法、应变片自补偿法。
第四章P62 1、2、3
1.什么叫电容式传感器？有哪些类型？
答：(1)电容式传感器：将被测量的变化转换成传感元件电容量的变化，再经过测量电路将电容量的变化转换成电信号输出。
(2) 变面积式；变间隙式；变介电常数式。
2.简述变面积式(直线位移型) 和变间隙式电容传感器工作原理。
答：对于平板状结构，两极板有效覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为
其中为初始电容
其中为初始电容
3.简述双T型电桥电路的工作原理
答：
双T型电桥连接
正半周负半周
d
ab
C
ε
=
)
/
ln(
2
0r
R
h
C
πε
=
电源电压u 处于正半周时，二极管VD 1导通，VD 2截止，C 1被快速充电至U ，电源U 经R 2以电流I 1向负载R L 供电。
如果电容C 2初始时已充电，则C 2经R 2和R L 放电，放电电流为I 2，即流经R L 的电流I L 为I 1、I 2代数和。
电源电压u 处于负半周时，二极管VD 1截止，VD 2导通，C 2被快速充电至U ，电源U 经R 2以电流I 2’向负载R L 供电。
而C 1经R 1和R L 放电，放电电流为I 1’，即流经R L 的电流I L ’为I 1’、I 2’代数和。
第五章 P78
1.什么是电感式传感器？有哪些类型？
答：(1)利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数L 或互感系数M 的变化，再由
测量电路转换为电压或电流的变化量输出
(2)自感式、差动变压式、电涡流三种类型
2.变气隙式传感器工作原理
答： δ改变则L 改变，其对应转化的电或电流改变。
3.相敏检波电桥电路工作原理
答：
当差动式自感电感传感器处于中间位置时，Z 1=Z 2=Z ，输出电压U 0为零。
当衔铁移动使Z 1增加，则Z 2减小，当电源U 上正下负时，电阻R 2上的压降大于R 1上的压降。
4.涡流式传感器工作原理
答：根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中，导体内将产生呈涡旋状的
感应电流，称之为电涡流或涡流，这种现象称为涡流效应。
电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化或电感的变化从而进行非电量电测的
第六章 P92
1.什么是压电效应？
答：(1)正压电效应：某些电介质物质，在沿着一定方向上受到外力的作用而变形时，内部产生极化现象，同时在它的相应表面上会产生极性相反的电荷；当外力撤消后，又重新回到不带电的状态；当作用力改变方向时，电荷的极性也随之改变，机械能转化为电能；
(2)逆压电效应：在电介质物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当外加电场撤消时，电介质的变形也随之消失，电能转化为机械能
2.压电式传感器工作原理
答：以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，电介质的表面就会产生电荷，有电压输出，从而实现力—电信号转换，再通过检测电荷量（或输出电压）的大小，即可测出作用力的大小。
δ
μ202
S N L =
3.压电式传感器等效电路有哪两种？
答：电荷等效、电压等效两种
4.前置放大器作用
答：(1)放大压电式传感器输出的微弱电信号
(2)把压电式传感器的高输出阻抗变为低阻抗输出
第七章P93
1.什么是霍尔效应？
答：霍尔效应：半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势。
2.霍尔元件的基本测量电路及其工作原理
答：
3.霍尔传感器的不等位电势产生原因及其补偿方法
答：(1)霍尔元件对温度的变化很敏感
(2)恒流源供电、采用热敏元件、不等位电势的补偿（详见P96~97）
第八章P135 2、3、4
1.光电效应、光电导效应、光伏特效应
答：光电效应：物体由于吸收光子能量后产生相应电效应的物理现象
(1)外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象
(2)内光电效应：光线照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通
过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，但这些被释放
的电子并不能逸出物体表面，而是停留在物体内部，使其导电能力发生
变化，或产生光生电动势
①光电导效应：在光线作用下，电子-空穴对增多，电导率变化
②光伏特效应：在光线作用下，物体两端产生一定方向的电动势
2.光电管工作原理
答：光电管是装有光阴极和阳极的真空玻璃管。
光阴极由内壁上阴极材料构成，阳极为光电管中心环形金属板或柱面中心金属柱。
正常工作时，阳极电位高于阴极。
入射光频率大于红限时，阴极表面发射电子，电子被阳极吸引形成电流。
若串上电阻，则产生压降，压降与光强有函数关系，从而实现光电转换。
3.光敏电阻工作原理
答：当光线照射光敏电阻时，材料中的电子-空穴对增加，其电导率变大，电阻值会急剧减小，电路中电流增加；当光照消失时，电阻会恢复原值。
根据电路中电流值的变换即可推算出光照强度的大小。
第九章P164 1、6、9
1.什么是金属导体热电效应？简述热电偶工作原理
答：当两种不同的金属导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（T＞T0）时，回路中会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。
两种不同金属的组合称为热电偶，通过热电效应被测温度信号转变为热电势信号
2.冷端补偿的必要性，补偿方法，补偿原理
答：(1)冷热端温差决定热电势大小，冷端温度变化会引起测量误差
(2)补偿导线法、冷端温度恒温法、冷端温度校正法、冷端温度电桥补偿法
(3)①补偿导线法：将热电偶做得很长，使冷端远离工作时，并连同测量仪表一起放置在恒
温或温度波动比较小地方
②冷端温度恒温法：在一个保温容器里放冰水混合物，电偶封入试管插入冰水混合物中
③冷端温度校正法：对仪表指示值加以修正E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)
④冷端温度电桥补偿法：用电桥在温度变化时的不平衡电压（补偿电压）去消除冷端温
度变化对热电偶电势的影响
3.在某一测温系统中，用铂铑-铂热电偶的热端温度t=800,冷端温度t=25，求E(t,t0)。