传感器技术后部分习题解答
_传感器习题及部分解答(shb).
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。
5.二、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、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__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。
直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同,圆弧部分使灵敏度下降了,这种现象称为____横向___效应。
2、产生应变片温度误差的主要因素有_电阻温度系数的影响、_试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响_。
3、应变片温度补偿的措施有___电桥补偿法_、_应变片的自补偿法_。
4. 在电桥测量中,由于电桥接法不同,输出电压的灵敏度也不同,_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。
5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应,它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍6.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时,不仅可以消除线性误差同时还能起到温度补偿的作用。
7、二、计算分析题1 说明电阻应变测试技术具有的独特优点。
(1)这类传感器结构简单,使用方便,性能稳定、可靠;(2)易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测;(3)灵敏度高,测量速度快,适合静态、动态测量;(4)可以测量各种物理量。
传感器技术后部分习题解答
传感器技术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。
传感器技术课后习题答案.doc
2-4 2-5 原因:U (® NR 、 △氏斗=亍————+—△R, 1 A/?. 一 △七 A/?.R\ R 2 R$ M 衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、 线性度一一表征传感器输出■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、 灵敏度一一传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
3、 分辨力一一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。
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。
2- 1金属应变计与半导体工作机理的异同?比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。
(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Ko-Km=(l+2u)+C(l-2u)o 前部分为受力后金属几何尺寸变化,一•般U ^0. 3,齿I 匕(1+2 U )=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K 。
二Ks=(l+2u)+ nE 。
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JiE 》(1+2 u),因此Ko=Ks=JiEo 半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。
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。
现代传感技术第三章课后习题答案
思考题1.传感器一般包括哪些部分,各部分的作用是什么?答:1、敏感元件:直接感受被测量,以确定的关系输出某一物理量(包括电学量)。
2、转换元件:将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量(包括电路参数量)。
3、转换电路:将电路参数(如电阻、电容、电感)量转换成便于测量的电学量(如电压、电流、频率等)。
2.从传感器的结构形式来划分,可将传感器按其构成方法分为哪几类?各类型的特点是什么?并画出各类型的结构简图。
答:1.通用型、2.参比型、3.差动型、4.反馈型。
1.通用型根据组成可分为:能量变换基本型、能量控制基本型、能量变换特殊型(辅助能源型)、电路参数型和多级变换型。
(1)能量变换基本型特点:(1)只由敏感元件构成。
(2)不需外加电源,敏感元件就是能量变换元件,能量从被测对象获得,输出能量较弱。
(3)利用热平衡现象或传输现象中的一次效应制成是可逆的。
(4)对被测对象有负荷效应(因输出逆效应而影响输入)。
(5)输出能量不可能大于被测对象的能量。
(2)能量控制基本型特点:(1)也由敏感元件组成,但需外加电源才能将被测非电量转换成电量输出。
(2)输出能量可大于被测对象具有的能量。
(3)无需变换电路即可有较大的电量输出。
(3)能量变换特殊型(辅助能源型)特点:(1)只由敏感元件构成。
(2)能量从被测对象获得,属能量变换型。
(3)辅助能源是为了增加抗干扰能力或提高稳定性,或取出信号,或为原理所需要而使用固定磁场。
(4)电路参数型特点:(1) 敏感元件对输入非电信号进行阻抗变换。
(2) 转换电路含有该敏感元件。
(3) 电源向转换电路提供能量从而输出电量,属于能量控制型。
(4) 输出能量远大于输入能量。
(5) 利用传输现象中的二次效应都属于此类传感器。
5)多级变换型2.参比补偿型特点:(1) 采用两个(或两个以上)性能完全相同的敏感元件。
其中一个感受被测量和环境量,另一个只感受环境量作补偿用。
(2) 两个敏感元件同时接到电桥的相邻两臂或反串。
传感器原理及检测技术部分课后作业答案
部分课后作业答案2-8. 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。
设试件的截面积 S=1×10-5m 2,弹性模量E=2×1011 N /m 2,若由1.0×104N 的拉力作用,使应变计的电阻相对变化为1%,试求此应变计的灵敏度系数。
解:∵灵敏度系数εRR K /∆=,又已知%1=∆RR,F=1.0×104 N ,S=1×10-5m 2,∴ )/(101101100.129254m N mN S F ⨯=⨯⨯==-σ 由εσ⋅=E ,可得321129105)/(102)/(101-⨯=⨯⨯==m N m N E σε 所以,灵敏度系数2105%1/3=⨯=∆=-εRR K2-9. 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上,如题2.9图所示。
设应变片的灵敏度系数K=2,作用力F=1 000kg 。
圆柱形横截面半径r=1cm ,弹性元件的杨氏模量E=2×107N /cm 2,泊松比μ=0.285。
求:(1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图; (2)各应变片的应变ε;(3)若测量电路采用电桥电路,设供电桥电压E =6V ,桥路输出电压U o 为多少?(4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。
解:⑴将R 1~R 4四片应变片按图2-9(a )所示粘贴,其中R 1、R 3沿轴向粘贴,测量轴向应变,R 2、R 4沿径向粘贴,测量径向应变。
测量电桥为全桥测量电路, R 1与R 3置于电桥的一对角线上,R 2与R 4置于电桥的另一对角线上,如右图2-9(b )所示。
题2.9 图⑵∵)(1500105.1)/(102)01.0(14.3/8.9100032722μεπσε=⨯=⨯⨯⨯====-cm N m N Er FE A FE∴εK R R R R =∆=∆3311, R 1与R 3的纵向应变(轴向应变)ε为1500με;μεεK K R R R R r -==∆=∆4422 ,式中μ为泊松比,μ=0.285。
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。
传感器技术试题及答案
传感器技术试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 传感器的主要作用是将______转换为电信号。
A. 物理量B. 化学量C. 生物量D. 信息量答案:A2. 光电传感器主要利用的物理效应是______。
A. 霍尔效应B. 光电效应C. 磁阻效应D. 压电效应答案:B3. 热电偶传感器的工作原理是利用了______。
A. 热电效应B. 光电效应C. 磁电效应D. 压电效应答案:A4. 下列哪种传感器不适合用于测量温度?A. 热电偶B. 热敏电阻C. 光电传感器D. 热敏二极管5. 光纤传感器主要利用的是______。
A. 光纤的传导特性B. 光纤的折射特性C. 光纤的反射特性D. 光纤的散射特性答案:A6. 应变片传感器的工作原理是利用了材料的______。
A. 弹性B. 塑性C. 刚性D. 脆性答案:A7. 磁电式传感器的工作原理是利用了______。
A. 电磁感应B. 磁阻效应C. 霍尔效应D. 压电效应答案:A8. 电容式传感器的工作原理是利用了______。
A. 电感变化B. 电容变化C. 电阻变化D. 电流变化答案:B9. 压电式传感器的工作原理是利用了材料的______。
B. 压电效应C. 磁阻效应D. 热电效应答案:B10. 光电传感器的输出信号通常为______。
A. 模拟信号B. 数字信号C. 频率信号D. 脉冲信号答案:B二、填空题(每题2分,共20分)1. 传感器的灵敏度是指传感器输出信号与输入信号的______。
答案:比例2. 传感器的稳定性是指传感器在一定时间内输出信号的______。
答案:不变性3. 传感器的线性度是指传感器输出信号与输入信号的______。
答案:线性关系4. 传感器的响应时间是指传感器从输入信号变化到输出信号达到稳定值所需的______。
答案:时间5. 传感器的测量范围是指传感器能够准确测量的输入信号的______。
答案:最大和最小值6. 传感器的分辨率是指传感器能够检测到的最小信号变化量,即输出信号的最小______。
传感器技术课后习题答案
传感器技术课后习题答案传感器技术课后习题答案在传感器技术的学习中,习题是帮助我们巩固知识、检验理解程度的重要方式。
然而,有时候我们可能会遇到一些难题,无从下手。
在这篇文章中,我将为大家提供一些传感器技术课后习题的答案,希望能够帮助大家更好地理解和掌握这门课程。
1. 什么是传感器?传感器是一种能够将物理量或化学量转化为可感知的电信号的装置。
它可以通过测量、检测和感知来获取与环境相关的信息,并将其转化为可用于控制、监测和诊断等应用的电信号。
2. 传感器的分类有哪些?传感器可以根据其测量原理、传感器类型和应用领域进行分类。
按照测量原理,传感器可以分为电阻式、电容式、电感式、压力式、温度式等。
按照传感器类型,可以分为光学传感器、声学传感器、生物传感器等。
按照应用领域,可以分为汽车传感器、医疗传感器、环境传感器等。
3. 传感器的工作原理是什么?传感器的工作原理基于不同的物理效应,如电阻、电容、电感、压力、温度等。
当受测量物理量作用于传感器时,传感器内部的物理效应会发生变化,进而导致传感器输出信号的变化。
通过测量输出信号的变化,就可以得到受测量物理量的信息。
4. 传感器的应用领域有哪些?传感器广泛应用于各个领域,如工业自动化、环境监测、医疗诊断、航空航天等。
在工业自动化中,传感器可以用于测量温度、压力、流量等参数,实现对生产过程的监测和控制。
在环境监测中,传感器可以用于测量空气质量、水质、土壤湿度等,帮助我们了解和改善环境状况。
在医疗诊断中,传感器可以用于监测心率、血压、血氧等生理参数,辅助医生进行诊断和治疗。
5. 传感器的性能指标有哪些?传感器的性能指标包括灵敏度、精度、分辨率、响应时间、线性度等。
灵敏度是指传感器输出信号对输入物理量变化的敏感程度;精度是指传感器输出信号与实际值之间的偏差;分辨率是指传感器能够分辨的最小变化量;响应时间是指传感器从受到输入物理量变化到输出信号稳定所需的时间;线性度是指传感器输出信号与输入物理量之间的线性关系程度。
《传感器技术》习题答案完整
《传感器技术》习题答案目录第一章传感器的基本概念及一般特性 (1)第二章电阻式传感器 (3)第三章电容式传感器 (5)第四章电感式传感器 (6)第五章磁电式传感器 (8)第六章压电式传感器 (9)第七章光电式传感器 (12)第八章热电及红外辐射传感器 (13)第九章数字式传感器 (14)第十章气敏和湿敏传感器 (15)第十三章传感器的标定与校准 (19)第一章 传感器的基本概念及一般特性4.解:对于一阶传感器,其幅频特性为21j )()()(ωτωω+==k H A要求幅值误差不超过5%,即a (j )115%H X k ω=-=≤因为ω=2πf=200π,带入解得0≤τ≤5.23×10-4s = 523 μs5.解:一阶传感器,其微分方程为)()()(t x b t y a dtt dy a 001=+ 对照题目所给微分方程可见:a 1=1,a 0=3,b 0=0.15。
静态灵敏度00a b k =;时间常数01a a =τ。
于是可求得∴ τ=a 1/a 0=1/3=0.33 (s )k=b 0/a 0=0.15/3=0.05 (mV/ oC )6./()/由()k ω=()k k ω=令00f x f ωωτω=== (1) 当()0.97k kω=时 421.960.0630x x --=解得,23 1.99x =(舍去负值),即3 1.41x =(舍去负值) 301.4128.28f f kHz ∴==(2) 当()1.03k kω=时, 421.960.05740x x -+=解得,211.39()0.172x x ==舍去负值, (舍去负值) 110 3.44f x f kHz ∴== 22027.8f x f kHz ==所以,工作频率为0~3.44kHz ,27.8~28.28kHz 。
但由于27.8~28.28kHz 距离0f 太近,易引起共振,工程上一般不予采用,故最终的工作频率范围为0~3.44kHz 。
传感器与检测技术课后习题与答案
第一章1.什么是传感器?它由哪几个局部组成?分别起到什么作用?解:传感器是一种以一定的准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;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;上述电路参数接入根本转换电路,便可转换成电量输出。
2.传感器技术的开展动向表现在哪几个方面?解:〔1〕开发新的敏感、传感材料:在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变,从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后,寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
〔2〕开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器〔3〕研究新一代的智能化传感器及测试系统:如电子血压计,智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合,构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
〔4〕传感器开展集成化:固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断开展,为传感器集成化开辟了广阔的前景。
〔5〕多功能与多参数传感器的研究:如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3.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展检测和控制,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,这取决于传感器的根本特性,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屡次变化时,所得特性曲线不一致的程度。
传感器课后习题答案最全版
第一章传感器的一般特性1-1:答:传感器在被测量的各个值处于稳定状态时,输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性;其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。
1-2:答:(1)动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性;(2)描述动态特性的指标:对一阶传感器:时间常数对二阶传感器:固有频率、阻尼比。
1-7:解:Y FS=200-0=200由A=ΔA/Y FS*100%有A=4/200*100%=2%。
精度特级为2.5级。
1-8:解:根据精度定义表达式:A=ΔA/Ay FS*100%,由题意可知:A=1.5%,Y FS=100所以ΔA=A Y FS=1.5因为 1.4<1.5所以合格。
第二章应变式传感器2-1:答:(1)金属材料在受到外力作用时,产生机械变形,导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。
(2)半导体材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化,这种现象称为压阻效应。
2-2:答: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。
2-3:答:金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数;它与金属丝应变灵敏度函数不同,应变片由于由金属丝弯折而成,具有横向效应,使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。
2-4:答:因为(1)金属的电阻本身具有热效应,从而使其产生附加的热应变;(2)基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应,若它们各自的线膨胀系数不同,就会引起附加的由线膨胀引起的应变;常用的温度补偿法有单丝自补偿,双丝组合式自补偿和电路补偿法。
2-6:答;(1)直流电桥根据桥臂电阻的不同分成:等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥;(2)等臂电桥在R>>ΔR的情况下,桥路输出电压与应变成线性关系;第一对称电桥(邻臂电阻相等)的输出电压等同于等臂电桥;第二对称电桥(对臂电阻相等)的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值,当k小于1时,输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。
传感器与检测技术课后习题答案全文
当 yt R 时 t 3ln 2 1.22
3
3
当 yt R 时 t 3ln 1 2.08
2
2
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图库
第1章
1.5
解:此题与炉温实验的测飞升曲线类似:
yt1090(1et/T)
由y550T 5 8.51
5
ln
9
1.6
解:
yt2520(1et/T)
T 0.5
y1 7.68 y2 5.36
图库
第3章
3.7
答:应用场合有低频透射涡流测厚仪,探伤,描述转 轴运动轨迹轨迹仪。
R x1100 ,R x2200 ,R x3300 ,R x4400 ,R x5500 , R x6600 ,R x7700 ,R x8800 ,R x9900 ,R x101000
r10.1,r20.2,r30.3,r40.4r50.5
r60.6r70.7r80.8r90.9r101.0
Y111003,Y2
重写表格如下:
x 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 f 2.523 2.502 2.461 2.432 2.410 2.380 2.362 2.351 2.343 y -1.66 -1.78 -2.06 -2.31 -2.56 -3.06 -3.54 -4.02 -4.61
答:
① mR R m L ax m0.1 RL10Rm ax
② 1 2 11m 1 1100% 0.1
m 0.4 R m ax0 .4R L
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第2章
2.5 解:①图 2-32(c)
②圆桶截面积 A R 2 r 2 59.7 106
西北工大-传感器技术应用课后习题答案
项目2电阻式传感器原理与应用1.什么是应变效应?利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
答:应变效应是指金属丝的电阻值随着它所受的机械形变的大小而发生相应变化的现象。
现有如图2.1.1所示的一根金属电阻丝,其电阻值设为R,电阻率为ρ,截面积为S,长度为l则电阻值的表达式为R=ρlS当电阻丝受到拉力作用时将沿轴线伸长,伸长量设为△l,横截面积相应减小△S,电阻率的变化设为△ρ,则电阻的相对变化量为∆R R=∆ρρ+∆ll−∆SS2. 金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别?各有何优缺点?答:金属电阻应变片性能稳定、精度较高,至今还在不断地改进和发展,并在一些高精度应变式传感器中得到了广泛的应用。
这类应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小。
半导体应变片灵敏度高,其灵敏系数比金属电阻应变片约高50倍,但稳定性差,容易受到外界温度的干扰。
3.有一金属电阻应变片,其灵敏度K=2.5,R=120Ω,设工作时其应变为1200με,则△R是多少?若将此应变片与2V直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路的电流。
解:∆R=RKε=120×2.5×1200×10−6=0.36Ω,无应变时:电流I=VR =2120=0.01667安培,有应变时:电流I=VR+∆R =2120+0.36=0.01661安培,4.应变片称重传感器,其弹性体为圆柱体.直径D=100mm,材料弹性模量E=205×109N/m2,用它称500kN的物体,若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R=120Ω,问电阻变化多少?解:直径D=100mm, 应变ε=FSE =500KNπ10042×10−6×205×109=22050π,∆R=RKε=120×2×22050π=0.0746Ω5.试述应变片温度误差的概念、产生原因和补偿办法。
答:)温度误差由于测量现场环境温度改变而给测量带来的附加误差,称为应变片的温度误差。
传感器与检测技术课后部分答案与部分习题
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电容式传感器习题
1.电容式传感器灵敏度最高的是( A )。 A.极距变化型 B.面积变化型 C.介质变化型
2. 变间距式电容传感器适用于测量微小位移是因为( B ) 。 A.电容量微弱、灵敏度太低 B.传感器灵敏度与间距平方成反比,间距变化 大则非线性误差大 C.需要做非接触测量
应变式传感器习题
1. 半导体应变片主要是的变化 C.弹性模量的变化 D.泊松比
2. 当测量较小应变值时,应选用根据 电阻应变 效应工作
的 金属 应变片,而测量大应变值时应选用根据 压阻
效应工作的 半导体 应变片。
3. 常用的应变片有 金属 与 半导体 两大类。应变片
的灵敏度表达式为 S = 片来说:S= 1+2μ
d
R/R
ε,x
= (1 + 2μ) + πeE,对于金属电阻应变 而对于半导体应变片来说S= πe
E 。前一种应变片的灵敏度比后一种 低 。
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4.金属电阻应变片的电阻相对变化主要是由于电阻丝的 几何尺 寸 变化产生的。
5.一应变片的电阻R0=120Ω,K=2.05,用作应变为800μm/m的传
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6.有人在使用电阻应变仪时,发现灵敏度不够,于是试图在工作电桥上增加电阻应 变片以提高灵敏度。试问,在下列情况下,是否可提高灵敏度?说明为什么? 半桥双臂各串联一片。 半桥双臂各并联一片。 解:未增加电阻应变片时,半桥双臂的灵敏度S=△R/2Ro (1)当半桥双臂各串联一片时:S={2(R1+△R1)/(2(R1+△R1)+2(R2-△R2))-R4/(R3 +R4)},R1=R2=R3=R4=R0,△R1= △R2= △R, S=△R/2Ro,所以不能提高灵敏度。 (2)当半桥双臂各串联一片时:把(1)中的2都换成1/2,发现大小仍然没有改变。
《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。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题答案
第4章 电容式传感器及其应用
当 d <<d0 时,即 d/d0<<1 ,则:
∴ 灵敏度为:
由此可见,与单极式相比,其灵敏度提高了一倍(单极式为 )。
第4章 电容式传感器及其应用
5、为什么高频工作时电容式传感器的连接电缆的长度不能任意 改变?
第3章 电感式传感器及其应用
16、有一只差动电感位移传感器,已知电源电压U 4V,f 400Hz,传感
器线圈电阻与电感分别为R 40 ,L 30mH,用两只匹配电阻设计成四 臂等阻抗电桥,如图所示。试求: (1)匹配电阻 R3和 R4 的值为多少时才能使电压灵敏度达到最大。 (2)当 Z 10 时,分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值。
称重传感器的灵敏度
(2) 当传感器输出电压为68mV时,物体的荷重m为
第2章 电阻应变式传感器及其应用
7. 图2.43为应变式力传感器的钢质圆柱体弹性元件,其直径d = 40 mm,
钢的弹性模量E = 2.1×105 N/mm2 ,泊松比μ=0.29 ,在圆柱体表面粘
贴四片阻值均为120Ω、灵敏系数κ=2.1的金属箔式应变片( 不考虑应变
∴ ∴
第3章 电感式传感器及其应用
(2) 接成单臂电桥后的电桥输出电压值为: 接成差动电桥后的电桥输出电压值为:
第4章 电容式传感器及其应用
• 作业:习题2、5、8、14 (P67)
第4章 电容式传感器及其应用
2、推导差动式电容传感器的灵敏度,并与单极式电容传感器相比较 。 答:设在初始状态下,动极板位于两块定极板中间位置,则:
y理论
2.2 4.6875 7.175 9.6625 12.15 14.6375 17.125 19.6125 22.1
传感器技术与应用课后习题答案
传感器技术与应用习题答案习题1l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。
答:检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。
传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的。
数据传输、处理环节,又称之为测量电路,它的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
数据显示记录环节是检测人员和检测系统联系的主要环节,主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。
1.2 传感器的型号有几部分组成?各部分有何意义?答:传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成,敏感元件:直接感受被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件,它是传感器的核心。
转换元件:将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。
测量电路:将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分,如放大、滤波、线性化、补偿等,以获得更好的品质特性,便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
1.3 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时,应当采用何种测量方法? 如何进行?答:直接测量。
使用电压表进行测量,对仪表读数不需要经过任何运算,直接表示测量所需要的结果。
1.4 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,试求该仪器的灵敏度。
解: 灵敏度s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm1.5 有三台测温仪表,量程均为0~800℃,精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级,现要测量500℃的温度,要求相对误差不超过2.5%,选那台仪表合理?答:2.5级时的最大绝对误差值为20℃,测量500℃时的相对误差为4%;2.0级时的最大绝对误差值为16℃,测量500℃时的相对误差为3.2%;1.5级时的最大绝对误差值为12℃,测量500℃时的相对误差为2.4%。
传感器(第四版) 课后习题答案(部分)
第四章 电容式传感器
1、改善单组式变极距型电容传感器非线性的方法: (1)可采用差动式结构,取两电容之差作为输出; (2)选择合适的测量电路,如运算放大器式电路。
(2)若两极板相对移动2mm,则电容变化量为
C kg b 0.0708pF / mm 2mm 0.1416pF
C
S
S
S
C0
Kg
C
C0
1
1
/
5、“驱动电缆”技术
芯线 传 感 器
单组式
差动式
单组式:
S S S
C
C0
Kg
C
C0
1
1
/
Kg
C0
1
2
3
4
2、解:
(1)传感器的电容C 0S 0ab
C 0ab b 0ab 0ab
则传感器的灵敏度为
kg
C b
0a
8.851012 F / m 4 103 m 0.5103 m
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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。
测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。
1-5传感器有哪些分类方法?各有哪些传感器?答:按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器;按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等;按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式;按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。
1-6 测量误差是如何分类的?答:按表示方法分有绝对误差和相对误差;按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
第二章习题二2-1金属应变计与半导体应变计在工作原理上有何异同?试比较应变计各种灵敏系数(指材料的和应变片的)概念的不同物理意义。
答:相同点,两者都由外力作用产生形变而使得电阻变化。
不同点,金属材料的应变效应以机械形变为主;而半导体材料的应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主。
对于金属材料,灵敏系数Ko=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。
对于半导体材料,灵敏系数Ko=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Ko=Ks=πE。
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:因为电桥的输出无论是输出电压还是电流,实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。
措施:(1) 差动电桥补偿法利用差动电桥呈现相对臂“和”,相邻臂“差”的特征,通过应变计合理布片达到补偿目的。
常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。
(2) 恒流源补偿法误差主要由于应变电阻ΔRi的变化引起工作臂电流的变化所致。
采用恒流源,可减小误差。
2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器?对其各组成部分有何要求?答:1、结构方面a.设计敏感器件封装结构(同时要保持敏感性和可靠性)。
b.设计传感器的安装结构。
2、电气方面。
a.放大(需要时)应变信号。
b.滤波、线性化信号。
c.温度补偿及其他误差补偿.d.按照传输规范设计输出电路。
要求:非线性误差要小(<0.05%~0.1%F.S),力学性能参数受环境温度影响小,并与弹性元件匹配。
2-9试推导图2-16所示四等臂平衡差动电桥的输出特性:U o=f(△R/R)。
从导出的结果说明用电阻应变计进行非电量测量时为什么要采用差动电桥?答:全桥差动电路,R1,R3受拉,R2,R4受压,代入,得由全等桥臂,得可见输出电压Uo与ΔRi/Ri成严格的线性关系,没有非线性误差。
即Uo=f(ΔR/R)。
因为四臂差动工作,不仅消除了飞线性误差,而且输出比单臂工作提高了4倍,故常采用此方法。
2-10 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b=18mm,厚h=5mm,弹性模量25/102mmNE⨯=,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得传感器。
试问:(1)悬臂梁上如何布片?又如何接桥?为什么?(2)当输入电压为3V,有输出电压为2mV时的称重量为多少?答:当力F作用在弹性臂梁自由端时,悬臂梁产生变形,在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当,极性相反,若分别粘贴应变片R1、R4和R2、R3,并接成差动电桥,则电桥输出电压Uo 与力F成正比。
等强度悬臂梁的应变EhbFlx26=ε不随应变片粘贴位置变化。
1)悬臂梁上布片如图2-20a所示。
接桥方式如图2-20b所示。
这样当梁上受力时,R1、R4受拉伸力作用,阻值增大,R2、R3受压,阻值减小,使差动输出电压成倍变化。
可提高灵敏度。
2)当输入电压为3V ,有输出电压为2mV 时的称重量为: 计算如下:由公式:02020066U KFlU E h b F E h b Fl K U K U U i i x i =⇒==ε代入各参数算F =33.3N1牛顿=0.102千克力;所以,F=3.4Kg 。
此处注意:F=m*g ;即力=质量*重力加速度;1N=1Kg*9.8m/s 2.力的单位是牛顿(N )和质量的单位是Kg ;所以称得的重量应该是3.4Kg 。
2-12 何谓压阻效应?扩散硅压阻式传感器与贴片型应变式传感器相比有何优缺点?如何克服?答:压阻效应,半导体单晶硅、锗等材料在外力的作用下电阻率发生变化的现象。
优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小,灵敏系数极大,因而输出也大,可以不需放大器直接与记录仪连接,使得测量系统简化。
缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差,测量较大应变时非线性严重;灵敏系数随受拉或压而变,且分散度大,一般在(3-5)%,所以测量结果有±(3-5)%的误差。
压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度,又可以部分消除阻值随温度变化的影响。
第三章习题33-1 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同。
答:绝大多数自感式传感器都运用与电阻差动式类似的技术来改善性能,由两单一式结构对称组合,构成差动式自感传感器。
采用差动式结构,除了可以改善非线性、提高灵敏度外,对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用,从而提高了传感器的稳定性。
互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器,初、次级间的互感随衔铁移动而变,且两个次级绕组按差动方式工作,因此又称为差动变压器。
3-3用变磁阻式传感器进行测量时,在什么情况下应采用与校正时相同的电缆?为什么?答:当传感器工作在较高的激励频率下时应采用校正时相同的电缆。
因为传感器存在并联电容C,它会使得灵敏度提高,如果更换电缆,在较高的激励频率下总电容C会发生变化,从而对测量结果产生影响。
3-4 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用什么场合?优缺点?答:变气隙式灵敏度较高,但测量范围小,一般用于测量几微米到几百微米的位移。
变面积式灵敏度较低,但线性范围较大,除E型与四极型外,还常做成八极、十六极型,一般可分辨零点几角秒以下的微小角位移,线性范围达±10°.螺管式可测量几纳米到一米的位移,但灵敏度较前两种低。
3-6 差动式电感传感器为什么常采用相敏检波电路?分析原理。
答:相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使传感器零位电压减至极小。
原理:使高频调幅信号与高频载波信号相乘,经滤波后输出低频解调信号。
3-7 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。
答:差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时,电桥输出理论上应为零,但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压),造成零位误差。
原因:零位电压包含基波和高次谐波。
产生基波分量的原因:传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称,以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致;产生高次谐波分量的原因:磁性材料磁化曲线的非线性。
措施:1、合理选择磁性材料与激励电流;2、一般常用方法是采用补偿电路,其原理为: (1)串联电阻消除基波零位电压;(2)并联电阻消除高次谐波零位电压;(3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。
3、另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。
如前述的相敏检波电路,它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量,减小奇次谐波分量,使传感器零位电压减至极小。
4、此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性,来减小零位电压。
3-9 造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。
答:原因:(1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化 (2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化 (3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。
措施:其材料除满足磁性能要求外,还应注意线膨胀系数的大小与匹配。
传感器采用陶瓷、聚砜、夹布胶木、弱磁不锈钢等材料作线圈骨架,或采用脱胎线圈。
还可采取稳定激励电流的方法。
3-10差动变压器式传感器采用恒流激磁有什么好处?答:差动变压器初级线圈在低频激励时品质因数低,温度误差大,采用恒流激磁可以提高线圈的品质因数,减小温度误差。