传感器作业答案..
《传感器》作业4-7章答案
1、如何改善单组式变极距型电容传感器的非线性？答：对于变极距单组式电容器由于存在着原理上的非线性，所以在实际应用中必须要改善其非线性。
改善其非线性可以采用两种方法。
（1）使变极距电容传感器工作在一个较小的范围内（0.01μm至零点几毫米），而且最大△δ应小于极板间距δ的1/5—1/10。
（2）采用差动式，理论分析表明，差动式电容传感器的非线性得到很大改善，灵敏度也提高一倍。
2、单组式变面积型平板形线位移电容传感器，两极板相对覆盖部分的宽度为4mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若两极板相对移动2mm，求其电容变化量。
已知：b=4mm，δ=0.5mm，ε0=8.85×10－12F/m 求：（1）k=?；(2)若△a=2mm时△C=?。
6、画出电容式加速度传感器的结构示意图，并说明其工作原理。
答：电容式加速度传感器的结构示意图为：其中：1、5为两个固定极板；2为壳体；3为支撑弹簧片；4质量块；A面和B面为固定在质量块上的电容器的极板。
当测量垂直方向上直线加速度时，传感器的壳体2固定在被测振动体上，振动体的振动使壳体相对质量块运动，因而与壳体固定在一起的两固定极板1、5相对质量块4运动，致使上固定极板5与质量块4的A面组成的电容器Cx1以及下固定极板与质量块4的B面组成的电容器Cx2随之改变，一个增大，一个减小，它们的差值正比于被测加速度，而实现测量加速度的目的。
1、某霍尔元件l 、b 、d 尺寸分别为1.0cm ×0.35cm ×0.1cm ，沿l 方向通以电流I =1.0mA ，在垂直于lb 面方向加有均匀磁场B=0.3T ，传感器的灵敏度系数为22V/A ·T ，试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。
已知：l ×b ×d=1.0cm ×0.35cm ×0.1cm ；I =1.0mA ；B=0.3T ；k H =22V/A ·T ；求：U H =?；n=？解：如图IB IB V IB k U H H 33106.63.0100.122--⨯=⨯⨯⨯==2、试说明霍尔式位移传感器的输出U H 与位移x 成正比关系。
传感器作业(含答案)
一、选择题1、回程误差表明的是在（）期间输出——输入特性曲线不重合的程度。
( D )A、多次测量B、同次测量C、不同测量D、正反行程2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）( C )A、线性度、灵敏度、阻尼系数B、幅频特性、相频特性、稳态误差C、迟滞、重复性、漂移D、精度、时间常数、重复性3、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。
这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。
( D )A、箔式应变片B、半导体应变片C、沉积膜应变片D、薄膜应变片4、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5、金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（）。
( B )A、电阻形变效应B、电阻应变效应C、压电效应D、压阻效应6、下列说法正确的是（）。
( D )A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。
B、差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。
C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
D、相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。
7、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（）。
( B )A、传感器+通信技术B、传感器+微处理器C、传感器+多媒体技术D、传感器+计算机二、判断题线性测量系统的灵敏度是时间的线性函数。
( F )涡流传感器一般不能用来测量钢板厚度。
( F )电感式传感器根据结构形式可分为自感式和互感式两种。
( F )光生伏特效应属于内光电效应的一种。
( T )引用误差反映了一个检测装置的综合性能指标，用来作为检测仪表的分类标准。
传感器原理及应用第三版课后答案
传感器原理及应用第三版课后答案1. 答案：传感器是一种能够感知环境变化并将其转化为可识别的信号的装置。
它通过使用特定的物理效应或工作原理来感知和测量环境中的物理量或特定的参数。
2. 答案：传感器的应用非常广泛，涵盖了许多不同的领域。
以下是几个常见的传感器应用示例：- 温度传感器：用于监控和控制温度，例如室内温度控制、工业加热系统等。
- 压力传感器：用于测量液体或气体的压力，例如汽车轮胎压力监测、压力容器监控等。
- 光学传感器：用于检测光照强度和颜色，例如光电开关、自动亮度调节系统等。
- 气体传感器：用于检测和测量空气中的气体成分，例如二氧化碳传感器、氧气传感器等。
- 加速度传感器：用于测量物体的加速度和震动，例如运动传感器、汽车碰撞传感器等。
- 湿度传感器：用于测量空气中的湿度水份，例如室内湿度控制、大气湿度监测等。
3. 答案：传感器的工作原理有很多种，常见的包括：- 电阻效应传感器：基于电阻值的变化来感知和测量物理量，例如温度传感器和应变传感器。
- 电容效应传感器：基于电容值的变化来感知和测量物理量，例如湿度传感器和接近传感器。
- 电感效应传感器：基于电感值的变化来感知和测量物理量，例如金属检测传感器和霍尔效应传感器。
- 光学效应传感器：基于光学特性的变化来感知和测量物理量，例如光电传感器和光纤传感器。
- 声波效应传感器：基于声波信号的变化来感知和测量物理量，例如声波距离传感器和声速传感器。
4. 答案：传感器的选择取决于具体的应用需求和要测量的物理量。
需要考虑以下几个方面：- 测量范围：传感器是否能够覆盖所需的测量范围，以及是否有足够的灵敏度和精度。
- 工作环境：传感器是否适用于所需的工作环境，例如温度、湿度、压力等。
- 响应时间：传感器的反应速度是否满足实际要求，是否能够快速响应变化的物理量。
- 成本和可靠性：传感器的价格是否适宜，并且能够稳定可靠地工作。
- 安装和维护：传感器的安装和维护是否方便，是否需要额外的设备或配件。
传感器第二章作业答案
对臂阻值之积相等、邻臂阻值之比相等。
5. 线绕电位器的负载特性在什么情况下才呈现线性特性？ 为什么？
当电位器为空载(RL =∞)时，线绕电位器的负载特性为线 性特性。 因为电位器为空载(RL =∞)时，IL = 0，此时 Rx为线性关系。 当电位器为有负载(RL ≠∞)时，负载上有分流，IL ≠0，此
灵敏系数
d dR K S R 1 2
x
x
其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 灵敏系数受两个因素影响，一个是受力后材料几何尺寸的变化， 即（1+2）；另一个是受力后材料的电阻率发生的变化，即d /x 。
2. 通常扩散型压阻传感器的硅杯和扩散应变电阻条采用的导 电类型？
RL Rx Ui RL Rx U i Rx RL Uo I 2 Rx RL RL Rx Rx RL RL R Rx R Rx ( R Rx ) Rx RL
时
Uo与Rx为非线性关系
z1 z 4 z 2 z3 1 4 2 3
或
Z1 Z 3 Z2 Z4
或
r1r4 r2 r3 x1 x4 x2 x3 r1 x4 r4 x1 r2 x3 r3 x2
直流电桥：
R1 R4 R2 R3
或
R1 R3 R2 R4
通常选用 N 型硅做膜片（硅杯），在其上扩散 P 型杂 质，形成应变电阻条。
3. 单臂、半桥差动、全桥差动电桥电压灵敏度之间的关系？ 半桥差动电桥电压灵敏度是单臂电桥电压灵敏度的两倍； 全桥差动电桥电压灵敏度是单臂的四倍，半桥差动的两倍。
4. 交流、直流电桥的平衡条件？
交流电桥：
Z1 Z 4 Z 2 Z 3
传感器原理与应用作业参考答案
《传感器原理与应用》作业参考答案作业一1.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。
2.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。
3.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。
4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用？答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量〔如力、位移、速度、压力等〕的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。
5.弹性敏感元件有哪几种基本形式？各有什么用途和特点？答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。
变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。
实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。
它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。
作业4 传感器答案(1)
作业4 位移传感器与位移测试班级：姓名：学号：成绩：一、填空题1、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于，前者利用金属丝的几何变形(应变效应)引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化(压阻效应)引起的电阻变化。
2、差动变压器式电感传感器的基本原理是利用了电磁感应中的互感现象。
3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。
4、金属导体置于交流磁场中，导体表层产生闭合的电流，利用该原理制作的传感器称为电涡流传感器。
这种传感器只能测量金属导体物体。
5、光栅式传感器是依靠莫尔条纹的三大特性: 位移的放大特性，栅距误差的平均效应和__莫尔条纹运动与光栅运动的一一对应关系（光栅栅距与莫尔条纹间距的对应关系）__来进行位移的精密测量的。
6、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上输出电压不为零，这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向可采用差动整流电路或相敏检波电路。
7、电容式和电感式传感器常采用差动式结构，其作用是提高灵敏度，减少非线性度。
二、选择题1. 能够感受湿度的电容式传感器属于变 D 的电容式传感器。
A电阻率 B 相对面积 C 极距 D 介质2. 可变磁阻式传感器的灵敏度S与气隙长度δ有关，δ B灵敏度越高。
A 越大B 越小C 速度越快D 速度越慢3.为了提高自感式传感器灵敏度和线性度，实际应用时常采用D 工作方式。
A同步 B异步 C共模输入 D差动4. 不能用涡流式传感器进行测量的是 D 。
A位移 B材质鉴别 C探伤 D非金属材料5.电阻应变片的输入为 B 。
（A）力（B）应变（C）速度（D）加速度6．为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用 C 类型的传感器为最好。
（A）大间距（B）高介电常数（C）差动式（D）小间距7.金属丝应变片在测量构件应变时，电阻的相对变化主要由 B 来决定的。
(完整word版)传感器与测试技术作业答案
(2).半桥双臂各并联一片，桥臂上的等效电阻变化和等效总电阻都降低了一半，电阻的相对变化也没有增加，故此法也不能提高灵敏度。
8.有一悬臂梁，在其中部上、下两面各贴两片应变片，组成全桥，如图所示。
5.有一电阻应变片，其灵敏度 ， ，设工作时其应变为1000με，问ΔR为多少？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：(1).无应变时电流表示值；(2).有应变时电流表示值；(3).电流表指示值相对变化量；(4).试分析这个变量能否从表中读出。
解：(1).无应变时，电流的表示值为
(2).根据 ，可得 ；
则有应变时电流表示值 ；
(3).电流表指示值相对变化量 ；
(4).电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的零位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，可根据需要采用放大器放大。
6.以阻值 ，灵敏度 的电阻丝应变片与阻值为120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。
解：(1).当应变片为2με时，单臂电桥的输出电压为
双臂电桥的输出电压为
(2).当应变片为2000με时，单臂电桥的输出电压为
(1).请给出由这四个电阻构成全桥电路示意图；
(2).若该梁悬臂端受一向下力 ，长 ，宽 ，厚 ， ，x=0.5l，应变片灵敏度系数 ，应变片空载电阻 ；试求此时这四个应变片的电阻值(注： )。
传感器作业(含答案)
一、选择题1、回程误差表明的是在（）期间输出——输入特性曲线不重合的程度。
( D )A、多次测量B、同次测量C、不同测量D、正反行程2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） ( C )A、线性度、灵敏度、阻尼系数B、幅频特性、相频特性、稳态误差C、迟滞、重复性、漂移D、精度、时间常数、重复性3、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式敏感栅而形成应变片。
这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。
( D )A、箔式应变片B、半导体应变片C、沉积膜应变片D、薄膜应变片4、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5、金属丝的电阻随着它所受的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（）。
( B )A、电阻形变效应B、电阻应变效应C、压电效应D、压阻效应6、下列说法正确的是（）。
( D )A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。
B、差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。
C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
D、相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。
7、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（）。
( B )A、传感器+通信技术B、传感器+微处理器C、传感器+多媒体技术D、传感器+计算机二、判断题线性测量系统的灵敏度是时间的线性函数。
( F )涡流传感器一般不能用来测量钢板厚度。
( F )电感式传感器根据结构形式可分为自感式和互感式两种。
( F )光生伏特效应属于内光电效应的一种。
传感器与检测技术补充作业及答案
传感器与检测技术补充作业及答案一、单选题1、反射式电涡流传感器激磁线圈的电源是（C）A.直流B.工频交流C.高频交流D.前三项都不对2、变间隙式电容传感器的非线性误差与材料初始距离d0之间是（B）A.正比关系B.反比关系C.无关系3、电阻应变片的线路温度补偿方法中有（A）A.差动电桥补偿法B.补偿线圈补偿法C.恒电流温度补偿电路法4、压电传感器的信号处理有电荷放大器、电压放大器，二者在应用方面最主要区别是（B）A.阻抗变换能力B.电缆线长度变化影响计入与否C.输出电压与输入电压D.前三种讲法都不对5、对于一个线性仪表，其线性度为（D）A.100%B.与输入量呈现线性关系C.不等于零的常数D.等于零6、差动变压器式传感器的结构形式很多，其中应用最多的是（C）A.变间隙式B.变面积式C.螺丝管式7、单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（C）A.大量程角位移B.小量程角位移C.大量程直线位移D.小量程直线位移8、测量20Kpa的压力，合理选用的压力表是（B）A.量积0～50Kpa，精度为1级B.量积0～30Kpa，精度为1级C.量积0～100Kpa，精度为0.5级D.量积0～140Kpa，精度为0.1级9、差动变压器式传感器的结构形式很多，其中应用最多的是（C）A.变间隙式B.变面积式C.螺丝管式10、金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数(A)A.小B.大C.相等11、为了克服分布电容的影响，电阻应变片配用的测量电路常采用（D）A.直流平衡电桥B.直流不平衡电桥C.交流平衡电桥D.交流不平衡电桥12、涡流传感器的工作原理是基于（D）A.热阻效应B.霍尔效应C.光电效应D.电磁效应13、被测对象温度为300℃左右，实验室有以下几种规格的温度计，试从提高测量精度的角度出发，合理选择其中之一（B）A.量程800℃，精度等级1级B.量程400℃，精度等级1.5级C.量程600℃，精度等级1.5级D.量程500℃，精度等级2.5级14、通常用电容式传感器测量（B）A.电容量B.加速度C.电场强度D.交流电压15、x1、x2。
测试与传感器作业答案
第一章 测试技术基础1. 用测量范围为-50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为+142kPa ，试求该示值的绝对误差、相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差 2kPa 140142=-=∆p 相对误差 1.43%100%1401401420=⨯-=∆=p p p δ 标称相对误差 1.41%100%142140142=⨯-=∆='p p p δ 引用误差 1%100%50150140142m =⨯+-=∆=p p p γ 2．某压力传感器静态标定的结果如下表所示。
试求用端点连线拟合法拟合的该传感器输出与输入关系的直线方程，并试计算其非线性误差、灵敏度和迟滞误差。
解： 端点连线拟合法拟合的直线方程 p p U 450==非线性误差 0.1%100%2000.2100%=⨯=⨯∆=FS Y L max γ 灵敏度 4mV /Pa =∆∆=pUS 迟滞误差 0.3%100%2001.221100%21=⨯⨯=⨯∆=FS H Y H max γ或 0.6%100%2001.2100%max =⨯=⨯∆=FS H Y H γ 3. 玻璃水银温度计的热量是通过玻璃温包传导给水银的，其特性可用微分方程x y dtdy310123-⨯=+表示（式中y 为水银柱高度，单位m ；x 为输入温度，单位℃）。
试确定温度计的时间常数τ、静态灵敏度k 和传递函数及其频率响应函数。
解：x y dt dy 310123-⨯=+ x y D 3101)23(-⨯=+ x y D 31021)123(-⨯=+ 时间常数 s 51.=τ 静态灵敏度 C m/1050o 3-⨯=.k传递函数 1511050(s)3+⨯=-s H .. 频率响应函数 15.1105.0)(j 3+⨯=-ωωj H4. 某热电偶测温系统可看作一阶系统，已知其时间常数为0.5s ，静态灵敏度1=k 。
试计算其幅频特性误差不大于5%的最高工作频率。
传感器作业及答案
作业3：3．问答题（1）什么是电阻的应变效应？利用应变效应解释金属应变式电阻传感器的工作原理。
答：金属导体在外力的作用下发生机械变形，其电阻值随着机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化，这种现象称为金属的应变效应。
现有一根长度为l ，截面积为A ，电阻率为ρ的金属丝，如图2-5所示。
图2-5 金属应变效应 未受力时，电阻值为S l R ρ= 当金属丝受到拉力F 作用时，将引起电阻值发生变化，电阻的相对变化量为SS l l R R ΔΔΔΔ-+=ρρ，当材料一定时，ρ不发生变化，电阻值的变化仅与金属丝长度和金属丝截面积的变化有关。
（2）弹性元件在应变式电阻传感器中起什么作用？答：弹性敏感元件是电阻式传感器的敏感元件，能直接感受到被测的量的变化。
（3）简述应变式电阻传感器测量电路的功能。
答：由于弹性敏感元件和应变片的应变量一般都很小，电阻值的变化量也很小，不易被观察、记录和传输，需要通过电桥电路将该电阻值的变化量放大，并转换成电压或电流信号。
（4）应变式电阻称重传感器的工作原理是什么？（5）电阻应变传感器测量加速度的原理是什么?答：当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，悬臂梁在惯性力作用下产生弯曲变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化。
悬臂梁的应变在一定的频率范围内与质量块的加速度成正比，通过测量质量块悬臂梁的应变，便可知加速度的大小。
（6）试比较金属应变式传感器和半导体压电式传感器的异同点。
答：相同点：两者都是将应变力转换为电阻的变化。
不同点：金属应变式传感器是由于导体的长度和半径发生改变而引起电阻值的变化，而半导体应变式传感器是由于其载流子的迁移率发生变化而引起电阻值的变化。
作业4：3．问答题（1）简述电容式传感器的工作原理。
答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中，ε为极板间介质的介电常数，A 为两电极互相覆盖的有效面积，d 为两电极之间的距离。
传感器作业参考答案
-2.71
-2.68
0.61
0.64
3.99
4.03
7.43
7.45
10.89
10.94
14.47
14.46
偏差 值
-0.05 -0.08 -0.07 -0.05 -0.06 -0.05
第一循环 反行程 -2.71 0.66 4.06 7.49 10.95 14.42
输出值/mV
第二循环 第三循环
反行程 反行程
7 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路，试问： （ 1 ） 四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？
（ 2 ） 画出相应的电桥电路图。 答： ① 如题图所示 等截面悬梁臂，在外力 F 作用下，悬梁臂产生变形，梁的上表面受到拉应变，
而梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片 如题图（b）所示粘贴。
图 2.1
U0
=
−
E 4
⋅
ΔR1 R1
=
−
4 4
× 1.2 120
=
− 0.01V
② 由于 R1， R2 均为应变片，且批号相同，所受应变大小和方向均相同，则 R1=R2=R , ∆R1=∆R2=∆R。
U0
=
⎛ ⎜ ⎝
(R1
+
R2 + ΔR2 ΔR1) + (R2
+
ΔR2 )
−
R4 R3 + R4
图（a）
图（b）
② 电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图﹙ｃ﹚所示，R1、R4 所受应变方向相同,R2、 R3 所受应变方向相同，但与 R1、R4 所受应变方向相反。
传感器作业答案
第1章 传感器与检测技术基础思考题答案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 ，求该仪器的灵敏度。
解：该仪器的灵敏度为25.40.55.35.2-=--=S mV/mm5.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： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω放大器： 100(放大倍数) 笔式记录仪： 0.2cm/V 求：(1)测温系统的总灵敏度；(2)记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。
解：（1）测温系统的总灵敏度为18.02.010002.045.0=⨯⨯⨯=S cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值为22.2218.04==t ℃6.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?解：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％。
因此，应该选用1.5级的测温仪器。
第2章 电阻式传感器思考题答案4.采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。
当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。
解：单臂时4U K Uε=，所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ，应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；双臂时2U K Uε=，所以应变为1时66104210242--⨯=⨯⨯==U K Uε/V ，应变为1000时应为33104210242--⨯=⨯⨯==U K Uε/V ；全桥时U K U ε=0，所以应变为1时6108-⨯=U/V ，应变为1000时应为30108-⨯=U /V 。
传感器第十章作业答案
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象 叫做光生伏特效应。
基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、光敏三 极管。
5. 如何实现线型CCD电荷的四相定向转移? 试画出定向转移图。
1 2
3
4 5 7
第十章作业答案
1. 试说明爱因斯坦光电效应方程的含意。
物体中的电子吸收了入射光子的能量，当足以克服逸出功 A0 时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。如果一个电 子要想逸出，光子能量 hυ 必须超过逸出功 A0 ，超过部分的 能量表现为逸出电子的动能。 2. 光电管阴极、阳极间为什么要加电压？ 光照在阴极上，阴极上逸出的电子无定向向外发射。在阴 极、阳极间外加电压后，可在管内形成电场，阴极接电源负极， 阳极接电源正极。这样可以使从阴极上逸出的电子基本上都被 中央阳极收集，在外电场作用下形成光电流。
3. 为什么光电倍增管的灵敏度比光电管高几万~几百万倍？ 光电倍增管除光电阴极外，还有若干个倍增电极。使用时 在各个倍增电极上均加上电压。阴极电位最低，从阴极开始， 各个倍增电极的电位依次升高，阳极电位最高。同时这些倍增 电极用次级发射材料制成，这种材料在具有一定能量的电子轰 击下，能够产生更多的“次级电子”。由于相邻两个倍增电极 之间有电位差，因此存在加速电场，对电子加速。从阴极发出 的光电子，在电场的加速下，打到第一个倍增电极上，引起二 次电子发射。每个电子能从这个倍增电极上打出 3 ~ 6 倍个次级 电子；被打出来的次级电子再经过电场的加速后，打在第二个 倍增电极上，电子数又增加 3 ~ 6 倍，如此不断倍增，阳极最后 收集到的电子数将达到阴极发射电子数的 105 ~ 106 倍。即光电 倍增管的放大倍数可达到几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵 敏度就比普通光电管高几万到几百万倍。
传感器作业及答案
霍尔传感器1．填空题（1）霍尔传感器是利用霍尔效应来进行测量的。
通过该效应可测量电流的变化、磁感应强度的变化和电流、磁感应强度的变化。
（2）霍尔传感器由半导体材料制成，金属和绝缘体不能用作霍尔传感器。
（3）当一块半导体薄片置于磁场中有电流流过时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。
2．选择题（1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。
a．金属b．半导体c．塑料（2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。
a．位移量b．湿度c．烟雾浓度（3）霍尔传感器基于（ a ）。
a．霍尔效应b．热电效应c．压电效应d．电磁感应（4）霍尔电动势与（a,d ）。
a．激励电流成正比b．激励电流成反比c．磁感应强度成反比d．磁感应强度成正比3．问答题（1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关?答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应。
霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。
如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。
此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。
（2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。
图7-15液位控制系统的工作原理答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。
如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。
传感器重点内容作业题答案
传感器重点内容作业题答案1-10 对某节流元件开孔直径d20的尺⼨进⾏了15次测量，测量数据如下（单位：mm）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试⽤格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗⼤误差，并写出其测量结果。
解1：①求算术平均值及标准差，②判断有⽆粗⼤误差⽤格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.41。
则：数据120.30标准差超出，所以剔除。
剔除后剩余14个数据计算：，⽤格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.37。
则：，经判断⽆坏值。
③计算算术平均值的标准差：④测量结果：Pa=0.9973解2：⑤求算术平均值及标准差：（同解1）⑥判断有⽆粗⼤误差⽤格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.70。
则：数据120.30标准差超出，所以剔除。
剔除后剩余14个数据计算：，⽤格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.66。
则：，经判断⽆坏值。
⑦计算算术平均值的标准差：⑧测量结果：Pa=0.99731-13 测量某电路的电流I=22.5mA，电压U=12.6V，标准差分别为σI=0.5mA,σU=0.1V，求所耗功率P=UI及其标准差。
解：所以所耗功率283.5mW，标准差6.69mW。
2-1 什么叫传感器？它由哪⼏部分组成？1、传感器是能感受规定的被测量并按照⼀定的规律转换成可⽤输出信号的器件或装置。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作⽤是：（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；（2）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适于传输或测量的电信号部分；（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号⼀般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进⾏放⼤、运算调制等；（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的⼯作必须有辅助的电源。
传感器作业答案
第二章 测量误差与数据处理1、测量数据中包含哪三种误差？它们各自的含义是什么？系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。
随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。
粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。
这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。
对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。
2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：120.42, 120.43, 120.40, 120.42, 120.43, 120.39, 120.30, 120.40,120.43, 120.41, 120.43, 120.42, 120.39,120.39,120.40。
试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。
解：1）求算术平均值2）求单次测量值的标准差估计值3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2）经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。
4）重新求解上述各值，得：；mmxx i i404.12015151==∑=-∧σmm033.01)(12＝--=∑=∧n x x ni i σmmg n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈⨯===∧∧σσα)15,...,2,1(=>i K v G i mmx 41.120=-mm016.0＝∧σmmg n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈⨯===∧∧σσα经检查所有的 ，故无粗大误差。
5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014871=-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。
传感器·作业答案详解
第一章3.r m =2/50×100%=4% , 因为 r m =Δx m /x ≤a%*x n /x=5% 所以，合格σ=0.1046x=x ±3σ=1.56±0.3138 1.2462<x<1.8738 , 无坏值 9.拟合后：y=0.499x+1.02×100%=0.133%K=0.499第二章传感器第二章习题参考答案3. 金属电阻应变片，其灵敏度S=2.5，R =120Ω，设工作时其应变为1200μe ，问ΔR 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各是多少？ 解:无应变时 I=E/R=2/120=16.7mA有应变时: I=E/(R+ΔR)=2/(120+0.36)=16.6mA4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*10^9 N/M^2,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=120欧姆，问电阻变化多少？7 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路，试问： （ 1 ） 四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ （ 2 ） 画出相应的电桥电路图。
答：① 如题图所示 等截面悬梁臂，在外力F 作用下，悬梁臂产生变形，梁的上表面受到拉应变，而梁的下表面受压应变。
当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图（b ）所示粘贴。
图（a ）图（b ）② 电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图﹙ｃ﹚所示，R 1、R 4所受应变方向相同,R 2、R 3所受应变方向相同，但与R 1、R 4所受应变方向相反。
图（c ）8. 图示为一直流应变电桥。
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∆ R 1 =1. 2 Ω时，电桥输出电压U 0=?（2）R 1，R 2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U 0 = ?（3）题（2）中，如果R2与R1感受应变的极性相反，且∆R1=∆R2=1. 2 Ω，电桥输出电压U 0 = ?答： ① 如题 2.1 图所示图2.11014 1.20.01V 44120R E U R ∆=-⋅=-⨯=- ② 由于R 1， R 2均为应变片，且批号相同，所受应变大小和方向均相同，则 R 1=R 2=R , ∆R 1=∆R 2=∆R 。
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第二章 测量误差与数据处理1、测量数据中包含哪三种误差？它们各自的含义是什么？系统误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。
随机误差：对同一被测量进行多次重复测量时（等精度测量），绝对值和符号不可预知的随机变化，但就误差的总体而言，具有一定的统计规律性的误差称为随机误差。
粗大误差：明显偏离测量结果的误差称为粗大误差，又称疏忽误差。
这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化产生的。
对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后将其剔除。
2、对某轴直径d 的尺寸进行了15次测量，测得数据如下（单位mm ）：120.42, 120.43, 120.40, 120.42, 120.43, 120.39, 120.30, 120.40,120.43, 120.41, 120.43, 120.42, 120.39,120.39,120.40。
试用格罗布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出测量结果。
解：1）求算术平均值2）求单次测量值的标准差估计值3）按格罗布斯准则判别是否存在粗大误差（查书P61 表3－2）经检查，存在 ， 故剔除120.30mm 。
4）重新求解上述各值，得：；m mxx i i404.12015151==∑=-∧σmm033.01)(12＝--=∑=∧n x x ni i σmmg n g K G 080.0033.041.2)05.0,15(),(00≈⨯===∧∧σσα)15,...,2,1(=>i K v G i mmx 41.120=-mm016.0＝∧σmmg n g K G 038.0016.037.2)05.0,14(),(00≈⨯===∧∧σσα经检查所有的 ，故无粗大误差。
5）按照马利科夫准则，判断有无系统误差因n ＝14，故mm v v M i i i i 02.0002.014871=-=-=∑∑==，M 值较小，故可判断测量列中无系统误差。
6）求算术平均值的标准差的估计值7）P ＝0.95 时，查t 分布表，v ＝n －1＝14－1＝13，查表得t α＝2.16，最后的测量结果：3、一台精度等级为0.5，量程范围为600～1200℃的温度传感器，其最大允许绝对误差是多少？检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，问此表是否合格？ 解：即此传感器的最大允许绝对误差为3℃，检验时某点最大绝对误差是3.5 ℃，大于3 ℃，则此传感器不合格？第三章 信号分析与处理1.对余弦信号分别推导出傅里叶级数的 1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱；2）复指数展开式并画出其实频谱和虚频谱图以及幅频谱、相频谱。
解：2）余弦信号的傅里叶级数复指数展开式为在－w 0处，C nR ＝1/2 C nI =0 在w 0处， C nR ＝1/2 C nI =0 )14,...,2,1(=<i K v G i x ∧σ0.0043mm 14016.0＝==∧∧n x σσmm0086.041.1200043.016.241.120lim ±=⨯±=+=±=∧x x t x x x σδαCX X m m mm︒=⨯-=⨯≤∆⇒≤⨯∆3%5)6001200(%%100αα％tjw t jw e e t w t x 002121cos )(0+=-＝0,21==n n C ϕ0,21==n n C ϕ1）三角函数展开式的幅频谱和相频谱2. 画出信号t t t t x 11213cos 21)3(sin 2)4sin(22)(ωπωπω++-++=的双边幅频谱和双边相频谱。
tt t tt t tt t tt t t x 111111112111213cos 21)322cos()4cos(213cos 21)3(2cos )4cos(213cos 21)3(sin 21)24cos(213cos 21)3(sin 2)4sin(22)(ωπωπωωπωπωωπωππωωπωπω+++-+=+++-+=++-+-++=++-++=则：10=c 00＝ϕ414.121＝=c 41πϕ-=12=c 322πϕ=5.0213==c 03=ϕ第四章 测试系统的特性分析1、某玻璃水银温度计的微分方程为：式中 为水银柱的高度（m ）； 为被测温度（℃）。
求：该温度计的时间常数 和静态灵敏度k ？解：该玻璃水银温度计为一阶微分方程，其基本形式为： 则该温度计的时间常数 ＝a 1/a 0=4/2=2s 静态灵敏度k =b 0/a 0=2×10－3/2=10-3 m/℃2、某测量系统的动态微分方程为：式中 Y 为输出电压（V ）；X 为输入压力（Pa ）。
求：该系统的时间常数 和静态灵敏度k ？ 解：该测量系统为一阶微分方程，其基本形式为：则该系统的时间常数 ＝a 1/a 0=30/3=10siQ Q dtdQ 30010224-⨯=+0Q i Q τX Y dtdY 5105.1330-⨯=+τX b Y a dtdYa 001=+τXb Y a dtdYa 001=+τ静态灵敏度k ＝b 0/a 0=1.5×10－5/3=5×10-6 V/Pa第五章 电阻应变式传感器1.如果将100欧姆的电阻应变片粘贴在弹性试件上，若试件受力的横截面积S ＝0.5×10－4m 2，弹性模量E ＝2×1011N/m 2，若有F ＝50KN 的拉力引起应变电阻的变化为1欧姆，求该应变片的灵敏系数K ？解：应变片的电阻相对变化量为：2.一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上下各贴两片相同的电阻应变片（其灵敏系数均为K =2），如图a 所示。
已知l ＝100mm ，b ＝11mm ，t ＝3mm ，E ＝2×104N/mm 2，应变的计算公式Ebt Fl26=ε。
现将四个应变片接入图b 的直流桥路中，电桥电源电压U ＝6V 。
当力F ＝0.5kg 时，求电桥输出电压U 0＝？解：如图a ，当重力F 作用梁短部后，梁上表面R 1和R 3产生正应变电阻变化而下表1001=∆R R 21051001105102101,/101105.01050331192943=⨯=∆=⨯=⨯⨯=⨯=⨯⨯=---εσεσR RK E m N S F 应变片的灵敏度系数＝应变＝试件所受的应力面R 2和R 4则产生负应变电阻变化，其应变的绝对值应相等，即：Ebt Fl242316==-=-εεεεε＝＝电阻相对变化量εK RRR R R R R R R R =∆=∆-=∆-=∆=∆44223311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mVE bt Fl U K U K U R R U 8.171023111005.06626422=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∙∙==∆=ε第六章 电容式传感器1、有一变极距型电容传感器，两极板的重合面积为8cm 2，两极板间的距离为1mm ，已知空气的相对介电常数为1.00，真空的介电常数ε=8.85×10-12F/m ，试计算该传感器的位移灵敏度。
解：对于变极距性电容传感器的灵敏度2、一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r=4mm ，工作初始间隙δ =0.3mm ，问： （1）工作时，如果传感器与工作的间隙变化量Δδ =±1µm 时，电容变化量是多少？（2）如果测量电路的灵敏度S 1=100mV/pF ，读数仪表的灵敏度S 2=5格/mV ，在Δδ =±1µm 时，读数仪表的指示值变化多少格？ 解：（1）（2）S 1×S 2×ΔC=100×5×0.005＝2.5格3、有一变极距型平板电容传感器，当d 0＝1mm 时，若要求系统的相对非线性误差为0.1％，求允许的极板间距最大变化量？解：当变极距型平板电容传感器的 时，系统的相对非线性误差m PF d S d d Sd C d C S n /1008.7101081085.83641220000000⨯⨯⨯⨯===∆∆=＝＝－－－εεPF C C 005.0103.01041085.8103.0/101103.0/101/1/3231236360＝）（－－－⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=⨯∆-∆=∆∴----πδδδδ1<<∆dd%1.0%1000=⨯∆d d ＝δmmd d001.0%1001%1.0=∆⇒⨯∆=⇒第七章 电感传感器习题答案1． 为什么电感式传感器一般都采用差动形式?解：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、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用。
2. 变压器式交流电桥的平衡条件是什么？解：要满足电桥平衡条件，即传感器的铁芯处于中间位置时，有：Z 1＝Z 2，此时0o U ⋅=， 3. 电涡流传感器的分类？还能测量哪些非电量？解：电涡流传感器分为高频反射式和低频透射式，前者多用于测量位移，后者多用于测量厚度。
第八章 热电式传感器1. 形成热电势的两个必要条件？两种导体的材料不同；接点处的温度不同2、说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。
解：热电偶是一种将温度变化转换为电量变化的装置，它利用传感元件的电磁参数随温度变化的特征来达到测量的目的。
通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可由电压电流这些电参数的变化来表达所测温度的变化。
热电偶的基本定律包括以下三种定律：1）均质导体定律：两种均质金属组成的热电偶，其热电势大小只与热电极材料和两端温度有关，与热电极的几何尺寸及热电极长度上的温度分布无关。
2）中间导体定律：在热电偶测温回路内接入第三种导体, 只要其两端温度相同, 则对回路的总热电势没有影响。
如果导体C 热电极作为参考电极，并已知标准电极与任意导体配对时的热电势，那么在相同接点温度（T,T 0）下，任意两导体A 、B 组成的热电偶，其电势可由下式求得000(,)(,)(,)AB AC CB E T T E T T E T T =+3）中间温度定律：在热电偶回路中，两接点温度为T ，T 0时的热电势，等于该热电偶在接点T 、T a 和T a 、T 0时的热电势之和，即00(,)(,)()AB AB a AB a E T T E T T E T T =++3、已知在其特定条件下材料A 与铂配对的热电势mV T T E o Pt A 967.13)(=-，，材料B 与铂配对的热电势mV T T E o Pt B 345.8)(=-，，试求出此条件下材料A 与材料B 配对后的热电势。