《传感器原理及应用》课程作业答案
[精品]传感器原理及应用课后答案(1-3).doc
![[精品]传感器原理及应用课后答案(1-3).doc](https://img.taocdn.com/s3/m/41c192f8482fb4daa48d4b73.png)
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。
传感器原理与应用第二版课后答案
传感器原理与应用第二版课后答案1. 传感器原理与应用概述。
传感器是一种能够感知、检测并转换物理量或化学量等非电信号到电信号的装置，它是现代自动化领域中不可或缺的重要组成部分。
传感器的原理与应用涉及到物理学、化学、电子学等多个学科领域，对于各种自动化系统的测量、控制和监测起着至关重要的作用。
2. 传感器的分类及工作原理。
传感器根据其测量原理和测量对象的不同可以分为多种类型，比如光电传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
不同类型的传感器有着各自独特的工作原理，比如光电传感器是利用光电效应实现光信号到电信号的转换，而温度传感器则是通过测量物体的热量来获取温度信息。
3. 传感器在工业控制中的应用。
传感器在工业控制中有着广泛的应用，比如在自动化生产线上，各种传感器可以用来检测产品的尺寸、形状、颜色等信息，从而实现自动化的生产控制。
此外，传感器还可以用于监测工业设备的运行状态，实现设备的远程监控和故障诊断。
4. 传感器在智能家居中的应用。
随着智能家居的发展，各种传感器也开始在家居领域得到广泛应用。
比如温湿度传感器可以用来监测室内的温度和湿度，光敏传感器可以用来实现智能照明控制，人体红外传感器可以用来实现智能安防监控等。
5. 传感器的未来发展趋势。
随着物联网、人工智能等新技术的发展，传感器也将迎来新的发展机遇。
未来的传感器将更加智能化、多功能化，能够实现更加精准的测量和控制，同时还将更加节能环保，更加适应多样化的应用场景。
6. 结语。
传感器作为现代自动化系统中的重要组成部分，其原理与应用对于各种领域的发展都具有重要意义。
我们需要不断学习和掌握传感器的相关知识，不断创新和完善传感器技术，以推动传感器行业的发展，为人类社会的进步做出贡献。
(完整word版)《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。
《传感器原理与应用习题解答》
第1章传感器的技术基础1.传感器的定义是什么？答：传感器最早来自于“sensor”一词，就是感觉的意思。
随着传感器技术的发展，在工程技术领域中，传感器被认为是生物体的工程模拟物。
而且要求传感器不但要对被测量敏感，还要就有把它对被测量的响应传送出去的功能，也就是说真正实现能“感”到，会“传”到的功能。
传感器是获取信息的一种装置，其定义可分为广义和狭义两种。
广义定义的传感器是指那些能感受外界信息并按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。
这里的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，一般为电信号，如电压、电流、电阻、电容、频率等。
狭义定义的传感器是指将外界信息按一定规律转换成电量的装置才叫传感器。
按照国家标准GB7665—87对传感器下的定义是：“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，通常由敏感元件和转换元件组成”。
国际电工委员会(IEC)将传感器定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。
美国测量协会又将传感器定义为“对应于特定被测量提供有效电信号输出的器件”。
传感器也称为变换器、换能器或探测器。
如前所述．感受被测量、并将被测量转换为易于测量、传输和处理的信号的装置或器件称为传感器。
2.简述传感器的主要分类方法。
答：(1)据传感器与外界信息和变换效应的工作原理，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。
(2)按输入信息分类。
传感器按输入量分类有力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器等。
这种分类对传感器的应用很方便。
(3)按应用范围分类。
根据传感器的应用范围的不同，通常分为工业用、民用、科研用、医用、军用传感器等。
按具体使用场合，还可分为汽车用、舰船用、航空航天用传感器等。
如果根据使用目的的不同，还可分为计测用、监测用、检查用、控制用、分析用传感器等。
《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。
传感器原理与工程应用完整版习题参考答案
《传感器原理及工程应用》完整版习题答案第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1—1：测量的定义？答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。
1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10 对某节流元件（孔板）开孔直径d 20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。
答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值 相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100% 引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%解：当n ＝15时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.41。
则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
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。
传感器原理及应用第四版答案
传感器原理及应用第四版答案【篇一：传感器原理与应用课后习题】txt>课任老师：黄华姓名：张川学号：1143032002第一章2、一、按工作机理分类：结构型，物性型，复合型三大类。
一般在研究物理化学和生物等科学领域的原理、规律、效应的时候，便于选择。
二、按被测量分类：物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。
在对各领域的用途上很容易选择。
三、按敏感材料分类：半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感器、高分子材料传感器、金属传感器等。
很明显不同的名字就代表着用法，不同的制造材料去不同使用。
四、按能量的关系分类：有源传感器、无源传感器。
很明显是在能量转换的时候，也就是非电与电之间的转换时，还有就是非电与电能之间的调节作用的时候，需要用到此类传感器。
五、按应用领域分类：医学传感器、航天传感器。
顾名思义，就是在医学领域的相关器械检查等方面和航空航天的整体过程中会用到。
六、其他分类法：按用途、科目、功能、输出信号的性质分类。
当然按其所需要的类型使用此类传感器。
3、1）线性度：e??2）灵敏度：?maxy?100%fssn??y ?x3）重复性：误差ex??(2~3)??y?100%|fs4）迟滞（回差滞环）现象：e?|5）分辨率：?y?yidxmin6）稳定性 7）漂移4、它是传感器对输入激励的输出响应特性。
通常从时域或者频域两方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。
6、系统：ady(t)?by(t)?cx(t) dtady(t)c?y(t)?x(t)bdtb通用形式：?dy(t)k——传感器的静态灵敏度或放大系数，k=c/b，反映静态特征；?传递函数： h(s)?k1??s?频率特性： h(jw)?k1?jw??幅频特性： a(w)?|h(jw)|?k?(??)2???)??arctan(??) ?想频特性： ?(?)?arctan(≈0; 输出y(t)反映输入x(t);第二章2、金属导体受到外力作用产生机械形变，电阻值会随着形变的变化而变化。
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。
传感器原理及应用第三版课后答案
②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。
3-2分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。
1－7：解：YFS=200-0=200
由A=ΔA/YFS＊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/AyFS*100%,由题意可知：A＝1.5％，YFS＝100
所以ΔA＝A YFS＝1.5
因为1.4＜1.5
所以合格。
1－9：解：Δhmax＝103－98＝5
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。
εr=-με=-3*10-4
(2) :F=εES=0.001*2*1011*0.00196=3.92*105N
1-10:解：（1）贴片习题中图2－7所示，R3、R2靠近中心处，且沿切向方向，R1、R4靠近圆片边缘处且沿径向贴。位置在使－εr=εt即
（2）
R1R2
USC
R3R4
E
（3）
εr2、3＝
传感器原理与应用第二版课后答案
传感器原理与应用第二版课后答案1. 传感器的基本原理。
传感器是一种能够感知并转换物理量或化学量等非电信号为电信号的装置。
传感器的基本原理是利用特定的物理效应，如电磁感应、压阻效应、光电效应等，将被测量的物理量转换为电信号输出，从而实现对被测量物理量的监测和测量。
2. 传感器的分类及应用。
根据测量的物理量不同，传感器可以分为温度传感器、压力传感器、光电传感器、湿度传感器等多种类型。
每种传感器都有其特定的应用领域，如温度传感器广泛应用于工业生产中的温度监测和控制，压力传感器则常用于汽车制造和航空航天领域的压力监测等。
3. 传感器的工作原理。
传感器的工作原理是将被测量的物理量转换为电信号输出。
以温度传感器为例，当温度发生变化时，传感器内部的电阻值也会发生变化，通过测量电阻值的变化即可得知温度的变化情况。
而光电传感器则是利用光电效应将光信号转换为电信号输出。
4. 传感器的应用案例分析。
在工业自动化领域，传感器被广泛应用于各种生产设备的监测与控制中。
例如，利用压力传感器可以实现对液体管道内部压力的实时监测，以确保生产过程的安全性和稳定性。
另外，在智能家居领域，温度传感器和湿度传感器可以实现对室内环境的实时监测，从而实现空调和加湿器的智能控制。
5. 传感器的发展趋势。
随着科技的不断进步，传感器技术也在不断发展。
未来，传感器将更加智能化、微型化和多功能化，能够实现更精准的监测和更便捷的数据传输。
同时，新型材料和制造工艺的应用也将为传感器的发展提供更广阔的空间。
总结，传感器作为现代化社会不可或缺的一部分，其在工业生产、智能家居、医疗健康等领域都发挥着重要作用。
通过对传感器的基本原理、分类及应用、工作原理、应用案例分析和发展趋势的了解，我们可以更好地认识传感器，并为其未来的发展提供更多的可能性。
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=0.33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 R dR x ++=)21(和[]x m x K C RdR εεμμ=-++=)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≈0.3，因此(1+2μ)≈1.6；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)≈0.4，所以此时K0=Km ≈2.0。
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=7.8g/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0.5%。
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 v f 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：kg m m N E336211108.710/102--⨯⨯⨯⨯==ρν;s m kgs m Kg /10585.18.7/8.91024228⨯=⨯⨯⨯=；可算得kHz ms m e l v f 112%5.061010/10585.1||634max =⨯⨯⨯==-π。
传感器原理与应用第二版课后答案
传感器原理与应用第二版课后答案1. 什么是传感器？传感器的作用是什么？传感器是一种能够感知、检测和接收外部信息并将其转化为可用信号的装置。
其作用在于将各种物理量、化学量、生物量等转换为电信号或其他所需形式的信号，以便进行测量、控制、记录、显示等。
2. 传感器的分类及其原理。
传感器根据测量的物理量不同可分为光学传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、位移传感器、力传感器等。
光学传感器是利用光的传播、反射、折射、吸收等现象进行探测的传感器。
压力传感器是利用介质受力变形的原理进行测量的传感器。
温度传感器是利用物体温度与某种物理特性（如电阻、电压、电流等）的关系进行测量的传感器。
湿度传感器是利用介质的吸湿性质进行测量的传感器。
位移传感器是利用物体位移与某种物理特性（如电容、电感、电阻等）的关系进行测量的传感器。
力传感器是利用受力物体的弹性变形与某种物理特性（如电阻、电容、电感等）的关系进行测量的传感器。
3. 传感器的应用领域。
传感器广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗仪器、消费电子、智能家居、汽车电子、航空航天等领域。
在工业自动化领域，传感器用于测量和控制生产过程中的各种物理量，如温度、压力、流量、液位等，以实现自动化生产。
在环境监测领域，传感器用于监测大气、水质、土壤等环境参数，以实现环境保护和资源管理。
在医疗仪器领域，传感器用于监测患者的生理参数，如心率、血压、血氧饱和度等，以帮助医生进行诊断和治疗。
在消费电子领域，传感器用于手机、平板电脑、智能手表等设备中，实现智能化功能。
在智能家居领域，传感器用于监测室内环境，实现智能控制。
在汽车电子领域，传感器用于监测车辆的各种参数，保障行车安全。
在航空航天领域，传感器用于监测飞行器的各种参数，保障飞行安全。
4. 传感器的发展趋势。
随着科技的不断进步，传感器的发展呈现出以下几个趋势，小型化、智能化、多功能化、网络化、无线化。
传感器的小型化使其在各种设备中的应用更加方便灵活；智能化使传感器具有自主判断和处理能力，能够实现更复杂的功能；多功能化使传感器能够同时实现多种测量和控制功能；网络化使传感器能够实现远程监测和控制；无线化使传感器能够摆脱传统的有线连接，实现更灵活的布局和应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《传感器原理与应用》课程作业答案作业一1．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。
空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。
环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。
悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。
扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。
变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。
弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。
波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。
作业二1. 何谓电阻式传感器？它主要分成哪几种？答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记录被测量的变化状态的一种传感器。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏电阻、气敏电阻及湿敏电阻等电阻式传感器。
2. 什么是电阻应变效应？答：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形（拉伸或压缩）时，其电阻值也随之发生相应的变化，这种现象即为电阻应变效应。
3. 试比较金属丝电阻应变片与半导体应变片的特点。
答：金属丝式应变片的蠕变较大，金属丝易脱胶，但其价格便宜，多用于应变、应力的一次性试验。
半导体应变片是用半导体材料作敏感栅而制成的。
当它受力时，电阻率随应力的变化而变化。
它的主要优点是灵敏度高（灵敏度比丝式、箔式大几十倍），横向效应小。
主要缺点是灵敏度的热稳定性差、电阻与应变间非线性严重。
在使用时，需采用温度补偿及非线性补偿等措施。
4. 热电阻传感器有哪几种？各有何特点及用途？答：热电阻可分为金属热电阻和半导体热电阻两类。
前者称为热电阻，后者称为热敏电阻。
以热电阻或热敏电阻为主要器件制成的传感器称为热电阻传感器或热敏电阻传感器。
热电阻传感器主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来测量温度的。
其主要优点是：测量精度高；有较大的测量范围，尤其在低温方面；易于使用在自动测量和远距离测量中。
热电阻传感器之所以有较高的测量精度，主要是一些材料的电阻温度特性稳定，复现性好。
热敏电阻按其对温度的不同反应可分为负温度系数热敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度系数热敏电阻（CTR）三类，CTR一般也是负温度系数，但与NTC不同的是，在某一温度范围内，电阻值会发生急剧变化。
这三类热敏电阻的电阻率ρ与温度t之间的相互关系均为非线性。
NTC热敏电阻主要用于温度测量和补偿，测温范围一般为-50~350℃，也可用于低温测量（-130℃~0℃）、中温测量（150℃~750℃），甚至更高温度，测量温度范围根据制造时的材料不同而不同。
PTC热敏电阻既可作为温度敏感元件，又可在电子线路中起限流、保护作用。
CTR热敏电阻主要用作温度开关。
5. 简要说明气敏、湿敏电阻传感器的工作原理，并举例说明其用途。
答：气敏传感器，是利用半导体气敏元件同被测气体接触后，造成半导体性质的变化，以此来检测待定气体的成分或浓度的传感器的总称。
实际测量时，可用气敏传感器把各种气体的成分或浓度等参数转换成电阻、电压或电流的变化量，并通过相应测量电路在终端仪器上显示。
它的传感元件是气敏电阻，这是一种用金属氧化物（如氧化锡SnO2、氧化锌ZnO或Fe2O3等）的粉末材料并添加小量催化剂及添加剂，按一定配比烧结而成的半导体器件。
气敏传感器可测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类，例如石油蒸汽、酒精蒸汽、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
湿敏电阻传感器是利用材料的电气性能或机械性能随湿度而变化的原理制成的。
它能把湿度的变化转化成电阻的变化，它的传感元件是湿敏电阻。
湿敏电阻传感器的应用很广，例如，大规模集成电路生产车间，当其相对湿度低于30%RH时，容易产生静电而影响生产；一些粉尘大的车间，当湿度小而产生静电时，容易产生爆炸；许多储物仓库(如存放烟草、茶叶和中药材等)在湿度超过某一程度时，物品易发生变质或霉变现象；居室的湿度希望适中；而纺织厂要求车间的湿度保持在60%RH~75%RH；在农业生产中的温室育苗、食用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检测和控制。
作业三1．电感式传感器的工作原理是什么？能够测量哪些物理量？答：电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的电感（或互感）变化的一种机电转换装置。
利用电感式传感器可以把连续变化的线位移或角位移转换成线圈的自感或互感的连续变化，经过一定的转换电路再变成电压或电流信号以供显示。
它除了可以对直线位移或角位移进行直接测量外，还可以通过一定的感受机构对一些能够转换成位移量的其他非电量，如振动、压力、应变、流量等进行检测。
2. 变气隙式传感器主要由哪几部分组成？有什么特点？答：变气隙式自感式传感器由铁心线圈、衔铁、测杆及弹簧等组成。
变气隙式传感器的线性度差、示值范围窄、自由行程小，但在小位移下灵敏度很高，常用于小位移的测量。
3. 概述电涡流式传感器的基本结构与工作原理。
答：成块的金属物体置于变化着的磁场中，或者在磁场中运动时，在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡流。
电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空心绕组，它与正弦交流电源接通，通过绕组的电流会在绕组周围空间产生交变磁场。
当导电的金属靠近这个绕组时，金属导体中便会产生电涡流。
涡流的大小与金属导体的电阻率、磁导率、厚度、绕组与金属导体的距离，以及绕组励磁电流的角频率等参数有关。
如果固定其中某些参数不变，就能由电涡流的大小测量出另外一些参数。
由电涡流所造成的能量损耗将使绕组电阻有功分量增加，由电涡流产生反磁场的去磁作用将使绕组电感量减小，从而引起绕组等效阻抗Z及等效品质因数Q值的变化。
所以凡是能引起电涡流变化的非电量，例如金属的电导率、磁导率、几何形状、绕组与导体的距离等，均可通过测量绕组的等效电阻R、等效电感L、等效阻抗Z及等效品质因数Q来测量。
这便是电涡流式传感器的工作原理。
电涡流式传感器的结构比较简单，主要是一个绕制在框架上的绕组，目前使用比较普遍的是矩形截面的扁平绕组。
作业四1. 电容式传感器有什么主要特点？可用于哪些方面的检测？（P55）答：电容式传感器具有以下特点：功率小，阻抗高，由于电容式传感器中带电极板之间的静电引力很小，因此，在信号检测过程中，只需要施加较小的作用力，就可以获得较大的电容变化量及高阻抗的输出；动态特性良好，具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；本身的发热对传感器的影响实际上可以不加考虑；可获取比较大的相对变化量；能在比较恶劣的环境条件下工作；可进行非接触测量；结构简单、易于制造；输出阻抗较高，负载能力较差；寄生电容影响较大；输出为非线性。
电容式传感器可用于直线位移、角位移、尺寸、液体液位、材料厚度的测量。
2. 根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？各自用途是什么？答：根据电容式传感器的工作原理，电容式传感器有三种基本类型，即变极距(d)型（又称变间隙型）、变面积(A)型和变介电常数(ε)型。
变间隙型可测量位移，变面积型可测量直线位移、角位移、尺寸，变介电常数型可测量液体液位、材料厚度。
作业五1. 什么叫顺压电效应？什么叫逆压电效应？常用压电材料有那几种？（P66-67）答：某些电介质在沿一定的方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。
这种机械能转化成电能的现象，称为“顺压电效应”。
反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为“逆压电效应”。
应用于压电式传感器中的压电材料通常有三类：一类是压电晶体，它是单晶体，如石英晶体、酒石酸钾钠等；另一类是经过极化处理的压电陶瓷，它是人工合成的多晶体，如钛酸钡等；第三类是有机压电材料，是新型的压电材料，如聚偏二氟乙烯等。
作业六1. 试分析霍尔效应产生的原因。
霍尔电动势的大小、方向与哪些因素有关？答：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
如将N型半导体薄片,垂直置于磁场中。
在薄片左右两端通以电流，这时半导体中的载流子（电子）将沿着与电流相反的方向运动。
由于外磁场的作用，电子将受到磁场力（洛仑兹力）的作用而发生偏转，结果在半导体的后端面上积累了电子而带负电，前端面则因缺少电子而带正电，从而在前后端面间形成电场。