传感器与测试技术作业题第二章
《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。
传感器与测试技术形考作业2
传感器与测试技术形考作业2一、判断题1．压电式传感器的特点的是灵敏度比较低。
（）2．磁电感应式传感器可分为变磁通式和恒磁通式两大类。
（）3．差动变压器属于电感式传感器。
（）4．压电传感器的测量电路中前置放大器的主要作用是把传感器的高输入阻抗变换成低输入阻抗。
（）5．磁电式传感器非线性误差产生原因的是传感器线圈电流产生的磁通对工作磁通产生影响。
（）6．通常电路参量式传感器分为4类：压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器和霍尔式传感器。
（）7．压电式传感器适宜于动态测量，不适合测量动态的力、压力、加速度、振动等参数。
（）8．磁电式传感器工作性能稳定，输出阻抗小，灵敏度高，尺寸和重量比较小。
（）9．磁电式传感器通常输出功率较大，测量电路比较简单。
（）10．热电动势的产生实际上由2部分组成，即接触电势和温差电势。
（）11．两种不同类型的金属导体（或半导体），两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等有温差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。
（）12．利用热电效应，只要知道热电偶回路一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。
（）13．对于任何一种金属，高温端的自由电子要向低温端扩散，高温端因失去电子而带正电，低温端得到电子而带负电，形成温差电动势，又称汤姆森电动势。
（）14．压电式传感器的输出信号很微弱，而且内阻很高，一般不能直接显示和记录。
（）15．压电传感器可以等效为一个电源U和一个电容器Ca的串联电路。
（）16．压电传感器也看作是个电荷发生器，等效为一个电荷源与一个电容并联的等效电路。
（）17．由电效应转变为机械效应或者由电能转变为机械能的现象，就是压电陶瓷的逆压电效应。
（）18．由机械效应转变为电效应，或者由机械能转变为电能的现象，就是压电陶瓷的正压电效应。
（）19．超声波式的检测仪表，一般都是利用压电材料作为超声波发射探头和接收探头的，例如超声波液面计，超声波流量计，超声波测厚仪等。
测试技术与传感器第二章习题答案.ppt
1 35
1 40
1 45
1 50
1 55
1 60
1 65
1 70
1 75
1 8011
45 50
15 675
675 37375
1 55
1 60
1 65
1 70
1 75
1 80
9
第二章 检测技术理论基础
习题参考答案
由于
则：A' A 105000 0(有解)
( A' A)1
1 A' A
A11
Gs 2.410.0335 0.0807 9 故剔除U9
2
第二章 检测技术理论基础
习题参考答案
(3)剔除粗大误差后的算术平均值及标准差估计值如下：
算数平均值为：
1 14
U
14
Ui
i 1
26.207
标准差的估计值为：
s2
vi2
14 1
xi x2
14 1
0.00817 0.02507 mV 13
为最小
i 1
即：
Vi 2
b0 Vi 2
b
0 0
拟合结果为：
15
15 15
15 xi yi xi yi
15
15
15 15
xi2 yi xi xi yi
b
i 1
i1 i1
15
15
xi 2
15
2 xi
i 1
i1
0.036
,
b0
i 1
i 1
i 1
15
15
xi2
重新判断粗大误差： 取置信概率 P 0.95
《传感器技术》作业(2)
《传感器技术》作业（2）一、填空题1、沿应变片轴向的应变εx必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向的横应变εy也会引起其电阻的相对变化，这种现象成为横向效应。
这种现象的产生和影响与应变片结构有关。
为了减小由此产生的测量误差，现在一般多采用箔式应变片。
2、为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：单丝自补偿法、双丝自补偿法、桥路补偿法。
3、应变片的线性（灵敏度系数为常数）特性，只有在一定的应变限度范围内才能保持。
当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变片的输出特性将出现非线性。
在恒温条件下，使非线性达到10%时的真实应变值，称为应变极限εlim。
它是衡量应变片测量范围和过载能力的指标。
4、应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
5、应变片的选择包括：类型的选择、材料的选择、阻值的选择、尺寸的选择。
6、应变式测力传感器弹性元件即为力敏元件，它将被测力的变化转换成应变量的变化。
弹性元件的形式通常有柱式、悬臂梁式、环式等。
7、利用半导体扩散技术，将P型杂质扩散到一片N型底层上，形成一层极薄的电导P型层，装上引线接点后，即形成扩散型半导体应变片。
若在圆形硅膜上扩散出4个P型电阻构成惠斯通电桥的4个桥臂，这样的敏感器件称为固态压阻器件。
8、压阻器件本身受到温度影响后，要产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。
因此，必须采用温度补偿措施。
9、压阻器件的零点温度漂移是由于4个扩散电阻值及它们的温度系数不一致而造成的，一般用串、并联电阻法来补偿。
10、压阻器件的灵敏度温度漂移是由压阻系数随温度变化而引起的。
补偿灵敏度温漂，可以采用在电源回路中串联二极管的方法。
11、利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。
12、电位计传感器也称变阻器式传感器，其工作原理是通过改变电位计触头位置，实现将位移变化转换为电阻的变化。
13、在应用中电容式传感器有三种基本类型，即变极距型或称变间隙(δ)型、变面积(S)型和变介电常数(ε)型。
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。
传感器与测试技术章节测试题
章节测试题第一章 信号及其描述（一）填空题1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。
这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。
2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。
3、 周期信号的频谱具有三个特点： ， ， 。
4、 非周期信号包括 信号和 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。
6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对称。
（二）判断对错题（用√或×表示）1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。
（ ）2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
（ ）3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
（ ）4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
（ ）5、 随机信号的频域描述为功率谱。
（ ） （三）简答和计算题1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。
2、 求正弦信号)sin()(0ϕω+=t x t x 的均值x μ，均方值2xψ，和概率密度函数p(x)。
3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。
4、 求被截断的余弦函数⎩⎨⎧≥<=Tt T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。
5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x atω的频谱。
第二章 测试装置的基本特性（一）填空题1、 某一阶系统的频率响应函数为121)(+=ωωj j H ，输入信号2sin)(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。
2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141nn ns s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、和 。
传感器与检测技术机工版第2版第2章 习题解答
第2章习题解答1.填空题（1）正比。
（2）基片、金属丝（电阻丝）或金属箔、覆盖层以及引线。
（3）金属应变片,半导体,金属丝式、箔式、薄膜式（4）线路补偿,应变片自补偿。
（5）粘贴式半导体应变片、扩散型压阻传感器。
（6）零位漂移,灵敏度漂移。
（7）扩散电阻值,温度系数,串联电阻.（8）压阻系数,串联二极管。
（9）电阻元件、骨架及电刷(滑动触点)。
2.什么是电阻应变效应？所谓的电阻应变效应，就是导体或半导体在受到外力的作用下，会产生机械变形，从而导致其电阻值发生变化的现象。
3.简述金属电阻应变片的结构及工作原理。
金属电阻应变片的结构如图2-2所示，它主要由基片、金属丝（电阻丝）或金属箔、覆盖层以及引线等4部分组成。
电阻丝（箔）以曲折形状（栅形，称为敏感栅）用黏结剂粘贴在绝缘基片上，两端通过引线引出，丝栅上面再粘贴一层绝缘保护膜。
把应变片贴于被测变形物体上，敏感栅跟随被测物体表面的形变而使电阻值改变，只要测出电阻的变化就可以得知形变量的大小。
4.简述电阻应变片的粘贴步骤。
1)试件的表面处理。
为了保证一定的粘合强度，必须将试件表面处理干净，清除杂质、油污及表面氧化层等。
粘贴表面应保持平整，表面光滑。
最好在表面打光后，采用喷砂处理。
面积约为应变片的3~5倍。
2)确定贴片位置。
在应变片上标出敏感栅的纵、横向中心线，在试件上按照测量要求划出中心线。
精密的可以用光学投影方法来确定贴片位置。
3)粘贴应变片。
首先用甲苯、四氯化碳等溶剂清洗试件表面。
如果条件允许，也可采用超声清洗。
应变片的底面也要用溶剂清洗干净，然后在试件表面和应变片的底面各涂一层薄而均匀的胶水等。
贴片后，在应变片上盖上一张聚乙烯塑料薄膜并加压，将多余的胶水和气泡排出。
加压时要注意防止应变片错位。
4)固化处理。
贴好应变片后，根据所使用的粘合刑的固化工艺要求进行固化处理和时效处理。
5)粘贴质量检查。
检查粘贴位置是否正确，粘合层是否有气泡和漏贴，敏感栅是否有短路或断路现象，以及敏感栅的绝缘性能等。
《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。
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第二章传感器的一般特性
1．解释下列名词
1）测量范围：由被测量或供给量的两个值限定的范围。
在该范围内规定了测量仪器仪表的不确定度限。
一个仪器仪表可以有几个测量范围量程。
2）量程：检测上限和检测下限的代数差为量程。
3）线性度：实际曲线与其两个端点连线（称理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。
取其中最大值与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标
4）迟滞：传感器在正（输入量增大）或（输入量减小）形成中输出输入曲线不重合成为迟滞。
5）重复性：重复性是用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95％概率水平两个独立测试结果的最大差值
6）灵敏度：灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。
通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解
7）灵敏度误差：天平灵敏度示值与约定真值之差
8）分辨力：分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小变化值。
9）阈值：阈值是指能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨能力。
10）漂移：漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
11）稳定性：稳定性又称长期稳定性，即传感器在相当长时间内保持其原性能的能力。
2．什么是传感器的静特性、动特性？
传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系。
动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
3．不失真检测的条件是什么？
传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）（如同a）；相频特性应该是线性关系（如图b）
4．传递函数、频率响应函数、脉冲响应函数是如何定义的？
传递函数：零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。
频率响应函数：(1)简谐激励时，稳态输出相量与输入相量之比。
(2)瞬态激励时，输出的傅里叶变换与输入的傅里叶变换之比。
(3)平稳随机激励时，输出和输入的互谱与输入的自谱之比。
脉冲响应函数：在信号与系统学科中，冲激响应(或叫脉冲响应)一般是指系统在输入为单位冲激函数时的输出(响应)。
对于连续时间系统来说，冲激响应一般用函数h(t)来表示。
5．传感器动态特性的评价指标有哪些？
当测量随时间变化的参数时，压力、震动、温度、都会影响。
6．测定频率响应函数的方法有哪几种？
正弦信号激励、脉冲信号激励、阶跃信号激励。
7．什么是传感器的标定、动态标定及静态标定
传感器的标定:是指在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。
传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一价传感器只有一个时间常数τ；对二价传感器则有固有频率ωn和阻尼比ξ两个参数。
静态标定是指在静态标准条件下，对传感器的静态特性、静态灵敏度、非线性、滞后、重复性、等指标的确定。
8.简述提高传感器性能的各种方法。
应根据实际的需要和可能，在确保主要指标实现的基础上，放宽对次要指标的要求，以求高的性能价格比。
在设计、制造传感器时合理选择其结构、材料和参数是保证具有良好性能价格比的先提。
9.简述传感器静态标注的过程。
1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间隔点；
2）根据传感器量程分点情况，由大到小逐点输入标准量值，并记录下与各输入直相对应的输出值；
3）将输入值再由大到小逐点减小下来，同时记录相应的各输出值；
4）按2），3）所述过程，对传感器进行正、反行程反复循环多次测试，将得到的输出-输入测试数据用表格列出或画成曲线；
5）对测试数据进行必要的处理，根据处理结果，可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。
作业题
1．传感器所能测量的最大被测量（即输入量的数值）称为测量上限，最小的被测量称为测量下限，用这两个数值表示的测量区间，称为测量范围。
2.静态误差是指传感器在全量程内任一点的输出值与理论输出值的偏离程度。
3.绝对误差是指测量结果与被测参量真值之间所存在的差值的绝对值。
4.相对误差是指测量的绝对误差与被测量真值的比值，通常以百分数表示。
5.引用误差是指测量的绝对误差与仪表的满量程之比，这一指标通常用来表征仪器本身的精度，而不是测量的精度。
6.传感器的动态数学模型是指传感器在受到随时间变化的输入量作用时，输出-
输入之间的关系，通常为相应特性。
7.静态标定是指在静态标准条件下，对传感器的静态特性、静态灵敏度、非线性、滞后、重复性、等指标的确定。
8.传感器的标定是指在明确传感器的输出与输入关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度。
对新研制或生产的传感器进行全面的技术检定，称为标定；将传感器在使用中或储存后进行的性能复测，称为校准。
9.标定的基本方法是利用标准仪器产生已知的非电量（如校准、压力、位移等），作为输入量，输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量与输入的标准量作比较，获得一系列校准数据或曲线。
10. 传感器的动态标定主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，对一价传感器只有一个时间常数τ；对二价传感器则有固有频率ωn和阻尼比ξ两个参数。
11.传感器常用的非线性校正（或称非线性补偿）方法有一下两种：开环式非线性补偿法和非线性反馈补偿法。
12.使传感器的技术指标及其性能不受温度影响，而采取的一系列具体的技术措施，称为温度补偿技术。
13.温度误差灵敏度是指传感器输出变化量与引起该输出量变化的温度变化量之比。
14.常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。