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。(3) 能消除环境和条件变化干扰的影响（如温度、电源电压）。

3.差动结构型特点：(1) 采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。(2) 反串或接入电桥相邻的两臂。(3) 输出信号提高一倍。(4) 传感器差动结构以提高灵敏度、线性度，减小或消除环境因素的影响。

4.反馈型特点：(1) 传感器的敏感元件（或转换元件）同时兼作反馈元件。(2) 是闭环系统、传感器输入处于平衡状态，故又称为平衡式传感器。(3) 主要有力（位移）反馈和热反馈型，如差动电容力平衡式加速度传感器、热线热反馈型流速传感器等。4) 结构较复杂，应用于特殊场合（高精度微差压、高流速）。

3.传感器与被测对象之间有哪些关联形式？

答：固体，流体。

4.传感器的输出数学模型是什么？简述传感器对信号的选择方式。

答：

固定式，补偿式，差动方式，频率域及时间域的选择

5.什么是示容变量和示强变量？

答：描述热平衡状态系统的物理量称为状态量。如果把这个系统分割成若干个小系统，则状态量可分为两种：①与分割方法无关，其性质由其量的大小来决定的状态量。称为强度型状态量，简称示强变量。如温度、压力、电场强度、磁场强度。②具有与系统的大小（体积、面积等）成正比性质的状态量，称为容量型状态量，简称示容变量，又叫容量量或广延量。如能量、熵、位移等。

6.什么是传感器负载效应？如何消除负载效应的影响？

答：在实际测量中，测量系统与被测量对对象之间，测量系统内部各环节相互连接必然产生相互作用。接入的测量装置，构成被测量对象的负载；后接环节成为前接环节的负载。

减小负载效应的措施：1.提高后续环节（负载）的输入阻抗。2.在原来两个相连环节中，插入高输入阻抗，低输出阻抗的放大器，以便一方面减少从前一环节吸取的能量，另一方面在承受后以环节（负载）后又能进、暗笑电压输出的变化，从而减轻总的负载效应。3.使用反馈或零点测量原理，使后面环节几乎不从前面环节吸取能量。

7.传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？

答：传感器的静态特性是指在稳态（静态）信号作用之下（及输入量对时间t 的各阶导数等于0），其输出——输入关系的数学模型。

指标：量程和测量范围，线性度，滞后，重复性，灵敏度，分辨率，阈值，稳定性，漂移及精度等。

8.传感器的动态特性主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？

答：1.阶跃响应及时域性能指标——时间常数，上升时间，响应时间，超调量，峰值时间，延迟时间，衰减率，稳态误差。

9.传感器的静态特性与动态特性的区别何在？

答：静态特性是指被测量信号不随时间的变化而变化（或变化很慢）。动态特性是指被测量信号随时间的变化而变化。

10.一阶传感器的传递函数和频率响应函数是什么？ 答：0101)()()(a s a b s b s H ++= 0

101)()j ()(a j a b b j H ++=ωωω 11.传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？

12.已知某传感器的静态特性方程为 x +=1y ，试分别用切线法、端点直线法、最小二乘法在5.00≤≤X 范围内拟合刻度直线方程，并求出相应的线性度。