传感器课后习题答案
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 课后题及答案
传感器课后题及答案第1章传感器特性1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
5．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？6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时，，又为多少？，相角各为多少？8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
10. 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/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
11．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。
12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。
13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。
15．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
(完整版)传感器课后题答案
第一章1.何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系。
答：准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。
精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。
精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度，其定量特征可用测量的不确定度表示。
4.为什么在使用各种指针式仪表时，总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围内使用？答：选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好，为了充分利用仪表的准确度，选用仪表前要对被测量有所了解，其被测量的值应大于其测量上限的2/3。
14.何为传感器的静态标定和动态标定？试述传感器的静态标定过程。
答：静态标定：确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。
动态标定：确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
静态标定过程：①将传感器全量程分成如干等间距点。
②根据传感器量程分点情况，由小到大一点一点地输入标准量值，并记录与各输入值相应的输出值。
③将输入值由大到小一点一点减小，同时记录与各输入值相对应的输出值。
④按②、③所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次测试，将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。
⑤对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。
第二章1.什么叫应变效应？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：金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。
工作原理：在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即：∆R=K0ε(K0：电阻丝的灵敏系数、ε：导体的纵向应变)R2.金属电阻应变片与的工作原理有何区别？各有何优缺点？答：区别：金属电阻变化主要是由机械形变引起的；半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。
优缺点：金属电阻应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小，半导体应变片的灵敏度是金属电阻应变片50倍左右。
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。
传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案
，是单臂工作时的两倍。
（b）如果采用全桥差动电路，需要在等强度梁的上下四个位置安装四个工作应变片，两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上，构成全桥差动电路。此时电桥的输出电压为
解：
一阶传感器的幅频特性为：
因为幅值误差限制在±5％以内，即
当 时，有 。
若用此传感器测量 的信号，其幅值误差为：
相位误差为：
第三章
3-5题3-5图为一直流电桥，图中E=4V，R1= R2= R3= R4=120Ω，试求：
（1）R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出的电压U0=?
当R1受压应变，R2受拉应变时，电桥输出电压为：
3-6题3-6图为等强度梁测力系统，R1 为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求：
（1）应变片电阻变化量ΔR1 和电阻相对变化量ΔR1/R1。
（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。
第二章
2-1什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？
【答】
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受或响应被测量的部分；（2）计算传感器在满量程时，各应变片的电阻值；
《传感器》习题答案
第一章 思考题与习题1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？答：输入量为常量或变化很慢情况下，输出与输入两者之间的关系称为传感器的静态特性。
它的性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差（静态测量不确定性或精度）.2、传感器动特性取决于什么因素？答：传感器动特性取决于传感器的组成环节和输入量，对于不同的组成环节(接触环节、模拟环节、数字环节等）和不同形式的输入量(正弦、阶跃、脉冲等)其动特性和性能指标不同。
3、某传感器给定相对误差为2％FS ，满度值输出为50mV ，求可能出现的最大误差δ（以mV 计）.当传感器使用在满刻度的1/2和1/8时计算可能产生的百分误差。
并由此说明使用传感器选择适当量程的重要性。
已知：FS %2=γ， mV y FS 50=；求:δm =？解：∵ %100⨯=FS my δγ； ∴ mV y FS m 1%100=⨯•=γδ若: FS FS y y 211= 则: %4%100251%1001=⨯=⨯=FS m y δγ 若： FS FS y y 812=则: %16%10025.61%1002=⨯=⨯=FS m y δγ 由此说明，在测量时一般被测量接近量程（一般为量程的2/3以上)，测得的值误差小一些。
4、有一个传感器，其微分方程为x y dt dy 15.03/30=+，其中y 为输出电压(mV ）,x 为输入温度(0C ），试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。
已知：x y dt dy 15.03/30=+；求：τ=？，k =？解:将x y dt dy 15.03/30=+化为标准方程式为：x y dt dy 05.0/10=+与一阶传感器的标准方程：kx y dt dy =+τ 比较有： ⎩⎨⎧==)/(05.0)(100C mV k s τ 5、已知某二阶系统传感器的自振频率f 0=20k Hz ，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3％，试确定该传感器的工作频率范围。
传感器第四版课后习题答案部分
C k g b 0.0708 pF / mm 2 mm 0.1416 pF
C S S S C 0
Kg C C 011/
5、“驱动电缆”技术
芯线 传 感 器
＋ 1：1
－ 内屏蔽层
外屏蔽层
测量 电路 前置级
“驱动电缆”技术原理 图
➢ 传感器与测量电路间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与 信号传输线(即电缆芯线)通过1:1放大器成为等电位，从而 消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。由于屏蔽线上有随传感 器输出信号变化而变化的电压，因此称为“驱动电缆”。
传感器第四版课后习题答案部分
单组式：
S SS C C 0
Kg C C 011/
K gC 0 1 2 3 4
差动式：
C s s
2C0
1
2
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
kg
C
2 C0
1
2
4
u0
uC S
（1）优点：压电元件自身电容和电缆寄生电容不影响电荷 放大器输出。
（2）电压放大器：
U i d 3 F 3 1 jR jC R C a d 3 F m 3 1 jR C ja R C c C isitn
Uim
d3F 3m R 12R2CaCcCi2
UimCa
d33Fm Cc Ci
2、解：
（1）传感器的电容 C 0S 0 ab
C 0ab b 0ab 0ab
则传感器的灵敏度为
kg
C b
0a
8 .85 10 12 F / m 4 10 3 m 0 .5 10 3 m
7 .08 10 11 F / m 0 .0708 pF / mm
参考答案传感器及应用第三版习题册
模块一传感器的基本知识课题1 传感器的认识一、填空题1.传感器技术2.非电量信息3.敏感元件；传感器元件；测量电路4.物理效应5.传感器二、判断题1.√2.√3.×4.×5.√三、名词解释1.敏感元件是传感器中将被测量转换成与其有确定关系的、更易于转换的非电量的元件。
如很多称重传感器，先将重力转化成位移，位移更易于转换和检测。
2.传感元件是将传感器中的敏感元件转换的非电量进一步转换成电量，便于信号采集的元件。
如很多称重传感器，敏感元件先将重力转换成位移，传感元件再将位移转换成电阻变化，经检测电路成为便于测量的电压信号或电流信号。
四、简答题1.在信号检测和自动化控制系统中，传感器用于接收各种外部环境信息，其作用类似于人的感官，例如光敏传感器的作用类似视觉器官，气敏传感器的作用类似嗅觉器官。
2.传感器种类多种多样，比较常用的分类方法有三种：○1按传感器测量的物理量分类，可分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等。
○2按传感器工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、光电传感器等。
○3按传感器输出信号的性质分类，可分为开关型传感器、模拟型传感器、数字型传感器。
3.传感器测量转换电路将传感元件输出的幅度很小且混杂有干扰信号的信号转换成为具有最佳特性的、线性化的电信号，并放大成易于测量、处理的电信号，如电压、电流、频率等。
五、综合应用题1.答案要点：一辆中级轿车中装有上千种传感器，以保证汽车的动力性、安全性、舒适性等。
当速度传感器感受到汽车速度为零时，输出信号使得汽车刹车启动，实现自动启停功能；汽车碰撞时，冲击传感器感受到冲击，输出信号将气囊打开，保护驾驶员的安全性。
温度传感器能够使汽车内部环境舒适宜人，保证驾驶员及乘坐人员的舒适性。
2.答案要点：机器人能看到障碍物，它可能用了图像传感器，类似于相机中的图像传感器，可以记录图像、可以识别图像。
课题2 传感器的技术指标一、填空题1.真实值2.线性度；迟滞；重复性3.最小变化4.动态响应时间；频率响应范围5.线性度；迟滞；重复性二、判断题1.×2.√3.√4.√5.√三、名词解释1.传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化，或随时间缓慢变化时，传感器的输入与输出的对应关系。
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、厚度等
•
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第4章
| 4.4 总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合 以及使用中应注意的问题。
• 4.4
• 答：①优点：a温度稳定性好
•
b结构简单、适应性强
•
c动响应好
• ②缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应
•
b输出阻抗高、负载能力差
•
c寄生电容影响大
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第4章
| 4.4
•
拟合直线灵敏度 0.68,线性度 ±7%
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第1章
| 1.4 某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统 ，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示 出温差的1/3和1/2所需的时间。
• 解：设温差为R,测此温度传感器受幅度为R的阶跃响 应为(动态方程不考虑初态)
•返
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第1章
| 1.5 某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在
t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时， 输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
• 解：此题与炉温实验的测飞升曲线类似:
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第1章
| 1.8 什么是传感器的静特性？有哪些主要指标？
• 答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器 的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复 性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定 性。
。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频
动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动
态测量。
•
磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流
、位移、压力、振动、转速。
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•图
5.2 霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等 位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？
| 5.2
• 答：霍尔组件可测量磁场、电流、位移、压力、振 动、转速等。
传感器课后习题答案
| 1.3 测得某检测装置的一组输入输出数据如下：
•
x 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7
y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0
• a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度 ；
• b)用C语言编制程序在微机上实现。
• 解：
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第1章
| 1.3
1) 绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；
2) 计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；
3) 当桥路的供电电压为10V时，计算传感器的输出 电压。
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| 2.5
• 解：
第2章
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第2章
| 2.5
• 解：
•返
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第2章
| 2.5
•返
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第2章
| 2.5
• 满量程时：
•
②端点线性度：
•
由两端点做拟和直线
•
中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.21
0.08
•
所以，
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•图
第1章
| 1.11
• ③最小二乘线性度：
• 所以，
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| 1.11
第1章
•返
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第2章
| 2.2 如图F1-1所示电路是电阻应变仪中所用的不 平衡电桥的简化电路，图中R2=R3=R是固定电阻 ，R1与R4是电阻应变片，工作时R1受拉，R4受压 ， ΔR表示应变片发生应变后，电阻值的变化 量。当应变片不受力，无应变时ΔR=0，桥路处 于平衡状态，当应变片受力发生应变时，桥路失 去了平衡，这时，就用桥路输出电压Ucd表示应 变片应变后的电阻值的变化量。试证明:
线性减少。
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•图
第3章
| 3.5 图F1-7所示一简单电感式传感器。尺寸已示 于图中。磁路取为中心磁路，不记漏磁，设铁心 及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对磁导率 为1，真空的磁导率为4π×10-7H﹒m-1,试计算气 隙长度为零及为2mm时的电感量。图中所注尺寸 单位均为mm.
•返
•2、差动变间隙式自感传感 器 v 差动式原理： • 差动变隙式由两个相 同的线圈和磁路组成。 • 当被测量通过导杆使 衔铁上下位移时，两个回 路中磁阻发生大小相等、 方向相反的变化，形成差 动形式。
•差动变间隙式自感传感器 •衔铁下移：
•忽略高次项：
第3章
| 3.4 分析变间隙式电感传感器出现非线性的原因 ，并说明如何改善？
此时UA经过Rl对Cx1充电，使电容两极板间的电压按指 数规律上升，当Uc＞E时，比较器A1翻转，输出端呈负 电平，触发器也跟着翻转，Q端(即A点)由高电平降为低 电平，同时B点电压(即)由低电平升为高电平；此时， Cx1上充有电荷将经二极管D1迅速放电。由于放电时间 常数极小，Uc迅速降为零，这又导致比较器A1再翻转成 输出为正。
答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器 。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=εS/d 式中ε为两个 极板间介质的介电常数，S为两个极板对有效面积，d为 两个极板间的距离。 由此式知，改变电容C的方法有三： • 其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有 效面积；其三为改变各极板间的距离，而得到的电参数的 输出为电容值的增量 这就组成了电容式传感器。
•
霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制
电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的
空载电势，可用输出的电压表示。
•
温度补偿方法：
•
a分流电阻法：
•
适用于恒流源供给控制电流的情况。
•
b电桥补偿法
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5.3 简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用 场合。
| 5.3
• 答：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强 度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流
• 答：
• ①从上式可知L与δ之间是非线性关系,衔铁位移引 起的气隙变化,原因是改变了空气隙长度
• ②变间隙式电感传感器的测量范围L0与灵敏度S及 线性度相矛盾, 为了减小非线性误差, 实际测量中
广泛采用差动变隙式电感传感器。改善方法是让初
始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加
，这样的话最好使用差动式传感器，其灵敏度增加非
• ③输出特性非线性：
•
电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量
的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度
、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到
了广泛的应用。
•
使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消
除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；
防止和减小外界的干扰。
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| 4.5 试推导图F1-8所示变电介质电容式位移传感 器的特性方程C=f(x)。设真空的介电系数为ε0, ε2＞ε1 ，以及极板宽度为W。其他参数如图 F1-8所示。
§ 所以有:
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• 将C1、C2、C3代入：
•整理得
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第4章
| 4.7 简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工 作原理及特点。并绘制C、D及低通滤波器的输出 电压波形 。
| （P90）
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答：工作原理：假设传感器处于初始状态，即 Cx1=Cx2=C0且A点为高电平，即UA=U,UB=0。
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第3章
| 3.8 简述压磁效应，并与应变效应进行比较。
答：①压磁效应：某些铁磁物质在外界机械力的作 用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改 变的现象。只有在一定条件下压磁效应才有单位特 性，但不是线性关系。
②应变效应：导体产生机械变形时，它的电阻值 相应发生变化。在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的 相对变化与应变成正比。
• Ucd=-(E/2)(ΔR/R)
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第2章
| 2.2
• 证：
•
略去 的第二项，即可得
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第2章
| 2.3说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片 有哪些主要特性参数？
• 答：①金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基 底、盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。
•
②其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机
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第1章
| 1.11 试求下列一组数据的各种线性度：
x
1
2
3
4
5
6
y 2.20 4.00 5.98 7.9 10.10 12.05
• 1)理论（绝对）线性度，给定方程为y=2.0x; • 2)端点线性度； • 3)最小二乘线性度。
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第1章
| 1.11
• 解： ①理论线性度：
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| 2.10
• 解：
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第3章
| 3.1 电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理 是什么？
• 答：①种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、 压磁式、感应同步器