传感器与检测技术第三版-思考题参考答案
传感器与检测技术课后答案
传感器与检测技术课后答案第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统① MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
② 研制仿生传感器④ 研制成分分析用传感器⑤ 研制微弱信号检测传感器③ 研制海洋探测用传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．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。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
传感器与检测技术第三版徐科军课后答案
传感器与检测技术第三版徐科军课后答案【篇一：传感器及检测技术教案全】>信息学院教案1课时分配表23第1课一．章节名称绪论1.1，1.2，1.4，1.5二．教学目的1、掌握内容：传感器的静态特性，动态特性；2、了解内容：传感器的定义，组成，自动检测技术的发展和应用；三．安排课时： 2学时四．教学内容（知识点）1．自动检测系统的组成；2．传感器的定义，组成，传感器的分类； 3. 传感器的静态特性；4. 传感器的动态特性； 5. 传感器的标定和校准五．教学重点、难点1．传感器的静态特性和动态特性； 2．传感器的标定和校准；六．选讲例题1．活塞压力计标定； 2．压力传感器的动态标定；七．作业要求7什么是传感的静态特性？有那些指标？如何用公式表示？ 8什么是传感器的动态特性？有那些分析方法？八．环境及教具要求多媒体教室、powerpoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军；2．《传感器原理与应用》，程德福；4第2课一．章节名称1.3 测量误差和数据处理；二．教学目的1、掌握内容：测量误差的表示方法，数据处理的基本方法；2、了解内容：误差的概念和分类，精度；三．安排课时：2学时四．教学内容（知识点）1．测量误差的概念和分类； 2. 精度3. 误差的表示方法；4. 随机误差的处理方法；5. 系统误差的处理； 6，粗大误差的处理； 7．数据处理的基本方法五．教学重点、难点1．误差的处理方法； 2．数据处理的基本方法；六．选讲例题1．补偿法测量高频小电容； 2．对照法消除系统误差；七．作业要求2正态分布的随机误差有什么特点？3、什么是系统的引用相对误差？它有什么意义？八．环境及教具要求多媒体教室、powerpoint九．教学参考资料1．《传感器与检测技术》，徐科军5【篇二：自动检测技术】............................................................................................................ ... - 2 -2、关键词........................................................................................................ ............................ - 2 -3、引言 ....................................................................................................... ................................ - 2 -4、电阻式传感器概述........................................................................................................ ........ - 2 -4、1电阻应变式传感器 ..................................................................................................... - 3 -4、1、1 基本原理 ...................................................................................................... - 3 - 4、2 电阻应变式传感器的应用 ........................................................................................ - 5 - 4、3 电阻应变式传感器的应用行业： ............................................................................ - 7 - 4、4 电阻应变式传感器的在具体工程中的应用 ............................................................ - 7 -4、4、1、电阻触摸屏 ................................................................................................ - 7 - 4、4、2地磅 ....................................................................................................... ........ - 8 - 4、5电阻应变式传感器的发展趋势 ................................................................................. - 8 -5、参考文献........................................................................................................ ........................ - 9 -1、前言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。
传感器技术与应用第3版习题答案
传感器技术与应用第3版习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII《传感器技术与应用第3版》习题参考答案习题11.什么叫传感器它由哪几部分组成2.答：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。
传感器通常由敏感元件和转换元件组成。
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适于传输或测量的电信号部分。
2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。
自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。
一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。
传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。
3. 传感器分类有哪几种各有什么优、缺点答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。
还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。
按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。
按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。
4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。
传感器与检测技术课后题答案
传感器与检测技术课后题答案(共20页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第1章概述什么是传感器？传感器定义为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，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器的共性是什么？传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
传感器由哪几部分组成的？由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。
传感器如何进行分类？（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。
（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。
（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。
（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。
（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。
传感器技术的发展趋势有哪些？（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化改善传感器性能的技术途径有哪些？（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5) 稳定性处理第2章传感器的基本特性什么是传感器的静态特性描述传感器静态特性的主要指标有哪些答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。
主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
传感器输入-输出特性的线性化有什么意义如何实现其线性化答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。
《传感器与自动检测技术》第3版 课后习题解答
选用。其缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便于使用者掌握其基本原理及分析 方法。
较大的载荷，便于加工，实心圆柱形可测量大于 10kN 的力，空心圆柱形可测量 1～10kN 的力，应力变化 均匀。
（2） 圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。 但它的工艺性较差，加工时不易得到较高的精度。
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传感器的分辩力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量 ∆min 。有时也用该值相对满量程
输入值的百分数表示，称为分辨率。阈值通常又称为死区、失灵区、灵敏限、灵敏阈、钝感区，是输入量 由零变化到使输出量开始发生可观变化的输入量的值。
稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。传感器常用长期稳定性表示，它是指在室温条件下,经过相 当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。通常又用其不稳 定度来表征其输出的稳定度。
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例 4： ±20g 压电式加速度传感器。 在侧重传感器科学研究的文献、报告及有关教材中，为方便对传感器进行原理及其分类 的研究，允许只采用第 2 级修饰语，省略其他各级修饰语。 传感器代号的标记方法：一般规定用大写汉字拼音字母和阿拉伯数字构成传感器完整代号。传感器完 整代号应包括以下 4 个部分：（1）主称（传感器）；（2）被测量；（3）转换原理；（4）序号。4 部分 代号格式为：
（4）序号 （3）转换原理 （2）被测量 （1）主称
在被测量、转换原理、序号 3 部分代号之间有连字符“-”连接。 例 5：应变式位移传感器，代号为：CWY-YB-10； 例 6：光纤压力传感器，代号为：CY-GQ-1； 例 7：温度传感器，代号为：CW-01A； 例 8：电容式加速度传感器，代号为：CA-DR-2。 有少数代号用其英文的第一个字母表示，如加速度用“A”表示。 4. 传感器的静态性能指标有哪些？其含义是什么？ 答：传感器的静态特性主要由线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨力和阈值、稳定性、漂移及量程 范围等几种性能指标来描述。 含义：线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离理论拟合直线的程度，又称非线性误 差。通常用相对误差表示其大小； 灵敏度是指传感器在稳态下，输出增量与输入增量的比值。对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态 特性曲线的斜率，对于非线性传感器，其灵敏度是一个随工作点而变的变量，它是特性曲线上某一点切线 的斜率。 重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。 迟滞是传感器在正向行程(输入量增大)和反向行程(输入量减小)期间，输出—输入特性曲线不一致的 程度。
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。
《检测与传感技术》思考题答案
答：直流电桥是测量小电阻的一种电路，分为单臂电桥、半桥和全桥。半桥输出电压为单臂电桥的2倍，全桥输出电压为半桥的2倍。
2-4拟在等截面的悬臂梁上粘贴4个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路，试问：
①4个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？
4.4根据螺管型差动变压器的基本特性，说明其灵敏度和线性度的主要特点。
答：差动变压器的结构如图所示，主要由一个初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
差动变压器传感器中的两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下，当衔铁位于中心位置时，两个次级线圈感应电压大小相等、方向相反，差动输出电压为零，但实际情况是差动变压器输出电压往往并不等于零。差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致，使传感器的灵敏度降低，分辨率变差和测量误差增大。
解：
3-7简述差动式电容测厚传感器系统的工作原理。
答：电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等，与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极，而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1+C2，如果带材的厚度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化测出来，经过放大即可由电表指示测量结果。
4.5概述差动变压器的应用范围，并说明用差动变压器式传感器检测振动的基本原理。
答：差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。
传感器与检测技术试题与答案
第1章 传感器与检测技术基础思考题答案 l.检测系统由哪几部分组成 说明各部分的作用;答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成,分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能;当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分;下图给出了检测系统的组成框图;检测系统的组成框图传感器是把被测量转换成电学量的装置,显然,传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件,是检测系统最重要的环节,检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的,因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差;测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号;通常传感器输出信号是微弱的,就需要由测量电路加以放大,以满足显示记录装置的要求;根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作;显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节,主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程;2.传感器的型号有几部分组成,各部分有何意义依次为主称传感器 被测量—转换原理—序号主称——传感器,代号C ；被测量——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记;见附录表2；转换原理——用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记;见附录表3；序号——用一个阿拉伯数字标记,厂家自定,用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等;若产品性能参数不变,仅在局部有改动或变动时,其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母A 、B 、C 等,其中I 、Q 不用;例：应变式位移传感器： C WY -YB -20；光纤压力传感器：C Y -GQ -2;3.测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时,应当采用何种测量方法 如何进行答：测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况时,最好采用微差式测量;此时输出电压认可表示为U 0,U 0=U +△U ,其中△U 是负载电阻变化所引起的输出电压变化量,相对U 来讲为一小量;如果采用偏差法测量,仪表必须有较大量程以满足U 0的要求,因此对△U ,这个小量造成的U 0的变化就很难测准;测量原理如下图所示：图中使用了高灵敏度电压表——毫伏表和电位差计,R r 和E 分别表示稳压电源的内阻和电动势,凡表示稳压电源的负载,E 1、R 1和R w 表示电位差计的参数;在测量前调整R 1使电位差计工作电流I 1为标准值;然后,使稳压电源负载电阻R 1为额定值;调整RP 的活动触点,使毫伏表指示为零,这相当于事先用零位式测量出额定输出电压U;正式测量开始后,只需增加或减小负载电阻R L 的值,负载变动所引起的稳压电源输出电压U 0的微小波动值ΔU ,即可由毫伏表指示出来;根据U 0=U +ΔU ,稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来;微差式测量法的优点是反应速度快,测量精度高,特别适合于在线控制参数的测量;用微差式测量方法测量稳压电源输出电压随负载的变化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/mm 5.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;7.什么是系统误差和随机误差 正确度和精密度的含义是什么 它们各反映何种误差答：系统误差是指在相同的条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化的误差;随机误差则是指在相同条件下,多次测量同一量时,其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差;正确度是指测量结果与理论真值的一致程度,它反映了系统误差的大小,精密度是指测量结果的分散程度,它反映了随机误差的大小;8.服从正态分布规律的随机误差有哪些特性答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 随机误差可正可负,但绝对值相等的正、负误差出现的机会相等;也就是说f δ- δ曲线对称于纵轴;有界性 在一定测量条件下,随机误差的绝对值不会超过一定的范围,即绝对值很大的随机误差几乎不出现;抵偿性 在相同条件下,当测量次数n →∞时,全体随机误差的代数和等于零,即0lim 1=∑=∞→n i i n δ;单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的机会多,即前者比后者的概率密度大,在δ=0处随机误差概率密度有最大值;9.等精度测量某电阻10次,得到的测量列如下：R 1＝167.95Ω R 2＝167.45Ω R 3＝167.60Ω R 4＝167.60Ω R 5＝167.87Ω R 6＝167.88ΩR 7＝168.00Ω R 8＝167.850Ω R 9＝167.82Ω R 10＝167.61Ω1求10次测量的算术平均值R ,测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s;2若置信概率取99.7％,写出被测电阻的真值和极限值;解：1求10次测量的算术平均值R ,测量的标准误差σ和算术平均值的标准误差s;2若置信概率取99.7％,被测电阻的真值为：Ω±=⨯±=)173.0763.167(3763.1670s R极限值为：Ω±=⨯±=)547.0763.167(3763.167σm R10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系;答：如图所示,电桥各臂的电阻分别为R 1、 R 2、R 3、R 4;U 为电桥的直流电源电压;当四臂电阻R 1=R 2=R 3=R 4=R 时,称为等臂电桥；当R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’R ≠R ’时,称为输出对称电桥；当R 1=R 4=R ,R 2=R 3 =R ’R ≠R ’时,称为电源对称电桥;直流电桥电路当电桥输出端接有放大器时,由于放大器的输入阻抗很高,所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大,这时电桥以电压的形式输出;输出电压即为电桥输出端的开路电压,其表达式为U R R R R R R R R U o ))((432142313++-= 1设电桥为单臂工作状态,即R 1为应变片,其余桥臂均为固定电阻;当R 1感受被测量产生电阻增量ΔR 1时,由初始平衡条件R 1R 3=R 2R 4得3421R R R R =,代入式1,则电桥由于ΔR 1产生不平衡引起的输出电压为 U R R R R R R U R R R R U )()()(1122121122120∆+=∆+= 2 对于输出对称电桥,此时R 1=R 2=R ,R 3=R 4=R ’,当R 1臂的电阻产生变化ΔR 1=ΔR ,根据2可得到输出电压为 )(4)()(20R R U RR R R RR U U ∆=∆+= 3 对于电源对称电桥,R 1=R 4=R ,R 2=R 3=R ’;当R 1臂产生电阻增量ΔR 1=ΔR 时,由式2得 )()(20R R R R R R UU ∆'+'= 4 对于等臂电桥R 1=R 2=R 3=R 4=R ,当R 1的电阻增量ΔR 1=ΔR 时,由式2可得输出电压为)(4)()(20R R U RR R R RR U U ∆=∆+= 5 由上面三种结果可以看出,当桥臂应变片的电阻发生变化时,电桥的输出电压也随着变化;当ΔR <<R 时,电桥的输出电压与应变成线性关系;还可以看出在桥臂电阻产生相同变化的情况下,等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大,即它们的灵敏度要高;因此在使用中多采用等臂电桥或输出对称电桥;在实际使用中为了进一步提高灵敏度,常采用等臂电桥,四个被测信号接成两个差动对称的全桥工作形式,R 1=R +ΔR ,R 2=R -ΔR ,R 3=R +ΔR ,R 4=R -ΔR ,将上述条件代入式1得⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=R R U R R U U 440 6由式6看出,由于充分利用了双差动作用,它的输出电压为单臂工作时的4倍,所以大大提高了测量的灵敏度;第2章 电阻式传感器思考题答案1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的,半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的;2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源,只适用于直流元件,交流电桥用交流电源,适用于所有电路元件;3.热电阻测量时采用何种测量电路 为什么要采用这种测量电路 说明这种电路的工作原理;答：通常采用电桥电路作为测量电路;为了克服环境温度的影响常采用下图所示的三导线四分之一电桥电路;由于采用这种电路,热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中,如果t t R R 21=,则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消;热电阻的测量电路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40U K U ε=,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20U K U ε=,所以应变为1时66010*******--⨯=⨯⨯==U K U ε/V,应变为1000时应为330104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0,所以应变为1时60108-⨯=U /V,应变为1000时应为30108-⨯=U /V;从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低,双臂时为其两倍,全桥时最高,为单臂的四倍;5.采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥,供桥电压为10V ;当应变片应变为1000时,若要使输出电压大于10mV ,则可采用何种工作方式设输出阻抗为无穷大解：由于不知是何种工作方式,可设为n,故可得：101010230 nn U K U -⨯⨯==εmV 得n 要小于2,故应采用全桥工作方式;6.如图所示为一直流电桥,供电电源电动势E =3V ,R 3=R 4=100Ω,R 1和R 2为同型号的电阻应变片,其电阻均为50Ω,灵敏度系数K =2.0;两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面;设等强度梁在受力后产生的应变为5 000,试求此时电桥输出端电压U 0;题6图解：此电桥为输出对称电桥,故15210532230=⨯⨯⨯==-U K U ε/mV 7.光敏电阻有哪些重要特性,在工业应用中是如何发挥这些特性的答：光敏电阻是采用半导体材料制作,利用内光电效应工作的光电元件;它的重要特性是在无光照时阻值非常大,相当于断路,有光照时阻值变得很小,相当于通路;在工业应用中主要就是通过光的变化来各种电路的控制;第3章 电容式传感器思考题答案1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度 为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图;当动极板移动△x 后,覆盖面积就发生变化,电容量也随之改变,其值为C =εba -△x /d =C 0-εb ·△x /d 1电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为 db x C K ε-=∆∆= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度;直线位移型电容式传感器 2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的 采取什么措施可改善其非线性特征答：下图为变间隙式电容传感器的原理图;图中1为固定极板,2为与被测对象相连的活动极板;当活动极板因被测参数的改变而引起移动时,两极板间的距离d 发生变化,从而改变了两极板之间的电容量C ; 设极板面积为A ,其静态电容量为d AC ε=,当活动极板移动x 后,其电容量为22011d x d xC x d A C -+=-=ε 1 当x <<d 时1122≈-d x 则)1(0dx C C += 2 由式1可以看出电容量C 与x 不是线性关系,只有当 x <<d 时,才可认为是最近似线形关系;同时还可以看出,要提高灵敏度,应减小起始间隙d 过小时;但当d 过小时,又容易引起击穿,同时加工精度要求也高了;为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况;在实际应用中,为了提高灵敏度,减小非线性,可采用差动式结构;3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥,结构组成如图所示;电容传感器起始时b 1=b 2=b =200mm ,a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ,极间介质为空气,测量电路u 1=3sinωt V ,且u=u 0;试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0;题3图解：根据测量电路可得t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320500=⨯=∆=∆==/mV 4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路,如图所示;C 0=200pF ,传感器的起始电容量C x0=20pF ,定动极板距离d 0=1.5mm ,运算放大器为理想放大器即K →∞,Z i →∞,R f 极大,输入电压u 1=5sinωt V;求当电容传感动极板上输入一位移量△x =0.15mm 使d 0减小时,电路输出电压u 0为多少解：由测量电路可得ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000=⨯-⨯=∆--=-=t u xd d C C u C C u i x i x/V 5.如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a =4cm ,极板间距离δ=0.2mm .若用此变面积型传感器测量位移x ,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m 1085.812-0⨯=ε;解：这是个变面积型电容传感器,共有4个小电容并联组成; 32.281021085.81016443124200=⨯⨯⨯⨯⨯==---δεa C /pF x kx C x a a C x 8.7032.28)(400-=+=-=δε x 的单位为米 δε)400ax C C C x -=-=∆8.701021041085.844321200-=⨯⨯⨯⨯⨯-=-=-=---δεa x C C K x /pF 第四章 电感式传感器思考题答案1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等;2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响 它的主要优点是什么答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状,线圈的几何参数,激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响;电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强,特别是有非接触测量的优点,因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用;3.试说明图4.12所示的差动相敏检波电路的工作原理;答：如图所示,设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z 1和Z 2;当衔铁处于中间位置时,Z 1=Z 2=Z ,电桥处于平衡状态,C 点电位等于D 点地位,电表指示为零;当衔铁上移,上部线圈阻抗增大,Z 1=Z +△Z ,则下部线圈阻抗减少,Z 2=Z -△Z ;如果输入交流电压为正半周,则A 点电位为正,B 点电位为负,二极管V 1、V 4导通,V 2、V 3截止;在A -E -C -B 支路中,C 点电位由于Z 1增大而比平衡时的C 点电位降低；而在A -F -D -B 支中中,D 点电位由于Z 2的降低而比平衡时D 点的电位增高,所以D 点电位高于C 点电位,直流电压表正向偏转;如果输入交流电压为负半周,A 点电位为负,B 点电位为正,二极管V 2、V 3导通,V 1、V 4截止,则在A -F -C -B 支中中,C 点电位由于Z 2减少而比平衡时降低平衡时,输入电压若为负半周,即B 点电位为正,A 点电位为负,C 点相对于B 点为负电位,Z 2减少时,C 点电位更负；而在A -E -D -B 支路中,D 点电位由于Z 1的增加而比平衡时的电位增高,所以仍然是D 点电位高于C 点电位,电压表正向偏转;同样可以得出结果：当衔铁下移时,电压表总是反向偏转,输出为负;4.如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路,L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感,其初始值均为L0;R1、R2为标准电阻,u为电源电压;试写出输出电压u0与传感器电感变化量△L间的关系;解：输出与输入的关系是若电感增量无穷小,且两个电阻均为R,则：题4图题5图5.如图所示为一差动整流电路,试分析电路的工作原理;答：这是简单的电压输出型,动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压,中间可调整零位,输出电压与铁芯位移成正比;这种电路由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大;第5章热电偶传感器习题答案1．什么是金属导体的热电效应试说明热电偶的测温原理;答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,回路中就会产生一个电动势,该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关;热电偶测温就是利用这种热电效应进行的,将热电偶的热端插入被测物,冷端接进仪表,就能测量温度;2．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因;答：当A和B两种不同材料的导体接触时,由于两者内部单位体积的自由电子数目不同即电子密度不同,因此,电子在两个方向上扩散的速率就不一样;现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度,则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大;所以导体A失去电子带正电荷,导体B得到电子带负电荷,于是,在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场;该电场的方向与扩散进行的方向相反,它将引起反方向的电子转移,阻碍扩散作用的继续进行;当扩散作用与阻碍扩散作用相等时,即自导体A扩散到导体B的自由电子数与在电场作用下自导体B到导体A的自由电子数相等时,便处于一种动态平衡状态;在这种状态下,A与B两导体的接触处就产生了电位差,称为接触电动势;对于导体A或B,将其两端分别置于不同的温度场t、t0中t> t0;在导体内部,热端的自由电子具有较大的动能,向冷端移动,从而使热端失去电子带正电荷,冷端得到电子带负电荷;这样,导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场;该电场阻止电子从热端继续跑到冷端并使电子反方向移动,最后也达到了动态平衡状态;这样,导体两端便产生了电位差,我们将该电位差称为温差电动势;3．简述热电偶的几个重要定律,并分别说明它们的实用价值;答：一是匀质导体定律：如果热电偶回路中的两个热电极材料相同,无论两接点的温度如何,热电动势为零;根据这个定律,可以检验两个热电极材料成分是否相同,也可以检查热电极材料的均匀性;二是中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种导体,只要第三种导体的两接点温度相同,则回路中总的热电动势不变;它使我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器,也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面进行温度测量;三是标准电极定律：如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知,则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知;只要测得各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势,则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势可直接计算出来;四是中间温度定律：热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、t n和t n、t0时的相应热电动势的代数和;中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据;4．试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理;答：热电偶冷端温度补偿的方法主要有：一是冷端恒温法;这种方法将热电偶的冷端放在恒温场合,有0℃恒温器和其他恒温器两种；二是补偿导线法;将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所如仪表室,其实质是相当于将热电极延长;根据中间温度定律,只要热电偶和补偿导线的二个接点温度一致,是不会影响热电动势输出的；三是计算修正法;修正公式为：)t ,(t E )t (t,E )t (t,E 01AB 1AB 0AB +=；四是电桥补偿法;利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化,工作原理如下图所示;图中,e 为热电偶产生的热电动势,U 为回路的输出电压;回路中串接了一个补偿电桥;R 1~R 5及R CM 均为桥臂电阻;R CM 是用漆包铜丝绕制成的,它和热电偶的冷端感受同一温度;R 1~R 5均用锰铜丝绕成,阻值稳定;在桥路设计时,使R 1=R 2,并且R 1、R 2的阻值要比桥路中其他电阻大得多;这样,即使电桥中其他电阻的阻值发生变化,左右两桥臂中的电流却差不多保持不变,从而认为其具有恒流特性;线路设计使得I 1=I 2=I/2=0.5mA;回路输出电压U 为热电偶的热电动势e 、桥臂电阻R CM 的压降U RCM 及另一桥臂电阻R 5的压降U R5三者的代数和：当热电偶的热端温度一定,冷端温度升高时,热电动势将会减小;与此同时,铜电阻R CM 的阻值将增大,从而使U RCM 增大,由此达到了补偿的目的;自动补偿的条件应为5．用镍铬-镍硅K 热电偶测量温度,已知冷端温度为40℃,用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV,求被测点的温度;解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E40,0=1.638mV,根据式5-2-1计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为9.740129.29275.3310029.129)-(30.826700t =-⨯+=℃ 6．已知铂铑10-铂S 热电偶的冷端温度t 0＝25℃,现测得热电动势Et,t 0＝11.712mV,求热端温度是多少度 解：由铂铑10-铂热电偶分度表查出E25,0=0.161mV,根据式5-2-1计算出再通过分度表查出其对应的实际温度为8.1216851.11159.1310011.851)-(11.8731200t =-⨯+=℃ 7．已知镍铬-镍硅K 热电偶的热端温度t ＝800℃,冷端温度t 0＝25℃,求Et,to 是多少毫伏解：由镍铬-镍硅热电偶分度表可查得E800,0=33.275mV,E25,0=1.024 mV,故可得E800,5=33.275-1.024=32.251mV8．现用一支镍铬-康铜E 热电偶测温;其冷端温度为30℃,动圈显示仪表机械零位在0℃指示值为400℃,则认为热端实际温度为430℃,对不对 为什么 正确值是多少解：不对,因为仪表的机械零位在0℃,正确值为400℃;9．如图5.14所示之测温回路,热电偶的分度号为K,毫伏表的示值应为多少度答：毫伏表的示值应为t 1-t 2-60℃;10．用镍铬-镍硅K 热电偶测量某炉温的测量系统如图5.15所示,已知：冷端温度固定在0℃,t 0＝30℃,仪表指示温度为210℃,后来发现由于工作上的疏忽把补偿导线B A ''和,相互接错了,问：炉温的实际温度t 为多少度解：实际温度应为270℃,因为接反后不但没有补偿到,还抵消了30℃,故应该加上60℃;图5.14 图5.15第6章 压电传感器习题答案1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量,可等效成一定的电容,如被测量为静态时,很难将电荷转换成一定的电压信号输出,故只能用于动态测量;2．压电式传感器测量电路的作用是什么 其核心是解决什么问题答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出,其核心是要解决微弱信号的转换与放大,得到足够强的输出信号;3．一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa,连接灵敏度K 2=0.008V ／pC 的电荷放大器,所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V,当压力变化Δp =8MPa 时,记录笔在记录纸上的偏移为多少解：记录笔在记录纸上的偏移为S =10×0.008×25×8=16/mm4．某加速度计的校准振动台,它能作50Hz 和1g 的振动,今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g,由于测试要求需加长导线,因此要重新标定加速度计灵敏度,假定所用的阻抗变换器放大倍数为1,电压放大器放大倍数为100,标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V,试画出标定系统的框图,并计算加速度计的电压灵敏度;解：此加速度计的灵敏度为3.911009130=='K mV/g 标定系统框图如下：第7章 光电式传感器1．光电效应有哪几种 与之对应的光电元件各有哪些答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种;基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等;2．常用的半导体光电元件有哪些 它们的电路符号如何答：常用的半导体光电元件有光敏二极管、光敏三极管和光电池三种;它们的电路符号如下图所示：3．对每种半导体光电元件,画出一种测量电路;答：光敏二极管、三极管及光电池的测量电路如下图所示;4．什么是光电元件的光谱特性答：光电元件的光谱特性是指入射光照度一定时,光电元件的相对灵敏度随光波波长的变化而变化,一种光电元件只对一定波长范围的人射光敏感,这就是光电元件的光谱特性;5．光电传感器由哪些部分组成 被测量可以影响光电传感器的哪些部分答：光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成,如图所示;图中Ф1是光源发出的光信号,Ф2是光电器件接受的光信号,被测量可以是x 1或者x 2,它们能够分别造成光源本身或光学通路的变化,从而影响传感器输出的电信号I;光电传感器设计灵活,形式多样,在越来越多的领域内得到广泛的应用;6．模拟式光电传感器有哪几种常见形式答：模拟式光电传感器主要有四种;一是光源本身是被测物,它发出的光投射到光电元件上,光电元件的输出反映了光源的某些物理参数,如图a 所示;这种型式的光电传感器可用于光电比色高温计和照度计；二是恒定光源发射的光通量穿过被测物,其中一部分被吸收,剩余的部分投射到光电元件上,吸收量取决于被测物的某些参数;如图b 所示;可用于测量透明度、混浊度；三是恒定光源发射的光通量投射到被测物上,由被测物表面反射后再投射到光电元件上,如图c 所示;反射光的强弱取决于被测物表面的性质和状态,因。
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任务一 电阻式传感器思考题参考答案1.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。
2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别?答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。
3.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40U K U ε=，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20U K U ε=，所以应变为1时66010*******--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ，应变为1000时应为330104210242--⨯=⨯⨯==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0，所以应变为1时60108-⨯=U /V ，应变为1000时应为30108-⨯=U /V 。
从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。
5.如图所示为一直流电桥，供电电源电动势E =3V ，R 3=R 4=100Ω，R 1和R 2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K =2.0。
两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。
设等强度梁在受力后产生的应变为5 000，试求此时电桥输出端电压U 0。
R 2题5图解：此电桥为输出对称电桥，故15210532230=⨯⨯⨯==-U K U ε/mV 任务2 电容式传感器思考题参考答案1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题? 答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。
当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为C =εb （a -△x ）/d =C 0-εb ·△x /d （1）电容因位移而产生的变化量为a x C x db C C C ∆-=∆-=-=∆00ε 其灵敏度为 db x C K ε-=∆∆= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。
直线位移型电容式传感器2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。
图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。
当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C 。
设极板面积为A ，其静态电容量为dAC ε=，当活动极板移动x 后，其电容量为 22011dx d x C x d A C -+=-=ε (1) 当x <<d 时1122≈-d x 则)1(0d x C C += (2) 由式（1）可以看出电容量C 与x 不是线性关系，只有当 x <<d 时，才可认为是最近似线形关系。
同时还可以看出，要提高灵敏度，应减小起始间隙d 过小时。
但当d 过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。
为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况。
在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。
3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。
电容传感器起始时b 1=b 2=b =200mm ，a 1=a 2=20mm 极距d =2mm ，极间介质为空气，测量电路u 1=3sinωt V ，且u=u 0。
试求当动极板上输入一位移量△x =5mm 时,电桥输出电压u 0。
u i题3图 解：根据测量电路可得t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 750sin 320500=⨯=∆=∆==/mV4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。
C0=200pF，传感器的起始电容量C x0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K→∞,Z i→∞),R f 极大,输入电压u1=5sinωt V。
求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电压u0为多少?i解：由测量电路可得ϖϖsin45sin515.05.15.120200=⨯-⨯=∆--=-=tuxddCCuCCuixix/V5.如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a=4cm,极板间距离δ=0.2mm.若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,F/m1085.812-⨯=ε。
解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。
32.281021085.810164431242=⨯⨯⨯⨯⨯==---δεaC/pFxkxCxaaCx8.7032.28)(40-=+=-=δε(x的单位为米)δε)4axCCCx-=-=∆1021085.84431200⨯⨯⨯⨯-=-=-=--δεa x C C K x /pF 任务3 压敏电阻及其应用1.扩散硅压阻式压力传感器与电阻应变式压力传感器有何区别？答：两者的区别在于原理不同，前者是利用半导体材料的压阻效应将被测非电量转换成电量的，后者是利用电阻的应变效应将被测量转换成电量。
所谓压阻效应是指半导体材料在受到压力作用时不仅产生一定量的变形，而且其电阻率会发生显著的变化，从而导致其电阻产生改变的物理现象。
电阻的应变效应则是指电阻体受到外力产生应变时其阻值会产生相应的变化。
2.这种传感器有何更优越的性能？答：随着半导体制造技术和集成电路技术的飞速发展，现在一般已将电桥电路直接集成在敏感元件芯片里了，甚至还包括了对信号的进一步放大部分，传感器就直接输出与压力成正比的电压信号。
从而实现对气体或液体的压力检测。
一般在实际应用中还应进行温度补偿，以消除环境温度的不同对测量结果的影响，来进一步提高传感器的测量精度和稳定性、降低其零点漂移，使传感器的各种使用性能得到改善。
3.这种传感器可用于哪些非电量的检测？答：可用于力、压力、速度、加速度、振动等物理量的测量。
任务4 压电传感器思考题参考答案1．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。
2．压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。
cm3．一压电式传感器的灵敏度K 1＝10pC ／MPa ，连接灵敏度K 2=0.008V ／pC 的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K 3=25mm ／V ，当压力变化Δp =8MPa 时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?解：记录笔在记录纸上的偏移为S =10×0.008×25×8=16/mm4．某加速度计的校准振动台，它能作50Hz 和1g 的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K ＝100mV ／g ，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13V ，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。
解：此加速度计的灵敏度为3.911009130=='K mV/g 标定系统框图如下：5.天气与大气压之间的关系是怎样的？答：天气的变化与大气压力、湿度和温度有关，特别是与气压的关系更为密切。
一般讲，气压升高预示天气变晴，气压下降预示天气变阴或有雨，因此我们可以通过对大气压力的监测来预报天气。
6.压力传感器有哪些？各有何特点？答：压力传感器有变阻、变电容、压阻和压电等多种形式。
应变式力传感器是利用被测量的变化引起应变片形状的改变，从而导致其电阻值的改变这一物理现象来实现力的电测的，是测量构件受力、重量计量和进行受力控制的主要传感器之一，技术十分成熟，已经在工业生产和过程控制中得到非常广泛应用；电容式力及压力传感器是利用被测量的变化引起电容量的变化这一物理现象来实现力或者压力的测量的，是测量力或压力和进行受力控制的主要传感器之一，技术已经十分成熟，在质量计量、工业生产和过程控制中得到了十分广泛的应用；压阻式传感器是利用被测压力的变化引起压阻薄膜的变形，从而导致膜电阻值的改变这一物理现象来实现压力的测量的，与应变电阻有点相似，压阻也叫压力敏感电阻，是测量液体和气体压力和进行压力控制的主要传感器之一，技术比较成熟，已经在工业生产和过程控制中得到很广泛的应用；压电式压力传感器是利用被测压力的变化引起传感器感应电荷量的变化，从而导致传感器敏感元件输出电压的改变这一物理现象来实现测量的，它是一种自发电型传感器，属于有源器件，但自身产生的电荷是个微小的量，需要进行前置放大。
这是一种测量压力和进行压力控制的主要传感器之一，尤其是用于加速度的测量，已经在工业生产和过程控制中得到非常广泛的应用。
任务5 电位器式位移传感器1.电位器式位移传感器有哪些类型，各有何特点：答：根据敏感电阻材质分为金属膜传感器、导电塑料传感器、合成膜电位器、光敏电阻式传感器、金属玻璃釉传感器、绕线电阻式传感器。
金属膜电位器具有无限的分辨率，接触电阻很小，耐热性好，它的满负荷温度可达70 ℃。
与线绕电位器相比，它的分布电容和分布电感很小，所以特别适合在高频条件下使用。
导电塑料电位器的耐磨性和平滑性好，使用寿命长，动噪声小，可靠性极高，允许电刷接触压力很大，耐化学腐蚀等十分优良的特性。
绕线电阻式传感器结构较大，功率大，适用于需要大功耗的场合。
合成膜电位器的电阻体是用具有某一电阻值的悬浮液喷涂在绝缘骨架上形成电阻膜而成的，这种电位器的优点是分辨率较高、阻范围很宽（100-4.7 MΩ），耐磨性较好、工艺简单、成本低、输入—输出信号的线性度较好等，其主要缺点是接触电阻大、功率不够大、容易吸潮、噪声较大等。
光电电位器最大的优点是非接触型，不存在磨损问题，它不会对传感器系统带来任何有害的摩擦力矩，从而提高了传感器的精度、寿命、可靠性及分辨率。
光电电位器的缺点是接触电阻大，线性度差。
金属玻璃釉电位器的耐高温性好，耐磨性好，有较宽的阻值范围，电阻温度系数小且抗湿性强。