现代传感器技术习题参考答案2-电阻应变式
传感器技术(2)-电阻应变式
电源
电阻应变计
机械应变
放大、显示
∆R R
变化
电桥电路
工作方 式
电阻应变仪
U(I) 变化
桥臂关 系
负载
11
全等臂 电桥 Z 1 = Z 2 = Z 3 = Z 4 电压输出桥：R L → ∞ , I = 0 功率输出桥： U、 I
12
2
二、直流电桥及输出特性
初始平衡条件：
eφ =
U0=
E ∆R1 ∆R 2 ∆R 3 ∆R 4 ( − + − ) 4 R1 R2 R3 R4
18
3
4、应用 举例
被测非电量 弹性 应变
（ 2）应变计式加速度传感器 元件 传感元件 电阻 (应变片)
m
（ 1）应变式力传感器
电子自 动秤
m
例 2-11 筒形结构的称重传感器 FF F 惯性系 统： a F
a = F /m
适用频率： 10 ~ 60Hz
+ cx + kx = 0 m x
π-压阻系数， E—弹性模量
6
—— 半导体材料的电阻相对变化与线应变成正比
1
（ 3）导电丝材的应变电阻效应
五、电阻应变片的分类
金属丝 式应变片 金属箔 式应变片 半导体应变片
dR = K 0 ⋅ε R
金属
几何尺寸变化
K 0 = Km = (1 + 2u ) + C (1 − 2u )
电阻率变化
金属丝 材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主， K m=1.8 ~ 4.8 半导体
RL → ∞, I 0 → 0
E
13
SV =
U 0 E = Kε 2
传感器习题解答
思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。
解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。
第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义？最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。
2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：1）.敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2）.转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
3）.转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
3.传感器有哪几种分类？按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么？静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。
5. 传感器的动态特性是什么？动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。
由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。
第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。
因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。
根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。
2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
传感器考试试题及答案完整版
传感器考试试题及答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。
4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。
越5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω_________, 其工作频带越宽。
6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。
7、非线性电位器包括和两种。
8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。
A. 放大电路B. 数据采集电路C. 转换元件D. 滤波元件9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。
A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤10、属于传感器静态特性指标的是（D ）A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。
A. 线性度B. 灵敏度C. 频域响应D. 重复性12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（）A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快越小, 其工作频带越宽B 二阶传感器的固有频率ωC 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。
越小, 其响应速度越快。
D 二阶传感器的固有频率ω二、计算分析题1、什么是传感器由几部分组成试画出传感器组成方块图。
检测与传感技术练习题及解答
• (2)实质为调相电路
u0 u u u ( R j L) R ......(1) j L R 2 2( R j L)
当铁芯发生位移后：
2 r 0 N rc lc x L2 1 r 1 l r l 2 2
2、两金属应变片R1和R2阻值均为120Ω，灵敏系数K=2；两应变片一 受拉，另一受压，应变均为800με。两者接入差动直流电桥，电源 电压U=6V。 A 求：（1）ΔR和ΔR/R；（2）电桥输出电压UO。 已知条件： R1 R2 + （1）R1=R2=120Ω，dR / R dR / R U U=6V + K (1 2 ) 2 （2）灵敏系数 R4 R3 dl / l （3）轴向应变 dl / l 800 B （4）电源电压U=6V 解：由上述公式可知 R K 2 800 10 6 0.0016 R R 0.0016 120 0.192
C ln( D ) d ln(10 10 ＝2.75 10 F ) 9.8
容抗值
1 1 9.65 105 H jC 2fC
4．如右图（1为固定极，2为可动极板）所示的电容式传 感器，极板宽度b＝4mm，间隙，极板间介质为空气， 试求其静态灵敏度。若动极板移动2mm，求其电容变 量。
1、将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连接， 电压表接线端是50℃，若电位计上读数为60mV，热 电偶的热端温度是多少？ 解：冷端温度为50℃，等效热电势： 0.08mV/℃*50℃=4mV；
热端实际热电势为：
E（t , to）=E（t , t1）+ E（t1 , to）＝60＋4＝64mV，
《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。
应变式传感器习题及解答.docx
一、单项选择题1、为减小或消除非线性误差的方法可采用（）。
A. 提高供电电压B.提高桥臂比C. 提高桥臂电阻值D.提高电压灵敏度2、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（）。
A. 不变B.2倍C. 4倍D.6倍3、电阻应变片配用的测量电路中，为了克服分布电容的影响，多采用( )。
A．直流平衡电桥B．直流不平衡电桥C．交流平衡电桥D．交流不平衡电桥4、通常用应变式传感器测量( )。
A. 温度B．密度C．加速度D．电阻5、影响金属导电材料应变灵敏系数K 的主要因素是（）。
A．导电材料电阻率的变化B．导电材料几何尺寸的变化C．导电材料物理性质的变化D．导电材料化学性质的变化6、产生应变片温度误差的主要原因有（）。
A．电阻丝有温度系数B．试件与电阻丝的线膨胀系数相同C．电阻丝承受应力方向不同D．电阻丝与试件材料不同7、电阻应变片的线路温度补偿方法有（）。
A．差动电桥补偿法B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法C．补偿线圈补偿法D．恒流源温度补偿电路法8、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K 的定义是（）。
A．应变片电阻变化率与试件主应力之比B．应变片电阻与试件主应力方向的应变之比C．应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比D．应变片电阻变化率与试件作用力之比9、制作应变片敏感栅的材料中，用的最多的金属材料是（）。
A．铜 B ．铂C．康铜 D ．镍铬合金10、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）。
A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片11、在金属箔式应变片单臂单桥测力实验中不需要的实验设备是（）。
A．直流稳压电源B．低通滤波器C．差动放大器D．电压表12、关于电阻应变片，下列说法中正确的是（）A．应变片的轴向应变小于径向应变B．金属电阻应变片以压阻效应为主C．半导体应变片以应变效应为主D．金属应变片的灵敏度主要取决于受力后材料几何尺寸的变化13、金属丝的电阻随着它所受的机械变形( 拉伸或压缩 ) 的大小而发生相应的变化的现象称为金属的（）。
(完整版)传感器试题(答案)
(完整版)传感器试题(答案)1、现代信息技术的三大支柱包括传感器技术、通信技术和计算机技术。
2、国家标准(GB7665-87)对传感器的定义为：一种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。
3、传感器由敏感元件、传感元件、测量转换电路和辅助电源三部分组成。
4、现代科学技术使人类社会进入了信息时代，为了获取来自自然界的物质信息，需要通过传感器进行采集。
5、误差是测量结果与被测量的约定真值之间的差别。
6、对测量结果评价的三个概念包括精密度、准确度和精确度。
7、传感器的特性是对传感器的输出量与输入量之间对应关系的描述。
8、电阻应变式传感器的工作原理是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，使物理量的变化转换成应变片的应力、应变变化，从而变成电阻值变化。
9、热电阻温度计是利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量的传感器。
10、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变化的一种传感器。
11、压电传感器是一种典型的自发电式传感器，它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面产生电荷，从而实现非电量的电测转换。
12、热电偶产生的热电势一般由接触电势和温差电势组成。
13、光电式传感器是利用光敏元件将光信号转换为电流信号的装置。
14、霍尔传感器是利用霍尔效应原理制成的传感器，主要用来测量磁场的大小。
15、电容式传感器有变面积式、变间隙式和变介质式三种类型。
二、选择题：1、传感器的精确度是指传感器的输出指示值与被测量约定真值的一致程度。
（A）2、热电阻温度计基于金属或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性来反映被测温度高低。
（D）3、炼油厂的气化炉耐压压力为6.5MPa，炉表面温度在400-450℃之间，应选用温度传感器进行测量。
（B）1. 目前常用的温度传感器包括双金属片、铂电阻、铜电阻和热电偶。
2. 工业用的热电偶常用的类型有K、J、T、E、N等，每种类型的热电偶都有其适用的温度范围和精度等特点。
部分习题参考答案(传感器原理及应用,第3章)
部分习题参考答案第3章 电阻应变式传感器3.1 何为电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？答：导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，引起导体电阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。
利用导体材料制作成电阻，将这个电阻粘贴在弹性体上，当外力作用时，使弹性体变形从导致导体的长度l 、截面积S 发生变化，从而引起电阻值R 的变化，外部应力消失，弹性体恢复原状使电阻值也恢复原值，这样通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。
3.2 什么是应变片的灵敏系数？它与金属电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？金属丝灵敏系数0k 主要由材料的几何尺寸决定的。
受力后材料的几何尺寸变化为(12)μ+，电阻率的变化为()//ρρε∆。
而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。
虽然长度相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。
3.3 为什么增加应变片两端电阻条的横截面积便能减小横向效应？敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。
3.4 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？半导体应变片灵敏系数范围是多少，金属应变片灵敏系数范围是多少？为什么有这种差别，说明其优缺点。
举例说明金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。
金属导体应变片的电阻变化是利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。
金属电阻丝的灵敏系数可近似写为1+2μ ，灵敏度系数k0=1.5~2； 半导体灵敏系数近似为k0= (Δρ/ρ)/ε =πE ≈50～100。
3.5 一应变片的电阻R=120Ω，灵敏系数k =2.05，用作应变为800/m m μ的传感元件。
求：①R ∆和/R R ∆；② 若电源电压U =3V ，初始平衡时电桥的输出电压U 0。
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或者 e
③ 若要减小非线性误差，可采用差动电桥。在试件上安装两个工作应变片，一个受拉 应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路，如下图所示，则其输出电压 为：
2-5. 利用悬臂梁结构可以构成称重传感器。试就在悬臂梁的上下方各贴一片金属应变片组 成差动半桥和各贴二片金属应变片组成差动全桥时的应变电阻片的布贴方式、电桥连 接方法和相应的输出电压大小做出说明，并说明其差动和温度补偿的原理。 答：A 差动半桥 在试件上安装两个工作应变片 R1 和 R2，一个受拉应变，一个受压应变，接入相邻臂； R4 和 R3 横向放置，且与 R1、R2 距离小，用来温度补偿，布贴方式如下左图示。将应变计按 下右图连接，形成差动半桥。
由上式可以看出达到了，输出电压与温度无关，温度补偿的目的。 B 差动全桥 布贴方式、电桥连接方法如下图所示。
B
R1 R1
R2 R2
C
R1 R4
R3 R2
A
UO
R3 R1
R4 R4
D U
R3 R3
R2 R4
输出电压为 U O
U R1 R2 R3 R4 U K 1 2 3 4 。 4 R1 R2 R3 R4 4
R1 R1 =9.95mV R1 1 1 1 1 R1
R4 R1 R3 R1 U0 U U R1 R2 R4 1 1 R1 R1 R3
② U O
U R1 R2 R3 R4 U R1 R2 0V 4 R1 R2 R3 R4 4 R1 R2
c)
答：① U O
U R1 R2 R3 R4 U R1 4 1.2 10mV 4 R1 R2 R3 R4 4 R1 4 120
或者更精确地
UO
或者
R1 R1 R3 R2 R4 U 120 1.2 120 120 120 4 9.95mV R1 R1 R2 R3 R 4 120 1.2 120 120 120
B
2-3. 右图为一直流应变电桥，图中 U=4V，R1 =R2＝R3 = R4 ＝120Ω，试求： a) R1 为金属应变片，其余为外接电阻，当 R1 的增量 为 ΔR1 =1.2Ω 时，电桥输出电压 UO。
A
R1
R2
C
UO
R4
D U
R3
b)
R1、R2 都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同 ΔR1 =ΔR2 =1.2Ω， 其余为外接电阻，电桥输出电压 UO。 题② 中，如果 R1 与 R2 的感受应变的极性相反，且大小相同，即 ΔR1 =ΔR2 =1.2Ω， 电桥输出电压 UO。
R1 R1 R3 或者 U 0 U =0V R1 R1 R2 R2 R3 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4
③
U O
U R1 R2 R3 R4 U R1 R2 4 R1 R2 R3 R4 4 R1 R2
R3 R1 R1 =0.02V R R R R R R 1 1 2 2 3 4
4 1.2 1.2 20mV 4 120 120
或者 U 0 U
解析：参见 PPT，关于电阻应变计的测量电路。理解电桥的测量原理和计算方法。 2-4. 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： a) b) 应变片的电阻变化量 ΔR1 和电阻相对变化量 ΔR1/R1 ； 将电阻应变片 R1 置于单臂测量电桥， 电桥电流电压为直流 3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。 c) 若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出 电压及非线性误差的大小。
R3 R1 R3 R1 1 R U U 1 2 R1 2 R3 2 R1
故半桥在差动工作时，输出比单臂时提高了 2 倍。 现温度变化 T ， 由于温度的影响电阻 R1、 R2、 R3、R4 相应地变化了 R1t 、R2t 、R3t 和 R3t ，则
U R1 R2 R3 R4 4 R1 R2 R3 R4 U R R1t R2 R2 t R3 R3t R4 R4 t K 1 4 R1 R2 R3 R4 R R R R R R R U R K 1 2 3 4 1t 2t 3t 4t 4 R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R R R U R K 1 2 3 4 4 R1 R2 R3 R4 U O
R3 R1 R1 U0 U R1 R1 R2 R2 R3 R4
U R1 若R1 R2，R1 R2，R3 R4，则得： U0 2 R1
1 R R R R R R e 1 2 3 4 1 2 0 2 R1 R2 R3 R4 R1 R2
B
R1 R1
A
R2 R2
C
UO
R1 R2 R1
R4
D U
R3
R2
F
由上式可知，Uo 与 R1 R1 呈线性关系，无非线性误差，而且 Ku=U/2，比单臂提高了 一倍． 另有采用高桥臂比的恒电源电路，恒流源补偿电路等方法，具体见 PPT。请自行对这三 种方法进行比较。 解析：参见课本 P41 关于应变片的工作原理，P53 关于电阻应变片的测量电路，理解电桥的 测量原理与计算方法。
B
R1 R1
R2 R2
C
R4 R3
R3
R4
R1 R2 R1
A
UO
R3
D U
R4
R2
假设 R1 R2 Ra R3 R4 Rb ，在差动情况下 R1 R2 ，且符号相反，则
U O
R1 R1 R3 R2 R2 R4 U R1 R3 R3R1 R2 R4 R4 R2 U R1 R1 R2 R2 R3 R 4 R1 R2 R3 R 4
答：① R1 / R1 K =2.05×800×10-6=1.64×10-3
R1 = R1 / R1 × R1 =1.64×10-3×120Ω=0.1968Ω
② 电桥输出电压
U O
U 3 K 1 1.64 10 3 1.23mV 4 4
非线性误差
1 R R R R K 1 e 1 2 3 4 1 1.64 103 0.82 103 2 R1 R2 R3 R4 2 2
B
R1 R1
A
R2 R2
C
UO
R1 R2 R1
R4
D U
R3
R2
F
U 0
U R1 R2 2 0.48 0.48 4mV 4 R1 R2 4 120 120
解析：参见 PPT P23~24，关于电阻应变计的测量电路。理解电桥的测量原理和计算方法。
R R t
3
K 50 10 6
1 at t s t t K C 20 C 2 12 10 6 14 106
C 20 C
= 0.54 10
2-2. 在悬臂梁的上下方各贴一片电阻为 120Ω 的金属应变片 R1 和 R2。若应变片的灵敏系数 K=2， 电源电压 U=2V， 当悬臂梁顶端受到向下的力 F 时， 电阻 R1 和 R2 的变化值 ΔR1 =ΔR2 =0.48Ω，试求电桥的输出电压。 答：
浙江大学电气工程学院
10192091 2013-2014 学年秋学期
现代传感器技术
二、电阻应变式传感器
（二）习 题
赵梦恋，吴晓波 2013 年 09 月
2-1. 一试件受力后的应变为 2×10-3；丝绕应变计的灵敏系数为 2，初始阻值 120 ，温度系 数-50×10-6/℃，线膨胀系数为 14×10-6/℃；试件的线膨胀系数为 12×10-6/℃。试求：温 度升高 20℃时，应变计输出的相对热输出。 答： t
（其中 Ri (i=1, 2, 3, 4)为由于应力引起的阻值变化） ，由于 R1 和 R2，R3 和 R4 是相同的电阻， 且距离近，认为所受温度的影响相同，可以认为 R1t ＝ R2t 、 R3t ＝ R3t ，所以
U O
U R1 R2 R3 R4 K 4 R1 R2 R3 R4