传感器原理-赵燕-课后习题(选择填空简答计算)-赵燕
传感器课后答案解析
第1章概述1.什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。
常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。
传感器原理及检测技术部分课后作业答案
部分课后作业答案2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。
设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。
解：∵灵敏度系数εRR K /∆=，又已知%1=∆RR，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2，∴ )/(101101100.129254m N mN S F ⨯=⨯⨯==-σ 由εσ⋅=E ，可得321129105)/(102)/(101-⨯=⨯⨯==m N m N E σε 所以，灵敏度系数2105%1/3=⨯=∆=-εRR K2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。
设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。
圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。
求：(1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε；(3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少?(4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。
解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。
测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。
题2.9 图⑵∵)(1500105.1)/(102)01.0(14.3/8.9100032722μεπσε=⨯=⨯⨯⨯====-cm N m N Er FE A FE∴εK R R R R =∆=∆3311， R 1与R 3的纵向应变（轴向应变）ε为1500με；μεεK K R R R R r -==∆=∆4422 ，式中μ为泊松比，μ＝0.285。
传感器原理及工程应用习题参考答案
《传感器原理及工程应用》习题答案第1章 传感与检测技术的理论基础（P26）1—1：测量的定义？答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较， 确定被测量对标准量的倍数。
1—2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？1－3 用测量范围为－50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 的压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：已知： 真值L ＝140kPa 测量值x ＝142kPa 测量上限＝150kPa 测量下限＝－50kPa∴ 绝对误差 Δ＝x-L=142-140=2(kPa)实际相对误差 ％＝＝43.11402≈∆L δ标称相对误差 ％＝＝41.11422≈∆x δ引用误差％－－＝测量上限－测量下限＝1)50(1502≈∆γ1－10对某节流元件（孔板）开孔直径d 20的尺寸进行了15次测量，测量数据如下（单答：绝对误差是测量结果与真值之差, 即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值 ×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示, 即: 引用误差=绝对误差/量程 ×100%位：mm ）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗大误差，并写出其测量结果。
解：则 2072.410.03270.0788()0.104d G mm v σ=⨯=<=-，所以7d 为粗大误差数据，应当剔除。
然后重新计算平均值和标准偏差。
当n ＝14时，若取置信概率P ＝0.95，查表可得格拉布斯系数G ＝2.37。
传感器原理及工程应用第5版答案
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传感器原理及工程应用第5版答案
第1章传感与检测技术的理论基础（P26）
1-1：测量的定义？
答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以，测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
1-2：什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？
答：绝对误差是测量结果与真值之差
即：绝对误差=测量值一真值
相对误差是绝对误差与被测量真值之比，常用绝对误差与测量值之比，以百分数表示，即：相对误差=绝对误差/测量值×100%
引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示，即：引用误差=绝对误差/量程×100%
1-3用测量范围为一50~150kPa的压力传感器测量140kPa的压力时，传感器测得示值为142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
已知：真值L=140kPa测量值x=142kPa测量上限=150kPa测量下限=—50kPa
.绝对误差A=x-L=142-140=2（kPa）
实际相对误差6=2=21.43%
Z140标称相对误差6=A2～1.41%
T142。
传感器原理和应用习题和答案
《第一章传感器的一般特性》11）该测速发电机的灵敏度.2）该测速发电机的线性度.2．已知一热电偶的时间常数τ=10s,若用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动,周期为80s,静态灵敏度k=1,试求该热电偶输出的最大值和最小值,以与输入与输出信号之间的相位差和滞后时间.3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号,问幅值误差为多少？4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试,如幅值误差要求限制在5%以内,则时间常数应取多少？若在该时间常数下,同一传感器作50Hz正弦信号的测试,这时的幅值误差和相角有多大？5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz,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.6．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.《第二章应变式传感器》1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%,试确定该应变计的灵敏系数.又若在使用该应变计的过程中,采用的灵敏系数为 1.9,试确定由此而产生的测量误差的正负和大小.2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时,R l＝R2＝R3＝R4,与U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0,且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样.在时间t＝0时,在梁的自由端加上一向上的力,然后维持不变,在振荡消失之后,在一稍后的时间t1打开辐射源,然后就一直开着,试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状,并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由.3．一材料为钢的实心圆柱形试件,直径d＝10 mm,材料的弹性模量E＝2 ×1011N／m2,泊松比μ＝0.285,试件上贴有一片金属电阻应变片,其主轴线与试件加工方向垂直,如图1所示,若已知应变片的轴向灵敏度k x ＝2,横向灵敏度C=4%,当试件受到压缩力F＝3×104N作用时.应变片的电阻相对变化ΔR／R为多少.4．在材料为钢的实心圆柱形试件上,沿轴线和圆周方向各粘贴一片电阻120 Ω的金属电阻应变片,如图2所示,把这两片应变片接入差动电桥,已知钢的泊松比μ＝0.285,应变片的灵敏系数k0＝2,电桥电源电压U sr＝6V〔d．C．〕,当试件受轴向拉伸时,测得应变片R1的电阻变化值ΔR1=0.48 Ω,试求电桥的输出电压.图1 图25．一台采用等强度梁的电子秤,在梁的上下两面各贴有二片电阻应变片,做成秤重传感器,如下图所示.已知l＝100 mm,b＝11 mm,t＝3 mm,E＝2.1×104N／mm2,k0＝2,接入直流四臂差动电桥,供桥电压6 V,当秤重0.5 kg时,电桥的输出电压U sc为多大.6．今在〔110〕晶面的〈001〉〈110〉晶面上各放置一电阻条,如下图所示,试求：l〕在0.1MPa 压力作用下电阻条的σr和σt各为何值？2〕此两电阻条为P型电阻条时ΔR／R＝？3〕若为N型电阻条时其ΔR／R？4〕若将这两电阻条改为安置在距膜中心为4.l 7mm处,电阻条上的平均应力σr和σt各为多少？7．现有基长为10 mm与20 mm的两种丝式应变片,欲测钢构件频率为10kHz的动态应力,若要求应变波幅测量的相对误差小于0.5%,试问应选用哪一种？为什么？8．已知一测力传感器的电阻应变片的阻值R＝120Ω,灵敏度系数k0= 2,若将它接入第一类对称电桥,电桥的供电电压U sr＝10V〔d．c．〕,要求电桥的非线性误差e f＜0.5％,试求应变片的最大应变εmax应小于多少,并求最大应变时电桥的输出电压.9．一个量程为10kN的应变式测力传感器,其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力,外径20mm,内径18mm,在其表面粘贴八各应变片,四个沿周向粘贴,应变片的电阻值均为120Ω,灵敏度为2.0,波松比为0.3,材料弹性模量E=2.1×1011Pa.要求：1>绘出弹性元件贴片位置与全桥电路；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.10．如图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U cd表示应变片应变后的电阻值的变化量.试证明： U cd=-<E/2><ΔR/R>《第三章电容式传感器》1．试计算带有固定圆周膜片电容压力传感器的灵敏度〔ΔC/C〕/p,如下图.已知在半径r处的偏移量y可用下式表示：式中P——压力；a——圆膜片半径；t——膜片厚度；μ——膜片材料的泊松比.2．在压力比指示系统中采用的电容传感元件与其电桥测量线路如图所示.已知：δ0＝0.25mm,D＝38.2mm,R=5.1kΩ,U＝60V〔A.C〕,f＝400Hz.试求.1）该电容传感器的电压灵敏度〔单位为V/m〕k u？2）当电容传感器活动极板位移Δδ＝10μm时,输出电压U0的值.3．如图所示为油量表中的电容传感器简图,其中1、2为电容传感元件的同心圆筒〔电极〕：3为箱体.已知：R1＝15mm,R2＝12mm；油箱高度H=2m,汽油的介电常数εr=2.1.求：同心圆套筒电容传感器在空箱和注满汽油时的电容量.4．一只电容位移传感器如图所示,由四块置于空气中的平行平板组成.板A,C和D是固定极板.板B是活动极板,其厚度为t,它与固定极板的间距为d.B,C和D极板的长度均为b,A板的长度为2 b,各板宽度为l,忽略板C和D的间隙与各板的边缘效应,试推导活动极板B从中间位置移动x=±b/2时电容C AC和C AD的表达式〔x=0时为对称位置〕.5．试推导下图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,以与极板宽度为W.其他参数如图所示.《第四章电感式传感器》1．一个铁氧体环形磁心,平均长度为12cm,截面积为1.5cm2,平均相对磁导率μr＝2 000,求：1〕均匀绕线5 00匝时的电感；2> 匝数增加1倍时的电感.2．有一只螺管形差动式电感传感器,已知电源电压U＝4V,f＝400HZ,传感器线圈铜电阻和电感量分别为R＝40Ω,L=30mH,用两只匹配电阻设计成4臂等阻抗电桥,如图1所示,试求：1〕匹配电阻R1和R2的值为多大才能使电压灵敏度达到最大；2>当ΔZ＝10Ω时,分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；3>用矢量图表明输出电压U0与电源电压U之间的相位差；4〕假设该传感器的两个线圈铜电阻不相等R4≠R3,在机械零位时便存在零位电压,用矢量图分析能否用调整衔铁位置的方法使U0=0.图1 图2a图2 b3．试计算图2a所示差动变压器式传感器接入桥式电路〔顺接法〕时的空载输出电压U0,一、二次侧线圈间的互感为M1、M2,两个二次侧线圈完全相同.又若同一差动变压器式传感器接成图2b所示反串电路〔对接法〕,问两种方法哪一种灵敏度高,高几倍？提示：①将图a所示的二次侧绕组边电路图简化如图2c所示等效电路〔根据已知条件Z1＝Z2；②求出图b 空载输出电压与图a计算的结果进行比较.〕图2 c图34．试推导图3所示差动型电感传感器电桥的输出特性U0=f〔ΔL〕,已知电源角频率为ω,Z1、Z2为传感器两线圈的阻抗,零位时Z1＝Z2= r＋jωL,若以变间隙式传感器接入该电桥,求灵敏度表达式k＝U0／Δδ多大〔本题用有效值表示〕.5．图4中两种零点残余电压的补偿方法对吗？为什么？图中R为补偿电阻.图46．某线性差动变压器式传感器采用的频率为100HZ、峰一峰值为6V的电源激励,假设衔铁的输入运动是频率为10Hz的正弦运动,它的位移幅值为±3mm,已知传感器的灵敏度为2V／mm,试画出激励电压、输入位移和输出电压的波形.7．使用电涡流式传感器测量位移或振幅时对被测物体要考虑哪些因素,为什么？《第五章压电式传感器》1．分析压电式加速度传感器的频率响应特性.又若测量电路的总电容C＝1000PF,总电阻R＝500 MΩ,传感器机械系统固有频率f0=30 kHz,相对阻尼系数ξ=0.5,求幅值误差在2%以内的使用频率范围.2．用石英晶体加速度计与电荷放大器测量机器的振动,已知：加速度计灵敏度为5 pC／g,电荷放大器灵敏度为50 mV／pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值等于2 V,试计算该机器的振动加速度.3．在某电荷放大器的说明书中有如下技术指标：输出电压为±10V,输入电阻大于1014Ω,输出电阻为0.1kΩ,频率响应：0～150kHz,噪声电压〔有效值〕最大为2mV〔指输入信号为零时所出现的输出信号值〕,非线性误差：0.l%,温度漂移：±0.lmV／ºC.l〕如果用内阻为10 kΩ的电压表测量电荷放大器的输出电压,试求由于负载效应而减少的电压值.2〕假设用一输入电阻为2MΩ的示波器并接在电荷放大器的输入端,以便观察输入信号波形,此时对电荷放大器有何影响？3〕噪声电压在什么时候会成为问题？4〕试求当环境温度变化十15o C时,电荷放大器输出电压的变化值,该值对测量结果有否影响？5〕当输入信号频率为180kHZ时,该电荷放大器是否适用？4．试用直角坐标系画出AT型,GT型,DT型,X－30º的晶体切型的方位图.5．压电传感元件的电容为1000PF,k q＝2．5C／cm,连接电缆电容C c＝300 pF,示波器的输入阻抗为1MΩ和并联电容为50pF,试求：1〕压电元件的电压灵敏度多大？2>测量系统的高频响应<V／cm〕.3>如系统测量的幅值误差为5%,最低频率是多少？4〕如f j＝10HZ,允许误差为5 %,用并联连接方式,电容量C值是多大？6．石英晶体压电传感元件,面积为1cm2,厚度为0.lcm,固定在两个金属板之间,用来测量通过晶体两面力的变化.材料的杨氏模量为9×1010Pa,电荷灵敏度为2pC／N,相对介质常数为5,lcm2材料相对两面间电阻为1014Ω.一个20pF的电容和一个100MΩ的电阻与极板并联.如果所加力是F＝0.01sin〔103t〕N.求：1〕两个极板间电压峰一峰值；2〕晶体厚度的最大变化.<0.758mv,1.516mv;1.1×10-10cm>7．已知电压前置放大器的输入电阻为100 MΩ,测量回路的总电容为100pF,试求用压电式加速度计相配测量1Hz低频振动时产生的幅值误差.<94%>8．用压电式传感器测量最低频率为1Hz 的振动,要在1Hz 时灵敏度下降不超过5%,若测量回路的总电容为500pF,求所用电压前置放大器的输入电阻为多大？9．已知压电式加速度传感器的阻尼比是ξ=0.1,其无阻尼固有频率f=32kHz,若要求传感器的输出幅值误差在5%以内,试确定传感器的最高响应频率.10．有一压电式加速度计,供它专用的电缆长度为1.2m,电缆电容为100pF,压电片本身的电容为1000pF,据此出厂时标定的电压灵敏度为100mV／g.若使用中改为另一根电缆,其电容为300pF,长为2.9m,问其电压灵敏度作如何改变.<60mv/g>《第六章数字式传感器》1．数字式传感器的特点？根据工作原理数字式传感器可分为那几类？2．光栅传感器的基本原理？莫尔条纹如何形成？有何特点？3．分析光栅传感器具有较高测量精度的原因.《第七章固态传感器》1．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？2．简述霍尔效应与构成以与霍尔传感器可能的应用场合.3．光电效应可分为几类？说明其原理并指出相应的光电元件.4．试拟定用光敏二极管控制,用交流电源供电照明的明通与暗通直流继电器电路原理图,并说明之.《第八章光纤传感器》1．说明光纤的组成并分析其传光原理,指出光纤传光的必要条件？2．光纤损耗是如何产生的？它对光纤传感器有哪些影响？。
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；
传感器课后答案
传感器课后答案第一章1、何为传感器及传感技术人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称为传感技术。
2、传感器通常由哪几部分组成通常传感器可以分为哪几类若按转换原理分类，可以分成几类传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。
传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。
.按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。
3、传感器的特性参数主要有哪些选用传感器应注意什么问题传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。
正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。
准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。
稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。
动态参数：时间常数t:在恒定激励理—第二章1、光电效应有哪几种与之对应的光电器件和有哪些光电传感器的工作原理基于光电效应。
光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管）2、什么是光生伏特效应光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。
3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器，件最为合适。
光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。
（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。
当有光照射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。
不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。
，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。
探测可见光和赤热物时，硅管。
传感器章节习题答案10
C1 传感器基础1 什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两个部分？这两个部分各起什么作用？答：传感器是一种能把特定被测量的信息按一定规律转换成某种可用信号并输出的器件或装置。
传感器由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件能直接感受或响应被测量；转换元件是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。
2简述传感器在自动控制系统中的作用。
答：自动控制系统中传感器的主要作用是将被测非电量转换成与其成一定关系的电量，它是自动控制系统的“感官”、“触角”，自动控制系统通过传感器检测到的信息实现对系统的控制。
因此，传感器是自动控制系统中得首要部件，是实现现代化测量和自动控制（包括遥感、遥测、遥控）的主要环节，它对于决定自动控制系统的性能起着重要作用。
3传感器有哪些基本特性？答：传感器的基本特性通常可以分为静态特性和动态特性。
静态特性是指输入的被测量不随时间变化或随时间缓慢变化时表现的特性。
表征传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、分辨力和迟滞、重复性；动态特性是指传感器跟踪输入信号变化的特性，表征传感器动态特性的主要参数有响应速度、频率响应。
4简述传感器的发展方向答：1)．新材料的开发与应用在原有的半导体、陶瓷材料等基础上，利用新的制造材料来提升传感器性能，提高传感器的产品质量，降低生产成本。
2)．新制造技术的应用采用精密细微加工技术、蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、静电封接技术、全固态封接技术，应用使传感器集成化、超小型化。
3)．新型传感器的开发利用新的物理效应、化学效应、生物效应开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器的性能，拓展传感器的应用范围提供了新的动力。
4)．传感器的集成化利用集成技术，将敏感元件、测量电路、放大电路、补偿电路、运算电路等制作在同一芯片上，使传感器体积小、质量轻、生产自动化程度高、制造成本低、稳定性和可靠性高、电路设计简单、安装调试时间短。
5)．传感器的智能化开发具有自补偿、自诊断、自校正及数据的自存储和分析等功能的智能传感器。
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：∆RR=K0ε(K0：电阻丝的灵敏系数、ε：导体的纵向应变)2.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。
传感器课后答案
传感器课后答案Pa时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV.非线性误差略正反行程最大偏差?Hma_=0.1mV，所以γH=±?Hma_0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rma_=0.08，所以γR=±?Rma_0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。
传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。
瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。
2.5描述传感器动态特性的主要指标有哪些？零阶系统常采用灵敏度K，一阶系统常采用时间常数η、灵敏度K，二阶系统常采用固有频率ω0、阻尼比ζ、灵敏度K来描述。
2.6试解释线性时不变系统的叠加性和频率保持特性的含义及其意义。
当检测系统的输入信号是由多个信号叠加而成的复杂信号时，根据叠加性可以把复杂信号的作用看成若干简单信号的单独作用之和，从而简化问题。
如果已知线性系统的输入频率，根据频率保持特性，可确定该系统输出信号中只有与输入信号同频率的成分才可能是该输入信号引起的输出，其他频率成分都是噪声干扰，可以采用相应的滤波技术。
2.7用某一阶传感器测量100Hz的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？解：一阶传感器频率响应特性：H(jω)=11，幅频特性：A(ω)=η(j ω)+1+(ωη)2 1≤5%+(ωη)，取η=0.523ms由题意有A(jω)≤5%，即又ω=2π=2πf=200πT，所以0?η?0.523ms (1/+(ωη)2)?1幅值误差：?A(ω)=_100%=?1.32%1 相位误差：?Φ(ω)=?arctan(ωη)=?9.302.8某温度传感器为时间常数η=3s的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器温差的三分之一和二分之一所需的时间。
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第一章1-1何谓结构型传感器?何谓物性型传感器?试述两者的应用特点。
结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。
物理学中的定律一般是以方程式给出的。
对于传感器来说，这些方程式也就是许传感器在工作时的数学模型。
这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。
物性型传感器是利用物质定律构成的，如虎克定律、欧姆定律等。
物质定律是表示物质某种客观性质的法则。
这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出。
这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。
因此，物理型传感器的性能随材料的不同而异。
例如，光电管就是物理型传感器，它利用了物质法则中的外光电效应。
显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。
又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等特性能变化的传感器，都属于物理型传感器。
1-2一个可供实用的传感器由哪几部分构成?各部分的功用是什么?试用框图示出你所理解的传感器系统。
传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路(或其它辅助器件)三部分组成。
组成框图如下：(1)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某一物理量的元件，如波纹膜盒、光敏电阻等。
(2)转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，其把输入转换成电路参数量。
(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。
1-3衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说明它们的含义。
线性度：表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合(或偏离)程度的指标。
回差(滞后)：反应传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近，重复性越好。
灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
阀值：使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
稳定性：即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
漂移：在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
静态误差(精度)：传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离(逼近)程度。
*1-4什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？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变化非常缓慢时，所表现出来的输出响应特性。
需要了解的主要参数有：线性范围、线性度、灵敏度、精确度、分辨力、迟滞、稳定性。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。
需要了解的主要参数有：幅频特性和相频特性。
1-5怎么评价传感器的综合静态性能和动态性能？(1)静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。
动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
(2)由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间变化的变量)，于是对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。
第二章2-1答案：电阻应变效应基于半导体材料的电阻压阻效应，其半导体材料的电阻相对变化与线应成正比。
2-2答案：1με= (OL/L) *10^-6，1000* 10^-6=0.1%2-3答案：1800με2-4答案：灵敏度高2-5答案：1/52-6答案：42-7答案：42-8答案：相反2-9答案：弹性敏感元件2-10答案：调幅波2-11什么是横向效应?为什么箔式应变片的横向效应比丝式应变片小?横向效应是指将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态相同，但由于应变片敏感栅的电阻变化较小，因而其灵敏系数k 较电阻丝的灵敏系数k0小的现象。
箔式应变片圆弧部分尺寸比栅丝部分尺寸大的多，电阻值较小，因而阻值变化也就小得多，横向效应可以忽略。
2-12应变片的灵敏系数K 为何小于敏感栅的灵敏度系数Ks?应变片存在横向效应。
2-13用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施? (1)应变片电阻随温度变化。
(2)试件材料与应变片的线膨胀系数不一致。
2-14简述电阻应变片产生温度误差的原因及其补偿方法。
原因如上。
温度误差的补偿方法：(1)温度自补偿法。
(包括单丝自补偿应变片法和双丝自补偿应变片法)(2)桥路补偿法。
*2-15测量应力梯度较大或应力集中的静态或动态应力时，应变片的选择应考虑哪些因素?2-16试述单臂应变电桥产生非线性的原因及减小非线性误差的措施。
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆=∆443322114U U R R R R R R R R 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。
无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 非线性关系。
措施：(1)差动电桥补偿法：差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。
常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。
(2)恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。
采用恒流源，可减小误差。
2-17如何用电阻应变片构成应变式传感器?对传感器各组成部分有何要求?(1)作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量。
(2)作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。
要求：非线性误差要小(<0.05%~0.1%F.S)，力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。
2-18设计应变式加速度传感器时应如何保证加速度与输出信号之间为线性关系?自由惯性力F=ma ，可以利用弹性元件将加速度转化为力F ，然后再通过悬臂梁将力F 转换为轴向应变，最终通过应变片将轴向应变转换为电阻的变化量。
2-19压阻式传感器的主要优缺点是什么?优点：(1)灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量；(2)分辨率高，例如测量压力时可测出10 ~ 20Pa 的微压；(3)测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高；(4)可测量低频加速度和直线加速度。
缺点：压阻式传感器最大的缺点是温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。
第三章3-1简述变气隙式自感传感器的工作原理和输出特性，传感器的灵敏度与哪些因素有关?如何提高其灵敏度?设：初始气隙为0δ，初始电感为00202δμA N L = 工作时若衔铁移动使气隙减少δ∆，则电感增加L ∆，推出：()00000200201122δδδδδμδδμ∆-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=∆-=∆+=L AN A N L L L 线性处理忽略高阶项，推出：000001δδδδ=∆∆=∆=∆L L K L L 灵敏度主要取决于初始气隙，减少初始气隙能够提高灵敏度。
3-2电源频率波动对自感式传感器的灵敏度有何影响?如何确定传感器的最佳电源频率?自感式传感器的测量电路采用变压器电桥时，电源频率高能够提高传感器输出灵敏度。
电源电压信号的频率约为测量信号频率的10倍，这样既能提高输出灵敏度且满足传感器动态特性的要求，又能减少受温度变化的影响，但是增加了铁芯损耗和寄生电容的影响。
3-3差动变压器式传感器的等效电路包括哪些元件和参数?各自的含义是什么?(课本p80)3-4试分析差动变压器式电感传感器的相敏整流测量电路的工作过程。
带相敏整流的电桥电路具有哪些优点? 差动变压器相敏整流测量电路如图所示，具体过程见ppt 。
这种电路输出容易平衡，便于阻抗匹配。
3-5差动变压器式传感器的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?产生原因主要是由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数(互感M 自感L 及损耗电阻R)不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电动势数值不等。
消除零点残余电压方法：1.从设计和工艺上保证结构对称性2.选用合适的测量线路如相敏检波电路能够消除由于高次谐波引起的零点残余电压3.采用补偿线路3-6~3-9作业题。
第四章4-1答案：变极距型电容传感器灵敏度K=l/d04-2答案：变极距型非线性 比例运算放大器4-3答案：电容 参数 电容4-4答案：变极距型 变面积型 变介质型4-5答案：调频电路 电桥测量电路 二极管双极T 差动脉冲宽度电路4-6~4-12答案：BD B B B B CD B4-13为什么变面积型电容传感器的测位移范围较大?对于变面积型平板式电容传感器，灵敏度如下式所示，增加平板电容参数b ，减小距离d 很容易提高灵敏度，灵敏度的提高或减小不受制约，因此容易提高测量位移范围容易做到。
db x C -k ε=∆∆= 4-14试分析电容式物位传感器的灵敏度，为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施?被测介质介电常数为1ε，物理高度为h ，变换器总高度为H ，总电容如下式所示，D/d 减小能提高灵敏度。
()()()dln h 2d ln h 2d ln 2d ln h 2d ln h 21011D C D D H D H D C εεπεεππεπεπε-+=-+=-+= 4-15为什么说变极距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?因为它是由电感、电容和电阻组成的，电感、电容和电阻就属于非线性元件。
变极距电容传感器具有灵敏度最高的特点，其非线性特性可以这样解决：(1)将结构设计成差动形式，也就是在两个固定极板之间插入动极板，动极板与两边固定极板构成两个互为差动的电容。
其中一个电容增加多少，另一个电容就减少多少。
(2)将上述差动结构的电容作为桥式电路中相邻的两个桥臂，此时，电桥的输出电压与动极板的移动距离呈线性关系(并且灵敏度较之单个电容增加到2倍)。
4-16为什么电容传感器易受干扰?如何减小干扰?输出阻抗高且负载能力差，电容式传感器的容量受其电极几何尺寸等限制，不易做的很大，使传感器的输出阻抗很高，因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定性 严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来不便，容抗大还要求传感器的绝缘部分电阻值极高(几十兆欧以上)，否则绝缘部分将作为劳动电阻而影响仪器性能(如 灵敏度降低)，为此还要特别注意周围环境，如：湿度、清洁度等，若采用高频供电，可降低传感器输出阻抗。
4-17为什么高频时的电容式传感器其连接电缆的长度不能任意变化?电容式传感器等效电路如下图所示，C p 为电缆的等效电容，电缆的等效电容直接影响等效阻抗，继而影响灵敏度，因此电缆长度不能任意变化。
第五章5-1压电式加速度传感器是( )传 感器.A.结构型B.适于测量直流信号的C.适于测量缓变信号的D.适于测量动态信号的5-2沿石英晶休的光轴r 的方向施加作用力时，().A.晶体不产生压电效应B.在晶体的电轴x 方向产生电荷C.在晶体的机械轴y 方向产生电荷D.在晶体的光轴z 方向产生电荷5-3在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为( ).A.正压电效应B.逆压电效应C.横向压电效应D.纵向压电效应5-4天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数()。