传感器技术第二章习题解答
第二章应变式传感器
2－1：答：（1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。
（2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。
2－2：答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。2－3：答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。
2－4：答：因为（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；
（2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。
2－5：答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。（2）受温度影响，会产生零点温度漂移（主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起）和灵敏度温度漂移（主要灵敏度系数随温度漂移引起）。
（3）对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）；对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度的。
2－6：答；（1）直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥；
（2）等臂电桥在R＞＞ΔR的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系；第一对称电桥（邻臂电阻相等）的输出电压等同于等臂电桥；第二对称电桥（对臂电阻相等）的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。
2－7：解：已知R＝120Ω，K＝2.05，ε＝800μm/m
由ε*K=ΔR/R＝800＊2.05＊10-6＝1.64＊10-3
ΔR＝1.64*10-3*120＝0.1968Ω
U＝EKε/4=3*1.64＊10-3/4=1.23*10-3 (v)
1-8：解：此桥为第一对称电桥，由2-25式有
Ug＝E(（R1+ΔR1）R4－（R2+ΔR2）R3)/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）2*R3）（令R3＝R4）
＝E(ΔR1/ R－ΔR2/R)/（2（2＋ΔR1/ R＋ΔR2/ R））＝EΔR1/ R（1+μ）/（2*（2+（1-μ）ΔR1/ R）＝15.397/2＝7.7（mv）
1－9：解：(1) Ug= E[（R1+ΔR1）（R3+ΔR3）－（R2+ΔR2）（R4+ΔR4）]/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）（R3+ΔR3+R4+ΔR4））= E[ΔR1/ R+ΔR3/ R－ΔR2/R－ΔR4/ R]/（（2＋ΔR1/ R＋ΔR2/ R）（2＋ΔR3/ R＋ΔR4/ R））=2E[1＋μ] ΔR/R /[2+(1-μ) ΔR/R]2
2.6*10-3＝2*2*1.3*ΔR/R/[2+0.7*ΔR/R]2
[2+0.7*ΔR/R]2＝2*103ΔR/R＝4＋2.8ΔR/R+（ΔR/R）2
0＝4－（2000-2.8）ΔR/R＋（ΔR/R）2
（ΔR/R－998.6）2＝998.62-4
ΔR/R＝0.0020028059
ε＝ΔR/R/K ＝0.0010014
εr =-με=-3*10-4
(2) :F=εES=0.001*2*1011*0.00196=3.92*105
N 1- 10:解：（1）贴片习题中图2－7所示，R 3、R 2靠近中心处，且沿切向方向，R 1、R 4靠近圆
片边缘处且沿径向贴。位置在使－εr=εt 即
(
)r r x E
P E
P r x r h r h x
r t r 8165.03
2
38)1(383)1(32
2
2
2
2
2
23
2
2
2
2
14
==
⇒=+⇒-=
=
---
=--με
με
（2）
（3）
εr 2、3＝
()())5.0(*5.71*23*83
*
*1.0*38)1(310
10
10*3.010*20104
2
11
2
2
6
2
2
2
==⎪⎭⎫ ⎝⎛---=
--μμμE
P h r
Ug ＝E εK=9(mv)
(4) Ugt= E[（R 1+ΔR 1t ）（R 3+ΔR 3t ）－（R 2+ΔR 2t ）（R 4+ΔR 4t ）]/（（R 1+ΔR 1t +R 2+ΔR 2t ）（R 3+ΔR 3t +R 4+ΔR 4t ））=0
(5) Ug ＝E K ε成线性关系 2－11解：（1）（2）ΔR/ R=K ε=K*6bp/Ewt 2=2*6*10*9.8*0.1/2*1011*25*10-6*.02=1.176*10-3
(3) Ug ＝U εK=6*1.176*10-3
=7.056(mv) (4)有，原因同2－10题。
2－12：解由2－26式，2－63有：
()()[]
(
)
(
)
()()()[]
(
)
()(
)
()
3*83*
28.0*313*28.1**1.0*331183*6.413
*
83*
28.33*28.1**1.0*3318310*15.010*17.410*51010
10*15.010*17.410*5102
2
2
6
2
2
2
6
222
6
2
2
2
=-⎥
⎦
⎤
⎢⎣
⎡-+--=+-+=
-=-⎥
⎦
⎤
⎢⎣
⎡---=+-+=
x r h
x r h
p p t
r
μμμμδ
δ
（2）对P 型si 电阻条在[011]和[01
-
1]方向余弦分别为：l 1=0,m 1=
2
1,n 1=
2
1,l 2=0,m 2=－
2
1,n 2=－
2
1。所以
10101010
10102
6
11
2
6
11
*677.3*6.41**4.88*986.2*6.41**8.71----=-=+==-=+=⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛∆δπδπδπδπt
t
l
l
t
t
t
l
l
l
R R R R
2－13：解[1-10]晶向实际上是在（1-10）晶面内，但（1-
10）与晶面（110）晶面的性质相同，而[1-
10]晶向的横向为[001]，它们的方向余弦分别为：l 1,m 1,n 1,l 2,m 2,n 2数值见王化祥P 39，所以
2
4
1111
ππ
ππ-=≈t
l
()()()()()()()()4.888.132.10221122128
.7121.1381.16.6211111
1244112
2
244121112441211
44121111-=+-=-=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡++--+==+-=++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡
++---=π
ππππππππππππππm m n n l
l m n n l m l t l
2－14：解根据P41的讨论知，瘵四个径向电阻分别两两安装在0.635r 半径的外则的内则，并安放在电阻长度范围内应力绝对平均值相等的相等的地方，让它们两两分别感受到相等的压应变和拉应变然后再将它们接成惠斯通电桥即可。 2－15：解(1)Uc/Ub=2 (2)Ud/Ub=2
(3)Uc/Ub=4
2－16：解：
由Ug ＝E(（R 1+ΔR 1）（R 4+ΔR 4）－（R 2R 3）)/（（R 1+ΔR 1+R 2）（R 4＋ΔR 4＋R 3））和桥路
此电路具有最高的灵敏度，在R ＞＞ΔR 的情况下也能进行温度补偿。
2－17：答：压阻式传感器电桥恒压供电可以实现灵敏度温度补偿，而恒流供电可以实现温度补偿。
2－18：(1)对只有纵向电阻的传感器，四个扩散电阻可以两两分别分布在0.635r 的两边，使其平均应变等于相等即可。对纵向、横向都有的传感器，可以将横向电阻布置在膜片的中心附近，而纵向电阻布置在边缘附近，只要使它们的电阻的相对应变等大反向就可以了。
（2）
()()[
]
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]
()()()()r x p p x
r x r
h
x r
h
R R R R R R R R t
l t
t t l l t
l t t l l l
μμμμμμμμδπδπδπδπδπδπ++=
+=++-+=+-+-=-∴=+==+
=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛∆313131833183222
22222221111
(完整版)传感器新习题集及答案
习题集及答案 第1章概述 1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 1.5 传感器的图形符号如何表示？它们各部分代表什么含义？应注意哪些问题？ 1.6 用图形符号表示一电阻式温度传感器。 1.7 请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。如果没有传感器，应该出现哪种 状况。 1.8 空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？ 答案 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer）的定义是：“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”。定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： ①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 ②传感器：能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,通 常由敏感元件和转换元件组成。 ③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。 ④变送器：能输出标准信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 第2章传感器的基本特性 2.1传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？ 表征了2.2传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度 L
《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 m y δγ； ∴ mV y FS m 1%100=⨯•=γδ 若: FS FS y y 2 11= 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。已知:f 0=20k Hz, ξ=0。1。求:%3<γ时的工作频率范围。 解：二阶传感器频率特性（p14-1—30式） ∵ 2222)2()1()(ξωττωω-=k k ∴ %3) 2()1(11)(2222<--=-=ξωττωωγk k k 式中:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=====1 .0816.1252000ξμωτπωs kHz f 则有：
《传感器技术》第3版课后部分习题解答
潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业 第一章习题一 1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、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。 2、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。 3、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。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、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。 6、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。 7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、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。 9、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。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等； 按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
《传感器与检测技术胡向东第》习题解答
传感器与检测技术（胡向东，第2版）习题解答 王涛 第1章概述 答：传感器是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。 答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，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、频率、电荷、电容、电阻等）输出。 答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。 另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。 根据传感器的工作原理（物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等），可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、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。 ③按传感器的基本效应进行分类 根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 答：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 答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。 衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。 解：①求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段（多数情况下是用最小二乘法来求出拟合直线）。 （1）端点线性度： 设拟合直线为：y=kx+b, ∴ ∴b=0 ∴
（2）最小二乘线性度： 设拟合直线方程为01y a a x =+， 误差方程01()i i i i i y y y a a x v ∧ ∧ -=-+= 令10x a =，21x a = 由已知输入输出数据，根据最小二乘法，有： 直接测量值矩阵0.644.047.4710.9314.45L ????????=????????，系数矩阵10.0210.041 0.0610.081 0.10A ?? ??? ???=???????? ，被测量估计值矩阵01a X a ∧??=???? 由最小二乘法：''A A X A L ∧ =，有 ∴ 答：非线性误差公式：max 0.106 100%100%0.64%16.50 L FS L Y γ?=± ?=?= ② 迟滞误差公式：max 100%H FS H Y γ?= ?， 又∵最大行程最大偏差max H ?∴max 0.1 100%100%0.6%16.50 H FS H Y γ?= ?=?= ③ 重复性误差公式：max 100%L FS R Y γ?=± ?， 又∵重复性最大偏差为max R ?∴max 0.08 100%100%0.48%16.50 L FS R Y γ?=± ?=±?=± ±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？
《传感器》课后习题解答
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 传感器课后习题解答 哈尔滨工业大学 机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
目录 第一章传感器的一般特性..................................................................................... - 1 -第二章电阻式传感器............................................................................................. - 3 -第三章电感式传感器............................................................................................. - 5 -第四章电容式传感器............................................................................................. - 7 -第五章磁电式传感器........................................................................................... - 10 -第六章压电式传感器........................................................................................... - 16 -第七章光电式传感器........................................................................................... - 17 -第八章热电式传感器........................................................................................... - 23 -第九章气电式传感器........................................................................................... - 25 -第十章谐振式传感器........................................................................................... - 26 -第十一章波式和射线式传感器........................................................................... - 28 -第十二章半导体式物性传感器........................................................................... - 30 -第十三章新型传感器........................................................................................... - 31 -
传感器技术第二章习题解答
第二章应变式传感器 2－1：答：（1）金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 （2）半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 2－2：答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。2－3：答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度。 2－4：答：因为（1）金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变； （2）基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。 2－5：答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。（2）受温度影响，会产生零点温度漂移（主要是由个桥臂电阻及其温度系数不一致引起）和灵敏度温度漂移（主要灵敏度系数随温度漂移引起）。 （3）对零点温度漂移可以用在桥臂上串联电阻（起调零作用）、并联电阻（主要起补偿作用）；对灵敏度漂移的补偿主要是在电源供电回路里串联负温度系数的二极管，以达到改变供电回路的桥路电压从而改变灵敏度的。 2－6：答；（1）直流电桥根据桥臂电阻的不同分成：等臂电桥、第一对称电桥和第二等臂电桥； （2）等臂电桥在R＞＞ΔR的情况下，桥路输出电压与应变成线性关系；第一对称电桥（邻臂电阻相等）的输出电压等同于等臂电桥；第二对称电桥（对臂电阻相等）的输出电压的大小和灵敏度取决于邻臂电阻的比值，当k小于1时，输出电压、线性度均优于等臂电桥和第一对称电桥。 2－7：解：已知R＝120Ω，K＝2.05，ε＝800μm/m 由ε*K=ΔR/R＝800＊2.05＊10-6＝1.64＊10-3 ΔR＝1.64*10-3*120＝0.1968Ω U＝EKε/4=3*1.64＊10-3/4=1.23*10-3 (v) 1-8：解：此桥为第一对称电桥，由2-25式有 Ug＝E(（R1+ΔR1）R4－（R2+ΔR2）R3)/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）2*R3）（令R3＝R4） ＝E(ΔR1/ R－ΔR2/R)/（2（2＋ΔR1/ R＋ΔR2/ R））＝EΔR1/ R（1+μ）/（2*（2+（1-μ）ΔR1/ R）＝15.397/2＝7.7（mv） 1－9：解：(1) Ug= E[（R1+ΔR1）（R3+ΔR3）－（R2+ΔR2）（R4+ΔR4）]/（（R1+ΔR1+R2+ΔR2）（R3+ΔR3+R4+ΔR4））= E[ΔR1/ R+ΔR3/ R－ΔR2/R－ΔR4/ R]/（（2＋ΔR1/ R＋ΔR2/ R）（2＋ΔR3/ R＋ΔR4/ R））=2E[1＋μ] ΔR/R /[2+(1-μ) ΔR/R]2 2.6*10-3＝2*2*1.3*ΔR/R/[2+0.7*ΔR/R]2 [2+0.7*ΔR/R]2＝2*103ΔR/R＝4＋2.8ΔR/R+（ΔR/R）2 0＝4－（2000-2.8）ΔR/R＋（ΔR/R）2 （ΔR/R－998.6）2＝998.62-4 ΔR/R＝0.0020028059
测试技术与传感器课后答案
测试技术与传感器课后答案 【篇一：《传感器与检测技术》习题答案--周杏鹏】t>第一章 1.1 答：随着我国工业化、信息化步伐加快，现代化建设中的各行各业高效生产对传感器也检测技术的依赖逐步加深。比如：先进的传感器技术助力现代化石油钻井平台建设。 为了能够可靠地采集钻井平台钴机塔架上运动部件的终点位置，使用了感应式传感器。在整个新型钻井中共使用了60个这样的感应式传感器，方形的接近开关对钢质目标的感应距离增大到20mm, 满足了近海海上勘探工作环境极为恶劣的所有要求。 1.2 答：自动检测系统组成框图如下： 对于传感器，一般要求是： ①准确性：输出信号必须反映其输入量，即被测量的变化。因此，传感器的输出与输入关系必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系。 ②稳定性：传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度二变化，受外界其他因素的干扰影响亦很小，重复性要好。 ③灵敏度：即被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号。④其他：如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 1.3 答：功能： 信号调理：在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。 信号处理：信号处理时自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人类的大脑相类似。 区别： 信号调理作用是把信号规格化，滤除干扰，信号处理则是提取信号中的信息，并对这些信息按照功能要求进行处理。可以说，信号调理是进行信号处理的基础。 组成： 信号调理：信号放大、信号滤波、a/d转换
信号处理：主要是各种信号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理 器（dsp）等 1.4 答：分类见表1-1(p8) 1.5 答：按照被测参量分类，可以分成测量：电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量等。 1.6 答：1.不断拓展测量范围，提高管检测精度和可靠性 2重视非接触式检测技术研究 3检测系统智能化 第二章 2.1 答：随机误差：检测仪器或者测量过程中某些未知或无法控制的随 机因素（如仪器某些原件器件性能不稳定、外界温度、湿度变化， 空中电磁波扰动等）综合作用的结果。随机误差的变化通常难以预测，因此也无法通过实验的方法确定、修正和消除。但是通过足够 多的测量比较可以发现随机误差服从某种统计规律。从而进行消除。系统误差：产生原因大体有：测量所用的工具本身性能不完善或者 安装、布置、调整不当；在测量过程中的温度湿度、气压、电磁干 扰等环境条件发生变化；测量方法不完善、或者测量所依据的理论 本身不完善；操作人员视读方式不当等。系统误差产生的原因和变 化规律一般可以通过实验和分析查出，因此系统误差可以设法确定 并消除。粗大误差：一般由外界重大干扰或者仪器故障或不正确的 操作引起。存在粗大误差的测量值一般容易发现，发现后应当立即 剔除。 2.2 答：工业检测仪器（系统）常以最大引用误差作为判断其准确度等 级的尺度，仪表准确度习惯上称精度，准确度等级习惯称为精度等级。人为规定，取最大引用误差百分数的分子作为检测仪器（系统）精度等级的标志，即用最大引用误差去掉正负号和百分比号后的数 字来表 示精度等级。 2.3 答：20*0.005=0.1（v） 150*0.001=0.15（v）
《传感器及其应用》第二章习题答案
第2.1章 思考题与习题 1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。并将其粘贴在绝缘基片上制成。把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度， 2、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。 ε R R k /∆= （2）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。 3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度？ 答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。所以其横向灵敏度便减小。 4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施？ 答：用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，所以必须采用温度补偿措施。 5、一应变片的电阻 R=120Ω， k=2.05。用作应变为800μm/m 的传感元件。 ①求△R 和△R/R ；②若电源电压U=3V ，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U 0。 已知：R=120Ω， k =2.05，ε=800μm/m ； 求：①△R=？，△R/R=？②U=3V 时，U 0=？ 解①： ∵ ε R R k /∆= ∴ Ω =⨯⨯==∆⨯=⨯==∆-1968.012080005.21064.180005.2/3R k R k R R εε 解②：初始时电桥平衡（等臂电桥） ∵ U R R U ∙∆∙= 410 ∴ mV U R R U 23.131064.14 14130=⨯⨯⨯=∙∆∙= - 6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变 片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a ）。若钢的泊松系数μ=0.285，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值△R =0.48Ω,试求电桥的输出电压U 0。
传感器与检测技术课后题答案
第1章 概述 1.1 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。 1.2 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。 1.3 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。 1.4 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。 1.5 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 1.6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 2.1 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。 2.2 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。 2.3 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 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mV H 1.0max =∆，所以%6.0%50 .161.0%100max ±=± =∆± =FS H Y H γ 重复性最大偏差为08.0max =∆R ，所以%48.0%1005 .1608.0max ±=± =∆± =FS R Y R γ 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。
传感器技术与应用习题答案
传感器技术与应用习题答案 【篇一：传感器原理及应用习题及答案】 可能出现的最大误差为： ＝40?2%=0.8(mv) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误 差分别为： 0.8 1100%4% 40? 0.8 2100%16% 40? 结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。 1.7 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数?和静态灵敏度k。 1) 式中, y——输出电压，v；t——输入温度，℃。 30 dy 3y1.5105tdt 2) 式中，y——输出电压，?v；x——输入压力，pa。 k=9.6/4.2=2.29(?v/pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数?=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，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。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(?t)℃ 由周期t=80s，则温度变化频率f=1/t，其相应的圆频 率 ?=2?f=2?/80=?/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应 y(t)为 y(t)=520+bsin(?t+?)℃ 热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为 a b?20 12
1110??40 2 1.4 dy 4.2y9.6xdt 0.786 因此，热电偶输出信号波动幅值为 b=20?a(?)=20?0.786=15.7℃ 由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|max=520+b=520+15.7=535.7℃ y(t)|min=520﹣b=520- 15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 80 42.388.4s360t = 1.9 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即 式中，y——输出电荷量，pc；x——输入加速度，m/s2。 试求其固有振荡频率?n和阻尼比?。 解: 由题给微分方程可得 d2y3dy1010 3.0102.2510y11.010x2 dtdt n 2.25?10/1?1.5?10?rad/s? 10 5 3.0?103 2?2.25?10?1 10 0.01 1-10 用一个一阶传感器系统测量100hz的正弦信号时，如幅值误 差限制在5%以内，则其时间常数应取多少?若用该系统测试50hz 的正弦信号，问此时的幅值误差和相位差为多 解: 根据题意 12 2
《传感器与检测技术(胡向东,第2版)》习题解答
《传感器与检测技术(胡向东,第2版)》习题解答 传感器与检测技术习题解答 王涛 第1章概述 什么是传感器？答：传感器是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，通常敏感元件和转换元件组成。传感器的共性是什么？ 答：传感器的共性就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量输入转换成电量输出。传感器一般哪几部分组成？答：传感器的基本组成分为敏感元件和转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。另外还需要信号调理与转换电路，辅助电源。被测量敏感元件传感元件信号调节转换电路辅助电源传感器是如何分类的？ 答：传感器可按输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系以及所蕴含的技术特征等分类，其中按输入量和工作原理的分类方式应用较为普遍。①按传感器的输入量进行分类 按输入量分类的传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。 ②按传感器的工作原理进行分类 根据传感器的工作原理，可以分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、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。 ③按传感器的基本效应进行分类 根据传感器敏感元件所蕴含的基本效应，可以将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。 改善传感器性能的技术途径有哪些？ 答：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它在稳态信号作用下的输入、输出关系。静态特性所描述的传感器的输入-输出关系中不含时间变量。 衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。 利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV，压力为时输出最大且为。压力/MPa 输出值/mV 第一循环第二循环第三循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程解：①求非线性误差，首先要求实际特性曲线与拟合直线之间的最大误差，拟合直线在输入量变化不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段。端点线性度：设拟合直线为：y=kx+b,
传感器技术及应用(第二版)思考题与习题参考答案
思考题与习题参考答案 第1章 1-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的相互作用及相互关系如何？ 答：传感器是把被测量转换成电化学量的装置，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。由于传感器输出信号一般都很微弱，需要信号调理与转换电路进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助电源，因此信号调理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 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些指标的含义？ 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入与输出的关系。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。 灵敏度是输入量∆y 与引起输入量增量∆y 的相应输入量增量∆x 之比。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。迟滞是指传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象。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。漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随时间变化的现象。精度是用来评价系统的优良程度。 1-3 某线性位移测量仪，当被测位移X 由3.0mm 变到4.0mm 时，位移测量仪的输出电压V 由3.0V 减至2.0V ，求该仪器的灵敏度。 解：该仪器的灵敏度为 10 .30.40.30.2X V -=--=∆∆= S （V/mm ） 1-4 用测量范围为-50～150KPa 的压力传感器测量140KPa 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。
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）。
传感器与传感器技术课后答案
《传感器与传感器技术》计算题答案 第1章传感器的一般特性 1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差(以mV计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论 解：满量程（F▪S）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为： m＝402%=(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： 1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K。 （1） 式中, y——输出电压，V；T——输入温度，℃。 （2） 式中，y——输出电压，V；x——输入压力，Pa。 解：根据题给传感器微分方程，得 （1）τ=30/3=10(s)， K=105/3=105(V/℃)； (2) τ==1/3(s)， K==(V/Pa)。 1—7已知一热电偶的时间常数=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，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。以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。 解：依题意，炉内温度变化规律可表示为 x(t) =520+20sin(t)℃ 由周期T=80s，则温度变化频率f=1/T，其相应的圆频率=2f=2/80=/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(t+)℃ 热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20A()==15.7℃
由此可得输出温度的最大值和最小值分别为 y(t)|=520+B=520+=535.7℃ y(t)|=520﹣B==504.3℃ 输出信号的相位差为 (ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)= 相应的时间滞后为 t = 1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即 式中，y——输出电荷量，pC；x——输入加速度，m/s2。试求其固有振荡频率n和阻尼比。 解: 由题给微分方程可得 1—9 某压力传感器的校准数据如下表所示，试分别用端点连线法和最小二乘法求非线性误差，并计算迟滞和重复性误差；写出端点连线法和最小二乘法拟合直线方程。 压力(MPa) 输出值 (mV) 第一次循环第二次循环第三次循环正行程反行程正行程反行程正行程反行程 解校验数据处理（求校验平均值）： 压力(MPa) (设为x) 输出值 (mV) 第一次循环第二次循环第三次循环校验平 均值 (设为 y)正行程 反行 程 正行 程 反行 程 正行 程 反行 程