传感器原理及应用第三版习题答案.
传感器技术习题解答
第一章传感器的一般特性
1－1：答：传感器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称为传感
器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。
1－2：答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；（2）描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数对二阶传感器：固有频率、阻尼比。
1－3：答：传感器的精度等级是允许的最大绝对误差相对于其测量范围的百分数，即A ＝
ΔA/Y FS＊ 100％ 1－4；答：（1）：传感器标定曲线与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比叫传感器的线性度；（2）拟合直线的常用求法有：端基法和最小二 5 乘法。
1－5：答：由一阶传感器频率传递函数w（jw）=K/（1+j ωτ ）, 确定输出信号失真、测量结果在所要求精度的工作段，即由B/A=K/（1+（ωτ）2）1/2,从而确定ω，进而求出
f= ω /（2 π）. 1－6：答：若某传感器的位移特性曲线方程为
y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+??.
让另一传感器感受相反方向的位移，其特性曲线方程为y2=a0－a1x＋a2x2－a3x3＋??，
则Δy=y1－y2=2（a1x+a3x3+ a5x5??）,这种方法称为差动测量法。其特点输出信号中没有偶次项，从而使线性范围增大，减小了非线性误差，灵敏度也提高了一倍，也消除了零点误差。1－7：解：Y FS=200-0=200 由A= ΔA/Y FS＊100％有A＝4/200＊100％＝2％。
精度特级为2.5 级。
1－8：解：根据精度定义表达式：A＝Δ A/Ay FS*100%,由题意可知：A＝1.5 ％，Y FS＝100 所以ΔA＝A Y FS＝1.5 因为1.4 < 1.5 所以合格。
1－9：解：Δ hmax＝103－98＝5
Y FS＝250－0＝250 故δ H＝Δ hmax/Y FS*100%＝2% 故此在该点的迟滞是2％。
1－10：解：因为传感器响应幅值差值在10％以内，且Wτ≤0.5 ，W≤0.5/ τ，而w=2π f,
所以f=0.5/2 πτ ≈ 8Hz 即传感器输入信号的工作频率范围为0∽8Hz
1－11 解：（1）切线法如图所示，在x=0 处所做的切线为拟合直线，其方程为：Y＝a0+KX，
当x=0 时，Y＝1，故a0＝1，又因为dY/dx ＝1/（2（1+x）1/2）| x=0＝1/2 ＝K 故拟合直线为：Y＝1＋x/2
1/2 1/2 最大偏差ΔYmax在
x=0.5 处，故ΔYmax＝1＋0.5/2- （1＋0.5）1/2＝5/4 －（3/2）1/2＝0.025 Y FS＝（1＋0.5/2 ）-1 ＝0.25
故线性度δL＝Δ Ymax/ Y FS＊100％＝0.025/0.25 ＊100％＝0.10 ＊100％＝10％（2）端基法：
设Y 的始点与终点的连线方程为Y＝a0+KX
因为 x=0 时， Y ＝ 1，x=0.5 时， Y ＝ 1.225 ，所以 a 0=1,k=0.225/0.5=0.45
1/2 1/2
而由 d(y-Y)/dx=d( ( 1＋ x )1/2 -(1+0.45x))/dx=-0.45+1/(2 (1＋x )1/2
) ＝0有
1/2
-0.9 ( 1＋ x )1/2
＋1＝0
2
(1/0.9 ) 2
＝1+x
x=0.234
ΔYmax=[(1＋x) 1/2-(1+0.45x)]| x=0.234=1.11-1.1053=0.0047
Y FS ＝ 1+0.45*0.5-1 ＝ 0.225
δL 端基＝ΔYmax/ Y FS ＊ 100％＝ 0.0047/0.225 ＊ 100％＝ 2.09 ％ (3) 最小二＊法
y i *
x i n
(x i
y
i ) 2
2 x i n
x
i
2
(x i
y i )*
x i y i x
i
22
x i n
x
i
由公式
1.751*1.5 6.691*
0.55
2.6265
3.68
1.0034
6.691* 1.5 6*
1.751
10.0365
10.506
y 1.0034 0.4695*x
1/2
由d(y-Y)/dx=d( (1＋x)1/2-(1.0034+0.4695 ＊x))/dx=-0.4695+1/(2
x=1/(0.939) 2-1=0.134
1/2
ΔYmax=[(1＋x) -(1.0034+0.4695x)]| =1.065-1.066=-1＋x)1/2)＝0有
δL二＊法＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝ 0.001/0.235 ＊100％＝ 0.0042 ＊ 100％＝ 0.42 ％
1－12: 解：此为一阶传感器，其
微分方程为所以时间常数τ ＝
a1/a 0=10s
-
6
K=b0/a 0=5*10 - V/Pa
a1dy/dx+a 0y=b0x
1- 13：解：由幅频特性有：
1
2
3
9.36kHz
2 2
600 2 600
1
4* 0.72
1000
1000
1
0.947
0.64 2
0.7056
arctan
2* 0.7 * 1- 14: 解：由题意知：
0.6 arctan arctan1.3125
Hj
max
Hj
min
Hj
max
3%
因为最小频率为 W=0 ，由图 1-14 知，此时输出的幅频值为 │H （jw ）│/K=1，
3%
0.97
Hj
max
K k
1
max
2
4
max
0.97
max 0
2
0.97 1
2
1
2
2
2 22
4
1
2
1- 15 解：由传感器灵敏度的定义有：
y 50mv
K＝5mv/ m
x 10 m
若采用两个相同的传感器组成差动测量系统时，输出仅含奇次项，且灵敏度提高了2 倍，为20mv/ μ m.
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＞＞Δ R 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
-3
ΔR ＝ 1.64*10 -3*120 ＝ 0.1968Ω
U＝EKε/4=3* 1.64＊10-3/4=1.23*10-3（v）
2-8：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[（R 1+ΔR 1）（R 3+ΔR 3）－（R 2+ΔR 2）（R 4+ΔR 4）]/（（R 1+ΔR 1+R 2+ ΔR 2）（R
3+ΔR 3+R 4+ΔR 4））= E[ΔR
1/ R+ΔR 3/ R －ΔR 2/R －ΔR 4/ R]/（（2＋ΔR 1/ R ＋ΔR 2/ 2 R ）（2＋ΔR 3/ R ＋ΔR 4/ R ））=2E[1＋μ] ΔR/R /[2+（1- μ） ΔR/R] 2.6*10 -3
＝ 2*2*1.3* ΔR/R/[2+0.7* ΔR/R] 2
2 3 2
[2+0.7* ΔR/R] 2
＝ 2*10 3
Δ R/R ＝4＋ 2.8 ΔR/R+ （ Δ R/R ）2
2
0＝4－（ 2000-2.8）ΔR/R＋（ ΔR/R）2
（Δ R/R －998.6）2
＝998.62
-4
ΔR/R ＝0.0020028059 ε＝ Δ R/R/K ＝ 0.0010014
-4 =-3*10 -4
11 5
ε ES=0.001*2*10 11
*0.00196=3.92*10 5
N
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
3
2
r 0.8165r
εr =-
με
（2） :F
r14
2
2 2
3P （1 ） r 2
3x 2
2
8h 2
3P （1 ）r 2
t23
2
8h 2
E
2)
3)
2
2
r 2、 3＝
3P （1 ）r
2
8h 2
E
62
3* 0.1* 106
* 20*10 3
2
11
8* 0.3*10 3
2*1011
2
4
1
7.5 * 10
Ug ＝E εK=9（mv ）
（4） Ugt= E[ （R 1+Δ R 1t ）（R 3+ΔR 3t ）
ΔR 3t +R 4+ΔR 4t ）） =0
（5） Ug ＝E Kε 成线性关系 2－11 解：（1）
－（R 2+ΔR 2t ）（R 4+Δ R 4t ）]/（（R 1+ΔR 1t +R 2+ΔR 2t ）（R 3+
(2)ΔR/ R=K ε=K*6bp/Ewt 2=2*6*10*9.8*0.1/2*10 11*25*10 -6*.02=1.176*10 -3
-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：
l 1m 1 l 1n 1 n 1m 1
11 12 44 6.6 1.1 138.1 71.8
2
71.8
2 2 2
t 12 2 11 12 44
l 1l 2 n 2n 1 m 1m 2
11 44
102.2 13.8 88.4
R
11 6 2
R l l t t l
71.8*10 * 41.6*10
2.986 * 10
R
11 6
2
l l t t
88.4*
10
* 41.6 *
10
3.677 * 10
R
t
2－13：解［110］晶向实际上是在（ 110）晶面内，但（ 110）与晶面（ 110）晶面的性质
相同，
3p
2
8h 2
22
r 3
x
6
3* 0.1*106
*
22
1.28*
5*
10
3 3.28*
4.17*10
3
8*
0.15*10
3
6
41.6*
10
3p t2 t
8h 2
22 r
2
1 3 x 2
3* 0.1*10
1.28* 5*10 3
1 3* 0.28 * 4.17*10 3
2
8*
0.15*
10
3
2）对 P 型
11
si 电阻条在 ［011］和［011］方向余弦分别为： l 1=0,m 1= ,n 1= ,l
2=0,m 2= －
22
11
2
,n 2=－ 2
。所以
而［1 10］晶向的横向为［001］，它们的方向余弦分别为：l1,m1,n1,l2,m2,n2 数值见王
化祥P39，所
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+Δ R 4)－(
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。
11
以 l
411
11
t
t
2
2)
R l
ll
tt
11
l
2l
R
t
ll
tt
11
t
R R l
3p 2 1
r2
3
x2 3p2
1
r2
3
x2
8h 8h
1
r23
x2 1
xr
3
第三章电容式传感器习题
3- 1 电容式传感器有哪些优点和缺点？答：优点：①测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制，Δ R/R 一般低于1％，。而半
导体应变片可达20％，电容传感器电容的相对变化量可大于100％；
②灵敏度高。如用比率变压器电桥可测出电容，其相对变化量可以大致10－7。
③动态响应时间短。由于电容式传感器可动部分质量很小，因此其固有频率很高，适用于动态信号的测量。④机械损失小。电容式传感器电极间吸引力十分微小，又无摩擦存在，其自然热效应甚微，从而保证传感器具有较高的精度。
⑤结构简单，适应性强。电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支承，因此电容式传感器能承受很大的温度变化和各种形式的强辐射作用，适合于恶劣环境中工作。
电容式传感器有如下不足：
①寄生电容影响较大。寄生电容主要指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。寄生电容的存在不但降低了测量灵敏度，而且引起非线性输出，甚至使传感器处于不稳定的工作状态。
②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。
3-2 分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。
答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。
可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。
3-3 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。
3－4：答：驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其
内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1 放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术” 。
R t
它能有效地消除芯线与屏蔽层之间的寄生电容。
其中，外屏蔽线则是用来接地以防止其他外部电场干扰，起到一般屏蔽层的作用。内、外屏蔽层之间仍存在寄生电容则成为1：1 放大器的负载，所以，该1：1放大器是一个具有极高
输入阻抗(同相输入) 、放大倍数为 1、具有容性负载的同性放大器。这种“驱动电缆技术” 的线路比较复杂， 要求也比较高， 但消除寄生电容的影响极好， 它在传感器输出电容变化只 有 1PF 时仍能正常识别、工作。 动
3-5 答:差动脉冲宽度调制电路通过双稳态出发器的 Q 端、 Q 端依次借 R 1、R 2、D 1、D 2对差
动 C 1、 C 2充放电，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受
C 1、C 2 调制的方波脉
冲。差动电容的变化使充电时间不同， 从而使双稳态触发器输出端的方波脉冲宽度不同。 因 此，A ，B 两点间输出直流电压 U SC 也不同，而且具有线形输出特性。此外调宽线路还具 有如下特点： 与二极管式线路相似， 不需要附加解调器即能获得直流输出； 输出信号一般为
100KHZ-1MHZ 的矩形波， 所以直流输出只需低通滤波器简单地引出。 由于低通滤波器的作
用，对输出波形纯度要求不高， 只需要一电压稳定度较高的直流电源， 这比其他测量线路中 要求高稳定度的稳频、稳幅交流电源易于做到。
3-6 球—平面型电容式差压变送器在结构上有何特点？ 答：利用可动的中央平面金属板与两个
固定的半球形状的上下电极构成差动式电容传感器。
3-7 为什么高频工作时的电容式传感器其连接电缆不能任意变化？ 答：因为连接电缆的变化会
导致传感器的分布电容、 等效电感都会发生变化， 会使等效电容 等参数会发生改变， 最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变， 从而改变了传感 器的输入输出特性。
已知：极板尺寸 a b 4mm ，间隙 d 0 0.5mm ，
3-8 如图 3-6 所示平板式电容位移传感器。 极板间介质为空气。求该传感器静态灵敏度； 解：由 (3-4) 式有
K
C 0
r S
4
a a *3.6* * d 4 *10
2* 4*
10
若极板沿 x 方向移动 2mm ，求此时电容量。
4 *10
1
0.707( PF / cm )
0.5* 10
1
1
*3.6*3.14 * 2
C
r S
1
3.6* * d
4 * 10 *3.6*3.14 * 0.5* 10
1 0.142( PF )
3-9 如图 3-7 所示差动式同心圆筒电容传感器，其可动极筒外径为 9.8mm 。定极筒内径为 10mm ，上下遮盖长度各为 1mm 时， 试求电容值 C 1和C 2 。当供电电源频率为 60kHz 时，求
它们的容抗
值。 解：因为
C
1
2
0L 2 * 3.14 *8.85 *
ln
R 2
R
1
12
3
10 12
*1 *10 3
2.75 PF ln 10
9.8
1
3 12
103*2.75* 10 12
3-10 如图 3-8 所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原
Z 1 Z 2
2 fC
2*3.14*60* 5
9.65046*10
5
9.65046K
2 源电压，其频率为 f 400Hz ，电桥的另两桥臂为相同的固定电容 C 0.001 F 。试求该 电容传感器的电压灵敏度。若 10 m 时，求输出电压有效值。 解：等效电路为：
1.2(V)
从结果看，本定义的电压灵敏度是单位电容变化引起的电压变化。即
22
DD
00
K
U
sc
, C C C 0
2 2
1.707 PF
C C
d d d U sc 1.2
K sc
0.702(V / PF )
C 1.707
②为空气部分与介质部分串联 ,即
C2
151.97 PF
3-11 解：（1） ①无云母 C 1＝
2
D
2
－3
×10 ＝
86.8PF
1
＝
C
2
1
＋
1
C 空 C
介
2
D 2
0.1
2 10 3
0.1
－3
10
3
SC Z c4 Z c1 Z c1 Z c3 Z c2 Z c 2
U
SC E
SC
Z Z Z Z
A
3
16E t 3
3
16E t 3
2 3P 1
2)
C 1
C 10
C 1
86.8
D
2
0.17－3
?10 3
C 10
C
10
86.8
86.8
99.2
0.1428 14.28%
1
＋
1
C
2
C
空
C
介
2
－ 3
0.075 10
r
2
－ 3
0.1
C 2
194.5PF
C C 2
C 2
152 194.5 C 2
C 2
152
0.2796 28%
3-12 解：
K
C C
ds
2 rdr
3P 1
3P 1
d
16E t
16E
t
a
2
a 2
r
2
3P 1
3－13：解：由 3－12 式知
ΔC max ＝全部为液体时的电容值－全部为气体时的电容值
12
D
液－ 气
2* * 240.2
*10
39.82－13.27 460.32PF
ln ln 3
d
3*10 3
3－15解： 将 3－50式 C L 和 3-51 式 C H 代入
C 0
C A
C 0
C
A
I
＝
C L
－
C H
I ＝
C A
－
C 0
C A
＋
C 0
＝
C 0
I
C L
＋
C H I c
C 0
C A ＋
C 0C A C A
I c
C A
－
C 0 C A
＋
C
参考图 3－22 和式 3－ 57 有
12 4
r
S 8.85*
10 *8*
10
7.08*
10
9
7.08(PF / mm)
K
c 0
d
d
2
10
6
3-14 解：零点迁移电容应该是指容器中全部为气体时的电
容值 13.27*2* *20* 10
12
10
230.07PF
4.2
ln 即
C
零 2H
＝
ln
2
D
H
d
满量程电容值指
2H 即
C 液 -C
零＝
2 r
dr d
C A
C A
b
2 r dr
2 r dr
Q
C
y
r
R 0
K P h
P L
K P h
P
L
1.8 I C C0
I
C A
ln d 0 d R r R
ln d 0
1.8 ln
dR
2
b K P h
P
L 1.8rRK
2 ln d0 P h P L 1.8 b 2
d R h L 0RK
2 ln d
0 P 1.8
b 2
d
R 3－16 解： 信号为正半周时， D 1、D 3 导通，负半周时， D 2、D 4 导通等效电路如图 1。 若 C 1＝ C 2，则 e AB =U SC ＝ 0. 若 C 1≠C 2，则由 3－20 式
A
U
sc 2 1A
E ，
A
＝ Z 1
＝
1 Z
2 知U
sc 1 A
2
E ＝ E 4
又因为是差动输出，所以 U
sc = 2 E ＝ 2Z Z E= C 21C -C 1 2
E
由 2-23 式也可以求出同样的结果。
3－17：解：当电源为正半周时D1、D3导通，D2、D2截止，
E2→D1→C→对C H 充电通过C E的电荷为：q1＝C0（E2－E1）
↓→ C E→ B→D3→D 对C0 充电；
电源在负半周时，D2、D2导通, D1、D3截止，C H→C→D2→B→C E→A 放电通过C E的电荷为：q2＝C H（E2－E1）C0→D→ D4→A 放电
所以在一个周期内通过C E 的净电荷量为q= （q2－q1 ）＝（C H－Cx）（E2 －E1）于是通过M 表回路在一个周期内释放的电荷为q =（C H－Cx）（E2－E1）
所以，在一个周期内通过M 表的电流的平均值为：I＝fq =（C H－Cx）（E2－E1）*f=
ΔCxΔ E *f, 式中f 为电源的频率。
4－1：答：差动式电感传感器是通过改变衔铁的位置来改变两个差动线圈磁路的磁阻而使两个差动结构的线圈改变各自的自感系数实现被测量的检测，而差动变压器式传感器则是通过改变衔铁的位置改变两个原副线圈的互感系数来检测相关物理量的。
4－2：答：差动式电感传感器是利用改变线圈的自感系数来工作的；而差动变压器式虽利用
改变原线圈与两个次级差动式副线圈的系数来工作的。
4－3：答：由于差动变压器两个次级组不可能完全一致，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势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同；次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦（主要是三次谐波）磁通，从而在次级绕组感应出非正弦磁通的产生过程。同样可以分析，由于磁化曲线的非线性影响，使正弦磁通产生尖顶的电流波形（亦包含三次谐波）。
消除方法：
（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；
（3）、采用补偿线路。
4－4：答：（1）、由4－62式可知，增大匝数比可提高灵敏度；
（2）、由4－61式可知，增大初级线圈电压可提高灵敏度；（3）、若在低频率段，可以增加频率来提高灵敏度。
4－5: 答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以
非接触测量等特点；
示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D。而他们与板的上，下表面分别相距X1和X2，这样板厚t=D－（X 1+X2）, 当两个传感器在工作时分别测得X1和X2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器距离D对应的设定电压再相减，就得到与板厚相对应
的电压值。
4－6：
解： （ 1）对等臂电桥而言，要使电压灵敏度达到最大值，要求 a ＝
Z 1/Z 2=1,
而
Z 1
R `21
L 1 R
`1
L 1 R
2
R
1
40 ,L
1 30ml,
2 f 2* 3.14* 400 R
2 85.32
U SC ＝E[Z 1(Z 3+Z 4)－Z 3(Z 1+Z 2)]/[(Z 1+Z 2)(Z 3+Z 4)]=0.2352 (V ) 也可以 U SC ＝E/2* ΔZ/Z=4*10/85/2=0.234(V) 4－ 7：答： Pσ ＝1/R m 总
R
m
l
1
l
2
l
m
1s
1
2s
2
s
1、 2＞＞ 0
2):? 3):？
4-8：
U SC ＝E*Δ Z/Z=6*20/251.2=0.48(V)
R m
m
s
又
P 1
＝
P 2
，
P 1
并
P
2
故 1 ＝ 1
＋ 1
＝ 0s
＋ 0s
＝ 0s
R
m12 R m1 R m2 l 1 l 2
l
2l 1
1.1*0.9*10 l 2＋ l
1
l 2l 1
6
R
m12
＝
0sl
2
＋l
1
4 *104
2*103
*10 3
10 *
10 *
10 7 R
m 总
＝
R m0＋
R m12＝
1.186*10 1 1 8
P 总
＝
R ＝
1.186* 7
＝8.43*10 H R
m 总
1.186 * 10 R m0 ＝
0s 4
6
7＝
3.9*10
6
7
＝7.96 *10
R 3＝ R 4＝ Z ＝ ω L ＝2π fl=80* π =251.2 Ω 解：
电路图可以参考图 4－7（ b ）。
4－9：解： 2 1 : L ＝ N
=
R m
2000* 4* p* 6
2.5* 10 1.2* 10-2
-7 -4 10-7
* 1.5* 10-4
= 0.785H
4－10：解： 2 :L 2= 4* L= 3.14H
Z 0
2Z
2
QZ L N
R m U
sc U , Z N Rm
U 0 Z U 0 R m
U sc 2Z
2R m 2
R m
U 0 R
m
2
R
m U 0Kd
R m0 KD
4－ 11：解 （1） 2） 当衔铁位于中心位置时， 当衔铁上移， 当衔铁下移， 当衔铁上移， V 1>V 2， V 1
V 1＝V 2， 4－ 12：解： 1）L<5mm 2）、 V max =KA →A=V max /K=40/20=2mm 3）、 1 1
3
3）、
2T ＝40ms T = 20ms f = = * = 50HZ
T 20
10
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义） 解：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，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？ 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。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电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4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。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6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/℃、
传感器原理及应用期末考试试卷(含答案)
传感器原理及应用 一、单项选择题(每题2分．共40分) 1、热电偶的最基本组成部分是()。 A、热电极 B、保护管 C、绝缘管 D、接线盒 2、为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括( )。 A、补偿导线法 B、电桥补偿法 C、冷端恒温法 D、差动放大法 3、热电偶测量温度时( )。 A、需加正向电压 B、需加反向电压 C、加正向、反向电压都可以 D、不需加电压 4、在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果是利用了热电偶的哪 个基本定律( )。 A、中间导体定律 B、中间温度定律 C、标准电极定律 D、均质导体定律 5、要形成测温热电偶的下列哪个条件可以不要（）。 A、必须使用两种不同的金属材料； B、热电偶的两端温度必须不同； C、热电偶的冷端温度一定要是零； D、热电偶的冷端温度没有固定要求。 6、下列关于测温传感器的选择中合适的是（）。 A、要想快速测温，应该选用利用PN结形成的集成温度传感器； B、要想快速测温，应该选用热电偶温度传感器； C、要想快速测温，应该选用热电阻式温度传感器； D、没有固定要求。 7、用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是( )。 A、接线方便 B、减小引线电阻变化产生的测量误差 C、减小桥路中其他电阻对热电阻的影响 D、减小桥路中电源对热电阻的影响 8、在分析热电偶直接插入热水中测温过程中，我们得出一阶传感器的实例，其中用到了（）。 A、动量守恒； B、能量守恒； C、机械能守恒； D、电荷量守恒； 9、下列光电器件中，基于光电导效应工作的是( )。 A、光电管 B、光敏电阻 C、光电倍增管 D、光电池
(完整word版)传感器原理及应用复习题.docx
《传感器原理及应用》复习题 1.静态特性指标其中的线性度的定义是指 2．传感器的差动测量方法的优点是减小了非线性误差、提高了测量灵敏度。 3.对于等臂半桥电路为了减小或消除非线性误差的方法可以采用提高桥臂 比，采用差动电桥的方法。 4.高频反射式电涡流传感器实际是由线圈和被测体或导体两个部分组成的系统，两者之间通过电磁感应相互作用，因此，在能够构成电涡 流传感器的应用场合中必须存在金属材料。 5.霍尔元件需要进行温度补偿的原因是因为其霍尔系数和材料电阻 受温度影响大。使用霍尔传感器测量位移时，需要构造一个磁场。 6.热电阻最常用的材料是铂和铜，工业上被广泛用来测量中低温 区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得 到了广泛应用。 7.现有霍尔式、电涡流式和光电式三种传感器，设计传送带上塑料零件的计数 系统时，应选其中的光电传感器。需要测量某设备的外壳温度，已知其 范围是300~400℃，要求实现高精度测量，应该在铂铑- 铂热电偶、铂电阻和热 敏电阻中选择铂电阻。 8.一个二进制光学码盘式传感器，为了达到1″左右的分辨力，需要采用 或位码盘。一个刻划直径为400 mm的 20 位码盘，其外圈分别间隔 为稍大于μm。 9.非功能型光纤传感器中的光纤仅仅起传输光信息的作用，功能型光纤传感器 是把光纤作为敏感元件。光纤的 NA 值大表明集光能力强。 11.光照使半导体电阻率变化的现象称为内光电效应，基于此效应的器件除光敏 电阻外还有处于反向偏置工作状态的光敏二极管。光敏器件的灵敏度可 用光照特性表征，它反映光电器件的输入光量与输出光电流(电压 )之间 的关系。选择光电传感器的光源与光敏器件时主要依据器件的光谱特性。 12. 传感器一般由敏感元件 _ 、转换元件 ___ 、测量电路及辅助电 源四个部分组成。 13．传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出变化量与输入变化 量的比值。对线性传感器来说，其灵敏度是一常数。
传感器原理及应用
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
传感器原理及应用试题库(已做)
一：填空题（每空1分） 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件， 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。 4.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx 。 5.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 6.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够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，通常由敏感元件和转换元件组成。 11.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感器 =输出量的变化值/输入量的变化12.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x) 值=△y/△x 13.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有：有一定的粘贴强度；能准确传递应变； 蠕变小；机械滞后小；耐疲劳性好；具有足够的稳定性能；对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用；有适当的储存期；应有较大的温度适用范围。14.根据传感器感知外界信息所依据的基本校园，可以将传感器分成三大类： 物理传感器，化学传感器，生物传感器。
常用传感器的工作原理及应用
常用传感器的工作原理及应用
3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用 （1）应变式力传感器 被测物理量：荷重或力 一
二 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等 （2）应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 （3）应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 （4）应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时， 电容量C 也随之变化。 d S C ε=
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 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,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T
传感器原理及其应用考试重点
传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器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。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）：定义：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）传感器的组成： 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某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输
《传感器原理及应用》课后答案
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 什么是传感器（传感器定义） 解：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，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 传感器特性在检测系统中起到什么作用 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。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电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图所示。 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。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 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=℃、S2=mV、S3=V，求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。
传感器原理及应用习题及答案
第1章 传感器的一般特性 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。 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。 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？ 1.4 传感器的动态特性指什么？常用的分析方法有哪几种？ 1.5 传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？ 1.6 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δ(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： δ＝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： % 4%10021408.01=??=γ % 16%10081408 .02=??=γ 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τ和静态灵敏度K 。 1) T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。 2) x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，μV ；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=1.5 10 5/3=0.5 10 5(V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K=9.6/4.2=2.29(μV/Pa)。 1.8 已知一热电偶的时间常数τ=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(ωt)℃ 由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40； 温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为 y(t)=520+Bsin(ωt+?)℃ 热电偶为一阶传感器，其动态响应的幅频特性为 ()()786 010******** 2 2 .B A =??? ? ???π+= ωτ+== ω 因此，热电偶输出信号波动幅值为 B=20?A(ω)=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)|m ax =520+B=520+15.7=535.7℃ y(t)|m in =520﹣B=520-15.7=504.3℃ 输出信号的相位差?为 ?(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80?10)= -38.2? 相应的时间滞后为
传感器原理及应用习题及答案
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传感器如何分类？按传感器检测的畴可分为哪几种？ 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。 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？ 3.2 图3-31为一直流电桥，负载电阻R L趋于无穷。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，电桥输出电压U0=? ②R1、R2为金属应变片，感应应变大小变化相同，其余为外接电阻，电桥输出电压U0=? ③R1、R2为金属应变片，如果感应应变大小相反，且ΔR1=ΔR2 =1.2Ω，
传感器原理及典型应用
传感器（原理及典型应用） 编稿：张金虎审稿：李勇康 【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。 【要点梳理】 要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。 要点二、光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。 要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。 要点三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻 热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
传感器原理及应用试题库
传感器原理及应用试题 库 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
一：填空题（每空1分）1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，测量电路三个部 分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分 为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为： 传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k（x）=Δy/Δx。
11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度 量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过 程。 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补 偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入射光 强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。 多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB7665--87对传感器下的定义是：能够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，通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量，可分为模拟量传感器和数字量传感 器
传感器分类及常见传感器的应用
机电一体化技术常用传感器及其原理 班级：机械设计制造及其自动化姓名： 学号：
一、传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：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。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的
测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电
最新传感器原理及应用试题库
一：填空题（每空1分） 1 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元2 件，测量电路三个部分组成。 3 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。4 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应5 可以分为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 6 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 7 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 8 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式9 应变计和箔式应变计结构。 10 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在11 后坡区与距离的平方成反比关系。 12 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温13 度传感器。 14 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U C E 15 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定16 义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公17 式表示 k（x）=Δy/Δx 。 18 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特19
性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、20 端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最21 小二乘法线性度。 22 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体23 式两大类。 24 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信25 息变换过程。 26 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法27 电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 28 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 29 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳30 定性。 31 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效32 应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 33 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 34 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随35 频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有36 关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 37 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 38 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测39 量并按照一定的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40 转换元件组成。 41
传感器原理及应用
《传感器原理及应用》 实 验 指 导 书 测控技术实验室
实验一金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半臂、全电桥工 作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化, 这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化, 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性能实验中，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、 ±15V、±4V直流电源、万用表。 四、实验方法和要求： 1、根据电子电路知识，实验前设计出实验电路连线图。 2、独力完成实验电路连线。 3、找出这三种电桥输出电压与加负载重量之间的关系，并作出V o=F(m) 的关系曲线。
4、分析、计算三种不同桥路的系统灵敏度S=ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化 量，ΔW重量变化量）和非线性误差：δf1=Δm/yF·s×100%式中Δm为 输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·s满量程 输出平均值，此处为200g。 五、思考题 1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2） 负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1） 对边（2）邻边。 3、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3， R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
传感器原理及应用期末考试重点课后题复习
第1章1-1 综合传感器的概念。 答： 从广义角度定义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置； 从狭义角度定义：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件或装置； 国家标准定义是：“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”。通常有敏感元件和转换元件组成； 1-2 一个可供实用的传感器有那几部分构成各部分的功能是什么用框图显示传感器系统。 答： 组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成。 1.敏感元件：是直接受被测物理量；以确定关系输出另一物理量的元件。 2.转换元件；是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电
信号。 3.基本转换电路则将该电路转换成便于传输处理电量。 1-3 如果家用小车采用超声波雷达，需要那几部分组成请画出图。 第2章 2-1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些说说它们的含义。 答： 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、灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 3、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。 4、回差：反映传感器在正（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指标。 5、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程连续 多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。 6、阈值：是能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：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
传感器原理及应用习题答案完整版
传感器原理及应用习题答案 习题1 (2) 习题2 (2) 习题3 (5) 习题4 (5) 习题5 (6) 习题6 (7) 习题7 (9) 习题8 (11) 习题9 (13) 习题10 (14) 习题11 (15) 习题12 (16) 习题13 (18)
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。实现上述要求，需要满足一定的条件，称此条件为传感器的无失真测试条件。 1-6 传感器的标定有哪几种？为什么要对传感器进行标定？ 答：传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态指标标定的目的是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。
传感器原理及应用
《传感器原理及应用》三级项目报告书 基于PLC的物料分拣系统设计 学院：机械工程学院 班级：13-1机械电子工程（卓越） 组员：响夏中岩轩赫 贡献率：响程序设计，优化 40% 夏中岩资料整理，编辑 30% 轩赫 PPT设计编写 30% 指导教师：边辉 完成日期：2016.05
目录 摘要.................................................................. - 2 - 1 物料分拣系统简述.................................................... - 3 - 2 物料分拣系统中的传感器.............................................. - 3 - 2.1 电机起停控制传感器............................................ - 3 - 2.2 物料计数用传感器.............................................. - 5 - 2.3 定位及速度控制传感器.......................................... - 5 - 2.3.1 增量编码器.............................................. - 5 - 2.3.2 固态继电器.............................................. - 6 - 2.4 物料分类用传感器.............................................. - 6 - 2.4.1色标传感器............................................... - 6 - 2.4.2 电涡流式传感器.......................................... - 7 - 2.4.3 磁簧管.................................................. - 7 - 3 控制系统设计....................................................... - 7 - 3.1 硬件连接..................................................... - 8 - 3.2 程序编译...................................................... - 8 - 4 传感器前景展望..................................................... - 12 - 4.1 传感器在科技发展中的重要性................................... - 12 - 4.2 先进传感器的发展趋势......................................... - 12 - 5 反思与收获......................................................... - 12 -参考文献............................................................. - 13 -