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第4章应变式传感器习题及解答

第4章应变式传感器

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（）。

A.电阻形变效应

B.电阻应变效应

C.压电效应

D.压阻效应

14、箔式应变片的箔材厚度多在（）之间。

A.0.001～0.01mm

B.0.01～0.1mm

C.0.01～0.1μm

D.0.0001～0.001μm

15、（）是采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成一层各种形式

敏感栅而形成应变片。这种应变片灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应变片。

A.箔式应变片

B.半导体应变片

C.沉积膜应变片

D.薄膜应变片

16、目前，薄膜应变片在实际使用中的主要问题是较难控制其电阻对（）的变化关系。

A.电流和时间

B.电压和时间

C.温度和时间

D.温度和电流

17、绝缘电阻，即敏感栅与基底间的电阻值，一般应大于（）。

A.10×e+10Ω

B.10×e+12Ω

C.10×e+9Ω

D.10×e+11Ω

18、应变片的应变极限是指在温度一定时，指示应变值和真实应变的相对差值不超过一定数

值时的最大真实应变数值，一般差值规定为( )，当指示应变值大于真实应变的该比例值时，真实应变值称为应变片的极限应变。

A.15％

B.20％

C.8％

D.10％

19、蠕变是指已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一定的机械应变时，指示应变值随

( )的变化。

A.位移

B.压强

C.时间

D.外力作用

20、由( )和应变片．以及一些附件(补偿元件、保护罩等)组成的装置称为应变式传感

器。

A.弹性元件

B.调理电路

C.信号采集电路

D.敏感元件

21、应变片的允许工作电流参数是指（）

A 允许通过应变片而绝缘材料因受热而未损坏的最大电流

B 允许通过应变片而敏感栅受热未烧坏的最大电流

C 允许通过应变片而敏感栅受热未烧坏的最大电流

22、直流电桥平衡的条件是（）。

A 相临两臂电阻的比值相等

B 相对两臂电阻的比值相等

C相临两臂电阻的比值不相等

D 所有电阻都相等

23、直流电桥的平衡条件为（）

A．相邻桥臂阻值乘积相等 B．相对桥臂阻值乘积相等

C．相对桥臂阻值比值相等 D．相邻桥臂阻值之和相等

二、多项选择题

1、基本工作原理是基于压阻效应的是（）。

A. 金属应变片

B. 半导体应变片

C. 压敏电阻

D. 磁敏电阻

2、全桥的各桥臂上各并联一只应变片，其灵敏度（）。

A. 增加１倍

B. 减小１倍

C. 不确定

D. 不变

3、当电阻应变片式传感器拉伸时，该传感器电阻（）。

A. 变大

B. 变小

C. 不变

D. 不定

4、电阻应变片有多种类型，以下属于电阻应变片的种类的是：（）

A.丝式应变片

B.箔式应变片

C.薄膜应变片

D.半导体应变片

5、电阻应变式传感器已广泛应用于（）领域。

A.航空领域

B.电力领域

C.机械领域

D.建筑领域

6、为了正确选用电阻应变片，应该对影响其工作特性的主要参数进行了解，以下是应变片的主要参数的有：（）

A.应变片电阻值

B.绝缘电阻

C.灵敏系数

D.允许电流

7、应变式压力传感器主要采用哪些弹性元件？（）

A.膜片式

B.薄板式

C.筒式

D.组合式

8、以下材料具有压电效应的有：（）

A.所有晶体

B.钛酸钡

C.锆钛酸铅

D.石英

9、电阻应变式传感器具有悠久的历史．是应用最广泛的传感器之一。将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感元件上，可构成测量各种参数的电阻应变式传感器,这些参数包括（）。

A.位移

B.加速度

C.力

D.力矩

三、填空题

1、单位应变引起的称为电阻丝的灵敏度系数。

2、产生电阻应变片温度误差的主要因素有的影响和

的影响。

3、直流电桥平衡条件是。

4、直流电桥的电压灵敏度与电桥的供电电压的关系是关系。

5、电阻应变片的温度补偿中，若采用电桥补偿法测量应变时，粘贴在被测

试件表面上，补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的上，且补偿应变片

。

6、半导体应变片工作原理是基于效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数

。

7、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除同时还

能起到的作用。

8、电阻应变式传感器的核心元件是，其工作原理是基于。

9、应变式传感器中的测量电路是式将应变片的转换成的

变化，以便方便地显示被测非电量的大小。

10、电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除，同时还能

起到的作用。

11、应变式传感器是由和电阻应变片及一些附件组成的。

12、电阻应变片由、基片、覆盖层和引线等部分组成。

13、电阻应变片的工作原理就是依据应变效应建立与变形之间的量值关系而

工作的。

14、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称

效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称效应。

15、电阻应变片的温度补偿方法有：和。

16、箔式应变片系利用照相制版或__ ___的方法，将电阻箔树在绝缘其底下制成各种

图形而成的应变片。

17、薄膜应变片的厚度在__ ___以下。

18、应变片可以把应变的变化转换为电阻的变化，为显示与记录应变的大小，还要把电阻的

变化再转换为电压或电流的变化，完成上述作用的电路称为电阻应变式传感器的___ __ _，一般采用测量电桥。

19、压电材料有三类：压电晶体、压电陶瓷和__ _____。

20、直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现

象称为效应。

21、应变式传感器是利用电阻应变片将转换为变化的传感器，传感器由在弹性

元件上粘贴元件构成，弹性元件用来，元件用来。

22、电阻应变片的温度误差是由的改变给测量带来的附加误差，其产生的原因

有的影响和的影响。

23、要把微小应变引起的微小电阻变化精确的测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常

采用或。

24、减小或消除非线性误差的方法有和采用差动电桥。其中差动电桥可分为

和两种方式。

四、简答题

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。

2、试简要说明电阻应变式传感器的温度误差产生的原因，并说明有哪几种补偿方法。

3、什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？

4、为什么应变式传感器大多采用交流不平衡电桥为测量电路？该电桥为什么又都采用半桥和全桥两种方式？

5、应用应变片进行测量为什么要进行温度补偿？常采用的温度补偿方法有哪几种？

6、应变式传感器的基本工作原理是什么？

7、简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿方法。

8、试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。

9、一个悬臂梁受力作用弯曲，现在用电阻应变片测量作用力F。当考虑采用电阻应变片温度线路补偿法时，请画图表示应变片粘贴位置和测量线路的接法。

10、直流电桥平衡条件是什么？交流电桥平衡条件是什么？试说明动态电阻应变仪除需电阻平衡外，还需调电容平衡的原因？

11、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应

变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？

12、金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？

13、说明电阻应变片的组成和种类。电阻应变片有哪些主要特性参数？ 14、简述电阻应变片的测试原理。 15、请简述电阻应变式传感器的优点。 16、简要说明电阻应变式传感器的工作原理。 17、请简要一下解释压阻效应。

18、请简要说明一下压电式加速度传感器具有的优点。 19、请简要说明一下什么是电荷放大器。

五、计算题

1、拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问：（1）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？（2）画出相应的电桥电路图。

2、在半导体应变片电桥电路中，其一桥臂为半导体应变片，其余均为固定电阻，该桥路受到ε=4300μ应变作用。若该电桥测量应变时的非线性误差为1%，n=R 2/R 1=1，则该应变片的灵敏系数为多少？

3、电阻应变片的灵敏度K=2，沿纵向粘贴于直径为0.05m 的圆形钢柱表面，钢材的E=2×1011

N/m 2

，μ=0.3。求钢柱受10t 拉力作用时，应变片电阻的相对变化量。又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，受同样拉力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少？

4、如果将100Ω应变片贴在弹性试件上，若试件截面积S=0.5×10-4m 2

，弹性模量E=2×1011

N/m 2

，若由5×104

N 的拉力引起应变计电阻变化为1Ω，试求该应变片的灵敏度系数？ 5、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8个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120Ω，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量为2.1×1011

Pa ，要求：（1）绘出弹性元件贴片位置及全桥电路；

（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。 6、图中，设负载电阻为无穷大（开路），图中E=4V ， R 1=R 2=R 3=R 4=100Ω。

（1）R 1为金属应变片，其余为外接电阻，当R 1的增量为△R 1=1.0Ω时，试求电桥的输出电压U o 。

（2）R 1，R 2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，试求电桥的输出电压U o 。

（3）R 1，R 2都是应变片，且批号相同，感应应变的大小为△R 1=△R 2=1.0Ω，但极性相反，

U o +

其余为外接电阻，试求电桥的输出电压U o 。

7、图中，设电阻应变片R 1的灵敏度系数K=2.05，未受到应变时，R 1=120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m 。试求：（1）应变片的电阻变化量△R 1和电阻相对变化量△R 1/R 1。

（2）将电阻应变片R 1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥输出的电压及其

非线性误差。

（3）如果要减小非新性误差，应采取何种措施？

8、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。已知R1、R2、R3、R4标称阻值均为120Ω，桥路电压为2V ，物重m 引起R1、R2变化增量为1.2Ω。

① 画出应变片组成的电桥电路。

② 计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。 ③ 说明R3、R4起到什么作用？

9、如图所示为等强度梁测力系统，1R 为电阻应变片，应变片灵敏系数05.2=k ，未受应变时，1R ＝120Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变m m /800με=，求：（1）应变片电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?。

R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（2）将电阻应变片

电桥非线性误差。

（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？并分析其电桥输出电压及非线性误差大小。

题2图

10、一应变片的电阻R=120 Ω，k=2.05，用作应变片为800μm/m的传感元件。

①.求ΔR/R和ΔR；

②.若电源电压U=3V，惠斯登电桥初始平衡，求输出电压U0。

11、一个直流应变电桥如图5-38。已知：R1=R2=R3=R4=R=120Ω，E=4V，电阻应变片灵敏度S=2。求：（1）当R1为工作应变片，其余为外接电阻，R1受力后变化R1/R=1/100时，输出电压为多少？

（2）当R2也改为工作应变片，若R2的电阻变化为1/100时，问R1和R2是否能感受同样极性的应变，为什么？

12、两个阻值都为100Ω的应变片粘贴在图示钢制拉伸试件

上，其中钢的弹性模量为E=2×1011N/m2,F=50KN,问两应变片

怎样粘贴在试件上并如何接入电桥才能有最大输出？（电桥

两臂为固定电阻R=100Ω），请在试件和桥路上标出。当应

变片的灵敏系数为15时，ΔR=？，若要求输出电压为50mV,

供电电源电压U为多少？试件等截面积为5×10-4m2。

13、一个直流应变电桥如图（a）所示，已知R1=R2=R3=R4=R=100Ω, E=4V，电阻应变片灵敏度S=2。

求：1）当R1为工作应变片，其余为外接电阻，R1受力后变化ΔR1/R=1/100时，输出电压

为多少？

2）当R2也改为工作应变片，若R2的电阻变化为1/100时，问R1和R2能否感受同样极性的应变，为什么？

3）若要测量图（b ）所示悬臂梁的受力F, 四个臂全部为应变片，请在梁上标出R1、R2、R3、R4应变片粘贴的位置。

(a ) (b ) 图1

14、如图用悬臂梁测力P ，4片电阻应变片标称阻值均为120Ω应变片灵敏度系数K=2。（1）全桥测量如何贴片和组桥？（用图说明）

（2）如悬臂梁应变ε=10000*e -6

,电桥电压e 0=30,则全桥的输出电压e y =?

15、如图为一直流应变电桥。图中Ω=====120,44321

R R R R V E ，试求：

(1). 1R 为金属应变片，其余为外接电阻。当1R 的增量为Ω=?2.11R 时，电桥输出电压0U ； (2). 21,R R 都是应变片，且批号相同，感受应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻，电桥的输出0U ；

(3). 题(2)中，如果2R 与1R 感受应变的极性相反，且Ω=?=?2.121R R ，电桥的输出0U 。 16、图为一直流应变电桥，E = 4V ，R1=R2=R3=R4=350Ω，

求：①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。 ②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同其余为电阻，电压输出U0=?。 ③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。

④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?。

17、已知一等强度梁测力系统，Rx 为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2，未受应变时，Rx = 100?。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε = 1000μm/m ，求：

（1）应变片电阻变化量?Rx 和电阻相对变化量?Rx/Rx 。

（2）将电阻应变片Rx 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。

（3）若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。 18、试分析半桥差动交流电桥的平衡条件，并给出电桥的输出电压表达式。

19、假设电阻应变片的灵敏系数2=K ，Ω=1200R 。问：在试件承受m m /600μ时，电阻变化值=?R ？

20、如图所示，在悬臂梁距端部为L 位置上下面各贴两片完全相同的电阻应变片

4321R R R R 、、、。试求，（c ）、(d)、(e)三种桥臂接法桥路输出电压对(b) 种桥臂接法输

出电压比值。图中U 为电源电压，R 是固定电阻，且R R R R R ====4321，0U 为桥路输出电压。

21、电阻应变片阻值为120Ω，灵敏系数2=K ，沿纵向粘贴于直径为m 05.0的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量2

/102m N E ?=，3.0=μ，（1）求钢柱受N 4

108.9?拉力作用时应变片电阻的变化量R ?和相对变化量

?；（2）又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应变片电阻的相对变化量为多少？

22、如果将100Ω电阻应变片贴在弹性试件上，若试件受力横截面积2

4105.0m S -?=，弹性模量2

/102m N E ?=，若有N F 4

105?=的拉力引起应变电阻变化为1Ω。试求该应变片的灵敏度系数?

23、一台用等强度梁作为弹性元件的电子秤，在梁的上、下面各贴两片相同的电阻应变片(K=2)如图(a)所示。已知l ＝100mm 、b ＝11mm 、t ＝3mm ，2

/102mm N E ?=。现将四个应变片接入图(b)直流桥路中，电桥电源电压U=6v ；当力F ＝0.5kg 时，求电桥输出电压?0=U

24、用直流电桥测量电阻，若标准电阻R n =10.0004Ω时电桥已平衡（则被测电阻R x =10.0004Ω），但由于检流计指针偏转在±0.3mm 以内时，人眼就很难观测出来，因此R n 的值也可能不是10.0004Ω，而是R n =10.0004Ω±ΔR n 。若已知电桥的相对灵敏度S r =1mm/0.01%，求对应检流计指针偏转±0.3mm 时，ΔR n 为多少？

25、如下图所示电路为应变式传感器常用的电桥测量电路。图中R 3=R 4=R 是固定电阻，R 1与R 2是电阻应变片，初始阻值均为R ，工作时R 1受拉，R 2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，电桥处于平衡状态；当应变片受力发生应变时，电桥失去平衡，此时，就用桥路输出电压U 0表示应变片受力后电阻值的变化量。试证明：U 0=-(E/2)( ΔR/R)。

六、综合分析设计题

1、在如图所示的悬臂梁测力系统中，可能用到4个相同特性的电阻应变片1R ,2R ,3R ,4R ，各应变片灵敏系数K=2，初值为100?。当试件受力F 时，若应变片要承受应变，则其平均应变为ε= 1000μm/m 。测量电路的电源电压为直流3V 。

（1）若只用1个电阻应变片构成单臂测量电桥，求电桥输出电压及电桥非线性误差。（2）若要求用2个电阻应变片测量，且既要保持与单臂测量电桥相同的电压灵敏度，又要实现温度补偿，请画图标出2个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘出转换电桥，标明这2个应变片在桥臂中的位置？

（3）要使测量电桥电压灵敏度提高为单臂工作时的4倍，

请画图标出各个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘出转换电桥，标明各应变片在各桥臂中的位置，并给出此时电桥输出电压

及电桥非线性误差大小？

2、如图1是一个悬臂梁，现今用电阻应变片测量作用力F 。若考虑电阻应变片的温度线路

补偿，请画图表示应变片粘贴的位置和测量线路的接法，指出补偿方法及原理，为保证补偿效果应注意的问题。

图 1

3、四片相同的金属丝应变片（K=2），贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如图所示。已知力

kg F 1000=，圆柱断面半径cm r 1=，杨氏模量27/102cm N E ?=，泊松比3.0=μ。

请完成以下内容：（1）画出应变片在圆柱上粘贴位置及相应测量桥路原理图；（2）求各应变片的应变ε电阻相对变化量R R /?；（3）若供电桥电压V U 6=，求桥路输出电压0U ；（4）此种测量方式能否补偿环境温度对测量的影响，说明原因。

4、采用四个性能完全相同的电阻应变片(灵敏度系数为K)，将其贴在薄壁圆筒式压力传感元件外表圆周方向，弹性元件周围方向应变p E

d D d

)(2)2(--=

με，式中，p 为待测

压力，μ为泊松比，E 为杨氏模量，d 为筒内径，D 为筒外径。现采用直流电桥电路，供电桥压U 。要求满足如下条件：(1)该压力传感器有温度补偿作用；(2)桥路输出电压灵敏度最高。

试画出应变片粘贴位置和相应桥路原理图并写出桥路输出电压表达式。 5、

如上图所示为一弹性元件为圆柱型的应变式测力传感器结构示意图。已知弹性元件横截面积为S ，弹性模量为E ，应变片初始电阻值（在外力F=0时）均相等，电阻丝灵敏度系数为K 0，泊松比为μ。

（1）设计适当的测量电路（要求采用全桥电路），画出相应电路图，并推导桥路输出电压U 0和外力F 之间的函数关系式。（提示：ΔR<

（2）分析说明该传感器测力的工作原理（配合所设计的测量电路）。 6、

如上图所示为一悬臂梁式测力传感器结构示意图，在其中部的上、下两面各贴两片电阻应变片。已知弹性元件各参数分别为：cm l 25=；mm t 3=；l x 2

；cm W 6=；

Pa E 51070?=；电阻应变片灵敏度系数1.2=K ，且初始电阻阻值（在外力F 为0时）

均为Ω=1200R 。

（1）设计适当的测量电路，画出相应电路图；

（2）分析说明该传感器测力的工作原理（配合所设计的测量电路）；

（3）当悬臂梁一端受一向下的外力N F 5.0=作用时，试求此时四个应变片的电阻值

（提示：F WEt

x l x 2

)

(6-=

ε）；（4）若桥路供电电压为直流10v 时，计算传感器的输出电压及其非线性误差。

第4章应变式传感器

一、单项选择题

1、B

2、C

3、D

4、C

5、A

6、A

7、B

8、C

9、B 10、C 11、B 12、D 13、B 14、A 15、D 16、C 17、A 18、D 19、C 20、A 21、C 22、A 23、B

二、多项选择题

1、ABC

2、ABCD

3、ABCD

4、ABCD

5、ABCD

6、ABCD

7、ABCD

8、BCD

9、ABCD

三、填空题

1、电阻值变化量

2、电阻温度系数；试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数

3、相邻两臂电阻的比值相等

4、正比

5、工作应变片；补偿块；不承受应变

6、压阻；大

7、非线性误差；提高灵敏度

8、电阻应变片；电阻－应变效应

9、电阻变化量；电量 10、非线性误差；温度补偿 11、弹性元件 12、电阻丝 13、力 14、应变；压阻 15、线路补偿法；应变片自补偿法 16、光刻腐蚀 17、0.1μm 18、信号调节电路 19、有机压电材料 20、横向

21、应变；电阻；电阻应变敏感元件；感知应变；电阻应变敏感元件；将应变转换为电阻变化 22、环境温度；电阻温度系数；试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数 23、直流电桥；交流电桥 24、提高桥臂比；半桥差动；全桥差动

四、简答题

1、答：材料的电阻变化由尺寸变化引起的，称为应变效应。

应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

2、答：温度误差产生原因包括两方面：

温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变，试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。

温度补偿方法，基本上分为桥路补偿和应变片自补偿两大类。 3、答：桥臂的供电电源是直流电的称为直流电桥。

按桥臂工作方式不同，可分为单臂直流电桥、半桥差动直流电桥、全桥差动直流电桥。单臂直流电桥输出电压为：

半桥差动直流电桥输出电压为：

全桥差动直流电桥输出电压为： 4、答：由于应变电桥的输出电压很小，一

般要加放大器，但直流放大器易产生零漂，所以应变电桥多采用交流电桥。又由于交流电桥的供电电源是交流，为了消除应变片引线寄生电容的影响，同时也为了满足交流电桥的平衡条件，常采用不平衡电桥测量电路。

交流不平衡电桥采用半桥和全桥的方式是为了消除非线性误差和提高系统灵敏度。 5、答：由于电阻温度系数的影响以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响，会给电阻应变片的测量带来误差，因此需要进行温度补偿。常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。

6、答：应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

7、答：电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因主要有两个方面：一是由于电阻温度系数的影响；

二是试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。常采用的温度补偿法有电桥补偿法和应变片自补偿法。

8、答：应变电桥产生非线性误差的原因是电阻相对变化量的影响。

减小或消除非线性误差的方法是：

U o E

R R n n U o 1

2)1(?+=1

2R R E U o

?=1

R R E U o

1）提高桥臂比 2）采用差动电桥 9、答: 10、答：直流电

桥平衡条件是相邻两臂电阻的比值相等。交流电桥的平衡条件（实部、虚部分别相等）：

11、答：直流电桥适合供电电源是交流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。

半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。

12、答：前者利用金属形变引起电阻的变化；而后者是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化（压阻效应）。

13、答：①金属电阻应变片由四部分组成：敏感栅、基底、盖层、粘结剂、引线。分为金属丝式和箔式。

②其主要特性参数：灵敏系数、横向效应、机械滞后、零漂及蠕变、温度效应、应变极限、疲劳寿命、绝缘电阻、最大工作电流、动态响应特性。

14、答：应变是物体在外部压力或者拉力作用下发生形变的现象，电阻应变片的工作原理就是基于金属的应变效应。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电阻应变效应。因为金属丝的电阻与材料的电阻率及其几何尺寸(长度和截面积)有关，而金属丝在承受机械变形的过程中，这三者都要发生变化，因而引起金属丝的电阻变化。

15、答：①结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；②易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；③灵敏度高，测量速度快．适合静态、动态测量；④可以测量多种物理量。

16、答：电阻应变式传感器由弹性敏感元件与电阻应变片构成。弹性敏感元件在感受被测量时特产生变形，其表面产生应变。粘贴在弹性敏感元件表面的电阻应变片将随着弹性敏感元件产生应变，因此电阻应变片的电阻值也产生相应的变化。

这样，通过测量电阻应变片

(b)

R 1－工作应变片R 2－补偿应变片

12R R R R =2

12C C R R =

的电阻值变化，就可以确定被测量的大小了。

17、答：压阻效应的解释,依据HERMY 关于半导体多能谷导带价带模型的公式,当力作用于硅晶体时,晶体的晶格发生形变,它使载流子产生一个能谷到另一个能谷的散射,载流的迁移率发生变化,扰动了纵向和横向的平均有效质量,使硅的电阻发生变化.这个变化随硅单晶的取向不同而不同。即硅的压阻效应与晶体取向有关。

18、答：最为突出的是这种传感器能直接输出一个高电平、低阻抗的信号〔输出电压可达几伏〕，它可以用普通的同轴电缆输出信号，一般不需要再附加放大器，只有在测量低电平振动时，才需要再放大，并可很容易直接输至示波器、带式记录器、检流计和其它普通的指示仪表。另一个显著的优点是，由于采用石英晶片作压电元件，因此在很宽的温度范围内灵敏度十分稳定，而且经长期使用，性能也几乎不变。

19、答：电荷放大器是压电式传感器另一种专用的前置放大器。它能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷，因此，电荷放大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入阻抗高达10×e+10～10×e+12Ω，输出阻抗小于100Ω。

五、计算题

1、解：（1）应在悬臂梁上下两侧各粘贴两个应变片，且粘贴位置相对称。（2）

A R1-O

2、解：单臂电桥非线性误差：1

12L 11

1R R R

,n=1R R 1n R γ?=

=?++

所以：111111

R R R 2

1%,R R 992R ??==?+，应变式灵敏度系数6

99R K 4.7430010ε

-?==

3、解：（1）沿纵向粘贴时：

A O

由112

10t

E 0.49E

210N /m σ

σεεμε=??=

=?，

R K K 20.490.9810R

εε-??=?=?=?=?

（2）沿周向粘贴时：

66R

0.30.49100.14710R

με--?=-=-??=-? 4、解：R/R

K=ε

已知R 1

R=1, R 100

??Ω∴

92-4

F 5010110N /m A 0.510

σ?===?? 由E σε=?得，93

110510E 210

ε-?===??，所以3

R /R

1/100

K 2510ε

-?=

5、解：（1）

(2)圆桶截面积

应变片1、2、3、4感受纵向应变；1234x εεεεε==== 应变片5、6、7、8感受纵向应变；5678y εεεεε==== 满量程时：

（3）全受拉：

33311i 124

o i 112233441234

R +R R R R U R R R U U [

()

(R R )(R R )(R +R )+(R +R )4R R R R ??+????=-=--++?++???

o 1234U U k(),()()2(1)4

εεεεεεμεμεεμε=

--+∴=----+=+总所以3

i i i -611

U U F 101010U K K(1+)2(10.3)10.37mV 42AE 259.710 2.110εμ?===??+=???总

6、解：（1）311o 11234R (R R )10112

U E [

]4[]0.099V 0.01V (R R )R R R 2012201

+?=?-=?-==≈+?++

（2）311

o 112234

R R R U =E [

]0(R R )+(R R )R +R ±??-=±?±?

（3）当R 1受拉应变，R 2受压应变时：

311o 112234R R R 1011U =E [

]4[]0.02V 20mV (R R )+(R R )R +R 2002

+??-=?-==+?-?

当R 1受压应变，R 2受拉应变时：

311o 112234R R R 991

U =E [

]4[]0.02V 20mV (R R )+(R R )R +R 2002

-??-=?-=-=--?+?

7、解：（1）R /R

K ε

所以：

631

R k 2.05800101.6410R ε--?==??=? 31R 1.63101200.1968-?=??=Ω

（2）41

311o 2

1241123

R R R R R n

U E E R R R (1n)R (1)(1)

R R R ???=?=???+++?+ 令n=1，331

Uo 31.64101.2310V 4

--=???

=? 1'

o o 2

111

R n R R n U E ,U E R (1+n)R (1+n)(1n)

R ??

?=?

?=??+?+ 所以非线性误差为：1

'o o 1

L 1

o 1

R U U R 0.08%R U 1+n+

R γ?-=

==? （3）减小非线性误差的方法：

① 提高桥臂比：非线性误差减小，由2

K E (1n)

+知，电桥的电压灵敏度将降低，要使灵敏度不降低，必须相应地提高供电电压，电压的提高受到应变片允许功耗的限制。 ② 采用差动电桥。

8、解：① 应变片组成半桥电路：

311o 114322R (R R )E R 21.2U E [

]0.01V (R R )R R (R R )2R 2120+??Ω

=?-=?=?=+?+++?Ω

② o u U E

K 1R /R 2

==?

③ R3、R4可以进行温度补偿。 9、解：（1）

=?=?∴?==?-1968.01064.11131

R K R K R R εε

(2)

传感器试题库2016.

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 C E R L 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+4π2f 2τ2) 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。 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 23. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为：k (x)=输出量的变化值/输入量的变化值=△y/△x 24. 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。 25. 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。 P3 26. 应变式测力与称重传感器根据弹性体的的结构形式的不同可分为柱式传感器、轮辐式传感器、悬梁式传感器和环式传感器 27. 大多数接收器对所感受的波长是有选择性的，接受器对不同波长光的反应程度称为光谱灵敏度，其表达式为：) ()()(λφλλU S = 28.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电阻两部分组成。 29. 应变式传感器的基本构成通常可分为两部分：弹性敏感元件、应变计 30. 传感器种类繁多，根据传感器感知外界信息的基本效应，可将传感器分为

传感器题库及答案

压电式传感器一、选择填空题： 1、压电式加速度传感器是（D ）传感器。 A、结构型 B、适于测量直流信号 C、适于测量缓变信号 D、适于测量动态信号 2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（A ）。 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 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（B ）。 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 4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C），压电陶瓷的稳定性（C ）。 A、高，差 B、高，好 C、低，差 D、低，好 5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。 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 6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。 7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。二、简答题 1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。 2、压电式传感器为何不能测量静态信号？答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。

传感器习题答案

1-7 已知某温度计测量范围0～200℃，检测测试其最大误差 4max =?Y ℃，求其满度相对误差，并根据精度等级标准判断精度等级。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。 1-11:解：（1）切线法： 1 2 1 1 ,02 1 2/1)0()1(21 21 +===+===+?=-x y y x b x y x dx dy x dx dy 则当设线性度： %1.10%10025 .0,02525.0,5.00 21 )1(21)0() 12 1 (1.max .max 21=??= =-=?=<-+=?>+-+=?-S F L S F Y y Y y x x dx y d x x x y δ则时，端基法：

1 )26(2 62 3,5.0+-=-===x y k y x 则则线性度： % 526.2,1067596.50, 2373.022474.05.0)26(]1)26[(13max .=?=?=?==?-=+--+=?-L S F y dx y d x Y x x y δ求导得：同理：最小二乘法：设y=kx+b 61237 .047328.034205.021909.010488.0025.016.009.004.001.002247 .11832.11401.10954.10488.115.04.03.02.01.002xy x y x 9945 .04835.0:9945.0) (64835 .0) (6625 .2)(55.0,75167.16922.6,5.12 2 2 2 2 2 2 +==-?-?= =--?======∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑x y x x xy x y x a x x y x xy k x x xy y x 求得则线性度：% 50.210063.60694.0) 9945.04835.0(13 =?=?=+-+=?-L y x x x y δ时，同理求得： 1-12:解：

电阻应变片传感器

电阻应变片传感器，对于外行人来说，或者不懂它具体指的是哪一款类型的传感器，其实弄懂其中关系就很简单，传感器代表的是一种产品，而电阻应变片实际是特指电阻应变式原理下的一款重要零部件。所以说，电阻应变片传感器可以用一句话解释，即工作原理是电阻应变式原理的传感器。电阻应变式传感器是基于这样一个原理：弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片是电阻应变式传感器中不可缺少一个部分。电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来

介绍一下它的意义。设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R=ρL/S（Ω）（2—1）当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2（2—2）用式（2--1）去除式（2--2）得到 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L–ΔS/S（2—3）另外，我们知道导线的横截面积S=πr2，则Δs=2πr*Δr，所以 ΔS/S=2Δr/r（2—4）从材料力学我们知道 Δr/r=-μΔL/L（2—5）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有

传感器题库及答案

第一章检测技术的基本概念一、填空题： 1、传感器有、、组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出与输入的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度。 4、下面公式是计算传感器的。 5、某位移传感器的输入变化量为5mm，输出变化量为800mv，其灵敏度为。二、选择题： 1、标准表的指示值100KPa，甲乙两表的读书各为 KPa和 KPa。它们的绝对误差为。 A 和 B 和 C 和 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示。 A绝对误差 B相对误差 C随机误差 D引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa，已知绝对误差最大值 P max=4 KPa，则该仪表的精度等级。 A 级 B 级 C 1级 D 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的倍。 A3倍 B10倍 C 倍 D 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于测量。 A偏位式 B零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。系统误差 B随机误差 C粗大误差 7、有一台精度级，测量范围0—100 KPa，则仪表的最小分格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 A提高精度 B加速其衰老 C测试其各项性能指标 D 提高可靠性 9、传感器能感知的输入量越小，说明越高。 A线性度好 B迟滞小 C重复性好 D 分辨率高三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度 ( ) 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（） 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） 6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字（） 7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字（）四、问答题 1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。答：指传感器的静态输入、输出特性。有灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、稳定性、电磁兼容性、可靠性。

电阻应变片式传感器

电阻应变片式传感器应变式传感器已成为目前非电量电测技术中非常重要的检测手段，广泛的应用于工程测量和科学实验中。它具有以下几个特点。（1）精度高，测量范围广。对测力传感器而言，量程从零点几N 至几百kN ，精度可达0.05%F S ?（F S ?表示满量程）；对测压传感器，量程从几十Pa 至11 10Pa ，精度为0.1%F S ?。应变测量范围一般可由数με（微应变）至数千με（1με相当于长度为1m 的试件，其变形为1m μ时的相对变形量，即6 1110μεε-=?）。（2）频率响应特性较好。一般电阻应变式传感器的响应时间为710s -，半导体应变式传感器可达1110 s -，若能在弹性元件设计上采取措施，则应变式传感器可测几十甚至上百kHz 的动态过程。（3）结构简单，尺寸小，质量轻。因此应变片粘贴在被测试件上对其工作状态和应力分布的影响很小。同时使用维修方便。（4）可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。（5）易于实现小型化、固态化。随着大规模集成电路工艺的发展，目前已有将测量电路甚至A/D 转换器与传感器组成一个整体。传感器可直接接入计算机进行数据处理。（6）价格低廉，品种多样，便于选择。但是应变式传感器也存在一定缺点：在大应变状态中具有较明显的非线性，半导体应变式传感器的非线性更为严重；应变式传感器输出信号微弱，故它的抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；应变式传感器测出的只是一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化等。尽管应变式传感器存在上述缺点，但可采取一定补偿措施，因此它仍不失为非电量电测技术中应用最广和最有效的敏感元件。一、电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变效应是指金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。其中半导体材料在受到外力作用时，其电阻率ρ发生变化的现象叫应变片的压阻效应。导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单，因为导体或半导体的电阻L R S ρ=与电阻率及其几何尺寸

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309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路 309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C 1、C 2，两边压力分别为F 1、F 2。图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。试分析：(1)当两边压力相等F 1＝F 2时负载电阻R L 上的电压U o 值； 2)当F 1＞F 2时负载电阻R L 上的电压U o 的大小和方向(正负)。 309、解： 310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。 310答：当初始状态时，液面高度h=0,则 1 2ln l R r C π ε= ，当液面高度为h 时，则由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。 311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合? 311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。

336题图差动脉冲宽度调制线路 314题图差动变压器式加速度传感器 (a) 结构示意图（b ）测量电路方框图l 一弹性支承2一差动变压器 2 D t 1 2 x 1 312、试说明由比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充、放电回路组成差动脉冲宽度调制电路工作原理。 312答：设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过R 1 对C 1充电，直至M 点的电位等于参考电压U F 时，比较器A l 产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A 点呈低电位，B 点呈高电位。此时M 点电位经二级管D 1迅速放电至零。而同时B 点的高电位经R 2向C 2充电，当N 点电位等于U F 时，比较器A 2产生一脉冲。使触发器发器又翻转一次，则A 点呈高电位，B 点呈低电位，重复上述过程。如此周而复始，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。 313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量C o 。即增大极板面积，减小极板间距。此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。 14、试说明图示的差动变压器式加速度传感器的工作原理。答：在被测加速度为零时，衔铁在初始位置状态，此时衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。当被测体有加速度时，由于弹性支承1受惯性力作用相对差动变压器2有位移，即带动衔铁相对被测体有相反方向的位移，从而使差动变压器输出电压。经检波、滤波后，其输出电压可反映被测加速度的数值。 315、电涡流式传感器有何特点？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X 1和X 2，这样板厚t=D －(X 1+X 2),当两个传感器在工作时分别测得X 1和X 2，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，

传感器试题(答案)

《传感器及应用技术》期末考试试题（C套）答案 1、填空题（每空1分，共30分）： 1、现代信息技术的三大支柱是指：传感器技术、通信技术、计算机技术 2、国家标准(GB7665-87)对传感器(Transducer/Sensor)的定义：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，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。 5、测量结果与被测量的约定真值之间的差别就称为误差。 6、对测量结果评价的三个概念（１）精密度、（２）准确度、（３）精确度 7、对传感器的输出量与输入量之间对应关系的描述－－称为传感器的特性。 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，使物理量的变化变成应变片的应力、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。 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⑴接触电势和⑵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。 16、当输入端加电流I，并在元件平面法线方向加磁感强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向上将产生电动势，这种现象就是霍尔效应。

应变片电阻式传感器测压力实验报告

设计目的了解应变直流电桥的应用及电路的标定基本原理一应变片传感器电阻应变片压力传感器由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成 1 应变片的工作原理电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

S L R ρ= 式中： ρ——金属导体的电阻率（Ω·m ） S ——导体的截面积（2m ） L ——导体的长度（m ）以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。 2 全桥电路应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R ，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。这里使用全桥电路，如下图所示。

传感器题库及答案

第一章检测技术的基本概念一、填空题： 1、传感器有 ____________ 、、 __________ 组成 2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 _______________ 与输入 _________ 的比值。 3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 ______________ 。 4、下面公式是计算传感器的 ____________ 。 y max y min 5、某位移传感器的输入变化量为 5mm ，输出变化量为800mv ,其灵敏度为 _________________ 。、选择题: 1、标准表的指示值 100KPa ，甲乙两表的读书各为 101.0 KPa 和99.5 KPa 。它们的绝对误差为 ______________ 。 A 1.0KPa 禾口 -0.5KPa B 1.0KPa 禾口 0.5KPa C 1.00KPa 禾口 0.5KPa 2、下列哪种误差不属于按误差数值表示 _____________________ 。 A 绝对误差 B 相对误差 C 随机误差 D 引用误差 3、有一台测量仪表，其标尺范围 0— 500 KPa ，已知绝对误差最大值 Pmax=4 KPa ，则该仪表的精度等级 __________________ 。 A 0.5 级 B 0.8 级 C 1 级 D 1.5 级 4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。应选购的仪表量程为测量值的 _______________ 倍。 A3 倍 B10 倍 C 1.5 倍 D 0.75 倍 5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 ___________________ 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 ___________________ 测量。 A 偏位式 B 零位式 C 微差式 6、因精神不集中写错数据属于。系统误差 B 随机误差 C 粗大误差 7、有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ,则仪表的最小分 _______________ 格。 A45 B40 C30 D 20 8、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了。 9、传感器能感知的输入量越小，说明 _________________ 越高。三、判断题 1、回差在数值上等于不灵敏度（） 2、灵敏度越大，仪表越灵敏（ 3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同（） 4、灵敏度其实就是放大倍数（） 5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确（） A max 100% (1-9) A 提高精度 B 加速其衰老 C 测试其各项性能指标 D 提高可靠性 A 线性度好 B 迟滞小 C 重复性好 D 分辨率高

电阻应变式传感器.

第二讲电阻应变式传感器教学目的要求： 1.掌握应变片的结构、分类及基本应变特性； 2. 熟练掌握应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用; 3. 掌握应变式传感器的基本应用。教学重点：应变式传感器的粘贴方法和接线方法，并能做相应的计算应用教学难点：应变式传感器的粘贴方法及应变式传感器的基本应用教学学时：共4学时（其中作业习题讲解 1学时）教学内容：本讲内容介绍：电阻应变式传感器具有悠久的历史，是应用最广泛的传感器之一，本节着重介绍作为应变式传感器核心元件的电阻应变片的工作原理、种类、材料和参数；讨论其温度误差及其补偿。并讨论电阻应变式传感器的测量电路。要求掌握应变式传感器的原理及应用。一、应变式传感器的工作原理本节要求：掌握应变式传感器的工作原理。电阻应变片的工作原理是应变效应一一机械变形时，应变片电阻变化图2-6 金属丝应变效应电阻丝的电阻: ： -L 求R 的全微分得: L F - ------—=一一一一—== -- . '■r I

式中L 是长度相对变化，即应变 ■:。金属丝的变形有： S 2：r^ [L 2^- S r L 式中"：泊松比，对于钢"_ °?285 故应变效应数学表达式： =（1 2」）；灵敏度系数: 因此应变的应变效应原理 R K ；x R 式中K ——电阻应变片的灵敏系数二、电阻应变片的结构、分类及特性本节要求： 1）一般了解应变片的结构和分类。 2）掌握电阻应变片产生温度误差的主要原因及线路补偿方法。 1. 电阻应变片的结构和分类结构：电阻应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等部分组成。其中，敏感栅是应变片的核心部分，它是用直径约为 0.025mm 的具有高电阻率的电阻丝制成的，为了获得高的电阻值，电阻丝排列成栅网状，故称为敏感栅。 2. 应变片的分类金属应变片和半导体应变片金属应变片分：丝式、箔式 3. 应变片的横向效应应变片的灵敏系数 K 恒小于同一材料金属丝的灵敏系数 K s ,其原因是由于横向效应的影响。所谓横向效应是指将直的金属丝绕成敏感栅之后，在圆弧的各微段上，其轴向感受的应变在+ ；x 和；y =-「；x 之间变化，从而造成了圆弧段电阻变化将小于沿纵轴方向安放的同样长度电阻丝电阻变化的现象。 iP/ =1 2 二 .R

(完整版)传感器考试试题及答案

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。 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ω0越_________, 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 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽 C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。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。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、填空题 1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。 2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。 3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿、。 4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。 5. 半导体应变片工作原理是基于压阻效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大十倍

传感器技术第3版课后部分习题解答

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——传感器在规定测量围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仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔，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。

(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

传感器试题与答案

《传感器与检测技术》试题1 班级_______ 姓名学号成绩一、填空:(20分) 1、测量系统的静态特性指标主要有。(2分) 2、霍尔元件灵敏度的物理意义就是。(2分) 3、光电传感器的理论基础就是光电效应。通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。第一类就是利用在光线作用下效应,这类元件有;第二类就是利用在光线作用下效应,这类元件有;第三类就是利用在光线作用下效应,这类元件有。 4、热电偶所产生的热电动势就是电动势与电动势组成的,其表达式为E ab(T,T0)= 。在热电偶温度补偿中补偿导线法(即冷端延长线法)就是在与之间,接入,它的作用。 5、压磁式传感器的工作原理就是:某些铁磁物质在外界机械力作用下,其内部产生机械压力,从而引起,这种现象称为。相反,某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产

生,这种现象称为。(2分) 6、变气隙式自感法感器,当街铁移动靠近铁心时,铁心上的线圈电感量(①增加②减小③不变)(2分) 7、仪表的精度等级就是用仪表的(①相对误差②绝对误差③引用误差)来表示的。(2分) 8、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系,除(①变面积型 ②变极距型③变介电常数型)外就是线性的。(2分) 9、电位器传器的(线性),假定电位器全长为X max, 其总电阻为R max,它的滑臂间的阻值可以用R x = (①X max/x R max,②x/X max R max,③X max/XR max ④X/X max R max)来计算,其中阻灵敏度R r=(① 2p(b+h)/A t, ② 2pAt/b+h, ③ 2A(b+b)/pt, ④ 2Atp(b+h))。(4分) 二、用镍铬━镍硅热电偶测量某低温箱温度,把热电偶直接与电位差计相连接。在某时刻,从电位差计测得热电动势为－1、19mV,此时电位差计所处的环境温度为15℃,试求该时刻温箱的温度就是多少摄氏度？(20分)

传感器技术期末考试试题库

一、填空题（每题3分） 1、传感器静态性是指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。 2、静态特性指标其中的线性度的定义是指。 3、静态特性指标其中的灵敏度的定义是指。 4、静态特性指标其中的精度等级的定义式是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％。 5、最小检测量和分辨力的表达式是。 6、我们把叫传感器的迟滞。 7、传感器是重复性的物理含意是。 8、传感器是零点漂移是指。 9、传感器是温度漂移是指。 10、传感器对随时间变化的输入量的响应特性叫传感器动态性。 11、动态特性中对一阶传感器主要技术指标有时间常数。 12、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。 13、动态特性中对二阶传感器主要技术指标有固有频率、阻尼比。 14、传感器确定拟合直线有切线法、端基法和最小二乘法 3种方法。 15、传感器确定拟合直线切线法是将过实验曲线上的初始点的切线作为按惯例直线的方法。 16、传感器确定拟合直线端基法是将把传感器校准数据的零点输出的平均值a 0和滿量程输出的平均值b 0连成直线a 0b 0作为传感器特性的拟合直线。 17、传感器确定拟合直线最小二乘法是用最小二乘法确定拟合直线的截距和斜率从而确定拟全直线方程的方法。 25、传感器的传递函数的定义是 H(S)=Y(S)/X(S) 。 29、幅频特性是指传递函数的幅值随被测频率的变化规律。 30、相频特性是指传递函数的相角随被测频率的变化规律。 Y K X ?=?CN M K = max max 100%100%H H F S F S H H Y Y δδ????=±?=±?2或23100%K F S Y δδδ?-=±????0F S 100%Y Y 零漂＝max 100%F S T Y ????　max *100%L F S Y Y σ??=±

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第4章应变式传感器习题及解答

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