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。
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?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50
重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±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τ、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)=τ(jω)+1+(ωτ)2
1≤5%+(ωτ)
，取τ=0.523ms由题意有A(jω)≤5%，即又ω=2π=2πf=200πT，所以0?τ?0.523ms
(1/+(ωτ)2)?1幅值误差：?A(ω)=×100%=?1.32%1
相位误差：?Φ(ω)=?arctan(ωτ)=?9.30
2.8某温度传感器为时间常数τ=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。
温差为二分之一时，t=2.08s
温差为三分之一时，t=1.22s
2.9玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。现已知某玻璃水银温度计特性的微分方程是2dy，x代表输入+2y=2×10?3x，y代表水银柱高（m）dt温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。
τ=1s;K=1×10?3
2.10某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV，在t=5s时，输出为50mV；在t→∞时，输出为100mV。试求该传感器的时间常数。
τ=8.5s
2.11某一质量-弹簧-阻尼系统在阶跃输入激励下，出现的超调量大约是最终稳态值的40%。如果从阶跃输入开始至超调量出现所需的时间为0.8s，试估算阻尼比和固有角频率的大小。
2.12在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率216Hz处，并得到最大的幅值比为1.4，试估算该传感器的阻尼比和固有角频率的大小。
1ω2ω解：二阶系统A(ω)={[1?()]+4ξ2()2}2
ωnωn
当ω=ωn时共振，则A(ω)max=1=1.4,ξ=0.362ξ
所以：ω=ωn=2πf=2π×216=1357rad/s
2.13设一力传感器可简化为典型的质量-弹簧-阻尼二阶系统，已知该传感器的固有频率f0=1000Hz，若其阻尼比为0.7，试问用它测量频率为600Hz、400Hz的正弦交变力时，其输出与输入幅值比A(ω)和相位差Φ(ω)各为多少？
第三章电阻式传感器
3.1应变电阻式传感器的工作原理是什么？
电阻应变式传感器的工作原理是基于应变效应的。
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。
3.2电阻应变片的种类有哪些？各有何特点？
按组成材料有金属和半导体之分，金属应变片受力时，主要是基于应变效应，是引起应变片的外形变化进而引起电阻值变化，而半导体应变片时基于压阻效应工作的，当受力时，引起应变片的电阻率变化进而引起电阻值变化。
按结构形式有丝式和箔式之分。丝式是应变金属丝弯曲成栅式结构，工艺简单，价钱便宜。箔式是采用光刻和腐蚀等工艺制成的，工艺复杂，精度高，价钱较贵。
3.3引起电阻应变片温度误差的原因是什么？电阻应变片的温度补偿方法是什么？
一是电阻温度系数，二是线膨胀系数不同。
单丝自补偿应变片，双丝组合式自补偿应变片，补偿电路
3.4试分析差动测量电路在应变式传感器中的好处。
灵敏度提高一倍，非线性得到改善。
3.5如果将100?应变片粘贴在弹性元件上，试件截面积S=0.5×10?4m2，弹性模量E=2×1011N/m2，若5×104N的拉力引起应变计电阻变化为1?，求该应变片的灵敏度系数。
解：K=?R?R1/ε，已知?R=1?，所以=RR100
F50×103
292σ==N/m=1×10N/m，?4A0.5×10
σ1×109
?3由σ=Eε得ε===5×10，E2×1011
所以K=?R/R1/100==2ε5×10?3
3.6一个量程为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，在其表面粘贴八个应变片，四个沿轴向粘贴，四个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120?，灵敏度为2.0，泊松比为0.3，材料弹性模量为2.1×1011Pa，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。
解：（2）A=π(R2?r2)=59.7×10?6m2
?R1=?R2=?R3=?R4=kFR=0.191?AE
?R5=?R6=?R7=?R8=?μ?R1=?0.0573?
（3）U0=1mV
3.7图3.5中，设负载电阻为无穷大（开路），图中，E=4V,
解：（1）U0=E[R1+?R1R31011?]=4×(?)V≈0.01V(R1+?R1)+R2R3+R42012
（2）U0=E[R1+?R1R31011?]=4×(?)V=0V(R1+?R1)+(R2+?R2)R3+R42012
（3）当R1受拉应变，R2受压应变时，
U0=E[R1+?R1R31011?=4×(?)V=0.02V(R1+?R1)+(R2??R2)R3+R42002
当R1受压应变，R2受拉应变时，
U0=E[R1??R1R3991?=4×(?)V=?0.02V(R1??R1)+(R2+?R2)R3+R42002
3.8图3-11中，设电阻应变片R1的灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120?。当试件受力为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?R1和电阻相对变化量?R1/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，求电桥输出电压及其非线性误差。
（3）如果要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。
解：（1）?R1/R1=Kε=2.05×800×10?6=1.64×10?3
?R1=Kε×R1=1.64×10?3×120=0.197?
（2）U0=E?R13×=×1.64×10?3=1.23mV4R14
?R1/R11.64×10?3γL===0.08%?32+?R1/R12+1.64×10
（3）若要减小非线性误差，一是要提高桥臂比，二是要采用差动电桥。
第4章电感式传感器
4.1根据工作原理的不同，电感式传感器可分为哪些种类？
可分为变磁阻式（自感式）、变压器式和涡流式（互感式）
4.2试分析变气隙厚度变磁阻式电感式传感器的工作原理。
当被测位移变化时，衔铁移动，气隙厚度发生变化，引起磁路中磁阻变化，从而导致线圈的电感值变化。通过测量电感量的变化就能确定衔铁位移量的大小和方向。
4.3已知变气隙厚度电感式传感器的铁芯截面积S=1.5cm2，磁路长度L=20cm，相对磁导率μr=5000，气隙δ0=0.5cm，?δ=±0.1mm，真空磁导率μ0=4π×10?7H/m，线圈匝数W=3000，求单线圈式传感器的灵敏度?L/?δ。若将其做成差动结构，灵敏度如何变化？
解：?L=L0?δ?L,K=δ0?δ
W2μ0A030002×4π×10?7×1.5×10?4
L0==H=54π×10?3H?22δ02×0.5×10
54π×10?3
所以：K==10.8π=34，0.5×10?2
做成差动结构形式灵敏度将提高一倍。
4.4差动变磁阻式传感器比单圈式变磁阻式传感器在灵敏度和线性度方面有什么优势？为什么？灵敏度提高一倍。非线性得到改善。
4.5试分析交流电桥测量电路的工作原理。
电感式传感器用交流电桥测量时，把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂，另外两个相邻桥臂用纯电阻代替。当衔铁处于中间位置时，电桥无输出；?0=?当衔铁上移时，U??δU，电桥输出电压与气隙厚度的变化量?δ成正比；2δ0
??δU?当衔铁下移时，U0=2δ0
因输入是交流电压，所以可以根据输出电压判断衔铁位移大小，当可能辨别方向。
4.6试分析变压器式交流电桥测量电路的工作原理。
变压器式交流电桥本质上与交流电桥的分析方法一样。电桥两臂Z1,Z2为传感器线圈阻抗，另外两个桥臂为交流变压器二次绕组阻抗的一半。
当传感器的衔铁位于中间位置时，输出电压为0，电桥处于平衡状态。??Z??LU U?当传感器衔铁上移时，U0=?=?2Z04L0
??Z U??L U?当传感器衔铁下移时，U0=，可得到与交流电桥完全一致的结果。=2Z04L0
4.7试分析差动变压器式传感器工作原理。
在A、B两个铁芯上绕有两个一次绕组W1a,W1b=W1，和两个二次绕组W2a,W2b=W2，两个一次绕组顺向串接，两个二次绕组反向串接。
衔铁处于初始位置时，差动变压器输出电压为零；?0=?衔铁上移时，U
?0=衔铁下移时，U?δW2?U；δ0W1i?δW2?iδ0W1
变压器输出电压可以表示衔铁位移大小，但不能辨别方向。
4.8引起零点残余电压的原因是什么？如何消除零点残余电压？
原因有三：（1）传感器的两个次级绕组的电气参数不同和几何尺寸不对称（2）磁性材料的磁化曲线的非线性（3）励磁电压本身含高次谐波。
消除方法：（1）尽可能保证传感器的几何尺寸、绕组线圈电气参数和磁路的对称；（2）采用适当的测量电路，如相敏整流电路。
4.9在使用螺线管式传感器时，如何根据输出电压来判断衔铁的位置？
活动衔铁在中间时，输出电压=0；
活动衔铁位于中间位置以上时，输出电压与输入电压同频同相；
活动衔铁位于中间位置以下时，输出电压与输入电压同频反相。
需要采用专门的相敏检波电路辨别位移的方向
4.10如何通过相敏检波电路实现对位移大小和方向的判定？
相敏检波电路的原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
4.11电涡流式传感器的线圈机械品质因素会发生什么变化？为什么？
产生电涡流效应后，由于电涡流的影响，线圈复阻抗的实部（等效电阻）增大、虚部（等效电感）减小，因此，线圈的等效机械品质因素下降。
4.12为什么电涡流式传感器被归类为电感式传感器？它属于自感式还是互感式？
电涡流式传感器的等效电气参数都是互感系数M2的函数。通常总是利用其等效电感的变化组成测量电路，因此，电涡流式传感器属于（互感式）电感式传感器。
4.13举例说明变磁阻式传感器、变压器式传感器、螺线管式传感器和电涡流式传感器的应用，并分析工作原理。
第五章电容式传感器
5.1根据电容式传感器的工作时变换参数的不同，可以将电容式传感器分为哪几种类型？各有何特点？
变面积式、变极距式、变介电常数
5.2一个以空气为介质的平板电容式传感器结构如图5-3a所示，其中a=10mm、b=16mm，两极板间距d0=1mm。测量时，一块极板在原始位置上向左平移了2mm，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移灵敏度K0(已知空气的相对介电常数εr=1，真空时的介电常数ε0=8.854×10?12F/m)。
解：（1）电容变化量
ε0εr?xb8.854×10?12×1×2×10?3×16×10?3
?13?C===2.83×10d01×10?3
?C?x2mm===0.2Ca10mm
?C2.83×10?13
?10K===1.41×10?x2×10?3
5.3试讨论变极距型电容式传感器的非线性及其补偿方法。
差动结构δL=?d×100%d0
5.4有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时停止，试分析用应变片式传感器或电容式传感器来解决该问题的途径和方法。
采用应变式传感器时，把应变片贴在圆筒的外壁上，电阻分别受纵向和横向应变，并把应变电阻组成差动结构的测量电路。
变介电常数型电容传感器测液位（差分式），通过测量水内的重力，来控制注水数量。
5.5试分析电容式厚度传感器的工作原理。
5.6试推导图5-19所示变介质型电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电常数为ε0，图中ε2?ε1，极板宽度为W。其他参数如图5-19所示。
5.7在题5-6中，设δ=d=1mm，极板为正方形（边长50mm）。ε1=1,ε2=4。试针对x=0~50mm的范围内，绘出此位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。
5.8某电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r=4mm，工作初始间隙d=0.3mm，问：（1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量?d=2μm时，电容变化量是多少？（2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV,在?d=2μm时，读数仪表的示值变化多少格？
解：（1）?C=0.987×10?14F （2）5格
第六章压电式传感器
6.1什么是压电效应？什么是逆压电效应？
某些电介质，沿一定方向施加外力使其变形时，其内部会产生极化现象而在表面出现正负电荷，外力去掉后，又恢复成不带电的状态，这种现象称为压电效应。当在压电材料上施加交流电压时，会使压电材料产生机械振动而变形，这种由电能转换成机械能的现象称为逆压电效应。
6.2什么是压电式传感器？它有何特点？其主要用途是什么？
利用压电效应制成的传感器称为压电式传感器，其特点是：结构简单、体积小、重量轻、工作频带宽、灵敏度高、信噪比高、工作可靠、测量范围广等。
压力式传感器的用途：与力相关的动态参数测量，如动态力、机械冲击、振动等，它可以把加速度、压力、位移、温度等许多非电量转换为电量。
6.3试分析石英晶体的压电效应机理。
石英晶体内部为正立方体结构，从晶体上切下一块晶片，分析其压电效应：当沿x轴方向施加作用力，将在yz平面上产生电荷，其大小为qx=d11fx
当沿着y轴方向施加作用力，仍然在yz平面上产生电荷，但极性相反，其大小为qy=d12aafy=?d11fybb 当沿着z轴方向施加作用力，不会产生压电效应，没有电荷产生。
6.4试分析压电陶瓷的压电效应机理。
压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。其内部晶粒有一定的极化方向，在无外电场作用下时，压电陶瓷呈电中性。
当在陶瓷上施加外电场时，晶粒的极化方向发生转动，内部极化，此时去掉外电场，材料的整体极化方向不变，压电陶瓷具有压电特性。
极化后当受到外力作用时，将导致在垂直于极化方向的平面上出现极化电荷，电荷量的大小与外力成正比关系。
6.5压电材料的主要指标有哪些？其各自含义是什么？
压电系数弹性系数介电常数
机械耦合系数电阻居里点
6.6在进行压电式材料的选取时，一般考虑的因素是什么？
转换性能机械性能电性能
温度、湿度稳定性好时间稳定性
6.7试分析压电式传感器的等效电路。
压电式传感器等效为一个电容器，正负电荷聚集的两个表面相当于电容的两个极板。当压电元件受力作用时在其表面产生正负电荷，所以可以等效为一个电荷源和一个电容器并联，也可以等效为一个电压源和一个电容器串联。
6.8试分析电荷放大器和电压放大器两种压电式传感器测量电路的输出特性。
传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受到电缆电容的影响。传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电荷成正比，电路电容的影响小。
6.9压电元件在使用时常采用串联或并联的结构形式，试述在不同接法下输出电压、输出电荷、输出电容的关系，以及每种接法的适用场合。
并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了1倍，电容量也增加了1倍，输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。
串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的一半，输出电压增大了1倍。适宜以电压作为输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。
6.10压电元件的变形方式主要有哪些？
厚度变形、长度变形、体积变形、厚度剪切变形。
6.11何谓电压灵敏度、电荷灵敏度，两者有何关系？
6.11试分析图6-11所示压电式力传感器工作原理。
第七章磁敏式传感器
7.1简述变磁通式和恒磁通式磁电感应式传感器的工作原理。
恒磁通式传感器是指在测量过程中使导体（线圈）位置相对于恒定磁通变化而实现测量的一类磁电感应式传感器。
变磁通式磁电传感器主要是靠改变磁路的磁通大小来进行测量的，即通过改变测量磁路中气隙的大小，从而改变磁路的磁阻来实现测量的。
7.2为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率很高时，将随频率增加而下降。
7.3试解释霍尔式位移传感器的输出电压与位移成正比关系。
7.4影响霍尔元件输出零点的因素有哪些？如何补偿？
不等位电势、温度误差
7.5什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关？
当载流导体中通电电流方向与磁场方向垂直时，在导体的两个端面上就有电势产生，这种现象叫做霍尔效应。与载流子浓度、激励电流大小、磁场强度、电子迁移率、载流导体的厚度有关。
7.6某霍尔元件尺寸（l、b、d）为1.0cm*0.35cm*0.1cm，沿着l方向通以电流I=1.0mA，在垂直lb 面加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/A?T，求其输出霍尔电动势和载流子浓度。
解：UH=KHIB=22×1.0×10?3×0.3mV=6.6mV
UH=vBb,vb=I=nevbd,n=UH6.6mV==2.2×10?4V/TB0.3TI=2.84×1020/m3
Evbd
第八章热电式传感器
8.1什么是热电效应、接触电动势、温差电动势？
两种不同导体组成闭合回路，如果两接点温度不同，则在闭合回路中就有热电势产生，这种现象称为热电效应。在热电效应中因为导体电子密度不同，因接触而产生的热电势称为接触电动势
单一导体内部，因为两端的温度不同产生的热电势称为温差电势。
8.2热电偶的工作原理是什么？热电偶是基于热电效应工作的温度传感器。
8.3什么是中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律、均质导体定律？
中间导体定律：在热电偶测温回路内接入第三种导体，只要其两端温度相同，则回路的总热电动势不变。中间温度定律：热电偶AB在接点温度为t,t0时的热电动势EAB(t,t0)等于它在接点温度t,tc和tc,t0时的热电动势EAB(t,tc)和EAB(tc,t0)的代数和。标准电极定律：如果两种导体A、B分别与第三种导体C
组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体A、B组成的热电偶所产生的热电动势可由下式来确定： EAB(t,t0)=EAC(t,t0)-EBC(t,t0) 均质导体定律：如果组成热电偶的两个热电极的材料相同，无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总热电势均为0.
8.4试说明热电偶的类型与特点。结构上分为普通热电偶和特殊热电偶。
8.5热电偶的冷端温度补偿有哪些方法？各自的原理是什么？
补偿导线法、冷端温度恒温法、冷端温度计算校正法、电桥法。
8.6试设计测温电路，实现对某一点的温度、某两点的温度差、某三点的平均温度进行测量。
8.7用两只K型热电偶测量两点温度差，其连接电路如图8-30所示。已知t1=4200C，t0=300C，测得两点的温差电势为15.24mV，问两点的温差是多少？如果测量t1温度的那只热电偶错用的是E型热电偶，其他都正确，则两点的实际温度是多少？
8.8将一支镍铬-镍硅热电偶与电压表相连，电压表接线端是50℃，若电位计上读数是6.0mV，问热电偶热端温度是多少？197度
8.9铂电阻温度计在100℃时的电阻值是139?，当它与热的气体接触时，电阻值增至281?，试确定该气体的温度？（设0℃时的电阻值为100?）.
8.10镍铬-镍硅热电偶的灵敏度为0.04mV/℃,把它放在温度为1200℃处，若以指示表作为冷端，此处温度为50℃，试求热电动势的大小。46mV
8.11将一灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表连接，电压表接线端是50℃，若电位计上读数60mV，求热电偶的热端温度。 800
8.12使用K型热电偶，参考端温度为0℃，测量热端温度为30℃和900℃时，温差电势分别为1.203mV 和37.326mV。当参考端温度为30℃，测量点温度为900℃时的温差电势为多少？ 36.123mV
8.13如果将图8-12中得两支相同类型的热电偶顺向串联，是否可以测量两点间的平均温度，为什么？可以测量总温度
8.14热电阻有什么特点？（1）热电阻测量电路优点：精度高，性能稳定，适于测低温。（2）热惯性大，需辅助电源。
8.15试分析三线制和四线制接法在热电阻测量中的原理及其不同特点。
三线制：热电阻引出3根导线，其中两根分别与电桥的相邻两臂串联，另外一根与电桥电源相串联，它对电桥的平衡没有影响。广泛用于工业测温。
四线制：热电阻引出4根导线，分别接在电流和电压的回路，4根导线的电阻对测量都没有影响。8.16对热敏电阻进行分类，并叙述其各自不同的特点。
正温度系数、正温度系数、临界温度系数热敏电阻。
8.17某热敏电阻，其B值为2900K，若冰点电阻为500k?,求该热敏电阻在100℃时的阻抗。 29k?
第九章光电式传感器？
9.1什么是光电式传感器？光电式传感器的基本工作原理是什么？
利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置。
光电式传感器的基本工作原理是基于光电效应的，即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。
9.2光电式传感器按照工作原理可分为哪四大类？
反射式、透射式、
9.3光电式传感器的基本形式有哪些？
9.4什么是光电效应？内光电效应？外光电效应？
光电效应、内光电效应、外光电效应
9.5典型的光电器件有哪些？
光电管、光敏电阻、光敏晶体管、光敏二极管、光电耦合器
9.6光电管是如何工作的？其主要特性是什么？
光照在光电管的阴极上，阴极电子吸收光子，克服表面功，向外发生电子，电子在外加电场的作用下，被光电管的阳极收集并形成光电流。
9.7简述光电倍增管得工作原理。光电倍增管的主要参数有哪些？
倍增系数；光电阴极灵敏度和光电管总灵敏度；暗电流；光谱特性。
9.8试画出光敏电阻的结构；光敏电阻的主要参数有哪些？
暗电阻，亮电阻，暗电流，亮电流，光电流。
9.9试区分硅光电池和硒光电池的结构与工作原理。
9.10试解释光敏管的工作原理。介绍光敏二极管和光敏晶体管的主要特性。
光谱特性、伏安特性、光照特性、频率特性。
9.11试介绍MOS光敏单元的工作原理。
一个MOS电容器是一个光敏元，可以感受一个像素点，CCD的基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和输出。
9.12CCD的电荷转移原理是什么？
CCD器件基本结构式一系列彼此非常靠近的MOS光敏元，这些光敏元使用同一半导体衬底：氧化层均匀、连续；相邻金属电极间隔极小。任何可移动的电荷都将力图向表面势大的位置移动。为了保证信号电荷按确定的方向和路线移动，在MOS光敏元阵列上所加的各路电压脉冲要求严格满足相位要求。
9.13试对面阵型CCD图像传感器进行分类，并介绍它们各自有何特点？
9.14为什么要求CCD器件的电荷转移效率要很高？
9.15举例说明CCD图像传感器的应用。
9.16什么是全反射？光纤的数值孔径有何意义？
数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的数值孔径越大，集光能力就越强。
9.17试区分功能型和非功能型光纤传感器。
功能型是传感型，非功能型是传光型。
9.18试解释波长调制型光纤传感器的工作原理。
9.19举例说明利用光纤传感器实现温度的测量方法。
9.20试分析二进制码盘和循环码盘的特点。
二进制码盘最大的问题是任何微小的制作误差，都可能造成读数的粗误差。
循环码是无权码，任何相邻的两个数码间只有一位是变化的。
9.21试区别接触式码盘和非接触式码盘的优缺点。
9.22试解释光电编码器的工作原理。
9.23一个8位光电码盘的最小分辨率是多少？如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度至少为
0.01mm，则码盘半径应有多大？
1.40625度，0.0245弧度，0.0408mm
9.24利用某循环码盘测得结果为“0110”，其实际转过的角度是多少？
二进制码为0100，90度
9.25试分析脉冲盘式编码器的辨向原理。
9.26计量光栅是如何实现测量位移的？
主光栅与运动部件连在一起，当被测物体运动时，在主光栅、指示光栅后面形成黑白相间的莫尔条纹，条纹宽度和运动部件的位移成正比。
9.27计量光栅中为何要引入细分技术？细分的基本原理是什么？
光栅测量原理是以移过的莫尔条纹数量来确定位移量，其分辨率为光栅栅距。现代测量不断提出高精度的要求，为了提高分辨率，测量比光栅栅距更小的位移量，可以采用细分技术。细分就是为了得到比栅距更小的分度值，即在莫尔条纹信号变化的一个周期内，发出若干个计数脉冲，以减少每个脉冲相当的位移，相应地提高测量精度。
第十章辐射与波式传感器
10.1红外探测器有哪些类型？并说明它们的工作原理。
（1）热探测器：有热敏电阻型、热电阻型、高莱气动型和热释电型
（2）光子探测器
10.2什么是热释电效应？热释电效应与哪些因素有关？
在居里点以下时，由于温度的变化引起铁电体的极化强度改变的现象称为热释电效应。热释电效应与铁电体材料、敏感面、厚度均有关（等效电容）
10.3什么被称为“大气窗口”，它对红外线的传播有什么影响？
通常把太阳光通过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。
红外线传播过程中通过大气窗口时，会使红外辐射逐渐减弱。
10.4红外敏感元件大致分为哪两类？它们的主要区别是什么？
热探测器：响应波段宽，响应范围为整个红外区域，室温下工作，使用方便。
光子探测器：灵敏度高、响应速度快，具有较高的响应频率，但探测器波段较窄，一般工作于低温
10.5请根据气体对红外线有选择性吸收的特性，设计一个红外线气体分析仪。使其能对气体的成分进行分析。（提示：不同气体对红外线能量的吸收是不同的）
10.6微波的特点是什么？
（1）需要定向辐射装置（2）遇到障碍物容易反射（3）绕射能力差
（4）传输特性好，传输过程中受烟雾、灰尘等的影响较小
（5）介质对微波的吸收大小与介质介电常数成正比。
10.7试分析反射式和遮断式微波传感器的工作原理。
（1）反射式：发生天线和接收天线位于检测物体的同一侧，根据检测物体反射回来的微波信号的功率或微波信号从发出到接收到的时间间隔来实现测量位置和位移等参数。
（2）遮断式：发生天线和接收天线位于检测物体的两边，根据接收天线收到的微波功率的大小来判断发送天线和接收天线之间有无被测物体或位置等。
10.8试分析微波传感器的主要组成及其各自的功能。
微波发生器、微波天线、微波检测器。
10.9微波传感器有何优缺点？
（1）优点：非接触式传感器；波长范围为1m～1mm，有极宽的频谱；频率高、时间常数小、反应速度快；无须进行非电量转换；适合遥测、遥控；不会带来显著的辐射。
（2）缺点：存在零点漂移；测量环境对测量结果影响较大。
10.10举例说明微波传感器的应用。
（1）微波液位计（2）微波湿度传感器（3）微波辐射计（4）微波无损检测仪
（5）微波物位计（6）微波定位传感器（7）微波多普勒传感器
10.11超声波在介质中传播具有哪些特性？
（1）超声波有纵波、横波、表面波三种
（2）超声波的传播速度与波长和频率的乘积成正比
（3）满足光的反射和折射定律
10.12超声波传感器主要有哪几种类型？试述其工作原理。
（1）压电式超声波传感器
（2）磁致伸缩式超声波传感器：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈便获得感应电动势。
10.13在用脉冲回波法测量厚度时，利用何种方法测量时间间隔?t有利于自动测量？若已知超声波在被测试件中的传播速度为5480m/s，测得时间间隔为25μs，试求被测试件的厚度。
d=v?t=5480×25×10?6=0.0685m
10.14超声波测物位有哪几种测量方式？各有什么特点？
（1）单换能器在液体中（2）双换能器在液体中
（3）单换能器在空中（4）双换能器在空中
当换能器位于液体中时，衰减比较小
当换能器位于空气中时，便于安装和维护，当衰减比比较大。
10.15试述时差法测流量的基本原理，存在的问题及改进方法。
通过测量超声波在顺流和逆流中传播的时间差求得流体流速的一种方法。
c2
v≈?t，测量精度主要取决于时间差的测量精度。同时，超声波声速一般随介质2Lcosθ的温度变化而变化，因此将造成温漂。
10.16超声波用于探伤有哪几种方法？试述反射法探伤的基本原理。
穿透法探伤和反射法探伤。
《传感器技术与应用第3版》习题参考答案 习题1 1.什么叫传感器？它由哪几部分组成？ 答：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。传感器通常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。 2. 传感器在自动测控系统中起什么作用？ 答：自动检测和自动控制技术是人们对事物的规律定性了解、定量分析预期效果所从事的一系列技术措施。自动测控系统是完成这一系列技术措施之一的装置。一个完整的自动测控系统，一般由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置、电源四部分组成。传感器的作用是对通常是非电量的原始信息进行精确可靠的捕获和转换为电量，提供给测量电路处理。 3. 传感器分类有哪几种？各有什么优、缺点？ 答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测输入量来分，如温度传感器、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；另一种是按传感器的工作原理来分，如电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电势型传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。还有按能量的关系分类，即将传感器分为有源传感器和无源传感器；按输出信号的性质分类，即将传感器分为模拟式传感器和数字式传感器。 按被测输入量分类的优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途选用；缺点是没有区分每种传感器在转换机理上有何共性和差异，不便使用者掌握其基本原理及分析方法。 按工作原理分类的优点是对传感器的工作原理比较清楚，有利于专业人员对传感器的深入研究分析；缺点是不便于使用者根据用途选用。 4. 什么是传感器的静态特性？它由哪些技术指标描述？ 答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性。它有线性度、灵敏度、重复性、迟滞现象、分辨力、稳定性、漂移等技术指标。 5. 为什么传感器要有良好的动态特性？什么是阶跃响应法和频率响应法？ 答：在动态（快速变化）的输入信号情况下，要求传感器能迅速准确地响应和再现被测信号的变化。因此，需要传感器具有良好的动态特性。 测试和检验传感器的动态特性有瞬态响应法和频率响应法。阶跃响应法即瞬态响应法，是给传感器输入一个单位阶跃函数的被测量，测量其输出特性。动态特性优良的传感器的输出特性应该上升沿陡，顶部平直。 频率响应法是给传感器输入各种频率不同而幅值相同，初相位为零的正弦函数的被测量，测量其输出的正弦函数输出量的幅值和相位与频率的关系。动态特性优良的传感器，输出的正弦函数输出量的幅值对于各频率是相同的，相位与各频率成线性关系。
阅读报告 生物传感器 教学单位：机电工程学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 学号： 学生姓名： 指导教师： 指导单位：机电工程学院 完成时间： 电子科技大学中山学院教务处制发
生物传感器 摘要 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。 生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 关键词:传感器生物传感器
目录 1 生物传感器 (1) 1.1生物传感器简介 (1) 2 生物传感器的介绍 (2) 2.1组成结构及工作原理 (2) 2.2技术特点 (2) 2.3国内外应用发展情况及应用案例 (3) 2.3.1国内应用发展 (3) 2.3.2国外应用发展 (3) 2.3.3应用案例 (4) 参考文献 (6)
XX大学2016-2017学年第一学期 《汽车电子学》期末考试试卷 学院班级姓名学号 一、填空题（每题1分，共10分） 1.在点火系中，信号发生器属于点火系的_________电路，而分火头 属于点火系的_________电路。 2.随着发动机转速的提高，点火提前角应_________，随着发动机负 荷的增大，其点火提前角应_________。 3.冷型火花塞的热值_________，适用于大功率、转速高和_________ 压缩比的发动机。 4.按操纵机构的不同，起动机可分为_________操纵式和 _________ 操纵式两类，而_________ 操纵式具有可以实现远距离控制、操作省力等优点。 5.电控点火系统（ESA）最基本的功能是_________。 二、名词解释（每题3分，共15分） 1.爆震： 2.减速断油控制： 3.霍尔效应：
4.多点喷射： 5.最佳点火提前角： 三、简答题（每题6分，共30分） 1.涡轮增压的主要作用？ 2.EGR中文意思。解释其工作原理？ 3.电控汽油喷射系统的优缺点是什么？ 4.点火提前角的修正包括哪4个部分？ 5、按顺序写出汽油发动机电控系统的空气供给系统中的进气通路？ 四、分析题（每题10分，共30分） 1.简述电子控制共轨式柴油喷射系统的原理并写出它的主要特点？ 2简述安全气囊的组成并简单分析安全气囊是怎么工作的？ 3.列出在汽车电控系统中用到车速传感器信号的控制系统名称，并简 述车速传感器在各系统中的作用？ 五、论述题（15分） 简述下图中，汽油泵控制电路的控制过程？
参考答案 一、填空：(10分) 1、初级，次级。 2、提前，推迟。 3、高，高 4、机械、电磁、电磁 5、对点火提前角的控制 二、名词解释：（15分） 1、当发动机吸入燃油蒸汽与空气的混合物后，在压缩行程还未到达设计的点火位置、种种控制之外的因素却导致燃气混合物自行点火燃烧。此时，燃烧所产生的巨大冲击力与活塞运动的方向相反、引起发动机震动，这种现象称为爆震。 2、是指发动机在高速运转过程中突然减速时，ECU自动控制喷油器中断燃油喷射。 3、通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流与磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象。 4、多点喷射系统是在每缸进气口处装有一点喷油器，由电控单元（ECU）控制进行分缸单独。 5、节气门全开，在每一转速下，逐渐增加点火提前角，直到得到最大功率为止，此时对应的点火提前角即为该转速下的最佳提前角。 三、简答题（30分） 1、答：提高发动机的进气量（2），从而提高发动机的功率和扭矩（2），
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/℃、
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）
1、已知一等强度梁测力系统， R x 为电阻应变片，应变片灵敏系数 K=2，未 受应变时，R ＜ = 100 ?。当试件受力 F 时，应变片承受平均应变 ￡ = 1000卩m/m , 求： (1) 应变片电阻变化量 ？ R ＜和电阻相对变化量？ R x /R x 。 (2) 将电阻应变片 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 解: (1) RX K R X R X K R X 2 1000 100 0.2() 化时，电桥输出电压为 U O (3)要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两 个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥, 且取其他桥臂电阻也为 Rx 。 1 R X 此时，U o — E - 0.003(V)，r L 0 2 R X 要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相 同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。 2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图) 。其中 a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm 。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置 上平移了 5mm ，求： R X R X 0.2 100 0.2% (2)将电阻应变片 Rx 置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为 Rx 。当Rx 有？ Rx 的变 R X R X U O (云r i )E 3 (100 0.2 丄) 200 0.2 2 0.0015(V) 非线性误差: r L R X /2R X 1 R X /2R X 100% 0.1% 此时，U o R X R X 0.006(V)，r L 0
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。 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?Hmax=0.1mV，所以γH=±?Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±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。
《传感器与传感器技术》计算题 解题指导（供参考） 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 ＝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%10081 408 .02=??=γ 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） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中，y 为输出电压，V ；T 为输入温度，℃。 （2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 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 =1.5105/3=0.5105 (V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K =9.6/4.2=2.29(V/Pa)。 1-7 设用一个时间常数=0.1s 的一阶传感器检测系统测量输入为x (t )=sin4t +0.2sin40t 的信号，试求其输出y (t )的表达式。设静态灵敏度K =1。 解 根据叠加性，输出y (t )为x 1(t )=sin4t 和x 2(t )= 0.2sin40t 单独作用时响应y 1(t )和y 2(t )的叠加，即y (t )= y 1(t )+ y 2(t )。 由频率响应特性：
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。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？
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。 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,压力为时输出最大且为. 非线性误差略 正反行程最大偏差Hmax=，所以γH=±%=±%=±% 重复性最大偏差为Rmax=，所以γR=±=±%=±% 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。
安全气囊系统原理及结构分析 自上世纪80年代开始逐步在民用车辆上采用之后，安全气囊时下已经成为了非常重要的汽车被动安全设备，安全气囊的数量已经成为衡量车辆安全性的参照之一，安全气囊的结构和原理到底怎样?安全气囊需要什么条件才能打开?它有哪些缺点?在使用的过程中需要注意什么?下面就为大家一一解说。 安全气囊的原理及结构 安全气囊是“辅助约束系统”(SRS)的一部分，主要是为了防止汽车碰撞时车内乘员和车内部件间发生碰撞而造成的伤害，它通常是作为安全带的辅助安全装置出现，二者共同作用。安全气囊的保护原理是：当汽车遭受一定碰撞力量以后，气囊系统就会引发某种类似微量炸药爆炸的化学反应，隐藏在车内的安全气囊就在瞬间充气弹出，在乘员的身体与车内零部件碰撞之前能及时到位，在人体接触到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气，从而起到铺垫作用，减轻身体所受冲击力，最终达到减轻乘员伤害的效果。 通常车型的安全气囊系统结构示意图 常用的汽车安全气囊系统由碰撞传感器、控制模块(ECU)、气体发生器及气囊等组成，下面逐一为大家介绍这几个主要组成部分。
安全气囊系统传感器 安全气囊传感器一般也称碰撞传感器，按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号;防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。 按照结构的不同，碰撞传感器还可分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动(滚动或转动)来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。 安装在发动机舱前纵梁上面的气囊碰撞传感器，以机电式居多 控制模块(ECU) 对于早期的汽车，一般设有多个触发碰撞传感器，安装位置一般在车身的前部和中部，例如车身两侧的翼子板内侧、前照灯支架下面以及发动机散热器支架两侧等部位。随着碰撞传感器制造技术的发展，有些汽车将触发碰撞传感器安装在气囊系统ECU内。防护碰撞传感器一般都与气囊系统ECU组装在一起，多数安装在驾驶舱内中央控制台下面。ECU是气囊系统的核心部件，大多安装在驾驶舱内中央控制台下面。大多数气囊控制模块(ECU)都安装在车身中部靠近挡把的位置
汽车安全气囊结构及工作原理案例分析（奇瑞） 在我国装有安全气囊系统的车型，控制单元设置的点火门槛值大部分是按照SRS 的设计理念设置的，而我国的安全带佩带率并不高。不系安全带的乘员在一些气囊点火门槛值以下的碰撞事故中受到了伤害，从而引起了诉讼。因此，采取措施提高我国的安全带佩带率，才是解决问题的根本措施。 交通事故统计数据表明：“三点式安全带+安全气囊”的防护效果最好，其有效保护率高达60%；仅使用安全带的情况下，其有效率为43%~49%；而仅使用安全气囊，有效率急剧下降到18%。通过上述统计数据说明两点：第一，安全气囊不是万能的；第二，佩带安全带十分重要。 当车速超过30KM/H发生前碰撞时，气囊会迅速充气膨胀，冲破绶冲垫，由于传感器接收信号到气囊张开仅需50ms，而驾驶员撞向转向盘的时间为60MS，故在发生碰撞时，能有效地保护驾驶员，避免了驾驶 员直接撞向转向盘。 一、安全气囊的引爆条件 1、正面碰撞角度的要求 2、正面碰撞的减速度 3、安全带开关 二、安全气囊系统的新功能 ?基本功能：
?张开气袋 ?新增功能： ?打开车门锁、自动打紧急电话、安全电瓶接线柱、乘客侧识别系统、安全带张紧器、侧气袋,车窗安全气袋等、安全带开关 三、安全气囊系统元件组成 1、碰撞传感器 2、安全气囊（左、右、侧、头枕） 3、SRS电脑 4、线束 5、螺旋弹簧（游丝） 6、SRS警示灯 7、诊断接头 8、侧撞加速度传感器 9、乘客重量传感器 10、安全带引爆器 11、安全带开关 12、电瓶桩头引爆器 〈1〉、碰撞传感器 1、碰撞传感器的类型 半导体和机械式
2、碰撞传感器安装位置与识别 龙门架、叶子板，电脑内部 3、检测 电阻：8千欧-15千欧 4、碰撞后建议不论是否有故障都更换。 〈2〉安全气囊 1、安全气囊的组成：发火极、引发药柱、气体发生剂、气袋。 2、安全气囊张开的工作原理 3、安全气囊的放置 4、安全气囊的检测 只能使用模拟法与排除法 5、安全气囊在碰撞后或张开就应更换。 6、关闭右侧的安全气囊侧气袋——关闭开关 〈3〉、SRS系统线束维修 线束插接器维修 警告：在试图进行任何维修前，必须切断SRS系统。 SRS系统内的插头采用特殊材料制成,以保证低能量电路的良好导通性。插头仅能够在插接器总成维修包内得到。不要用任何其他插头替代插接器总成维修包内的插头。 ?线束维修 ?不要试图维修SRS系统线束。用新线束更换所有损坏的线束
第五章 3.试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的工作原理。 霍尔效应：将半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 霍尔传感器工作原理：霍尔传感器是利用霍尔效应原理将被测物理量转换为电动势的传感器。在垂直于外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前后两个端面之间产生霍尔电势Uho霍尔电势的大小与激励电流I和磁场的磁感应强度成正比，与半导体薄片厚度d成反比。 4?简述霍尔传感器的组成，画出霍尔传感器的输出电路图。 组成：从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1'电极用于加控制电流，称控制电流，另一对2-2'电极用于引出霍尔电势。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。 电路图： 5.简述霍尔传感器灵敏系数的定义。 答：它表示一个霍尔元件在单位激励电流和单位磁感应强度时产生霍尔电势的大小。 7?说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。原理：石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，在光轴方向时，不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F 特点：石英晶体：（1）压电常数小，时间和温度稳定性极好；（2）机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；（3）居里点573°C,无热释电性，且绝缘性、重复性均好。压电陶瓷的特点是：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用。 压电陶瓷除有压电性外，还具有热释电性。因此它可制作热电传感器件而用于红外探测器中。但作
目录 摘要..........................................................I 一、概述 (1) 二、安全气囊的组成及分布 (1) （一）气囊总成和充气元件............................................ （二）传感器........................................................ （三）电子控制单元....................................................（四）气体发生器................................................... 三、安全气囊触发 (2) （一）气囊点爆电流要求................................................（二）假人撞击气囊三轴力曲线..........................................（三）冲击头撞击气囊位移曲线.......................................... 四、安全气囊动作过程........................... .. (4) 五、安全气囊系统的有效范围.................................... 八. 结论. (8) 参考文献 (8) 谢辞 (9)
摘要 本文主要分析了汽车安全气囊的大致组成和气囊的弹开条件，该分析包括了气囊的种类，安全气囊的原理及结构，和碰撞传感器的种类，安全气囊现在所存在的缺陷等。让人们正确的看待气囊所产生的作用。 所谓“生命诚可贵”，生命只有一次，为了保护我们珍贵的生命，一个有用的，可靠的安全气囊成了至关重要的保护伞。理论上，只要碰撞等级达到了相对应的要求，气囊就会弹开，但是在现实中，气囊在很多情况下是不弹开的，就是在很严重的车祸中，气囊也不会弹开，这与安装在汽车上面的传感器，气囊的分类有很大的关系，相对应的撞击理论上是弹开相对应的保护人的气囊，但是气囊的缺陷有时候却是碰撞等级达到要求，而气囊也不弹开。本文对这样的问题做了详细的解答。 关键词：传感器气囊的种类气囊缺陷
第一章传感与检测技术的理论基础 1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？ 答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。 相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。 引用误差是仪表用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。 2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？ 答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。 测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。 在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。 采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。 引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。 3．用测量围为-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。 解：绝对误差 2 140 142= - = ?kPa 实际相对误差 % 43 .1 % 100 140 140 142 = ? - = δ 标称相对误差 % 41 .1 % 100 142 140 142 = ? - = δ 引用误差 % 1 % 100 50 150 140 142 = ? - - - = ） （ γ 4．什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？ 答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。 随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。 对于测量列中的某一个测得值来说，随机误差的出现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有统计的规律性，测量次数越多，这种规律性表现得越明显。所以一般可以通过增加测量次数估计随机误差可能出现的大小，从而减少随机误差对测量结果的影响。 5．什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统误差有哪些检验方法？如何减小和消除系统误差？ 答：在同一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 系统误差可分为恒值（定值）系统误差和变值系统误差。误差的绝对值和符号已确定的系统误差称为恒值（定值）系统误差；绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差，变值系统误差又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差等。 在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的，通常人们难于查明所有的系统误差，发现系统误差必须
汽车安全气囊系统撞击传感器的 有限单元分析 摘要 汽车弹簧碰撞传感器可以利用有限单元分析软件进行设计，这样可以大大减少设计时间。该传感器包括一个球和一个有弹簧在内的塑料套管的外壳。传感器设计的重要因素是碰撞中的两个传感器的力位移响应和传感器的弹簧压力。以前传感器的设计、制作和测试需要满足力位移原型硬件的要求。弹簧必须远低于材料的弹性极限而设计。利用有限元分析，传感器可以被设计为满足力位移的水平压力。本文的讨论说明利用有限单元分析进行设计可以节省很多时间。 MSC/ABAQUS已经被用于分析和设计安全气囊碰撞传感器。弹簧的大挠度和球与弹簧之间的接触用几何非线性分析。贝塞尔三维刚性球表面元素和惯性基准系统刚性表面界面元素被用于塑料球与弹簧接触面的分析。滑动轨道分析被用于弹簧与弹簧接触的平行界面间。有限元传感器的力位移响应分析结果与实验结果非常一致。 引言 汽车安全气囊系统的重要组成部分是碰撞传感器。包括机械、电子传感器在内的碰撞传感器主要用于各类安全气囊系统。本文研究的是由一个球和一个塑料套管和两个弹簧组成的机电传感器（见图1）。当传感器遇到严重的撞击脉冲，球被推入完成电路连接然后两个弹簧接触到消防安全气囊。这两个弹簧的力位移设计关键是要满足不同的加速度对传感器的输入要求。传感器的弹簧强度必须保持低于弹簧材料屈服强度，防止弹簧塑性变形。有限元分析，可以作为预测工具，以优化工程所需的力和位移反应，同时保持在弹簧压力可接受的水平。 过去传感器的设计需要不断地进行制作和测试，直到力位移原型硬件得到满足需要的条件。利用有限元分析，制作和测试原型的数量大大减少，这大大降低了传感器设计的时间。本文讨论的内容可以表明有限单元分析软件能够节省原型
2-4 2-5 原因：U (? NR 、 △氏斗=亍————+— △ R, 1 A/?. 一 △七 A/?.R\ R 2 R$ M 衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、 线性度一一表征传感器输出■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、 灵敏度一一传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 3、 分辨力一一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。 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。 2- 1金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 (1)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)对于金属材料，灵敏系数Ko-Km=(l+2u)+C(l-2u)o 前部分为受力后金属几何尺寸变化，一?般U ^0. 3,齿I 匕(1+2 U )=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数K 。二Ks=(l+2u)+ nE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致, 而JiE 》(1+2 u),因此Ko=Ks=JiEo 半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3简述电阻应变计产生热输出(温度误差)的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所 引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法(1)单丝自补偿应变计(2)双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法(1)双丝半桥式(2)补偿块法 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。 业业? 2上式分母中含△Ri/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△ Ri/Ri 呈非线性关 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ARi 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。 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，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。 2-9四臂平衡差动电桥。说明为什么采用。 全桥差动电路，RER3受拉，R2,R4受压，代入，得 U (\R, △& 1 A/?. A/?. ? AR 4) 4 I /?. R 、 R. 2 R, 由全等柝唇，得 4 K K 可见输出电压Uo 与ARi/Ri 成严格的线性关系，没有非线性误差。即Uo=f(AR/R)o 因为四臂差动工作，不仅消除了飞线性误差，而且输出比单臂工作提高了4倍，故常采用此方法。 3- 7电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电 压)，造成零位误差。 措施：一种常用的方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压；2)并联电阻消除高次谐波零位电压；(3)加并联电容消除基波正交分量或 高 次谐波分量。 另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交 分 量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。此外还可采用磁路调节机构(如可调端 盖)保 证磁路的对称性，来减小零位电压。 4- 2变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小？ 原因：灵敏度S 与初始极距。。的平方成反比，用减少°°的办法来提高灵敏度，但。。的减小会导致非线性误差增大。 采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变 化所= 4 1 < R1 R 2 斗 -A /?4 U 4A/?f - T — —U
传感器课后题及答案 第1章传感器特性 1．什么是传感器？（传感器定义） 2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。5．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？ 6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。 7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时， ， 又为多少？ ，相角 各为多少？ 8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。 9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。 10. 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/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。11．测得某检测装置的一组
输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。 12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。 13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。 15．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。16.已知某压力传感器的测定范围为0～10000Pa，输入特性表示为：y=10(x-0.00007x2+2000)请问这种传感器能使用吗？ 17.某CO2气体传感器在20。C，浓度范围为0～100ppm时的输入特性表示为Rx=x+250(kΩ),用差动法回答以下问题（其中R1=10MΩ,E=2V）: ⑴利用最简单的电阻-电压变换电路，绘出X，V0的关系图。 ⑵利用电桥进行电阻-电压变换电路，绘出20 。C时X，V0的关系图。另外，当30。C时，Rx=x+500(kΩ)，在同一张图上再加上X，V0的关系图，然后进行比较。 ⑶采用两个差动法的传感器电路绘出20。C，30。C时X，V0的关系，然后与（2）中的图形进行比较。 18.设阻抗Rs为1 kΩ俄信号源与100V的动力线有50m的并行走线距离，静电感应所产生的噪声电压为多少？分布电容设为10pF/m。 第3章电感式传感器 1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。