传感器技术与应用习题答案
习题1
l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。
答：检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。
传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的。
数据传输、处理环节，又称之为测量电路，它的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。
数据显示记录环节是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。
1.2 传感器的型号有几部分组成？各部分有何意义?
答：传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，敏感元件：直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，它是传感器的核心。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号的元件。测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
1.3 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法? 如何进行?
答：直接测量。使用电压表进行测量，对仪表读数不需要经过任何运算，直接表示测量所需要的结果。
1.4 某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V 减至
2.5V，试求该仪器的灵敏度。
解: 灵敏度s=(3.5-2.5)v/(5.0-4.5)mm=2v/mm
1.5 有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为
2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?
答：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器
1.6 什么是系统误差和随机误差?准确度和精密度的含义是什么? 它们各反映何种误差?
答：系统误差(简称系差)：在一定的条件下，对同一被测量进行多次重复测量，如果误差按照一定的规律变化，则把这种误差称为系统误差。系统误差决定了测量的准确度。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验或引入修正值的方法一次修正给以消除。
随机误差(简称随差，又称偶然误差)：由大量偶然因素的影响而引起的测量误差称为随机误差。对同一被测量进行多次重复测量时，随机误差的绝对值和符号将不可预知地随机变
化，但总体上服从一定的统计规律。随机误差决定了测量的精密度。随机误差不能用简单的修正值法来修正，只能通过概率和数理统计的方法去估计它出现的可能性。
系统误差越小，测量结果准确度越高；随机误差越小，测量结果精密度越高。如果一个测量数据的准确度和精密度都很高，就称此测量的精确度很高。
精密度： 要求所加工的零件的尺寸达到的准确程度,也就是容许误差的大小,容许误差大的精密度低,容许误差小的精密度高;简称“精度”
正确度：是表示测量结果中系统误差大小的程度。统计学上，正确度能成功估计一数量的正确值。有时和精确度定义相同。
1.7 等精度测量某电阻10次，得到的测量列如下：
R1＝167.95Ω R2＝167.45Ω R3＝167.60Ω
R4＝167.60Ω R5＝167.87Ω R6＝167.88Ω
R7＝168.00Ω R8＝167.850Ω R9＝167.82Ω
R10＝167.608Ω
试求10次测量的算术平均值。
解：求10次测量的算术平均值R ：
10
12110167.95167.45167.60167.60167.87167.88168.00167.85167.82167.60810
167.763n
i R R R R =+++=+++++++++==Ω∑
习题2
2.1 试简述金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效的区别。
答：都是基于压阻效应，也就是受到压力时其电阻值会发生变化，但半导体应变片的灵敏系数比金属应变片要大很多，用于大信号输出的场合，但是机械强度低，受温度影响大。金属应变片机械强度高，灵敏度低，成本也低。
2.2 采用阻值R=120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V 。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV ，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？
解：由于不知是何种工作方式，可设为n ，故可得：
10101023
0 n
n U K U -⨯⨯==εmV 得n 要小于2，故应采用全桥工作方式。
2.3 试简述直流测量电桥和交流测量电桥的区别。
答：直流电桥是得出的为静态点数据，交流电桥得出的为动态点数据，不过交流电桥得动态点数据为静态点数据的积分——范围在静态点数据线上波动而已。
2.4.试简述电位器式位移传感器的工作原理。
答：电位器是人们常用到的一种电子元件，它作为传感器可以将机械位移或其他能转换为其有一定函数关系的电阻值的变化，从而引起输出电压的变化。所以它是一个机电传感元件。
2.5 采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。 解：单臂时4
0U K U ε=，所以应变为1时660102410244--⨯=⨯⨯==U K U εV ，应变为1000时应为330102410244--⨯=⨯⨯==U K U εV ；双臂时2
0U K U ε=，所以应变为1时66
010*******--⨯=⨯⨯==U K U εV ，应变为1000时应为
33
01042
10242--⨯=⨯⨯==U K U εV ；全桥时U K U ε=0，所以应变为1时60108-⨯=U /V ，应变为1000时应为30108-⨯=U V 。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。
2.7 试简述电阻应变片式测力传感器的工作原理。
答：电阻应变式传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）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。
2.10 试简述电阻应变片实现温度补偿的方法。
答：电阻应变片由于温度效应引起的误差为温度误差。产生温度误差的原因有电阻丝的
