《传感器技术》习题答案第5-6章

《传感器与传感器技术》计算题答案第1章传感器的一般特性1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV，零位值为10mV，求可能出现的最大误差(以mV计)。

当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。

由你的计算结果能得出什么结论解：满量程（F▪S）为50﹣10=40(mV)可能出现的最大误差为：m＝402%=(mV)当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K。

（1）式中, y——输出电压，V；T——输入温度，℃。

（2）式中，y——输出电压，V；x——输入压力，Pa。

解：根据题给传感器微分方程，得（1）τ=30/3=10(s)，K=105/3=105(V/℃)；(2) τ==1/3(s)，K==(V/Pa)。

1—7已知一热电偶的时间常数=10s，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度K=1。

试求该热电偶输出的最大值和最小值。

以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。

解：依题意，炉内温度变化规律可表示为x(t) =520+20sin(t)℃由周期T=80s，则温度变化频率f=1/T，其相应的圆频率=2f=2/80=/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(t+)℃热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为因此，热电偶输出信号波动幅值为B=20A()==15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|=520+B=520+=535.7℃y(t)|=520﹣B==504.3℃输出信号的相位差为(ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)=相应的时间滞后为t =1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即式中，y——输出电荷量，pC；x——输入加速度，m/s2。

刘伟《传感器原理及实⽤技术》习题答案习题1（1）对应于被测量、能给出易于处理的输出信号的变换器。

传感器⼀般由两个基本元件组成：敏感元件与转换元件。

在⾃动控制系统中，检测是实现⾃动控制的⾸要环节，没有对被控对象的精确检测，就不可能实现精确控制。

（2）1. 根据被测量分类2. 依据传感器的⼯作原理分类3. 按照能量的传递⽅式分类4. 根据输出信号的性质分类在实际应⽤中，传感器的命名通常⽤⼯作原理与被测量合成命名，如扩散硅压⼒传感器。

（3）静态特性要有量程、线性度、灵敏度、迟滞、不重复性、温漂及零漂等；（4）动态特性主要有幅频特性和相频特性以及响应时间。

（5）某传感器的输⼊、输出特性为532)(3++=x x x f ，试求出该传感器的灵敏度。

由于灵敏度dxdy S =，所以362+=x S （6）具有体积⼩、重量轻、可靠性⾼、响应速度快、稳定等特点，⽽且便于批量⽣产，成本较低。

采⽤集成传感器可简化电路设计，减⼩产品体积，便于安装调试，提⾼可靠性。

（7）智能传感器是将传感器与微机结合，具有⾃补偿、⾃诊断、⾃校正功能以及数据⾃动存储、分析、处理与传输。

习题2（1）相同点：都是利⽤应变效应⼯作的。

不同点：箔式应变⽚的应变主要集中在⼏何尺⼨的变化上，灵敏度较低但稳定；半导体应变⽚主要集中在电阻率变化上，灵敏度较⾼但不稳定。

（2）导体或半导体在受到外⼒作⽤变形时，其电阻值也将随之变化，这种现象称为“应变效应”。

应变⽚在受到外⼒变形时，其截⾯积变化引起的电阻变化，称为横向效应。

也就是说，导体在长度上发⽣变化时，截⾯积也会随之变化，所以应变效应包含纵向效应和横向效应。

（3）解：①由于==AEF x ε39.0µε（微应变），所以=-=x y µεε117.0µε②⼜RR S y ?=ε所以0585.02117.0-=-==?S R R y ε③ 02.71200585.0-=?-=?R Ω电阻减⼩④应变⽚是沿圆柱的圆周⽅向（径向）粘贴时受到的是拉应变，所以 195.0239.0===?S R R x ε 4.23120195.0=?=?R Ω电阻增加习题3（1）电感式传感器按⼯作原理分为⾃感式、互感式（差动变压器）和电涡流式。

传感器技术（ A ）卷及参考答案
一、单选题（每小题3分，共计30分。

）
1. 信号的幅值和独立变量均为连续量。

A. 模拟
B. 数字
C. 离散
答案：A
知识点：第2章
难度：3
解析：信号分类描述方法。

2. 随机误差的绝对值相等的正误差与负误差出现的次数相等，称为。

A. 单峰型
B. 对称性
C. 有界性
答案：B
知识点：第6章
难度：3
解析：第六章第二节关于随机误差的统计意义。

也是以算数平均值代替真值的依据。

A.灵敏度
B.线性度
C.重复性
答案：B
知识点：第3章
难度：3
解析：测试系统的静态特性定义之一。

4. 把被测量转换为感应电动势的常规传感器之一是：。

A. 电容传感器
B. 压电传感器
C. 变磁阻电感传感器
答案：C
知识点：第4章
难度：3
解析：传感器的分类方法。

5.测量值与被测量真值之差，称为。

A.测量残差
B.测量标准差
C.测量误差
答案：C
知识点：第6章
难度：3
解析：测量误差的定义。

6. 传感器将非电量转换为电能量。

A. 电阻
B. 无源
C. 有源
答案：B
知识点：第4章
难度：3
解析：传感器分类方法之一。

7.通过测量仪器，将被测量参数与同一物理量的标准量直接比较的测量是。

A. 直接测量。

传感器技术绪论习题一、单项选择题1、下列属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ B ）。

A. 应变式传感器B. 化学型传感器C. 压电式传感器D. 热电式传感器2、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3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（C ），构成信息技术的完整信息链。

A. 汽车制造技术B. 建筑技术C. 传感技术D.监测技术4、传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ A ）三大类。

A. 生物型B. 电子型C. 材料型D. 薄膜型5、随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（B ）。

A. 传感器＋通信技术B. 传感器＋微处理器C. 传感器＋多媒体技术D. 传感器＋计算机6、近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的（D ）的传感器。

A. 视觉器官B. 听觉器官C. 嗅觉器官D. 感觉器官7、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8、传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D ）。

A. 测量B. 感知C. 信号调节D. 转换9、传感技术与信息学科紧密相连，是（C ）和自动转换技术的总称。

A. 自动调节B. 自动测量C. 自动检测D. 信息获取10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是（ A ）A．应变式传感器B．速度传感器C．化学型传感器D．能量控制型传感器二、多项选择题1、传感器在工作过程中，必须满足一些基本的物理定律，其中包含（ABCD）。

A. 能量守恒定律B. 电磁场感应定律C. 欧姆定律D. 胡克定律2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科，涉及（ABC ）等多方面的综合技术。

A. 传感检测原理B. 传感器件设计C. 传感器的开发和应用D. 传感器的销售和售后服务3、目前，传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用，以下领域采用了传感技术的有：（ABCD ）。

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。

部分课后作业答案2-8． 标称电阻为100Ω的应变计贴在弹性试件上。

设试件的截面积 S=1×10-5m 2，弹性模量E=2×1011 N ／m 2，若由1．0×104N 的拉力作用，使应变计的电阻相对变化为1％，试求此应变计的灵敏度系数。

解：∵灵敏度系数εRR K /∆=，又已知%1=∆RR，F=1.0×104 N ，S=1×10-5m 2，∴ )/(101101100.129254m N mN S F ⨯=⨯⨯==-σ 由εσ⋅=E ，可得321129105)/(102)/(101-⨯=⨯⨯==m N m N E σε 所以，灵敏度系数2105%1/3=⨯=∆=-εRR K2-9． 将4片相同的金属丝应变片贴在实心圆柱形测力弹性元件上，如题2.9图所示。

设应变片的灵敏度系数K=2，作用力F=1 000kg 。

圆柱形横截面半径r=1cm ，弹性元件的杨氏模量E=2×107N ／cm 2，泊松比μ＝0.285。

求：(1)画出应变片贴在圆柱上的位置图及相应测量电桥的原理图； (2)各应变片的应变ε；(3)若测量电路采用电桥电路，设供电桥电压E ＝6V ，桥路输出电压U o 为多少?(4)这种测量方法对环境温度的变化能否具有补偿作用?试说明原因。

解：⑴将R 1～R 4四片应变片按图2－9（a ）所示粘贴，其中R 1、R 3沿轴向粘贴，测量轴向应变，R 2、R 4沿径向粘贴，测量径向应变。

测量电桥为全桥测量电路， R 1与R 3置于电桥的一对角线上，R 2与R 4置于电桥的另一对角线上，如右图2－9（b ）所示。

题2.9 图⑵∵)(1500105.1)/(102)01.0(14.3/8.9100032722μεπσε=⨯=⨯⨯⨯====-cm N m N Er FE A FE∴εK R R R R =∆=∆3311， R 1与R 3的纵向应变（轴向应变）ε为1500με；μεεK K R R R R r -==∆=∆4422 ，式中μ为泊松比，μ＝0.285。

潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1衡量传感器静态特性的主要指标。

说明含义。

1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。

2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。

3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。

各条特性曲线越靠近，重复性越好。

4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。

6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。

7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。

8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。

9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。

1-2计算传感器线性度的方法，差别。

1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。

2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。

3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。

这种方法的拟合精度最高。

4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。

1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。

各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。

传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。

第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。

传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。

人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

9．解：10. 解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。

，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。

微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。

17．答：⑴20。

C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。

V0在48.78～67.63mV之间变化。

⑵如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。

C时，V0在0～18.85mV之间变化。

30。

C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。

⑶20。

C时，V0为0～18.85mV，30。

C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。

但相对（2）得情况来说有很大的改善。

18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。

11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。

因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。

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：12A3、?PA0.54A3倍5A微差式678A9A三、123、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。

2、产生随机误差的原因是什么，如何减小随机误差对测量结果的影响。

答：是测量中独立的、微小的、偶然的因素引起的结果。

既不能用实验的方法消除，也不能修正。

可以通过增加测量次数，利用概率论的一些理论和统计学的方法进行数据结果处理，服从正态分布。

3、系统误差分几类，怎样减小系统误差。

答：分为恒值误差，例如刻度盘分度差错。

变值误差，环境温度的影响、零点漂移等。

系统误差有规律。

可以通过实验的方法引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以剔除。

4、如何判断系统中存在粗大误差。

答：粗大误差是测量人员的粗心大意及电子测量仪器收到突然强大的干扰所引起的，粗大误差明显超过正常条件下的误差。

五、分析与计算题1、有一温度计，它的测量范围为0—2000C，精度为0.5级，求1）该表可能出现的最大绝对误差。

2）当示值分别为200C、1000C的示值相对误差。

2、预测123、围为04电桥5、12.03mV、6012.15mV、31234123、4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。

5、应变测量电桥的三种接法是、、。

输出电压分别为、、。