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传感器原理与应用试题答案（一）一填空（在下列括号中填入实适当的词汇，使其原理成立5分）1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。
2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
3．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。
当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。
4．电阻应变片是将被测试件上的应变转换成电阻的传感元件。
5．影响金属导电材料应变灵敏系数K。
的主要因素是导电材料几何尺寸的变化。
评分标准：每填一个空，2.5分，意思相近2分。
二选择题（在选择中挑选合适的答案，使其题意完善每题4分）1．电阻应变片的线路温度补偿方法有（ A.B.D ）。
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2．电阻应变片的初始电阻数值有多种，其中用的最多的是（B）。
A．60ΩB．120ΩC．200ΩD．350Ω3．通常用应变式传感器测量（BCD）。
A．温度B．速度C．加速度D．压力4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。
A．灵敏度增加B．灵敏度减小C．非统性误差增加D．非线性误差减小5．在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（BD）。
A．外光电效应B．内光电效应C．光电发射D．光导效应评分标准： 3\4\5题回答对一个2分，1题（A.B.D ）回答对一个2分，两个3分，2题（B ）不对没有得分。
三、回答下列问题（每题5分，答出原理3分，说明2分）1．什么1/2桥能提高灵敏度，减小非线性；利用桥路中相邻臂电阻变化相反，对邻臂电阻变化相同的特点，将两个工作应变片接入电桥的相邻臂，并使它们一个受拉，另一个受压，如图所示，称为半桥差动电桥，半桥差动电桥电路的输出电压为评分标准：说明出划线部分的重点意思得1.5分，回答完整2分E433221111LU R R R R R R R R R U⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-∆-+∆+∆+=写出平衡条件：1分设平衡时R 1=R 2=R 3=R 4=R ， 又ΔR 1=ΔR 2 =ΔR 则得证结论：2分RR UU∆=2EL可知半桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度也比单一应变片工作时提高了一倍。
传感器原理及工程应用第三版课后题答案传感器原理及工程应用第三版课后题答案
传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案
2-1什么叫做传感器？它由哪几部分共同组成？它们的促进作用及相互关系如何？【请问】
1、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。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作用是：
（1）敏感元件：就是指传感器中能轻易体会或积极响应被测量的部分；
（2）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；
（3）信号调理与切换电路：由于传感器输入信号通常都很些微，须要存有信号调理与切换电路，展开压缩、运算调制等；
（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。
2－5当被测介质温度为t1，测温传感器示值温度为t2时，存有以下方程式设立：
t1t20
当被测介质温度从25℃忽然变化至300℃时，测温传感器的时间常数，先行确认经过300s后的动态误差。
25(t0)dt2
未知：t1t20，t1，0120s
d300(t0)
谋：t=350s时，t1t2?
解：对已知方程式进行拉斯变换得：
t1(s)0t2(0)
t(s)2（4分）0s1。
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+jωη),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+(ωη)2)1/2,从而确定ω，进而求出f=ω/(2π).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＝ΔA/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：Δhmax＝103－98＝5Y FS＝250－0＝250故δH＝Δhmax/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Wη≤0.5，W≤0.5/η，而w=2πf,所以 f=0.5/2πη≈8Hz即传感器输入信号的工作频率范围为0∽8Hz1－11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＝0.025Y FS＝（1＋0.5/2）-1＝0.25故线性度δL＝ΔYmax/ 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a0=1,k=0.225/0.5=0.45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-0.9（1＋x）1/2＋1＝0（1/0.9）2＝1+xx=0.234ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1+0.45x)]|x=0.234=1.11-1.1053=0.0047Y FS＝1+0.45*0.5-1＝0.225δL端基＝ΔYmax/ Y FS＊100％＝0.0047/0.225＊100％＝2.09％（3）最小二＊法由公式()()xykninkniaxxyxxyxxxyxyxaiiiiiiiiiii*4695.00034.14695.005.1506.100365.1055.0*625.2751.1*65.1*691.60034.105.168.36265.255.0*625.255.0*691.65.1*751.1)**)22222((+==--=--==--=--=-∑∑-∑=-∑-∑=∑∑∑∑∑∑由d(y-Y)/dx=d(（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695＊x))/dx=-0.4695+1/(2（1＋x）1/2)＝0有x=1/(0.939)2-1=0.134ΔYmax=[（1＋x）1/2-(1.0034+0.4695x)]|x=0.234=1.065-1.066=-0.001Y FS ＝1.0034+0.4695x-1.0034＝0.235 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a 1dy/dx+a 0y=b 0x 所以 时间常数η＝a 1/a 0=10sK=b 0/a 0=5*10-6V/Pa1- 13：解：由幅频特性有：()=+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-ωωξωωω04021/2221K A ()()3125.1arctan 36.016.0*7.0*2arctan 012arctan 947.07056.01*42120222264.010006007.010006001-=--=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==+=+⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-ωωωωξωϕ1- 14:解：由题意知：()()()max minmax3%H j H j H j ωωω-<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，即│H （jw ）│=K()maxmax 013%0.9719.3620.97KK kHz H j ωωω∴-<<<⎛<= ⎝1- 15解：由传感器灵敏度的定义有： K ＝m mv mmv x y μμ/51050==∆∆ 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/μm.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。
传感器原理及应用第三版课后答案1. 答案：传感器是一种能够感知环境变化并将其转化为可识别的信号的装置。
它通过使用特定的物理效应或工作原理来感知和测量环境中的物理量或特定的参数。
2. 答案：传感器的应用非常广泛，涵盖了许多不同的领域。
以下是几个常见的传感器应用示例：- 温度传感器：用于监控和控制温度，例如室内温度控制、工业加热系统等。
- 压力传感器：用于测量液体或气体的压力，例如汽车轮胎压力监测、压力容器监控等。
- 光学传感器：用于检测光照强度和颜色，例如光电开关、自动亮度调节系统等。
- 气体传感器：用于检测和测量空气中的气体成分，例如二氧化碳传感器、氧气传感器等。
- 加速度传感器：用于测量物体的加速度和震动，例如运动传感器、汽车碰撞传感器等。
- 湿度传感器：用于测量空气中的湿度水份，例如室内湿度控制、大气湿度监测等。
3. 答案：传感器的工作原理有很多种，常见的包括：- 电阻效应传感器：基于电阻值的变化来感知和测量物理量，例如温度传感器和应变传感器。
- 电容效应传感器：基于电容值的变化来感知和测量物理量，例如湿度传感器和接近传感器。
- 电感效应传感器：基于电感值的变化来感知和测量物理量，例如金属检测传感器和霍尔效应传感器。
- 光学效应传感器：基于光学特性的变化来感知和测量物理量，例如光电传感器和光纤传感器。
- 声波效应传感器：基于声波信号的变化来感知和测量物理量，例如声波距离传感器和声速传感器。
4. 答案：传感器的选择取决于具体的应用需求和要测量的物理量。
需要考虑以下几个方面：- 测量范围：传感器是否能够覆盖所需的测量范围，以及是否有足够的灵敏度和精度。
- 工作环境：传感器是否适用于所需的工作环境，例如温度、湿度、压力等。
- 响应时间：传感器的反应速度是否满足实际要求，是否能够快速响应变化的物理量。
- 成本和可靠性：传感器的价格是否适宜，并且能够稳定可靠地工作。
- 安装和维护：传感器的安装和维护是否方便，是否需要额外的设备或配件。
![传感器技术基础与应用实训(第3版 习题解答 (5)[2页]](https://img.taocdn.com/s1/m/781f8805580102020740be1e650e52ea5418ce55.png)
项目单元55,6霍尔传感器1. 选择题。
1)属于四端元件的传感器是_ CA.应变片B.压电片C.霍尔元件D.热敏电阻.2)霍尔元件采用恒流源激励是为了_ BA.提高灵敏度B.克服温漂C.减小不等位电势3)减小霍尔元件的输出不等位电势的方法是。
CA.减小激励电流B. 减小磁感应强度C.使用电桥调零电位器2.什么是霍尔效应?霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关?将金属或半导体薄片置于磁场中，磁场方向垂直于金属或半导体薄片，当有电流流过半导体薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将会产生电势，这种现象称为霍尔效应.霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B,方向与控制电流I和磁感应强度B的方向有关，当控制电流I和磁感应强度B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。
但当控制电流I和磁感应强度B的方向同时改变时, 霍尔电势的方向不变。
3.影响霍尔电势的因素有哪些?用霍尔元件可测量哪些物理量?试举例说明。
在实际使用中，由于霍尔式传感器的精度受各种因素的影响，所以在霍尔电势中存在多种误差，这些误差产生的原因主要是制造工艺的缺陷和半导体本身的固有特性。
其中，不等位电势和温度是影响霍尔式传感器误差的两个主要因素。
霍尔元件根据霍尔效应原理用于测量电流、电压、磁场强度、位移、角度、等等磁场测量，将霍尔元件做成探头，测量时，将探头置于待测磁场中，并使探头的磁敏感面垂直于磁场。
控制电流可由恒流源(或恒压源)供给，用电表或电位差计来测量霍尔电势。
根据Uq=K_IB,若控制电流I不变，则输出电势Uq正比于磁场B,故可以利用电表来显示待测的磁场。
4.霍尔式传感器的灵敏度与霍尔元件的厚度之间有什么关系?霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，5.什么是霍尔元件的温度特性?如何进行温度补偿?答:霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。
与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。
1 —1:测量的定义？答：测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以,测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
1 —2 :什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：绝对误差是测量结果与真值之差，即：绝对误差=测量值一真值 2 - 相对误差是绝对误差与被测量真值之比，常用绝对误差与测量值之比，以百分数表示，1 ：什即：相对误差=绝对误差/测量值X 100% 么是引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示，传感即：引用误差=绝对误差/量程X 100% 器？1—3什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？它由答：测量误差是测得值减去被测量的真值。
哪几测量误差的表示方法：绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差部分。
当被测量大小相同时，常用绝对误差来评定测量准确度；相对误差常用来表示和组比较测量结果的准确度；引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，基本误差、成？附加误差适用于传感器或仪表中。
它的作用及相互关系如何？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。
通常，传感器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—2 :什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？分别说明这些性能指标的含义？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。
灵敏度定义是输出量增量令与引起输出量增量令的相应输入量增量A x之比。
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。
传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。
传感器技术与应用第3版习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII《传感器技术与应用第3版》习题参考答案习题11.什么叫传感器它由哪几部分组成2.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。
项目单元44.6 习题答案1.选择题1）在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中______C___。
A. 电容和电感均为变量B. 电容是变量，电感保持不变C. 电容保持常数，电感为变量D. 电容和电感均保持不变2）在两片间隙为1mm的两块平行极板的间隙中插入____C_____，可测得最大的电容量。
A. 塑料薄膜B. 干的纸C. 湿的纸 D .玻璃薄片2.电容式传感器有几种类型？各有什么特点？试举出你所知道的电容传感器的实例。
答案：电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。
电容式传感器的特点：结构简单，性能稳定，可在恶劣环境下工作；动态响应好、灵敏度高，阻抗高，功率小，没有由于振动引起的漂移。
但测试时导线的分布电容对测量误差影响较大。
电容式传感器主要能测量荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量。
3. 电容式传感器常用的转换电路有哪些？答案：1.桥式电路2.调频电路3．脉冲宽度调制电路4．运算放大器式测量电路。
4.粮食部门在收购、存储粮食时，需测定粮食的干燥程度，以防霉变。
请你根据已学过的知识设计一个粮食水份含量测试仪（画出原理图、传感器简图，并简要说明它的工作原理及优缺点）答案：略。
5.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的？采取什么措施可提高灵敏度、改善其非线性特征？答案：变间隙型电容传感器原理如图4.3(a)所示。
图中极板1是固定不动的，极板2为可动的，一般称为动极板。
当动极板受被测物作用引起位移时，就改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。
设传感器初始时的电容量为Co(Co＝εA／do)，当动极板位移使极板间距减小x值后，其电容值为：)1(000x d x C x d AC -+=-=ε (4-4)由上式可见，电容量C 与x 不是线性关系，其灵敏度也不是常数。
在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差动形式6.有一平面直线位移型差动电容传感器其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。
项目单元2课后习题参考答案1.选择题C A CD C A C B D B2. 电阻温度系数 膨胀系数3. 电阻值的变化4. 相对桥臂阻值乘积相等5. 没有关系6. 温度误差 灵敏度7. 应变片，压阻效应8. 形变，电阻9. 答：导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变, 导致其电阻值发生变化的物理现象称为应变效应。
对金属材料而言, k0的大小以 (1 + 2μ) 为主; 而对于半导体材料, k0的大小以l l //∆∆ρρ为主。
金属材料应变片其灵敏度较为稳定，而半导体材料的灵敏度受多种因素影响，呈非线性，波动较大。
10. 一是电阻式应变片的阻值变动较小,很难用一般的电阻测量仪器测量；二是实际测量系统中,需要把电阻变化转换为电压的变化。
故实际一般使用电桥电路进行测量。
11. 平衡电桥可以实现温度自补偿功能，所以只需要调节零点补偿即可，而不平衡电桥既需要零点补偿也需要温度补偿电路。
12. 单臂电桥在温度补偿中需要在相邻桥臂加装补偿片或者采用应变片自补偿，自补偿可以采用相同规格应变片对应补偿，补偿片则是用另一块和被测试件结构材料相同而不受应力的补偿块上贴上和工作片规格完全相同的补偿片, 使补偿块和被测试件处于相同的温度环境, 工作片和补偿片分别接入电桥的相邻两臂。
13. 动态电阻应变仪组成框图14电阻式传感器，主要包括电阻应变片、电位器、测温热电阻、热敏电阻、湿敏电阻等传感器。
利用电阻传感器可以测量力、压力、位移、应变、荷重、转矩、加速度、温度、湿度、气体成份及浓度等非电量参数。
电阻式传感器结构简单，性能稳定，灵敏度较高，有的还可用于动态测量。
15. 热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，它是利用半导体的电阻随温度变化的特性而制成的测温元件。
按温度系数不同可分为正温度系数热敏电阻（PTC ）和负温度系数热敏电阻（NTC ）和临界温度系数热敏电阻（CRT ）3种。
主要特点：灵敏度高，稳定性好，过载能力强，寿命长。
《传感器技术与应用第3版》习题参考答案习题11.什么叫传感器？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。
《传感器技术与应用第3版》习题参考答案习题11.什么叫传感器？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。
6. 传感器的性能指标有哪些？设计、制造传感器时应如何考虑？试举例说明？答：传感器有基本参数指标，例如量程、灵敏度、精度以及动态特性的频率特性、上升时间、过冲量等；有环境参数指标，例如温度、气压、湿度等；有可靠性指标，例如寿命、平均无故障时间、绝缘电阻、耐压等；还有供电方式、外形尺寸、重量、安装方式等性能指标。
在设计、制造传感器时应根据实际的需要与可能，在确保主要性能指标实现的基础上，放宽对次要性能指标的要求，以求得高的性能价格比。
例如：测量体温的温度表用的是水银材料（精度高，水银低温时要冻结），而家庭使用测量室温度的温度计用的是染色酒精（低温时不冻结，价格便宜）。
习题21. 用K型（镍铬—镍硅）热电偶测量炉温时，自由端温度t0=30℃，由电子电位差计测得热电势E(t,30℃)=37.724mV，求炉温t。
答：参考端（自由端）温度t0=30℃，由分度表2-1可查得E(30℃,0℃)=1.203mv，若测得热电势E(t,30℃)= 37.724mv，则可得E(t,0℃)=E(t,30℃+E(30℃,0℃)= 37.724+1.203=38.927mv再查分度表可知炉温t=940℃。
2. 热电偶主要分几种类型，各有何特点。
我国统一设计型热电偶有哪几种？答：热电偶主要分普通型热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶。
普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成，是工业测量上应用最多的热电偶；铠装热电偶耐高压、反应时间短、坚固耐用；薄膜热电偶适用于各种表面温度的测量。
我国指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
3. 利用分度号Pt100铂电阻测温，求测量温度分别为t1=-100℃和t2=650℃的铂电阻Rt1、Rt2值。
答：在-100℃铂电阻的电阻—温度特性方程为：R t=R O[1+At+Bt2+Ct3(t-100)]将R0=100Ω、t1=-100℃、A= 3.9684×10-3/℃、B= -5.847×10-7/℃2、C= -4.22×10-12/℃4代入，可计算得到R t=100［1＋3.9684×10-3×（-100）＋（-5.847×10-7）×（-100）2＋（-4.22×10-12）×（-100）3×（-100－100）］＝59.6Ω在+650℃铂电阻的电阻—温度特性方程为：R t=R O(1+At+Bt2)将R0=100Ω、t2=650℃、A= 3.9684×10-3/℃、B= -5.847×10-7/℃2代入，可计算得到R t=100（1＋3.9684×10-3×650＋-5.847×10-7×6502）＝333Ω4. 利用分度号Cu100的铜电阻测温，当被测温度为50℃时,问此时铜电阻Rt值为多大？答：R t≈R0(1+αt)R0为温度为0℃时铜电阻值，Cu100为100Ω，α1为常数；α1=4.28×10-3 ℃-1。
代入算得R t≈100×（1＋4.28×10-3×50）＝121.4Ω5. 画出用四个热电偶共用一台仪表分别测量T1、T2、T3和T4的测温电路。
若用四个热电偶共用一台仪表测量T1、T2、T3和T4的平均温度，电路又应怎样连接？答：（1）四个热电偶分别接电子开关，再接同一台测量仪表，通过选通电子开关的办法，实现分别测量T1、T2、T3和T4的温度。
（电子开关可以采用DG801／802超导通电阻（最大导通电阻为0.4Ω）电子开关， S端输入，D端输出，C端高电平时选通。
）（2）四个热电偶并联再接测量仪表，可以实现共用一台仪表测量T1、T2、T3和T4的平均温度。
图略，可参照图2－12。
6. 硅二极管测温电路，如图2-25所示。
当被测温度t为30℃时，输出电压为5V，当输出电压为10V时，问被测温度为多大？答：温度每变化1℃，输出电压变化量为0.1V。
输出电压为10V时，被测温度为80℃。
7. 利用如图2-28所示集成温度传感器测量温度，如果被测温度为30℃时，输出电压为303mV，问被测温度为120℃时，输出电压U R为多大？答：温度每变化1℃，输出电压变化量为1mV（每1度K与每1℃相同）。
被测温度为120℃时，输出电压U R为303mV＋90mV，即393mV。
8. 分析图2-29所示热电偶参考端温度补偿电路工作原理。
答：集成温度传感器AD590应紧贴热电偶参考端，处于同一温度下。
AD580是一个三端稳压器，提供稳定输出电压U0=2.5V。
电路工作时，调整电阻R2使得集成温度传感器AD590的随温度变化的输出电流的I1分量为I1=t0×10-3I1的单位是mA，即1μA／K的电流。
这样在电阻R1上产生一个随参考端温度t0变化的补偿电压U1=I1R1。
选择R1使U1与E AB（t0,0℃）近似相等。
U1与热电偶输出电压E AB（t, t0）串联相加后输入测量仪表，起参考端温度补偿作用，测量仪表显示的为实际测量温度值。
9. 正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻各有什么特性？各有哪些用途？哪一种热敏电阻可以做“可恢复熔丝”？答：正温度系数热敏电阻随温度升高阻值增大，阻值随温度的变化有线性型和突变型。
负温度系数热敏电阻随温度升高阻值降低，，阻值随温度的变化有突变型和负指数型。
线性型正温度系数热敏电阻和负指数型负温度系数热敏电阻适用于温度测量。
突变型正温度系数热敏电阻和突变型负温度系数热敏电阻适用于温控开关和温度保护电路。
突变型正温度系数热敏电阻可以做“可恢复熔丝”。
温度升高到突变值，电阻陡然升高，相当于保险丝熔断。
当温度降低时，电阻陡然变小，相当于保险丝又恢复接通了。
10. 参照冰箱热敏电阻温控电路，用热水器专用温度传感器设计热水器温度控制电路？答：如图，温度降低到一定值，继电器K接通，电加热器加热。
温度升高到一定值，继电器K断开，电加热器停止加热。
习题31. 弹性敏感元件的作用是什么？有哪些弹性敏感元件？如何使用？答：弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移，然后再由传感器将应变或位移转换成电信号。
有变换力的弹性敏感元件，例如等截面柱式、圆环式、等截面薄板、悬臂梁及轴状等结构。
有变换压力的弹性敏感元件，例如弹簧管、波纹管、波纹膜片、膜盒和薄壁圆筒等，它可以把流体产生的压力变换成位移量输出。
应仔细分清不同弹性敏感元件的性能，根据测量物理量的性质、大小、测量条件和测量精度，选用合适的弹性敏感元件。
2. 电阻应变片是根据什么基本原理来测量应力的？简述图3-9所示不同类型应变片传感器的特点。
答：电阻应变片是把导体的机械应变转换成电阻应变，通过电阻测量来测量所受的应力。
金属电阻应变片分体型和薄膜型。
属于体型的有电阻丝栅应变片、箔式应变片、应变花等。
图3-9所示丝绕式应变片粘贴性能好，能保证有效地传递变形，性能稳定，且可制成满足高温、强磁场、核辐射等特殊条件使用的应变片。
缺点是U 型应变片的圆弧型弯曲段呈现横向效应，H 型应变片因焊点过多，可靠性下降。
箔式应变片优点是粘合情况好、散热能力较强、输出功率较大、灵敏度高等。
在工艺上可按需要制成任意形状，易于大量生产，成本低廉。
半导体应变片灵敏系数大、机械滞后小、频率响应快、阻值围宽（可从几欧～几十千欧），易于做成小型和超小型；但热稳定性差，测量误差较大。
3. 图3-11（d ）为应变片全桥测量电路，试推导其输出电压U 0表达式。
答：图3-11（d ）是四个桥臂均为测量片的电路，且互为补偿，有应变时，必须使相邻两个桥臂上的应变片一个受拉，另一个受压。
443344221111)()(R R R R R R u R R R R R R u u i i o ∆-+∆+∆--∆-+∆+∆+= 可以计算输出电压为 R R u u i o 1∆⋅=4. 利用图3-12分析石英晶体的压电效应。
