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传感器与传感器技术(何道清)课后答案

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《传感器与传感器技术》计算题答案差；写出端点连线法和最小二乘法拟合直线方程。

解 校验数据处理（求校验平均值）：（1）端点连线法 设直线方程为y=a 0+kx ，取端点（x 1，y 1）=（0，-2.70）和(x 6，y 6)=（0.10，14.45）。

则a 0由x=0时的y 0值确定，即a 0=y 0-kx=y 1=-2.70 (mV)k 由直线的斜率确定，即（mV/MPa ）拟合直线方程为y =-2.70+171.5x♦求非线性误差： 所以，压力传感器的非线性误差为5.171010.0)70.2(45.141616=---=--=x x y y k♦求重复性误差：最大不重复误差为0.08 mV ，则重复性误差为♦求迟滞误差：%7.0%100)70.2(45.1412.0±=⨯--±=L δ%47.0%100)70.2(45.1408.0±=⨯--±=R δ最大迟滞为0.10mV ，所以迟滞误差为（2）最小二乘法设直线方程为y =a 0+kx数据处理如下表所示。

根据以上处理数据，可得直线方程系数分别为：所以，最小二乘法线性回归方程为y =-2.77+171.5x求非线性误差： %58.0%100)70.2(45.1410.0±=⨯--±=H δ()mV)(77.2042.08826.076626.03.0022.06942.23.083.34022.02222-=-=-⨯⨯-⨯=-⋅-⋅=∑∑∑∑∑∑x x n xy x y x a ())MPa /mV (5.1713.0022.0683.343.0942.26222=-⨯⨯-⨯=-⋅-=∑∑∑∑∑x x n y x xy n k所以，压力传感器的非线性误差为可见，最小二乘法拟合直线比端点法拟合直线的非线性误差小，所以最小二乘法拟合更合理。

%41.0%100)77.2(38.1407.0±=⨯--±=L δ0ζ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。

解：由f 0=10kHz ，根据二阶传感器误差公式，有将ζ=0.1代入，整理得1—14 设有两只力传感器均可作为二阶系统来处理，其固有振荡频率分别为800Hz 和1.2kHz ，阻尼比均为0.4。

今欲测量频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只?并计算将产生多少幅()[]()%nn 314112222≤-ωωξ+ωω-=γ()[]()069103141122222..nn =≤ωωξ+ωω-()()00645.096.124=+-n n ωωω⎩⎨⎧=⇒⎩⎨⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛0.183(388.10335.0927.12舍去）n nωωωω()kHz f f f ff f o oo n 83.110183.0183.0183.022=⨯==⇒===ππωω度相对误差和相位差。

解：由题意知则其动态误差=7.76%相位差= -0.29(rad)= -16.6°⎩⎨⎧===3/11200/4005.0800/400n ωω()4.0=ξ()[]()141122221-+-=n nωωξωωγ[]%6.1715.04.045.0112222=-⨯⨯+-=()[]()1314.04311122222-⨯⨯+-=γ()()212n 115.015.04.02tan / 1/2tan -⨯⨯-=--=--ωωωωξϕn ()︒-=-=9.2749.0rad ()()123/11314.02tan -⨯⨯-=-ϕεx =Δl/l所以Δl/l =εx =0.0015=0.15%2—7 某120Ω电阻应变片的额定功耗为40mW ，如接人等臂直流电桥中，试确定所用的激励电压。

解：由电阻应变片R=120，额定功率P=40mW ，则其额定端电压为U=当其接入等臂电桥中时，电桥的激励电压为ΩV PR 19.210401203=⨯⨯=-材料的弹性模量E=2×10N/m，求其所受拉力大小。

习题图2-11 差动电桥电路0.285⨯0.002= -0.00057 输出电压U o为多大?002.02120/48.0=)-ε(a) (b)习题图2-12 悬臂粱式力传感器解：等强度梁受力F 时的应变为当上下各贴两片应变片，并接入四臂差动电桥中时，其输出电压：则其电压灵敏度为=3.463×10-3(V/N)=3.463(mV/N) 当称重 F=0.5kg=0.5×9.8N=4.9N 时，输出电压为U 0 =K u F=3.463×4.9=16.97(mV)2—13 现有基长为10mm 与20mm 的两种丝式应变片，欲测钢构件频率为10kHz 的动态应力，若要求应变波幅测量的相对误差小于0.5％，试问应选用哪一种?为什么?解： λ=v/f =5000/（10⨯103）=0.5(m) l 0=10mm 时l 0=20mm 时由此可见，应选用基长l 0=10mm 的应变片.2—14 有四个性能完全相同的应变片(K=2.0)，将其贴在习题图2—14所示的压力传感器圆板形感压膜片上。

已知膜片的半径R=20mm ，厚度h=0.3mm ，材料的泊松比µ=0.285，弹性模量E=2.0×1011N/m 2。

现将四个应变片组成全桥测量电路，供桥电压U i =6V 。

求：(1)确定应变片在感压膜片上的位置，并画出位置示意图；(2)画出相应的全桥测量电路图； (3)当被测压力为0.1MPa 时，求各应变片的应变值及测量桥路输出电压U 0；(4)该压力传感器是否具有温度补偿作用?为什么?Eb h Fl026=εEb h Fl KU K U U i i O 02644==ε422101.21136100626⨯⨯⨯⨯⨯⨯===︒Eb h l KFU K i o u υ%066.0118050010sin 105001sin 001-=-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=-︒πλππλδl l ＝%26.0118050020sin 205002-=-⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=︒πδ（2）测量电桥电路如上图(b)所示。

(a) (b)4mm，若允许最大消耗功率为40mW，传感器所用激励电压为允许的最大激励电压。

试求当输入位移量为1.2mm时，输出电压是多少?解：最大激励电压当线位移x=1.2mm时，其输出电压()VPR Ui201010104033=⨯⨯⨯==-2—18 一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0~10mm ，分辨力为0.05mm ，灵敏度为2.7V/mm ，电位器绕线骨架外径d=5mm ，电阻丝材料为铂铱合金，其电阻率为ρ=3.25×10-4Ω·mm。

当负载电阻R L =10kΩ时，求传感器的最大负载误差。

解：由题知，电位器的导线匝数为N=10/0.05=200则导线长度为l =N πd=200πd ， (d 为骨架外径)电阻丝直径与其分辨力相当，即d 丝=0.05mm故电阻丝的电阻值δLm ≈15m%=15×0.052%=0.78%第3章 电感式传感器3—15 某差动螺管式电感传感器(参见习题图3-15)的结构参数为单个线圈匝数W=800匝，l =10mm ，l c =6mm ，r=5mm ，r c =1mm ，设实际应用中铁芯的相对磁导率µr =3000，试求：(1)在平衡状态下单个线圈的电感量L 0=?及其电感灵敏度足K L =?(2)若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz ，电压E =1.8V ，设电感线圈有效电阻可忽略，求该传感器灵敏度K 。

(3)若要控制理论线性度在1％以内，最大量程为多少? 解：（1）根椐螺管式电感传感器电感量计算公式，得习题图3-15 差动螺管式电感传感器)V (62.1420=⨯=⋅=x l U U i o 24丝d l S l R πρρ==()Ω=⨯⨯⨯⨯=-52005.0452001025.324ππ052.010105203=⨯==L R R m ()222200cc r r l lrl W L μπμ+=差动工作灵敏度：(2) 当f =1000Hz 时，单线圈的感抗为X L =ωL 0 =2πf L 0 =2π×1000×0.46=2890(Ω) 显然X L >线圈电阻R 0，则输出电压为测量电路的电压灵敏度为而线圈差动时的电感灵敏度为K L =151.6mH/mm ，则该螺管式电感传感器及其测量电路的总灵敏度为=297.1mV/mm3—16 有一只差动电感位移传感器，已知电源电U sr =4V ，f =400Hz ，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Ω，L= 30mH ，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题图3—16所示，试求： (1)匹配电阻R 3和R 4的值；(2)当△Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；(3)用相量图表明输出电压与输入电压之间的相位差。

习题图3-16 解：（1） 线圈感抗X L =ωL=2πf L=2π⨯400⨯30⨯10-3=75.4（Ω） 线圈的阻抗故其电桥的匹配电阻(见习题图3-16)R 3 = R 4 =Z=85.4（Ω）（2）当ΔZ=10Ω时，电桥的输出电压分别为单臂工作：()())(46.010*********10101080010492922327H =⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=----ππrc L r l W K μπμ22202⋅=()mm m m /6.151/6.15130001011010800104262327H =H =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=---ππ02L L E U O ∆=H =H =H⨯==∆=m mV V VL E L U K u /96.1/96.146.028.1200H⨯H =⋅=m mV mm m K K K u L /96.1/6.151sc Usr U()Ω=+=+=4.854.75402222L X R Z ()V Z Z U U sr sc 117.04.8510444=⨯=∆=(5)当线圈存在200pF分布电容与之并联后其等效电感值。

习题图3-17 气隙型电感式传感器（变隙式）R1、R2为电桥平衡电阻。

题3-18题解图4—2 试计算习题图4-2所示各电容传感元件的总电容表达式。

(a) (b) (c)(2)当电容传感器的动极板位移△δ=10µm时，输出电压U sc值。

习题图4—3x=0.05mm 时，电桥输出端电压U sc ?习题图4-5当动极板向右位移△x=10mm 时，电桥输出端电压U sc ?习题图4-64—7 中的平行平板组成。

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传感器与检测技术课后答案

传感器与检测技术课后答案

传感器与检测技术课后答案第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。

（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统① MEMS技术要求研制微型传感器。

如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。

② 研制仿生传感器④ 研制成分分析用传感器⑤ 研制微弱信号检测传感器③ 研制海洋探测用传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。

它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。

系统功能最大程度地用软件实现。

（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。

（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。

3．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。

1）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；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。

(完整版)传感器课后答案

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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。

传感器与自动检测技术课后答案共58页文档

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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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传感器与自动检测技术课后答案
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24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
传感器与检测技术课后习地的题目答案详解

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第一章1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。

敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。

2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。

（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。

如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。

②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。

它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。

系统功能最大程度地用软件实现。

（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。

（5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。

3．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。

1）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；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。