传感器与检测技术课后题答案

1-2 自动检测系统通常由几个部分组成？其中对传感器的一般要求是什么？

首先由各种传感器将非电被测物理或化学成分参量转化成电参量信号，然后经信号调理，数据采集，信号处理后，进行显示，输出，加上系统所需的交，直流稳压电源和必要的输入设备，便构成了一个完整的自动检测系统。

对传感器通常有如下要求：1，准确性 2，稳定性 3，灵敏度 4其他：如耐腐蚀性，功耗，输出信号形式，体积，售价等。

1-3 试述信号调理和信号处理的主要功能和区别，并说明信号调理单元和信号处理单元通常由哪些部分组成。

信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波，转换，滤波，放大等，以便检测系统后续处理或显示。

信号处理模块是自动检测仪表，检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和大脑相类似。

信号调理电路通常包括滤波、放大、线性化等环节。

信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速处理器（DSP）和大规模可编程集成电路，或直接采用工业控制计算机来构建。

2-1 随机误差，系统误差，粗大误差产生的原因是什么？对测量结果的影响有什么不同？从提高测量准确度看，应如何处理这些误差？ 随机误差主要是由于检测仪器或测量过程中某些未知或无法控制的随机因素综合作用的结果。

系统误差产生的原因大体上有：测量所用的仪器本身性能不完善或安装，布置，调整不当；在测量过程中温度，湿度，气压，电磁干扰等环境条件发生变化；测量方法不完善，或者测量所依据的理论本身不完善；操作人员视读方式不当等。

粗大误差一般由外界重大干扰或仪器故障或不正确的操作等引起的。

减小和消除系统误差的方法——1，针对产生系统误差的主要原因采取相应措施

2，采用修正方法减小恒差系统误差

3，采用交叉读书法减小线性系统误差

一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？

答：（1）能感受（或响应）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。（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是

将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。

1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。

答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息

其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；

（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可

以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感

元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。

1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？

答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。

（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分

辨率和精确度。（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；

不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；

1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？

答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度

越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。

1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？

答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使

仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度

就是这个近似程度的一个性能指标。（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线

作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟

1 习题4常用传感器

4.6 电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r=4mm，工作初始极板间距离

δ0=0.3mm，介质为空气。问:

① 如果极板间距离变化量Δδ=±lμm，电容的变化量ΔC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Δδ= ±1μm时，读数仪表的变化量为多少?

解

CC

220πrCC

2362312)103.0()10()104(14.31085.8

pF1094.41094.4315

pF)1094.4(/mV5mV/pF100321格CSSx

格472.

4-1 什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？

一般情况下，应变片的灵敏系数小于电阻丝的灵敏系数。

原因是：当应变片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上时，由于基底和粘结剂的弹性模量与敏感栅的弹性模量之间有差别等原因，弹性体或试件的变形不可能全部均匀地传递到敏感栅；丝栅横向效应的影响。

4-2 金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？

前者利用金属应变引起电阻的变化；而后者是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化（压阻效应）。

4-3 试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。

不同点：自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。

相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、截面型和螺管性三种类型。

4-4在自感式传感器中,螺管式自感传感器的灵敏度最低，为什么在实际应用中却应用最广泛？

2 答：在自感式传感器中，虽然螺管式自感传感器的灵敏度最低，但示值范围大、线性也较好；同时还具备自由行程可任意安排、制造装配方便、可互换性好等优点。由于具备了这些优点，而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决，故目前螺管式自感传感器应用中最广泛。

文档鉴赏

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

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

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；