第一篇：傳感器原理及應用_第三版_(王化祥_張淑英_)_天津大學_課后答案

第10章綜合練習題

[填空練習題]

10-1（1）傳感器靜態特性指標主要有--------------、------------、、----------------、-------------等.而其動態特性指標主要有----------------和----------------兩部分.(2)傳感器的精度A含義是-----------------,根據精度等級概念,若測得某傳感器A=0.48%,則該傳感器應定為----------------級精度.*100%???(3)傳感器線度?A含義是-------,擬合刻度直線方法有最小二乘法三種。

(4)某電容式位移傳感器,當被測位移變化量△X=50?m,相應輸出電容變化量△C=25PF,其maxLF?S?平均靈敏度為-------------;用切線法求得線性度為1%.若現采用差動式電容結構,其靈敏度應為-------------,用切線法求得線性度應為-------------..(5)傳感器的最小檢測量是指--------而言,最小檢測量愈小則表示傳感器-------------愈高.10-2(1)金屬應變片工作原理是-------------,半導體應變片工作原理是-------------.二者應變靈敏度系數主要區別是-----------..(2)為提高應變片動態測量精度,當被測應變片波長一定時同歲有基長一定時,現有基長分別為10mm和20mm兩種應變片,則應選用基長為------------------mm的應變片,方可減小動態誤差,(3)應變式傳感器產生溫度誤差的原因為------------------和------------------.通常采用的溫度補償方法有-----------------------等.(4)應變片靈敏度系數K的測試條件是-----.測得的K值大小比應變絲的應變靈敏度系數KS------------------,其原因是-----.(5)為減小溫度誤差,壓阻器件一般采用------------------源供電.而器件本身受溫度影響要產生------------------漂移和------------------漂移.因此要采用溫度補償措施,方法有-----等.10-3(1)電容式傳感器分布電容的存在對測量的危害性是:-----.通常采用消除和減小頒布電容的方法有-----------------------等.(2)平等板式電容傳感器,變面積型可用于檢測------------------,變間距型可用于檢測------------------,而變介質型可用于檢測------------------等參數.C1-C2E的形式時(E為電源電壓,C1和C2為差C1+C2

動電容),則其具有的特點是具有溫度補償功能、靈敏度高、非線性誤差小。

(4)運算法測量電容傳感器電路具有的特點是:------------------。(3)當差動式電容測量電路輸出電壓為U=

(5)電容式差壓變送器的敏感電容結構是------------------,其主要特點是-----------------------。

10-4(1)差動電感及差動變壓器的位移—電壓特性均為關于原點對稱線性輸出特性,因而測位移存在移動方向判斷問題,解決此問題的方法是采用相敏檢波電路.(2)提高差動變壓器輸出信號電壓的措施有:-----------------------等。

(3)差動變壓器零點殘余電壓產生的原因是:-----------------------等,消除和減小的方法有:-----------------------等.(4)電渦流檢測線圈結構特點是采用------------------線圈,當被測------------------材料靠近它時,利用線圈變化------------------進行測量.(5)電渦流傳感器應用方式可分為兩大類:即按------------------不同可分為------------------和------------------,它主要用于檢測-----------------------等參數.10-5(1)壓電元件的原理是------------------效應,它的主要特點是-----------------------.目前常使用的壓電材料有-----------------------等.(2)壓電式傳感器對測量------------------信號無響應,其被測信號頻帶上限取決于------------------,頻帶下限取決于------------------.(3)壓電元件測量電路采用前置放大器的目的是:-----.目前經常應用的前置放大器有------------------和------------------兩種.(4)若單片壓電片等效電容為C,輸出電荷為q,輸出電壓為U.則將相同兩片串接后其總參數C′為c/2,q′為q,U′為2U;若改為兩片并接后,其總參數C′為2C,q′為2q,U′為U.(5)石英壓電元件的縱向壓電效應是X方向的作用力,在垂直于x軸的 電極面上產生電荷;而橫向壓電效應是y方向的作用力在垂直于x軸的電極面上產生電荷.10-6(1)編碼器按組成原理可分為-------------------式、-------------------式、-------------------式等。編碼器按用途不同可分------------------和------------------，分別用于檢測------------------和------------------參數。

（2）光柵傳感器是根據------------------原理制成的。是由-----------------------組成的，主要用于-----------------------檢測等參數。

（3）莫爾條紋的寬度BH由------------------和------------------決定。一般調節莫爾條紋寬度主要采用的方法是------------------。

（4）振弦式傳感器采用------------------系統，其輸出為------------------信號。主要用于檢測--------------------

---等參數。

（5）振弦傳感器的固有頻率f0與弦線的-----等參數有關。為改善其輸出f-T特性的非線性，可采用-----等方法。

10-7（1）熱電偶的工作原理是------------------效應，熱電勢包括------------------和------------------兩種，能產生熱電勢的必要條件是------------------。

（2）熱電偶補償導線的作用是------------------，對選擇補償導線的要求是-----。

（3）熱電阻測溫的原理是＿＿，一般目前常用的熱電阻有＿＿、＿＿、＿＿等。

（4）熱敏電阻按溫度系數分為＿＿、＿＿、＿＿三種，熱敏電阻本身溫度取決于＿＿、＿＿兩個因素。

（5）熱敏電阻用于測溫元件時，其工作電流要求為＿＿，應該工作在伏——安曲線的＿＿區域，原因是＿＿＿＿。

10-8（1）霍爾元件由于采用了可用于檢測磁場；電流或電壓；功率等參數。

（2）霍爾元件的不等位誤差是指＿＿＿＿而言。其產生的原因為＿＿、＿＿等，減小不等位電勢的方法有＿＿、＿＿等。

（3）光電效應分為三類即：＿＿效應，相應的器件有＿＿；＿＿效應，相應的器件有＿＿；＿＿＿效應，相應的器件有＿＿＿。

（4）光電池的原理是利用光生伏特效應。從光照特性可以看出其開路電壓與照度為非線性關系，而短路電流與照度成線性效應，所以光電池作為檢測元件時應取短路電流的輸出形式。

（5）濕敏元件工作電源要求采用＿＿信號源，其原因是＿＿＿＿。此外其測量電路還要采

取＿＿和＿＿等措施。

10-9（1）光纖傳光的原理是。光纖由纖芯和包層組成，其傳光的必要條件是入射光線的入射角的正弦值必須小于光纖的數值孔徑，即sinθi

（2）光纖傳感器可分為＿＿、＿＿和＿＿三類。其檢測原理是＿＿＿＿。

（3）光纖的數值孔徑NA是＿＿參數，對于光纖傳感器而言一般要求NA值在＿＿范圍。

第二篇：(第十一章綜合)傳感器原理及應用_第三版_(王化祥_張淑英_)_天津大學_課后答案

1.1 傳感器靜態特性指標主要有線性度，靈敏度，精確度，最小檢測量和分辨力等；而動態特性指標主要有傳遞函數和頻率特性兩部分。

1.2 傳感器的精度A含義是在規定條件下，其允許的最大絕對誤差值相對于其測量范圍的百分數。根據精度等級概念若測得某傳感器A=0.48%，則傳感器應定為0.5級精度。

1.3 傳感器的線性度含義是：在規定條件下，傳感器校準曲線和擬合曲線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比。擬合刻度直線的方法有端基法，最小二乘法，切線法三種。

1.4 某電容式位移傳感器，當被測位移變化是，相對電容變化輸出量為，其平均靈敏度為0.5pF/um;用切線法求得線性度為1%。若用差動式電容結構，其靈敏度為1pF/um。用切線法求得線性度為0.01%。

1.5 傳感器的最小檢測量是指傳感器確切反映被測量的最低級限量而言。最小檢測量愈小，則表示傳感器的檢測微量能力愈高。2.1金屬應變片工作原理是應變效應。半導體應變片的工作原理是壓阻效應。二者應變靈敏度系數主要區別是前者是受到一維應力時測得，后者是在多向應力作用下測得的；前者主要受膠層傳遞變形失真和橫向效應影響萬惡后者則受擴散電阻的表面雜質濃度和溫度影響；前者為放應電阻相對變化以應變?的線性關系，后者為電阻率變化與?的線性關系。

2.2為提高應變片的動態測量精度，當被測應變片波長一定時，現有基長分別為15mm和20mm兩種應變片，則應選用基長為15mm的應

變片，方可減少動態誤差。2.3 應變式產生溫度誤差的原因是應變片電阻絲具有一定的溫度系數和電阻絲材料和測試材料的線膨脹系數不同。通常采用的溫度補償法單絲自補法，雙絲組合式自補法，電路補償法。2.4應變片傳感器靈敏度系數K的測試條件是在試件受到一組應力作用時，應變片的軸向與主應力方向一致且試件材料是泊松比為0.285的鋼材。測得長值的大小比應變絲的應變靈敏度K小，其原因是膠層傳遞變形失真和橫向效應。

3.1 電容式傳感器分布電容的存在對點測量的危害性是：顯著降低靈敏度，使傳感器特性不穩定。通常采用的消除和減小分布電容方法有采用靜電屏蔽措施，采用驅動電纜技術。

3.2平行板式電容傳感器，變面積型可用于檢測微小位移，而變介質型可用于檢測容器中液面高度（測片狀材料厚度，介質常數）等。

3.4運算法測量電容傳感器電路具有的特點是：輸出電壓U與動極片的位移d成線性關系，從原理上解決了使用單個變間隙型電容傳感器輸出特性的非線性問題。4.1差動電感及差動變壓器的位移-電壓特性均為正比(交流)特性，因而測位移存在只能反映大小不能反映方向的問題，解決此問題的方法是采用差動整流電路和相敏檢波電路。

4.2提高差動變壓器輸出信號電壓哦措施是：增加匝數比N2/N1，增加初級線圈電壓e1，增加激勵電壓頻率。

4.3 差動變壓器零點殘余電壓產生的原因是：基波分量，高次諧波，電路干擾等。消除和減小的方法

有：從設計和工藝上保證結構對稱性，選用合適測量電路，采用補償線路等。

4.4電渦流檢測線圈結構特點是采用扁平圓形線圈，當被測導體材料靠近它時，利用線圈Q值，等效阻抗Z，電感L，度化進行測量。4.5 電渦流傳感器的應用方式可分為兩大類，即按激勵頻率不同可分為高頻反射式和低頻透射式，它主要用于檢測位移，振幅，厚度等。

5.1壓電元件的原理是壓電效應，它的主要特點是響應頻率寬，信噪比大，結構簡單。目前常用的壓電材料有石英晶體，壓電陶瓷，鋯鈦酸鉛等。

5.2 壓電傳感器對測量靜態信號無響應，其被測信號上限反饋電路的參數和，頻率下限取決輸入電阻。

5.3 壓電元件測量電路采用前置放大器的目的是:把壓電式傳感器的高輸出阻抗換成低阻抗輸出，放大壓電式傳感器輸出的弱信號。目前經常應用前置放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種。5.4 若單片壓電片等效電容為C，輸出電壓為U，存將相同的兩片串接后，其參數C’為1/2C，q’為q，u’為2u；若改為兩片并接后，總參數C’為2C，q’為2q，u’為u。

5.5 石英壓電元件的縱向壓電效應是沿電軸x-x方向的作用力，在垂直于x軸電極面上產生電荷；而橫向壓電效應是沿機器軸Y-Y方向的作用力在垂直于x軸電極面上產生電荷。

6.2 光柵傳感器是根據莫爾條紋原理制成的，是由照明系統，光柵副，光電接收器件組成的。主要用于控制線位移，角位移，速度等參數。

6.3 莫爾條紋的寬度Bh由光柵常數和光柵夾角?決定，一般調整莫爾條紋的寬度主要采用的方法是調節夾角?。

7.1 熱電偶的工作原理是熱電效應，熱電勢包括接觸電勢和溫差電勢兩種，能產生熱電勢的必要條件是：熱電偶必須用兩種不同材料作為熱電極，熱電偶兩端存在溫差。

7.2 熱電偶的補償導線的作用是使熱電偶的冷端溫度保持恒定，對選擇補償導線的要求是：在0~100℃范圍內和所接觸的熱電偶具有相同熱電性能且為廉價金屬。

7.3熱電阻測溫的原理是絕大部分金屬具有正的電阻溫度系數溫度越高電阻越大，一般目前采用的熱電阻有鉑電阻，銅電阻等。7.4熱敏電阻按溫度系數分為負溫度系數熱敏電阻，正溫度系數熱敏電阻，非熱敏電阻三種。熱敏電阻本身溫度取決于環境溫度，電流生熱兩個因素。

7.5熱敏電阻用于測溫元件時，其工作電流要求為很小，應該工作在伏安曲線的線性工作區域，原因是當電流很小時，元件的功耗小，電流不足以引起熱敏電阻發熱，元件的溫度基本上就是環境溫度T。

8.1霍爾效應由于采用了半導體材料，元件才有實用價值，它是一個四端元件。一般可用于控制磁場強度，位移，壓力等參數。8.2霍爾元件的不等位誤差是指當控制電流I流過元件時即使磁感應強度為零，在霍爾電極上仍有電勢存在而言，其產生原因為霍爾效應電極偏離等位面，橋臂電阻不等等，減小不等位電勢的方法有機械修磨，化學腐蝕等。8.3光電效應分為三類：即外光電

效應，相應的器件有光電管（光電倍增管）；光電導效應，相應的器件有光敏電阻；光生伏特效應，相應的器件有光電池（光敏晶體管）。

8.4光電池的原理是光生伏特效應，從光照特性可以看出其開路電壓與照度非線性關系，而短路電流與照度成線性效應，所以光電池作為檢測元件時應去短路電流輸出形式。

9.1光釬傳光的原理是:利用光在光纖纖芯和包層之間的全反射來傳光。光釬由光纖和光纖放大器組成，其傳光的必要條件是入射角小于臨界角，即數值孔徑的反正弦。

9.2 光釬傳感器可分為功能型、非功能型和拾光型三類。其檢測原理是----。

9.3 光釬的數字孔徑NA是衡量光釬聚光能力的參數，對于光釬傳感器而言一般要求NA值在0.2-0.4范圍。