传感器原理及应用第四版答案

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1、传感器原理及应用第四版答案【篇一：传感器原理与应用课后习题】txt课任教师：黄华 姓名：张川 学号：114303 第一章 2、一、按工作机理分类：构造型，物性型，复合型三大类。一般在研究物理化学和生物等 科学领域的原理、规律、效应的时候，便于选择。 二、按被测量分类：物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。在对各领域的用途上很容易选择。 三、按敏感材料分类：半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感器、高分子材料传感器、金属传感器等。很明显不同的名字就代表着用法，不同的制造材料去不同使用。 四、按能量的关系分类：有源传感器、无源传感器。很明显是在能量转换的时候，也就是非电与电之间的转换时，尚有就

2、是非电与电能之间的调节作用的时候，需要用到此类传感器。 五、按应用领域分类：医学传感器、航天传感器。顾名思义，就是在医学领域的有关器械检查等方面和航空航天的整体过程中会用到。 六、其她分类法：按用途、科目、功能、输出信号的性质分类。固然按其所需要的类型使用此类传感器。 3、1）线性度：e? 2）敏捷度： ?max y ?100% fs sn? ?y ?x 3）反复性：误差 ex? (23)? ? y ?100% | fs 4）迟滞（回差滞环）现象：e?|5）辨别率：? y?y i d x min 6）稳定性 7）漂移 4、它是传感器对输入鼓励的输出响应特性。一般从时域或者频域两方面采用瞬态响应

3、法和频率响应法来分析。 6、系统：a dy(t) ?by(t)?cx(t) dtady(t)c ?y(t)?x(t) bdtb 通用形式：? dy(t) k传感器的静态敏捷度或放大系数，k=c/b，反映静态特性；?传递函数： h(s)? k 1?s ?频率特性： h(jw)? k 1?jw? ?幅频特性： a(w)?|h(jw)|? k?(?) 2 ?)?arctan(?) ?想频特性： ?(?)?arctan( 0; 输出y(t)反映输入x(t); 第二章 2、金属导体受到外力作用产生机械形变，电阻值会随着形变的变化而变化。应变片的敏感栅 受力形变后使其电阻发生变化。将其粘贴在试件上，运用应

4、变电阻效应便能把试件表面的应变量直接变换为电阻的相对变化量，这样就把力的大小通过电阻变化转化为电信号再有电信号模拟出来数字显示，金属电阻应变片就是运用这一原理制成的传感元件。系统 摘要：设计和制作了一种油料液位监测系统，传感器部分采用电容式液位计，当液位高于最大安生高度时，鸣响振铃并点亮红色led灯;当液位低于所规定的最小高度时，鸣响振铃并点亮黄色led灯；当液位处在所规定的高度范畴内时，点亮绿色led灯。 油料液位是指油库或油箱中的油积存的相对高度当油库或油箱需要充油时，若液位已达到最大安全容量所相应的高度，就需要给充油者以提示；若油的液位低于最低规定高度时，需要给以也提示，以便使油库或油箱

5、得以及时补充这种液位监测系统在储油库或汽车油箱等方面具有重要的作用。文设计和制作了一种油料液位监测系统，以在液位高于最大安全高度时，响振铃报警并点亮红色led灯;当液位置低于某一高度时，鸣响振铃并点亮黄色led灯;当液位处在所规定的高度范畴内时，点亮绿色led灯给以提示。 电路设计及工作原理 油料液位监测系统的电路设计如图所示。整个电路可以提成两部分：测量与转换电路。控制电路、监测系统和振铃。 1.1测量与转换电路 如图所示，虚线方框内为测量与转换电路部分其中测量部 分采用电容式液位计1，构造如图所示，电容式液位计是一种电容式传感器，它是将被测介质的液面变化转换为电容器的电容变化，当油料的液面

6、高度变化时，引起圆柱形电容器 的电容cs发生变化，可以证明液面高度x的变化与电容cs的关系为： 式中， 介电常数，h为电极总高度，r1为内电极外径，2为外电极内径。从（）式可见，电容式液位计的输出电容cs与液位高度x成线性关系再运用脉冲调宽转换电路，就可将液位高度x转换成与之相应的电压输出。 在脉宽调制电路中，cs代表传感器电容，cr为参比电容，cs、cr分别与1、g1、b2 为油料介电常数，为空气【篇二：传感器原理及应用课后习题答案1(吴建平机械工业出版)】 1.1答： 从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号解决部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按

7、一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国内国标（gb766587）对传感器（sensor/transducer）的定义是：“可以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”。定义表白传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在拟定的关系。按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。 1.2答： 构成由敏感元件、转换元件、基本电路构成； 关系，作用传感器处在研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是

8、感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传播与解决的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照国内制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。 1.5 答： 图形符号（略），各部分含义如下： 敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。 传感器：能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或装置,一般由敏感元件和 转换元件构成。 信号调理器：对于

9、输入和输出信号进行转换的 装置。 变送器：能输出原则信号的传感器答：（略）答：（略）答：（略） 2.1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，其重要指标有线性度、迟滞、反复性、辨别力、稳定性、温度稳定性、多种抗干扰稳定性。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。 2.2答： 1）实际传感器有非线性存在，线性度是将近似后的拟合直线与实际曲线进行比较，其中存在偏差，这个最大偏差称为传感器的非线性误差，即线性度， 2）选用拟合的措施诸多，重要有：理论线性度(理论拟合)；端基线性度(端点连线拟合)；独立线性度(端

10、点平移拟合)；最小二乘法线性度。 3）线性度?l是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数。 4）传感器的非线性误差是以一条抱负直线作基准，虽然是同一传感器基准不同步得出的线性度也不同，因此不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须阐明所根据的基准直线。 2.3答：响应特性取决于阻尼比?，阻尼系数?越大，过冲现象削弱，?影响过冲量和振荡次数。 2.4答：（略） 2.5解： 对微分方程两边进行拉氏变换，y(s)(30s+3)=0.15x(s) 则该传感器系统的传递函数为： ?1时无过冲，不存在振荡，阻尼比直接 h(s)? y(s)0.150.05 ? x(s)30s?310s?1 动态误

11、差由稳态误差和暂态误差构成。先求稳态误差： 对方程两边去拉氏变换得： t1(s)?t2(s?)?0st2s( ) 则传递函数为 t2(s)1 ? t1(s)?0s?1 ?0，再求暂态误差： 对于一阶系统，阶跃输入下的稳态误差ess 当t=350s时，暂态误差为 20 e(t)?(300?25)e?350/1?14.88?c 故所求动态误差为： e?ess?e(t)?14.88?c 2 ?n g?j?2 2 s?2?ns?n s?j? ? 1 ?1?2j? ?n?n? 2 则，频率为600hz时的幅值为|g(j?)|? 相对误差为 ? ?0.947 ?600)2?0.7? ?n?52?70 ?t

12、g?1?tg?1 60021?()21?() ?1000 2?(2?n 2.8解：g?j?2 2 s?2?ns?n s?j? ? 1 ?1?2j? ?n?n? 2 |g(j?)|? ? ? ?2 )? 令|g(jw)|?1.03，( 则 10000 2 ?1.93，?2?0.03 代入上式，得 ?1.96?0.0574?0 解得?1 ?1?1389hz，?2?173hz 令|g(jw)|?0.97，则 2 ?1.99（舍负）?1.96?0.0628?0解得?3 代入上式，得 ?3?1411hz 由图2-18二阶传感器系统的幅频特性曲线知，该传感器的工作频率范畴为： 1389hz?1411hz

13、或 ?173hz 2 ?n g?j?2 2 s?2?ns?n s?j? ? 1 ?1?2j? ?n?n? 2|g(jw)|? ?0.940 ?400)2?0.4? ?n?8?33 ?tg?1?tg?1 21?()21?() ?2200 2?( 第3章 电阻应变式传感器 3.1 答： 导体在受到拉力或压力的外界力作用时，会产生机械变形，同步机械变形会引起导体阻值的变化，这种导体材料因变形而使其电阻值发生变化的现象称为电阻应变效应。 当外力作用时，导体的电阻率?、长度l、截面积s都会发生变化，从而引起电阻值r的变化，通过测量电阻值的变化，检测出外界作用力的大小。 3.2答： 金属丝敏捷系数k0重要

14、由材料的几何尺寸决定的。受力后材料的几何尺寸变化为(1?2?)，电阻率的变化为 ?/?/?。而实际应变片的敏捷系数应涉及基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。虽然长度 相似，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）后来，敏捷系数减少了。 3.3答： 敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，由于构造上两端电阻条的横截面积大的应变片横向效应较小。 3.4答： 金属导体应变片的电阻变化是运用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器重要是运用半导体材料的压阻效应。金属电阻丝的敏捷系数可近似写为 敏捷系数近似为 3.5解： k0?/?/?e50100。 k0?1?2?，即k0?1

15、.52；半导体 ?k?2.05;?800?m/m ?r/r?k?0.0164;应变引起的电阻变化?r?0.2? 当电源电压u?3v时，电桥输出电压 u0? 3.6解1： 1）k 3?r?1.23mv 4r ? ?r1/r1 ? 则轴向应变为： ? ?r1/r0.48/120 ?0.002 k2 2）电桥的输出电压为： 11 u0?uk?(1?)?2?2?0.002?1.285?5.14mv 22 解2： ?k?2;r1?120?;?r1?0.48?;u?2v ?r1/r1 0.002ku 电桥输出电压： u0?r1/r1?4mv 2轴向应变： ? 3.7解： ?r1?r2?r3?r4?120?

16、;?0.3;s?0.00196m2;e?2?1011n/m2;u?2v;u0?2.6mv u0 r?0.156?u ?l?r/r?r/r 轴向应变：?0.0008125 lk1?2? ?r?l ?0.0004875 rl 力：f?se?3.185?105n按全桥计算：?r? 3.8解： 梁为一种等截面悬臂梁；应变片沿梁的方向上下平行各粘贴两个； ?k ?2;f?100n;l0?100mm;h?5mm;b?2mm;e?2?105n/m2 6fl?r ?k?220?0.012 rehb ?r 桥路电压6v时,输出电压为：u0?6?0.072v r 3.9解: 由于只有r1为应变片,电桥输出按单臂电

17、桥计算，u0由于两应变片变化大小相似，互相抵消无输出，u0 ? e?r?0.010v 4r ?0v 由于r1,r2应变时大小变化相反,电桥输出按半桥计算，u0? e?r?0.02v2r 第5章 电感式传感器 答案 5.1答： 电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是运用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器运用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。 电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 工作原理：自感、互感、涡流、压磁。 5.2答： 电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏

18、检波电路可有效改善线性度。 5.4答： 差动变压器式传感器的铁芯处在中间位置时，在零点附近总有一种最小的输出电压?u0，将铁芯处在中间位置时，最小不为零的电压称为零点残存电压。产生零点残存电压的重要因素是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 m 、电感l、内阻r）不完全相似，几何尺寸也不完全相似，工艺上很难保证完全一致。【篇三：传感器原理及工程应用第四版(郁有文)课后答案】s=txt1 什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误 差？ 答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。 相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表达措施。实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得

19、值之比。 引用误差是仪表中通用的一种误差表达措施，也用相对误差表达，它是相对于仪表满量程的一种误差。引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。 2 什么是测量误差？测量误差有几种表达措施？ 它们一般应用在什么场合？ 答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。 测量误差可用绝对误差和相对误差表达,引用误差也是相对误差的一种表达措施。在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。在计算相对误差时也必须懂得绝对误差的大小才干计算。 采用绝对误差难以评估测量精度的高下，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。 引用误差是仪表中应用的一种相对误差，

20、仪表的精度是用引用误差表达的。 3 用测量范畴为-50+150kpa的压力传感器测量 140kpa压力时，传感器测得示值为142kpa，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：绝对误差?142?140?2kpa 实际相对误差 标称相对误差 引用误差?142?140?100%?1.43%140 ?142?140?100%?1.41%142 142?140?100%?1%150?（?50） ? 4 什么是随机误差？随机误差产生的因素是什 么？如何减小随机误差对测量成果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。

21、随机误差是由诸多不便掌握或临时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所导致的。 对于测量列中的某一种测得值来说，随机误差的浮现具有随机性，即误差的大小和符号是不能预知的，但当测量次数增大，随机误差又具有记录的规律性，测量次数越多，这种规律性体现得越明显。因此一般可以通过增长测量次数估计随机误差也许浮现的大小，从而减少随机误差对测量成果的影响。 5 什么是系统误差？系统误差可分哪几类？系统 误差有哪些检查措施？如何减小和消除系统误差？ 答：在同

22、一测量条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件变化时，按一定规律变化的误差称为系统误差。 系统误差可分为恒值（定值）系统误差和变值系统误差。误差的绝对值和符号已拟定的系统误差称为恒值（定值）系统误差；绝对值和符号变化的系统误差称为变值系统误差，变值系统误差又可分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差等。 在测量过程中形成系统误差的因素是复杂的，一般人们难于查明所有的系统误差，发现系统误差必须根据具体测量过程和测量仪器进行全面的仔细的分析，这是一件困难而又复杂的工作，目前还没有可以合用于发现多种系统误差的普遍措施，只是简介某些发现系统误差的一般措施。如实验对比法、残存

23、误差观测法，尚有准则检查法如马利科夫判据和阿贝检查法等。 由于系统误差的复杂性，因此必须进行分析比较，尽量的找出产生系统误差的因素，从而减小和消除系统误差。1. 从产生误差本源上消除系统误差；2.用修正措施消除系统误差的影响；3. 在测量系统中采用补偿措施；4.可用实时反馈修正的措施，来消除复杂的变化系统误差。 6 什么是粗大误差？如何判断测量数据中存在粗 大误差？ 答：超过在规定条件下预期的误差称为粗大误差，粗大误差又称疏忽误差。此误差值较大，明显歪曲测量成果。 在鉴别某个测得值与否具有粗大误差时，要特别谨慎，应作充足的分析和研究，并根据鉴别准则予以拟定。一般用来判断粗大误差的准则有：3?准

24、则（莱以特准则）；肖维勒准则；格拉布斯准则。 7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？ 答：在使用仪表或传感器进行测量时，测得值直接与原则量进行比较，不需要通过任何运算，直接得到被测量，这种测量措施称为直接测量。 在使用仪表或传感器进行测量时，一方面对与测量有拟定函数关系的几种量进行直接测量，将直接测得值代入函数关系式，通过计算得到所需要的成果，这种测量称为间接测量。 若被测量必须通过求解联立方程组求得，如：有若干个被测量y1，y2，ym，直接测得值为x,x12,?,xn,把被测量与测得值之间的函数关系列成方程组，即 x1?f1(y1,y2,?,ym)?x2?f2(y1,y2,?,ym)? xn?fn(y1,y2,?,ym)?