傳感器原理及應(yīng)用第三版課后答案

1、第一章傳感器的一般特性1-1：答：傳感器在被測(cè)量的各個(gè)值處丁穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出雖和輸入屋Z間的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性：其主要指標(biāo)有線性度、靈敏度、梢確度、最小檢測(cè)皋和分辨力、遲滯、乘復(fù)性、零點(diǎn)漂移、溫漂。1-2：答：(1)動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入址的響應(yīng)特性；(2)描述動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)：對(duì)一階傳感器：時(shí)間常數(shù)對(duì)二階傳感器：固有頻率、阻尼比。1-3：答：傳感器的前度等級(jí)是允許的最人絕對(duì)誤怎相對(duì)于其測(cè)呈范憎的白分?jǐn)?shù)，即A=AA/Yf*100%1-4;答：(1):傳感器標(biāo)定曲線3擬介線的最人偏淤與滿量程輸出值的百分比叫傳感器的線性度；(2)擬合直線的常用求法有：端基法和最小二5乘法。1-7

2、:解：Yre=200-0=200由A=AA/Yrs*1()0%有A=4/200*100%=2%精度特級(jí)為2.5級(jí)。1-8：解：抿據(jù)精度定義表達(dá)式：A=AA/AyNOO%,由題惹可知：A=1.5%,丫皿=100所以A=AYHS=1.5因?yàn)?.4V1.5所以合格。111解：(1)切線法如圖所示，在x=0處所做的切線為擬合育.線，其方程為；Y=/+KX,當(dāng)x=0時(shí)，Y=l,故ao=l,又因?yàn)閐Y/dx=l/(2(l+x)J|U=1/2=K故擬合直線為：Y=kx/2最大偏差A(yù)Yraax在x=0.5處，Ymax=l+O.5/2-(1+0.5)iU=5/4(3/2)1/2=0.025丫肉二(1+0.5/2

3、)-1=0.25故線性度6L=AYmax/YFS*100%=0.025/0.25*100%=0.10*100%=10%(2)端基法：設(shè)Y的始點(diǎn)與終點(diǎn)的連線方程為Y=a+KX因?yàn)閤=0時(shí)，Y=l,x=0.5時(shí),Y=1.225,所以ao=l,k=O.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)=0有-0.9(1+x)*+1=0(1/0.9),=1+xx=0.234AYmax=(1+x)V2-(l+0.45x)J|xo.2si=l.11-1.1053=0.0047YPS=1+0.45*0.5-1=0.2256*=Ymax

4、/YA*100%=0.0047/0.225*100%=2.09%(3)最小二法Xi00.10.20.30.40.5yi11.0481.0951.1401.1831.225X?00.010.040.090.160.25Xiyi00.10480.2190.3420.4730.612求合xiyi1.751Xi的合1.5Xi平方的合0.55Yi的合6691Xi合的平方2.25力（兒）*工兀廣工兒工（工X/）工X-兒*工兀廣”工（乙兒）（川-吃兀:八*1.751*1.5-6.691*0.552.6265-3.68由公式Uo=二=I)342.25-6*0.55-1.056.691A1.5-6*1.7511

5、0.0365-10.506k=().46952.25-6*0.55-1.05y=1.0034+0.4695*x由d(y-Y)/dx=d(1+x)0034A-0.4695*x)/dx=-0.4695+1/(2(1+x)-/2)=0有x=l/(0.939)-1=0.134AYmax=(1+x)-(1.0034+0.4695x)|x02J4-1065-1.066Zl-0.001YPS=1.0034+0.4695X-L0034=0.2356L-A=AYmax/YPS*100%=0.001/0.235*100%=0.0042*100%=0.42%第二章應(yīng)變式傳感器2-1:答：（1）金屈材料在受到外力作用

6、時(shí)，產(chǎn)生機(jī)械變形，導(dǎo)致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象叫金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。（2）半導(dǎo)體材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。2-2:答：相同點(diǎn):它們祁是在外界力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，從而導(dǎo)致材料的電阻發(fā)生變化所；不同點(diǎn)：金屈材料的應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相?duì)變化為輔；而半導(dǎo)體材料則正好相反，其應(yīng)變效應(yīng)以機(jī)械形變導(dǎo)致的電阻率的相對(duì)變化為主，而機(jī)械形變?yōu)檩o。2-3:答：金屬應(yīng)變片單位應(yīng)變引起的應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化叫金屬應(yīng)變片的靈敏侵系它與金堀絲應(yīng)變靈敏度函數(shù)不同，應(yīng)變片由于由金屬絲彎折而成，具有橫向效應(yīng)，使其靈敏度小于金屈絲的靈敏度。2- 4:答：因?yàn)椋?）金屬的電B4

7、木身具有熱效應(yīng)，從而使其產(chǎn)生附加的熱應(yīng)變；（2）蘋底材料、應(yīng)變片、粘接劑、蓋板等都心在隨溫度增加而長(zhǎng)度應(yīng)變的線膨脹效應(yīng)，若它們各口的線膨脹系數(shù)不同，就會(huì)引起附加的由線膨脹引起的應(yīng)變；常用的溫度補(bǔ)償法有單絲自補(bǔ)償，雙絲組合式白補(bǔ)償和電路補(bǔ)償法。3- 8女【圖36所示平板式電容位移伎感器。12知：極板尺寸a=b=4mm,間隙。二0.5mm.極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器群態(tài)靈敏度；若極板沿兀方向移動(dòng)2mm，求此時(shí)電容雖。解：由（34）式有K=-9Q=0.707(PF/cm)aa八367?*d4*|Q*3.6*3.14*0.5*|QCo一月E二M3(M)3.6*”。”4*()*3.6*3.14*0.5

8、*()3-13:解：由3-12式知Ac K = d11又因?yàn)槭遣顒?dòng)輸出，所以=7.08*0=7.08/mm)316Li-f信號(hào)為正半周時(shí)，D|、D?導(dǎo)通，負(fù)半周時(shí)，D“6導(dǎo)通等效電路如圖1。若C!=C2,貝ijeAi)=Usc=O.若C1HC2,則由3-20式。AZEE=2Z2由2-23式也可以求出同樣的結(jié)果。C.一c1:煮測(cè)，而恙動(dòng)變壓器式傳感器則是通過(guò):答：窟動(dòng)式電感庫(kù)星器M田褊魏楠鋤鋪蝸臊麋躺搬桶耐蒯硬懶測(cè)聯(lián);的裕必動(dòng)變爪器式雖利用改變銜鐵的位餐改變兩個(gè)原制線圈的互感系數(shù)來(lái)檢測(cè)槨4-2:答：差動(dòng)式電感傳感器是利用改變線圈的口感系激改變?cè)€圈與兩個(gè)次級(jí)差動(dòng)式副線圈的系數(shù)來(lái)工作的。4消除方法

9、：、從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性；、選用合適的測(cè)堡線路；(3)、采用補(bǔ)償線路。51答：()某些電介質(zhì)，當(dāng)沿右一定方向?qū)ζ涫┘恿Χ顾污E時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極低化現(xiàn)象，同時(shí)在它的曲個(gè)表而上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；半外力去掉后，乂重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。5-11解：(1)UAduK/Cx=dnFxt/(o3)=231*10氏9.8*0.005/(8.85*10l2*4.5*5*104)=5.68(V)由5-20式矢口U.nAFn.dn/CCc+Ca)=2.31*10，2*9.8/(4*10，：+8.85*102*4.5*5*104/0.005)=2.835 (V)5 12解：該電路的等效

10、電路圖如下；v、c =(i +aJC ri(1 +AJRRfjruqi, (+AO)R.+ Mc. + Cj+(i + A JC-U=AoVz由于vvCtUICf-23JrCn+Cc+(+A)Cf人很大U-jjc+c=U-fl4-P-4-5=0.13%UI(1+AjCf1=1.59KHZ23RC7-2：解：（1）把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料連接成閉仟回路，將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別雪于不同的熱源中，則在該回路就會(huì)產(chǎn)主熱電動(dòng)勢(shì)叫熱電效應(yīng)。（2） 熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)兩種組成。（3） A：組成熱電極的必須足不同材料；B垢?jìng)€(gè)接點(diǎn)必處于不同的湍度場(chǎng)中。7-3：解：（I）因?yàn)闊犭娕嫉臒犭妱?shì)只有當(dāng)冷端的溫

11、度恒定時(shí)才是淋度的單值函數(shù)，而熱電偶的標(biāo)定時(shí)是在冷端溫度特定的湍度卜進(jìn)行的，為了使熱電勢(shì)能反映所測(cè)阜的實(shí)溫度，所以要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。（2）A：補(bǔ)償導(dǎo)線法B：冷端溫度”算校正法C：冰浴法D：補(bǔ)償電橋法。87答：（1分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩類；(2):外光電效應(yīng).利用物質(zhì)吸收光的能阜人于物質(zhì)的逸出功，使電了起出物體表而，向外第10章綜合練習(xí)題填空練習(xí)題10-1傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)主要有等而其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)主耍有和文寸部分.傳感器的粕度A含義是,根拯粕度等級(jí)概念，若測(cè)得某傳感器A=().48%,則該傳感器應(yīng)定為級(jí)精度.傳感器線度dA含義是4二論二工仁一，擬介刻度直線方法有切線法、端基法、最小二乘法三種

12、。某電容式位移傳感器，半被測(cè)位移變化超相應(yīng)輸出電容變化星O25PF,其平均靈敏度為;用切線法求得線性度為1%.若現(xiàn)采用差動(dòng)式電容結(jié)構(gòu),其靈敏度應(yīng)為,用切線法求得線性度應(yīng)為.傳感器的最小檢測(cè)重是指而言，最小檢測(cè)童愈小則茨不傳感器愈高.10-2金屬應(yīng)變片工作原理是,半導(dǎo)體應(yīng)變片I:作原理是二者應(yīng)變靈敏度系數(shù)主要區(qū)別是為捉高應(yīng)變片動(dòng)態(tài)測(cè)箱度，當(dāng)被測(cè)應(yīng)變片波長(zhǎng)一定時(shí)同歲有基長(zhǎng)一定時(shí),現(xiàn)有基長(zhǎng)分別為10mm和20mm兩種應(yīng)變片，則應(yīng)選用幕長(zhǎng)為mm的應(yīng)變片，方可減小動(dòng)態(tài)謀羌，應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生溫度誤差的原因?yàn)楹屯ǔ２捎玫臏囟妊a(bǔ)償方法有等(4)應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K的測(cè)試條件是測(cè)得的K值人小比應(yīng)變絲的應(yīng)變靈敏度系

13、數(shù)Ks,其原因是為減小溫度誤差，壓阻器件一般采用源供電.而器件本身受溫度影響要產(chǎn)生漂移和漂移因此要采用溫度補(bǔ)償措施方法有W.10-3電容式傳感器分布電容的存在對(duì)測(cè)強(qiáng)的危害性是：通常采用消除和減小頒布電容的方法有等.平等板式電容傳感器，變而積型可用于檢測(cè)，變間距型可用于檢測(cè),而變介質(zhì)型可用于檢測(cè)等參數(shù)C1C2當(dāng)笊動(dòng)式電容測(cè)呈電路輸出電爪為U=E的形式時(shí)(E為電源電J付C1和02為岸C1+C2動(dòng)電容)，則其具有的特點(diǎn)足具有溫度補(bǔ)償功能、靈敏度高、什線性誤普小。運(yùn)算法測(cè)雖電容傳感器電路具有的特點(diǎn)是：(5)電容式差壓變送器的敏感電容結(jié)構(gòu)是，其主要特點(diǎn)足10-4差動(dòng)電感及差動(dòng)變壓器的位移一電壓特性均為關(guān)

14、原點(diǎn)對(duì)稱線性輸出特性,囚而測(cè)位移存在移動(dòng)方向判斷問(wèn)題,解決此問(wèn)題的方法是采用相敏檢波電路.提高羞動(dòng)變壓器輸出信號(hào)電壓的措施有：等。差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是：等，消除和減小的方法有：等.電渦流檢測(cè)線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用線圈，當(dāng)被測(cè)材料靠近它時(shí)，利用線圈變化進(jìn)行測(cè)星.電渦流傳感器應(yīng)用方式可分為兩大類：即按不同可分為和它主要用于檢測(cè)等參數(shù).10-5壓電元件的原理是效應(yīng)，它的主要特點(diǎn)是目詢常使用的壓電材料有等.壓電式傳感器對(duì)測(cè)呈信號(hào)無(wú)響應(yīng),其被測(cè)信號(hào)頻帶上限取決于頻帶下限取決于壓電元件測(cè)星電路采用前置放大器的目的是：目前經(jīng)常應(yīng)用的前置放人器有和曲種.(4)若單片壓電片等效電容為C,輸出電荷為q,

15、輸出電壓為(J.則將相同兩片串接后其總參數(shù)C為血,q，為為綸若改為兩片并接后，其總參數(shù)C,為2C,q，為蟲,W為石英壓電元件的縱仙k電效應(yīng)是崔方向的作用力，在乖直于x軸的電極而上產(chǎn)生電荷;而橫向壓電效應(yīng)是工方向的作用力在乖直于x軸的電極而上產(chǎn)生電荷.10-6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(cè)和參數(shù)。(2)光柵傳感器呆根據(jù)原理制成的。是由組成的，主要用于檢測(cè)等參數(shù)。(3)莫爾條紋的寬度的由和決定。一般調(diào)節(jié)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(tǒng)，其輸出為信號(hào)。主要用于檢測(cè)舔參數(shù)。(5)振眩傳感器的固有頻率fo與眩線的等參數(shù)有關(guān)。為改善其輸出f-

16、T特性的非線性，可采用等方法。10-7熱電偶的工作原理足效應(yīng)，熱電勢(shì)包括和兩種，能產(chǎn)生熱電勢(shì)的必要條件是0(2)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是,對(duì)選擇補(bǔ)償導(dǎo)線的要求是一一。(3)熱電阻測(cè)溫的原理是一,一般目前常用的熱電阻有一、一、一等。熱敏電阻按溫度系數(shù)分為一、一、一三種，熱敏電阻本身溫度取決于一、兩個(gè)因素。(5)熱敏電阻用于測(cè)溫元件時(shí)，其工作電流要求為一，應(yīng)該工作在伏一一安曲線的一區(qū)域，原因是o10-X霍爾元件由于采用了生目體材料，元件才有實(shí)用價(jià)值，它是一個(gè)也端元件，一般可用丁檢測(cè)磁場(chǎng)；電流或電壓;功率事參數(shù)。(2)霍爾元件的不等位誤差是指而言。其產(chǎn)生的原因?yàn)橐弧⒁坏?，減小不等位電勢(shì)的方法有、等。(

17、3)光電效應(yīng)分為三類即：效應(yīng)，相應(yīng)的器件有_；一效應(yīng)，相應(yīng)的器件有:效應(yīng)，相應(yīng)的器件有o(4)光電池的原理是利用光生伏特效應(yīng)。從光照特性叮以看出其開(kāi)路電壓與照度為業(yè)線性關(guān)系，而短路電流與照度成線性效應(yīng)，所以光電池作為檢測(cè)元件時(shí)應(yīng)取短路電流的輸出形式。(5)濕敏尤件工作電源要求采用一信號(hào)源，其原因是o此外其測(cè)凰電路還要采取一和一等描施。10-9光纖傳光的原理足利用光在纖芯與包層之間界而的全反射來(lái)傳光的。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止眩值必須小于光纖的數(shù)值孔徑,即sinOivNA。（2） 光纖傳感器可分為、和三類。其檢測(cè)原理是O（3） 光纖的數(shù)值孔徑NA足一參數(shù)，對(duì)于光纖傳感器而言一般耍求NA值在一范出|。計(jì)算分析題圖10-11043ft接第出圖10-2等臂電路中，輸出端電壓一表達(dá)式，設(shè)電源U內(nèi)阻為零，輸出端負(fù)載電阻%=