傳感器原理及應用第三版課后答案

1、第一章傳感器的一般特性1-1：答：傳感器在被測量的各個值處丁穩(wěn)定狀態(tài)時，輸出雖和輸入屋Z間的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性：其主要指標有線性度、靈敏度、梢確度、最小檢測皋和分辨力、遲滯、乘復性、零點漂移、溫漂。1-2：答：(1)動態(tài)特性是指傳感器對隨時間變化的輸入址的響應特性；(2)描述動態(tài)特性的指標：對一階傳感器：時間常數(shù)對二階傳感器：固有頻率、阻尼比。1-3：答：傳感器的前度等級是允許的最人絕對誤怎相對于其測呈范憎的白分數(shù)，即A=AA/Yf*100%1-4;答：(1):傳感器標定曲線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%精度特級為2.5級。1-8：解：抿據(jù)精度定義表達式：A=AA/AyNOO%,由題惹可知：A=1.5%,丫皿=100所以A=AYHS=1.5因為1.4V1.5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x=0時，Y=l,故ao=l,又因為dY/dx=l/(2(l+x)J|U=1/2=K故擬合直線為：Y=kx/2最大偏差AYraax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的始點與終點的連線方程為Y=a+KX因為x=0時，Y=l,x=0.5時,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%第二章應變式傳感器2-1:答：（1）金屈材料在受到外力作用

6、時，產(chǎn)生機械變形，導致其阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象叫金屬材料的應變效應。（2）半導體材料在受到應力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應。2-2:答：相同點:它們祁是在外界力作用下產(chǎn)生機械變形，從而導致材料的電阻發(fā)生變化所；不同點：金屈材料的應變效應以機械形變?yōu)橹?，材料的電阻率相對變化為輔；而半導體材料則正好相反，其應變效應以機械形變導致的電阻率的相對變化為主，而機械形變?yōu)檩o。2-3:答：金屬應變片單位應變引起的應變片電阻的相對變化叫金屬應變片的靈敏侵系它與金堀絲應變靈敏度函數(shù)不同，應變片由于由金屬絲彎折而成，具有橫向效應，使其靈敏度小于金屈絲的靈敏度。2- 4:答：因為（1）金屬的電B4

7、木身具有熱效應，從而使其產(chǎn)生附加的熱應變；（2）蘋底材料、應變片、粘接劑、蓋板等都心在隨溫度增加而長度應變的線膨脹效應，若它們各口的線膨脹系數(shù)不同，就會引起附加的由線膨脹引起的應變；常用的溫度補償法有單絲自補償，雙絲組合式白補償和電路補償法。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2mm，求此時電容雖。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*”?！?*()*3.6*3.14*0.5

8、*()3-13:解：由3-12式知Ac K = d11又因為是差動輸出，所以=7.08*0=7.08/mm)316Li-f信號為正半周時，D|、D?導通，負半周時，D“6導通等效電路如圖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，而恙動變壓器式傳感器則是通過:答：窟動式電感庫星器M田褊魏楠鋤鋪蝸臊麋躺搬桶耐蒯硬懶測聯(lián);的裕必動變爪器式雖利用改變銜鐵的位餐改變兩個原制線圈的互感系數(shù)來檢測槨4-2:答：差動式電感傳感器是利用改變線圈的口感系激改變原線圈與兩個次級差動式副線圈的系數(shù)來工作的。4消除方法

9、：、從設(shè)計和工藝上保證結(jié)構(gòu)對稱性；、選用合適的測堡線路；(3)、采用補償線路。51答：()某些電介質(zhì)，當沿右一定方向?qū)ζ涫┘恿Χ顾污E時，內(nèi)部產(chǎn)生極低化現(xiàn)象，同時在它的曲個表而上產(chǎn)生符號相反的電荷；半外力去掉后，乂重新恢復不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。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）把兩種不同的導體或半導體材料連接成閉仟回路，將它們的兩個接點分別雪于不同的熱源中，則在該回路就會產(chǎn)主熱電動勢叫熱電效應。（2） 熱電勢由接觸電勢與溫差電勢兩種組成。（3） A：組成熱電極的必須足不同材料；B垢個接點必處于不同的湍度場中。7-3：解：（I）因為熱電偶的熱電勢只有當冷端的溫

11、度恒定時才是淋度的單值函數(shù)，而熱電偶的標定時是在冷端溫度特定的湍度卜進行的，為了使熱電勢能反映所測阜的實溫度，所以要進行冷端補償。（2）A：補償導線法B：冷端溫度”算校正法C：冰浴法D：補償電橋法。87答：（1分為外光電效應和內(nèi)光電效應兩類；(2):外光電效應.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章綜合練習題填空練習題10-1傳感器靜態(tài)特性指標主要有等而其動態(tài)特性指標主耍有和文寸部分.傳感器的粕度A含義是,根拯粕度等級概念，若測得某傳感器A=().48%,則該傳感器應定為級精度.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，半被測位移變化超相應輸出電容變化星O25PF,其平均靈敏度為;用切線法求得線性度為1%.若現(xiàn)采用差動式電容結(jié)構(gòu),其靈敏度應為,用切線法求得線性度應為.傳感器的最小檢測重是指而言，最小檢測童愈小則茨不傳感器愈高.10-2金屬應變片工作原理是,半導體應變片I:作原理是二者應變靈敏度系數(shù)主要區(qū)別是為捉高應變片動態(tài)測箱度，當被測應變片波長一定時同歲有基長一定時,現(xiàn)有基長分別為10mm和20mm兩種應變片，則應選用幕長為mm的應變片，方可減小動態(tài)謀羌，應變式傳感器產(chǎn)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(shù)K的測試條件是測得的K值人小比應變絲的應變靈敏度系

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償措施方法有W.10-3電容式傳感器分布電容的存在對測強的危害性是：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，變間距型可用于檢測,而變介質(zhì)型可用于檢測等參數(shù)C1C2當笊動式電容測呈電路輸出電爪為U=E的形式時(E為電源電J付C1和02為岸C1+C2動電容)，則其具有的特點足具有溫度補償功能、靈敏度高、什線性誤普小。運算法測雖電容傳感器電路具有的特點是：(5)電容式差壓變送器的敏感電容結(jié)構(gòu)是，其主要特點足10-4差動電感及差動變壓器的位移一電壓特性均為關(guān)

14、原點對稱線性輸出特性,囚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.提高羞動變壓器輸出信號電壓的措施有：等。差動變壓器零點殘余電壓產(chǎn)生的原因是：等，消除和減小的方法有：等.電渦流檢測線圈結(jié)構(gòu)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星.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(shù).10-5壓電元件的原理是效應，它的主要特點是目詢常使用的壓電材料有等.壓電式傳感器對測呈信號無響應,其被測信號頻帶上限取決于頻帶下限取決于壓電元件測星電路采用前置放大器的目的是：目前經(jīng)常應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。主要用于檢測舔參數(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，熱電勢包括和兩種，能產(chǎn)生熱電勢的必要條件是0(2)熱電偶補償導線的作用是,對選擇補償導線的要求是一一。(3)熱電阻測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、兩個因素。(5)熱敏電阻用于測溫元件時，其工作電流要求為一，應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，元件才有實用價值，它是一個也端元件，一般可用丁檢測磁場；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)生的原因為一、一等，減小不等位電勢的方法有、等。(

17、3)光電效應分為三類即：效應，相應的器件有_；一效應，相應的器件有:效應，相應的器件有o(4)光電池的原理是利用光生伏特效應。從光照特性叮以看出其開路電壓與照度為業(yè)線性關(guān)系，而短路電流與照度成線性效應，所以光電池作為檢測元件時應取短路電流的輸出形式。(5)濕敏尤件工作電源要求采用一信號源，其原因是o此外其測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。其檢測原理是O（3） 光纖的數(shù)值孔徑NA足一參數(shù)，對于光纖傳感器而言一般耍求NA值在一范出|。計算分析題圖10-11043ft接第出圖10-2等臂電路中，輸出端電壓一表達式，設(shè)電源U內(nèi)阻為零，輸出端負載電阻%=