傳感器課后答案

1、第1章概述章概述1.1.什么是傳感器？什么是傳感器？傳感器定義為能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置，通常由敏感傳感器定義為能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。元件和轉(zhuǎn)換元件組成。1.21.2傳感器的共性是什么？傳感器的共性是什么？傳感器的共性就是利用物理規(guī)律或物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、傳感器的共性就是利用物理規(guī)律或

2、物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物特性，將非電量（如位移、速度、加速度、力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、電容、電阻等）輸出。力等）輸入轉(zhuǎn)換成電量（電壓、電流、電容、電阻等）輸出。1.31.3傳感器由哪幾部分組成的？傳感器由哪幾部分組成的？由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成基本組成部分，另外還有信號(hào)調(diào)理電路和輔助電源電路。由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成基本組成部分，另外還有信號(hào)調(diào)理電路和輔助電源電路。1.41.4傳感器如何進(jìn)行分類？傳感器如何進(jìn)行分類？（1）按傳感

3、器的輸入量分類，分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感）按傳感器的輸入量分類，分為位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。（器等。（2）按傳感器的輸出量進(jìn)行分類，分為模擬式和數(shù)字式傳感器兩類。（）按傳感器的輸出量進(jìn)行分類，分為模擬式和數(shù)字式傳感器兩類。（3）按傳感器工作原理分類，）按傳感器工作原理分類，可以分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、

4、可以分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、磁敏式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器等。（光電式傳感器等。（4）按傳感器的基本效應(yīng)分類，可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。（）按傳感器的基本效應(yīng)分類，可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。（5）按傳感器的能量關(guān)系進(jìn)行分類，分為能量變換型和能量控制型傳感器。（按傳感器的能量關(guān)系進(jìn)行分類，分為能量變換型和能量控制型傳感器。（6）按傳感器所蘊(yùn)含的技術(shù)特征）按傳感器

5、所蘊(yùn)含的技術(shù)特征進(jìn)行分類，可分為普通型和新型傳感器。進(jìn)行分類，可分為普通型和新型傳感器。1.51.5傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？（1）開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究（）開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究（2）傳感器的集成化（）傳感器的集成化（3）傳感器的智能化（）傳感器的智能化（4）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化）傳感器的網(wǎng)絡(luò)化（5）傳感）傳感器的微型化器的微型化1.61.6改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？改善傳感器性能的技術(shù)途徑有哪些？（1）差動(dòng)技術(shù)（）

6、差動(dòng)技術(shù)（2）平均技術(shù)（）平均技術(shù)（3）補(bǔ)償與修正技術(shù)）補(bǔ)償與修正技術(shù)(4)(4)屏蔽、隔離與干擾抑制屏蔽、隔離與干擾抑制(5)(5)穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理第2章傳感器的基本特性章傳感器的基本特性2.12.1什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？什么是傳感器的靜態(tài)特性？描述傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有哪些？答：傳感器的靜態(tài)特性是指在被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出量和輸入量之間的關(guān)系。主要的答：傳感器的靜態(tài)特性是指在

7、被測(cè)量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出量和輸入量之間的關(guān)系。主要的性能指標(biāo)主要有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、精度、分辨率、零點(diǎn)漂移、溫度漂移。性能指標(biāo)主要有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、精度、分辨率、零點(diǎn)漂移、溫度漂移。2.22.2傳感器輸入傳感器輸入輸出特性的線性化有什么意義？如何實(shí)現(xiàn)其線性化？輸出特性的線性化有什么意義？如何實(shí)現(xiàn)其線性化？答：傳感器的線性化有助于簡(jiǎn)化傳感器的理論分析、數(shù)據(jù)處理、制作標(biāo)定和測(cè)試。答：傳感器的線性化有助于簡(jiǎn)

8、化傳感器的理論分析、數(shù)據(jù)處理、制作標(biāo)定和測(cè)試。常用的線性化方常用的線性化方法是：切線或割線擬合，過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合，端點(diǎn)平移來(lái)近似，多數(shù)情況下用最小二乘法來(lái)求出擬合直線。法是：切線或割線擬合，過(guò)零旋轉(zhuǎn)擬合，端點(diǎn)平移來(lái)近似，多數(shù)情況下用最小二乘法來(lái)求出擬合直線。2.32.3利用壓力傳感器所得測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示，計(jì)算其非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。設(shè)壓力為利用壓力傳感器所得測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示，計(jì)算其非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。設(shè)壓力為0MPa0

9、MPa時(shí)輸出為時(shí)輸出為0mV0mV壓力為壓力為0.12MPa0.12MPa時(shí)輸出最大且為時(shí)輸出最大且為16.50mV.16.50mV.非線性誤差略非線性誤差略正反行程最大偏差正反行程最大偏差?Hmax=0.1mVHmax=0.1mV，所以，所以γH=γH=?Hmax0.1100%=%=0.6%YFS16.50Hmax0.1100%=%=0.6%YFS16.50重復(fù)性最大偏差為重復(fù)性最大偏差為?Rmax=0.08Rmax=0.08，所以，

10、所以γR=γR=?Rmax0.08=%=0.48%YFS16.5Rmax0.08=%=0.48%YFS16.52.42.4什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？如何分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性？什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？如何分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性？傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。量的響應(yīng)特性。2.132.1

11、3設(shè)一力傳感器可簡(jiǎn)化為典型的質(zhì)量設(shè)一力傳感器可簡(jiǎn)化為典型的質(zhì)量彈簧彈簧阻尼二階系統(tǒng)，已知該傳感器的固有頻率阻尼二階系統(tǒng)，已知該傳感器的固有頻率f0=1000Hzf0=1000Hz，若其阻尼比為若其阻尼比為0.70.7，試問(wèn)用它測(cè)量頻率為，試問(wèn)用它測(cè)量頻率為600Hz600Hz、400Hz400Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比A(ω)A(ω)和相和相位差位差Φ(ω)Φ(ω)各為多少？各為多少？第三章

12、電阻式傳感器第三章電阻式傳感器3.13.1應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理是什么？應(yīng)變電阻式傳感器的工作原理是什么？電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)的。電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)的。當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等作用下發(fā)生形變，變換成相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生

13、變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量或位移，然后傳遞給與之相連的應(yīng)變片，將引起應(yīng)變敏感元件的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映了被測(cè)物理量的大小。輸出。輸出的電量大小反映了被測(cè)物理量的大小。3.23.2電阻應(yīng)變片的種類有哪些？各有何特點(diǎn)？電阻應(yīng)變片的種類有哪些？各有何特點(diǎn)？按組成材料有金屬和半導(dǎo)體之分，金屬應(yīng)變片受力時(shí)，主要是基于應(yīng)變效應(yīng)，是引起應(yīng)變片的外形變按組成材料有金屬和半導(dǎo)體之分，金屬應(yīng)變片受力時(shí)，主要是基于應(yīng)變

14、效應(yīng)，是引起應(yīng)變片的外形變化進(jìn)而引起電阻值變化，而半導(dǎo)體應(yīng)變片時(shí)基于壓阻效應(yīng)工作的，當(dāng)受力時(shí)，引起應(yīng)變片的電阻率變化進(jìn)化進(jìn)而引起電阻值變化，而半導(dǎo)體應(yīng)變片時(shí)基于壓阻效應(yīng)工作的，當(dāng)受力時(shí)，引起應(yīng)變片的電阻率變化進(jìn)而引起電阻值變化。而引起電阻值變化。按結(jié)構(gòu)形式有絲式和箔式之分。絲式是應(yīng)變金屬絲彎曲成柵式結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)錢便宜。箔式是采按結(jié)構(gòu)形式有絲式和箔式之分。絲式是應(yīng)變金屬絲彎曲成柵式結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，價(jià)錢便宜。箔式是采用光刻和腐蝕等工藝

15、制成的，工藝復(fù)雜，精度高，價(jià)錢較貴。用光刻和腐蝕等工藝制成的，工藝復(fù)雜，精度高，價(jià)錢較貴。3.33.3引起電阻應(yīng)變片溫度誤差的原因是什么？電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法是什么？引起電阻應(yīng)變片溫度誤差的原因是什么？電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法是什么？一是電阻溫度系數(shù)，二是線膨脹系數(shù)不同。一是電阻溫度系數(shù)，二是線膨脹系數(shù)不同。單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片，雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片，補(bǔ)償電路單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片，雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變片，補(bǔ)償電路3.43.4試分析差動(dòng)測(cè)量

16、電路在應(yīng)變式傳感器中的好處。試分析差動(dòng)測(cè)量電路在應(yīng)變式傳感器中的好處。靈敏度提高一倍，非線性得到改善。靈敏度提高一倍，非線性得到改善。3.53.5如果將如果將100100?應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，試件截面積應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，試件截面積S=0.510S=0.510?4m24m2，彈性模量，彈性模量E=21011Nm2E=21011Nm2，若，若5104N5104N的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為的拉力引起應(yīng)變計(jì)電阻變化為1?，求該應(yīng)變片的

17、靈敏度系數(shù)。，求該應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)。解：解：K=K=?R?R1εR1ε，已知，已知?R=1R=1?，所以，所以=RR100=RR100F50103F50103292σ==Nm=110Nm292σ==Nm=110Nm，?4A0.5104A0.510σ1109σ1109?3由σ=Eεσ=Eε得ε===510ε===510，E21011E21011所以所以K=K=?RR1100==2ε510RR1100==2ε510?33.63.6一個(gè)量程

18、為一個(gè)量程為10kN10kN的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm20mm，內(nèi)徑，內(nèi)徑18mm18mm，在，在其表面粘貼八個(gè)應(yīng)變片，四個(gè)沿軸向粘貼，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為其表面粘貼八個(gè)應(yīng)變片，四個(gè)沿軸向粘貼，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120120?，靈敏度為，靈敏度為2.02.0，泊松比為，泊松比為0.30.3，材料彈性模量為，材料彈性模量

19、為2.11011Pa2.11011Pa，要求：，要求：（1）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路。（）繪出彈性元件貼片位置及全橋電路。（2）計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化。（）計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化。（3）當(dāng)橋）當(dāng)橋路的供電電壓為路的供電電壓為10V10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。解：（解：（2）A=π(R2A=π(R2?r2)=59.710r2)=59.710?6m26m2?R1=R1=?R