1、僅供參考習題11-1衡量傳感器靜態特性的主要指標有哪些？說說它們的含義。答：1、 線性度： 表征傳感器輸出-輸入校準曲線與所選定的擬合直線之間的吻合（或偏離）程度的指標。 2、 靈敏度：傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比。3、 分辨力：傳感器在規定測量范圍內所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。4、回差：反映傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程過程中對應于同一輸入量，輸出量曲線的不重合程度指標。5、重復性：衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全程連續多次變動時，所得特性曲線間一致程度的指標。6、閾值：是能使傳感器輸出端產生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。7、

2、穩定性：傳感器在相當長時間內仍保持其性能的能力。8、漂移：指在一定時間間隔內，傳感器輸出量存在著與被測輸人量無關的、不需要的變化。9、靜態誤差(精度）：指傳感器在滿量程內任一點輸出值相對其理 論值的可能偏離(逼近)程度。它表示采用該傳感器進行靜態測量時所得數值的不確定度。1-2 計算傳感器線性度的方法有哪幾種？差別何在？ 答： 1、 理論直線法：以傳感器的理論特性線作為擬合直線，與實際測試值無關。 2、 端點直線法：以傳感器校準曲線兩端點間的連線作為擬合直線。兩端誤差為零，中間大。 3、 “最佳直線”法：以“最佳直線”作為擬合直線，該直線能保證傳感器正反行程校 準曲線對它的正負偏差相等并且最小

3、。這種方法的擬合精度最高，但只可用圖解法或計算法得。4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取擬合直線，該直線能保證傳感器校準數據的殘差 平方和最小但擬合出的直線與標定曲線的最大偏差絕對值不一定最小，最大正負偏差的絕對值也不一定相等 。16習題22-1金屬應變計與半導體應變計在工作原理上有何異同？試比較應變計各種靈敏系數（指材料的和應變片的）概念的不同物理意義。答：相同點，兩者都由外力作用產生形變而使得電阻變化。不同點，金屬材料的應變效應以機械形變為主；而半導體材料的應變效應以機械形變導致的電阻率的相對變化為主。對于金屬材料，靈敏系數Ko=Km=(1+2)+C(1-2)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變

4、化，一般0.3，因此（1+2）=1.6；后部分為電阻率隨應變而變的部分。對于半導體材料，靈敏系數Ko=Ks=(1+2)+ E。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導體材料的壓阻效應所致，而E (1+2)，因此Ko=Ks=E。應變片的靈敏系數 K 表示安裝在被測試件上的應變片在其軸向受單向應力時，引起的電阻相對變化DR/R與其單向應力引起的試件表面軸向應變et之比。應變片K值的準確性直接關系應變測量精度，其誤差大小是衡量質量優劣的重要標志。2-3 簡述電阻應變計產生熱輸出（溫度誤差）的原因及其補償辦法。答：電阻應變計的溫度效應及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹

5、失配所引起。在工作溫度變化較大時，會產生溫度誤差。補償辦法：1、溫度自補償法 (1)單絲自補償應變計(2) 雙絲自補償應變計2、橋路補償法 （1）雙絲半橋式（2）補償塊法2-4 試述應變電橋產生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。答：因為電橋的輸出無論是輸出電壓還是電流，實際上都與Ri/Ri呈非線性關系。 措施：(1) 差動電橋補償法利用差動電橋呈現相對臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過應變計合理布片達到補償目的。常用的有半橋差動電路和全橋差動電路。(2) 恒流源補償法誤差主要由于應變電阻Ri的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可減小誤差。2-12 何謂壓阻效應？擴散硅壓阻式傳感器與貼

6、片型應變式傳感器相比有何優缺點？如何克服？答：壓阻效應，半導體單晶硅、鍺等材料在外力的作用下電阻率發生變化的現象。優點：尺寸、橫向效應、機械滯后都很小，靈敏系數比金屬電阻應變片大幾十倍，因而輸出也大，可以不需放大器直接與記錄儀連接，使得測量系統簡化。擴散硅式適合做小量程傳感器，精度更高，電阻應變片適合做大量程傳感器缺點：1)溫度穩定性差(電阻值隨溫度變化)；2)靈敏度的非線性較大，可造成±3%5%的測量誤差措施：在使用時需采用溫度補償和非線性補償等措施。習題33-1 比較差動式自感傳感器和差動變壓器在結構上及工作原理上的異同。答：相同點：都應用電磁感應原理，都有差動過程。不同點：差動

7、變氣隙式自感傳感器由兩個電氣參數和磁路完全相同的線圈組成銜鐵3上下移動時，一個線圈自感增加，另一個自感減少，形成差動。差動變壓器初級線圈作為差動變壓器的激勵，相當于變壓器原邊，次級線圈由結構尺寸和參數相同的兩個線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。3-5螺管式電感傳感器做成細長形有什么好處？欲擴大其線性范圍可以采取哪些措施？ 答：好處：增加線圈的長度有利于擴大線性范圍或提高線性度。 措施：適當增加線圈長度、采用階梯形線圈。3-9 造成自感式傳感器和差動變壓器溫度誤差的原因及其減小措施。答：原因：(1)材料的線膨脹系數引起零件尺寸的變化 (2)材料的電阻率溫度系數引起線圈銅阻的變化 (3)磁性材

8、料磁導率溫度系數、繞組絕緣材料的介質溫度系數和線圈幾何尺寸變化引起線圈電感量及寄生電容的改變等造成。措施：其材料除滿足磁性能要求外，還應注意線膨脹系數的大小與匹配。傳感器采用陶瓷、聚砜、夾布膠木、弱磁不銹鋼等材料作線圈骨架，或采用脫胎線圈。還可采取穩定激勵電流的方法。Ok！習題44-1 電容式傳感器可分為哪幾類？各自的主要用途是什么？答：1、變極距型電容傳感器：差動式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結構上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01m的線位移，故在微位移檢測中應用最廣。 2、變面積型電容傳感器：變面積型電容傳感器與

9、變極距型相比，其靈敏度較低。這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測量較大的直線位移和角位移。在實際應用中，也采用差動式結構，以提高靈敏度。 3、變介質型電容傳感器：可用于非導電散材物料的物位測量。可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導電固體物質的濕度。Ok！4-2 變極距型電容傳感器產生非線性誤差的原因及如何減小？答：原因：靈敏度與初始極距的平方成反比，用減少初始極距的辦法來提高靈敏度，但初始極距的減小會導致非線性誤差增大。 采用差動式，可比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結構上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化

10、所造成的誤差。Ok！4-3 為什么電容式傳感器的絕緣、屏蔽和電纜問題特別重要？如何解決？答：原因：電容式傳感器由于受結構與尺寸的限制，其電容量都很小，屬于小功率、高阻抗器，因此極易受外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯，嚴重影響傳感器的輸出特性，甚至會淹沒沒有用信號而不能使用。解決：驅動電纜法、整體屏蔽法、采用組合式與集成技術。Ok！4-5為什么高頻工作的電容式傳感器連接電纜的長度不能隨意變動？答：電纜在低頻狀態下的電阻極小，而在高頻狀態下，它自身的寄生參數比如寄生電容，寄生電感就不得不考慮，長度變化后，這些參數也會跟著變化，進而影響高

11、頻信號的質量。Ok！習題55-12何謂霍爾效應？利用霍爾效應可以進行哪些參數的測量？答：（1）霍爾效應指由導電材料（金屬導體或半導體）中電流與外磁場相互作用而產生電勢的物理現象。（2）利用霍爾效應可以測量大電流、微氣隙磁場、微位移、轉速、加速度、震動、壓力、流量、和液位等可以與敏感元件轉換成位移關系的參數。5-13霍爾元件的不等位電勢和溫度影響是如何產生的？可采取哪些方式來減小之？答：（1）不等位電勢產生原因： 霍爾電極安裝位置不對稱或不在同一等電位面上； 半導體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分布等。 措施：控制電流為直流時，將霍爾元件看成

12、電阻電橋，利用調節電橋平衡的外接電路來補償不等位電勢。控制電流為交流時，要同時進行幅值和相位的補償。（2）溫度誤差原因：霍爾元件的霍爾系數、電阻率、和載流子遷移率、UH、輸入電阻、輸出電阻都是溫度的函數，所以溫度變化會引起誤差。減小措施：使用溫度系數小的元件，并根據精度要求進行補償。補償時采用橋路補償器法。還有電流控制方法習題66-1 何謂壓電效應？何謂縱向壓電效應和橫向壓電效應？答：某些電介質，當沿一定方向對其施力而使它變形時，其內部產生極化現象，同時在兩個相應表面上產生極性相反的電荷，當外力拆除后，又重新恢復到不帶電狀態的現象。且作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。這種現象稱為正壓電效應

13、，或簡稱壓電效應。 當在電介質的極化方向施加電場時，這些電介質就在相應方向上產生機械變形或機械壓力，當外加電場撤去時，這些變形或應力也隨之消失的現象。這種現象稱為逆壓電效應，或稱電致伸縮。石英晶體沿電軸X-X方向的力作用下產生電荷的壓電效應稱為“縱向壓電效應”；把沿機械軸Y-Y方向的力作用下產生電荷的壓電效應稱為“橫向壓電效應”。6-2壓電材料的主要特性參數有哪些？比較三類壓電材料的應用特點。答：主要特性參數：壓電常數、彈性常數、介電常數、機電耦合系數、電阻、居里點 。 壓電單晶：時間穩定性好，居里點高，在高溫、強幅射條件下，仍具有良好的壓電性，且機械性能，如機電耦合系數、介電常數、頻率常數等

14、均保持不變。此外，還在光電、微聲和激光等器件方面都有重要應用。不足之處是質地脆、抗機械和熱沖擊性差。 壓電陶瓷：壓電常數大，靈敏度高，制造工藝成熟，成形工藝性好，成本低廉，利于廣泛應用，還具有熱釋電性。 新型壓電材料：既具有壓電特性又具有半導體特性。因此既可用其壓電性研制傳感器，又可用其半導體特性制作電子器件；也可以兩者合一，集元件與線路于一體，研制成新型集成壓電傳感器測試系統。 6-4為了提高壓電式傳感器的靈敏度，設計中常采用雙晶片和多晶片組合，試說明其組合的方式和適用的場合。答：（1）并聯：特點是輸出電容大，輸出電荷大，所以時間常數，適合于測量緩變信號，且以電荷作為輸出的場合。 （2）串聯

15、: 特點是輸出電壓大，本身電容小，適合于以電壓作為輸出信號，且測量電路輸出阻抗很高的場合。Ok！6-6原理上，壓電式傳感器不能用于靜態測量，但實用中，壓電式傳感器可能用來測量準靜態量，為什么？答：由于外力作用在壓電元件上產生的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存，即需要測量回路具有無限大的輸入阻抗，這實際上是不可能的，而且壓電元件易受電纜和接地回路噪聲影響，故不適合靜態測量。在實際應用中可采取措施（如極高阻抗負載等）防止電荷經測量電路的漏失或使之減小到最低程度這樣可以用來測量準靜態量。6-7簡述壓電式傳感器前置放大器的作用，兩種形式各自的優缺點及其如何合理選擇回路參數。答：電壓放大器作用：把壓電期

16、間的高輸出阻抗變換為傳感器的低輸出阻抗，并保持輸出電壓與輸入電壓成正比；優點：電路簡單、成本低、工作穩定可靠；缺點：低頻特性差電荷放大器作用：把壓電器件高內阻的電荷源變換為傳感器低內阻的電壓源，以實現阻抗匹配，并使其輸出電壓與輸入電荷成正比；優點：電路線性較好，無接長和變動電纜的后顧之憂；缺點：有零漂現象。習題77-1熱電式傳感器有哪幾類？它們各有什么特點？答：熱電式傳感器可分為兩大類：熱電阻傳感器和熱電偶傳感器。 熱電阻傳感器的特點：（1)高溫度系數、高電阻率。(2)化學、物理性能穩定。(3)良好的輸出特性。(4)良好的工藝性，以便于批量生產、降低成本。 熱電偶傳感器的特點：（1）結構簡單（

17、2）制造方便（3）測溫范圍寬（4）熱慣性小（5）準確度高（6）輸出信號便于遠傳。缺點:測量準確度難以超過0.2， 必須有參考端，并且溫度要保持恒定。·在高溫或長期使用時，因受被測介質影響或氣氛腐蝕作用（如氧化、還原）等而發生劣化7-2常用的熱電阻有哪幾種，適用范圍如何？答：常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅電阻。鉑熱電阻適用范圍：0660°C和-1900°C。銅熱電阻適用范圍：-50+150°C。7-3熱敏電阻與熱電阻相比較有什么優缺點？用熱敏電阻進行線性溫度測量時必須注意什么問題？答：優點：（1）電阻溫度系數大，靈敏度高，約為熱電阻的10倍；（2）結構簡單，體

18、積小，可以測量點溫度；（3）電阻率高，熱慣性小，適宜動態測量；（4）易于維護和進行遠距離控制（5）制造簡單，使用壽命長。阻值大，可以不考慮引線電阻影響。缺點：互換性差，非線性嚴重。穩定性差進行線性溫度測量時應注意：流過熱敏電阻的溫度不能太大，應在其額定范圍內。或者要先進行非線性校正。7-4利用熱電偶測溫度必須具備哪兩個條件？答：（1）用兩種不同材料作熱電極（2）熱電偶兩端的溫度不能相同7-5什么是中間導體定律和連接導體定律？它們在利用熱電偶測溫度時有什么實際意義？答：中間導體定律：導體A、B組成的熱電偶，當引入第三導體時，只要保持第三導體兩端溫度相同，則第三導體對回路總熱電勢無影響。 意義：利

19、用這個定律可以將第三導體換成毫伏表，只要保證兩個接點溫度一致，就可以完成熱電勢的測量而不影響熱電偶的輸出。 連接導體定律：回路的總電勢等于熱電偶電勢EAB(T,To)與連接導線電勢EAB(Tn,To)的代數和。意義：連接導體定律是工業上運用補償導線進行溫度測量的理論基礎。Ö7-6什么是中間溫度定律和參考電極定律？它們各有什么實際意義？答：中間溫度定律：回路的總熱電勢等于熱電偶電勢與連接導線電勢的代數和。意義：為定制分度表奠定了理論基礎。參考電極定律: 參考電極與各種電極配對時的總熱電勢為兩電極配對后的電勢之差。 意義：利用參考電極定律可以大大簡化熱電偶選配工作。7-7用鎳鉻-鎳硅熱電

20、偶測得介質溫度為800°C，若參考端溫度為25°C，問介質的實際溫度為多少？答：t=介質溫度+k*參考溫度，800+1*25=825°C Ö7-8熱電式傳感器除了用來測量溫度外是否還能用來測量其他量？舉例。答：測量管道流量，測氣體成分，鑒別金屬材質。7-9實驗室備有鉑銠鉑熱電偶、鉑電阻器和半導體熱敏電阻器，今欲測量某設備外殼的溫度。已知其溫度約為300400°C，要求精度達到±2°C，問應選哪種？為什么？答：鉑電阻 ，溫度范圍 0 660°C， 測量精度高。鉑銠鉑熱電偶，溫度范圍 0 1600°C，主要測

21、非固體。半導體熱敏電阻，溫度范圍 -100 +300°C，高溫非線性嚴重。綜合上述條件可知應選鉑電阻。習題88-1簡述光電式傳感器的特點和應用場合，用框圖表示光電式傳感器的組成。答：特點：非接觸、響應快、性能可靠。應用場合：非接觸測量領域，既可以測直接引起光量變化的量，也可測轉換為光量變化的量，在國民經濟領域和科學技術各個領域得到廣泛應用。組成框圖：（課本截圖）8-2何謂外光電效應，光電導效應和光生伏特效應？答：外光電效應：在光照條件下電子從物體表面逸出而產生光電子發射的現象。光電導效應：半導體受到光照時產生光生電子空穴對，進而使電阻率變化，使導電性能增強的現象。光生伏特效應：光照引

22、起PN結兩端產生電動勢的效應。Ok！8-3試比較光電池、光敏晶體管、光敏電阻及光電倍增管在使用性能上的差別。答：光電池：與外電路連接有短路電流輸出和開路電壓輸出兩種形式。兩種方式輸出不同，使用時應該根據需要選用工作狀態。硅光電池簡單輕便，不產生氣體或熱污染，轉換效率較低，適宜工作在可見光波段。靈敏度高，適合作開關元件。光敏晶體管：光敏二極管靈敏度和線性度均好，可用作線性轉換元件和開關。光敏三極管和三極管在使用時要注意保持光源與光敏管的合適位置。光敏電阻：光照特性呈非線性，需外部電源，有電流時會發熱，不適合做線性檢測元件，但可作開關元件。光電倍增管：光電流大，靈敏度高，可用來檢測和放大微弱光信號

23、。8-4通常用哪些主要特性來表征光電器件的性能？它們對正確選用器件有什么作用？答：光照特性：表征光電器件的靈敏度。作用：可根據不同的精度要求來選擇相應光照特性的光電器件。光譜特性：指相對靈敏度與入射光波長的關系。作用：包含光源與光電器件的傳感器應根據光電器件的光譜特性來選擇匹配的光源和光電器件；對于被檢測體可作光源的傳感器則根據被檢測體輻射的光波長選擇光電器件。響應時間/頻率特性：反映光電器件的動態特性。作用：為實際應用時對光電器件的動態性能要求提供參考依據。峰值探測率：對噪聲的衡量。作用：峰值探測率大則噪聲等功率小，衡量光電器件的性能。溫度特性，作用：根據光電器件的溫度特性可以知道在實際應用

24、時應該根據環境溫度選用合適的光電器件，或者可以知道是否該進行溫度補償。伏安特性，作用：選用時要根據實際選擇合適電壓和電流參數的光電器件。8-5怎樣根據光照特性和光譜特性來選擇光敏元件？試舉例說明。答：光照特性，例如光敏晶體管的光照特性是靈敏度和線性度都很好，在需要線性度好的應用中就可以選擇光敏晶體管。 光譜特性，例如由光譜特性可知鍺在入射光波長較大的時候相對靈敏度要比硅的相對靈敏度要高，實際應用時要根據被測光的波長來選擇光敏元件的材料，從而在相同的輻射功率下達到較高的靈敏度要求。8-9試指出光電轉換電路中減小溫度、光源亮度及背景光等因素變動引起輸出信號漂移采用的措施。答：溫度影響：恒溫控制或進行溫度補償。光源亮度影響：在調制時選擇特定的光進行放大。背景光影響：電橋補償法，調制法8-10簡述光電傳感器的主要形式及應用。答：按輸出量的性質，可分為模擬式和開關式。模擬式中還可分透射式、反射式、遮光式、輻射式。應用：光電式數字轉速表，光電式物位傳感器，視覺傳感器，細絲類物件的在線檢測。8-11舉出你熟悉的光電傳感器應用實例，畫出原理結構圖并簡單說明原理。答：光電轉速傳感器 P195在待測轉速軸上固定一帶孔的轉速調制盤，在調制