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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课任老师：黄华 姓名：张川 学号： 第一章 2、一、按工作机理分类：结构型，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，还有就是非电与电能
2、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，就是在医学领域的相关器械检查等方面和航空航天的整体过程中会用到。 六、其他分类法：按用途、科目、功能、输出信号的性质分类。当然按其所需要的类型使用此类传感器。 3、1）线性度：e? 2）灵敏度： ?max y ?100% fs sn? ?y ?x 3）重复性：误差 ex? (23)? ? y ?100% | fs 4）迟滞（回差滞环）现象：e?|5）分辨率：? y?y i d x min 6）稳定性 7）漂移 4、它是传感器对输入激励的输出响应特性。通常从时域或者频域两方面采用瞬态响应法和频率响应
3、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传感器的静态灵敏度或放大系数，k=c/b，反映静态特征；?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，利用应变电阻效应便
4、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改变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利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;当液位低于所要求的最小高度时，鸣响振铃并点亮黄色led灯；当液位处于所要求的高度范围内时，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对应的高度，就需要给充油者以提示；若油的液位低于最低要求高度时，需要给以也提示，以便使油库或油箱得以及时补充
5、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;当液位处于所要求的高度范围内时，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。整个电路可以分成两部分：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，结构如图所示，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，当油料的液面高度变化时，
6、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成线性关系再利用脉冲调宽转换电路，就可将液位高度x转换成与之对应的电压输出。 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处理部分总称为传感器。我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换
7、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。 我国国家标准（gb766587）对传感器（sensor/transducer）的定义是：“能够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”。定义表明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确定的关系。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： 组成由敏感元件、转换元件、基本电路组成； 关系，作用传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。传感器是感知、获
8、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输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。 1.3答：（略）答： 按照我国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,通常由敏感元件和 转换元件组成。 信号调理器：对于输入和输
9、出信号进行转换的 装置。 变送器：能输出标准信号的传感器答：（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，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。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）选取拟合的方法很多，主要有：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(端点平移拟
10、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理想直线作基准，即使是同一传感器基准不同时得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度, 当提出线性度的非线性误差时，必须说明所依据的基准直线。 2.3答：响应特性取决于阻尼比?，阻尼系数?越大，过冲现象减弱，?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 动态误差由稳态
11、误差和暂态误差组成。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 ?tg?1?
12、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围为： 1389hz?1411hz 或 ?1
13、73hz 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，同时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： 金属丝灵敏系数k0主要由材料的
14、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 ?/?/?。而实际应变片的灵敏系数应包括基片、粘合剂以及敏感栅的横向效应。虽然长度 相同，但应变状态不同，金属丝做成成品的应变片（粘贴到试件上）以后，灵敏系数降低了。 3.3答： 敏感栅越窄，基长越长的应变片，横向效应越小，因为结构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利用机械形变产生的应变效应，对于半导体而言，应变传感器主要是利用半导体材料的压阻效应。金属电阻丝的灵敏系数可近似写为 灵敏系数近似为 3.5解： k0?/?/?e50100。 k0?1?2?，即k0?1.52；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
