传感器与检测技术课后复习资料.docx

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1、第一章习题答案1什么是传感器？它由哪几个局部组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以肯定的准确度把被测量转换为及之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是干脆感受被测量，并输出及被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入根本转换电路，便可转换成电量输出。2传感器技术的开展动向表如今哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发觉力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能变更，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，找寻发觉具有新原理、新效

2、应的敏感元件和传感元件。（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 研制仿生传感器 研制海洋探测用传感器 研制成分分析用传感器 研制微弱信号检测传感器（3）探讨新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器及微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。（4）传感器开展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断开展，为传感器集成化开拓了广袤的前景。（5）多功能及多参数传感器的探讨：犹如时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向

3、市场。3传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在消费过程和科学试验中，要对各种各样的参数进展检测和限制，就要求传感器能感受被测非电量的变更并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的根本特性，即输出输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。1）传感器的线性度是指传感器的输出及输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量y及引起输出量增量y的输入量增量x的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器

4、的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续屡次变更时，所得特性曲线不一样的程度。5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生及输入量无关的、不须要的变更。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。传感器的动态特性是指其输出对随时间变更的输入量的响应特性：频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。1）瞬态响应特性：传感器的瞬态响应是时间响应。在探讨传感器的动态特性时，有时须要从时域中对传感器的响应和过渡过程进展分析。这种分析方法是时域分析法，传感器对所加鼓励信号的响应称瞬态响应。常用鼓励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。2）频率响应特性：传感器对正弦输入信号的响应特性，称为频率响应特性。频率响应

5、法是从传感器的频率特性动身探讨传感器的动态特性。为了减小动态误差和扩大频率响应范围，一般是进步传感器固有频率n。4某位移传感器，在输入量变更5 mm时，输出电压变更为300 mV，求其灵敏度。解：其灵敏度第二章习题答案1什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？解：应变效应，是指在导体产朝气械变形时，它的电阻值相应发生变更。压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变更的现象。横向效应，是指将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，应变状态一样，但由于应变片敏感栅的电阻变更较小，因此其灵敏系数k较电阻丝的灵敏系数k0小的现象。2、试说明金属应变片及半导体应变片的一样和不同

6、之处。解：金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层和引线等局部组成。金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅，其优点是散热条件好，允许通过的电流较大，便于批量消费，可制成各种所需的形态；缺点是电阻分散性大。薄膜式应变片是采纳真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形成0.1m以下的金属电阻薄膜的敏感栅，最终再加上爱护层。它的优点是应变灵敏度系数大，允许电流密度大，工作范围广。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。半导体应变片的突出优点是灵敏度高，比金属丝式应变片高5080倍，尺寸小，横向效应小，动态响应好

7、。但它有温度系数大，应变时非线性比拟严峻等缺点。3、 应变片产生温度误差的缘由及减小或补偿温度误差的方法是什么？解：电阻应变片产生温度误差的缘由：当测量现场环境温度变更时，由于敏感栅温度系数及栅丝及试件膨胀系数之差异性而给测量带来了附加误差。电阻应变片的温度补偿方法：通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。1）电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。电桥补偿法简洁易行，而且能在较大的温度范围内补偿，但上面的四个条件不一满意，尤其是两个应变片很难处于同一温度场。2）应变片的自补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片。4、钢材上粘贴的应变片的电阻变更率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm2。试求

8、求钢材的应变。钢材的应变为30010-6时，粘贴的应变片的电阻变更率为多少?解：是R/R=2（l/l）。因为电阻变更率是R/R=0.001，所以l/l（应变）=0.0005=因5、如系题图1-1所示为等强度梁测力系统，为电阻应变片，应变片灵敏度系数，未受应变时，当试件受力时，应变片承受平均应变，求 （1）应变片电阻变更量和电阻相对变更量。（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3，求电桥 输出电压是多少。 （b）习题图1-1等强度梁测力系统解：（1），解：（2）设桥臂比，分母中可无视，并考虑到平衡条件，则上式可写为：6、单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。解：为了减小和克制非

9、线性误差，常采纳差动电桥在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路，由教材中的式（2-42）可知，Uo及R1/R1呈线性关系，差动电桥无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KV=E/2，比单臂工作时进步一倍，同时还具有温度补偿作用。第三章习题答案为什么电感式传感器一般都采纳差动形式? 解：差动式构造，除了可以改善非线性，进步灵敏度外，对电源电压、频率的波动及温度变更等外界影响也有补偿作用；作用在衔铁上的电磁力，是两个线圈磁力之差，所以对电磁力有肯定的补偿作用，从而进步了测量的准确性。2. 沟通电桥的平衡条件是什么？解：由沟通电路分析可得要满意电桥平衡条

10、件，即，则有：3涡流的形成范围和浸透深度及哪些因素有关?被测体对涡流传感器的灵敏度有何影响? 解：电涡流的径向形成范围大约在传感器线圈外径的1.82.5倍范围内，且分布不匀称。涡流贯穿深度，定义在涡流密度最大值的处。被测体的平面不应小于传感器线圈外D的2倍，厚度大于2倍贯穿度h时，传感器灵敏度几乎不受影响。4涡流式传感器的主要优点是什么? 解：电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、外表温度、速度、应力、材料损伤等进展非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。5电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？解：还可以对厚度、外表温度、速度、应力、材料损

11、伤等进展非接触式连续测量。第四章习题答案1某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径，工作初始极板间间隔 ，介质为空气。问：（1）假如极板间间隔 变更量，电容的变更量是多少？（2）假如测量电路的灵敏度，读数仪表的灵敏度（格mV）在时，读数仪表的变更量为多少？解：（1）依据公式，其中S=（2）依据公式，可得到=2寄生电容及电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变更为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消退和减小寄生电容影响的几种方法和原理。解：电容式传感器内极板及其四周导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电容）经常是随机变更的，将使仪器工作很不稳定，影响测

12、量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。若考虑电容传感器在高温、高湿及高频鼓励的条件下工作而不行无视其附加损耗和电效应影响时，其等效电路如图4-8所示。图中L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；C0为传感器本身的电容；Cp为引线电缆、所接测量电路及极板及外界所形成的总寄生电容，克制其影响，是进步电容传感器好用性能的关键之一；Rg为低频损耗并联电阻，它包含极板间漏电和介质损耗；Rs为高湿、高温、高频鼓励工作时的串联损耗电组，它包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻。此时电容传感器的等效灵敏度为（4-28）当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke及传感器的固

13、有电感（包括电缆电感）有关，且随变更而变更。在这种状况下，每当变更鼓励频率或者更换传输电缆时都必需对测量系统重新进展标定。3简述电容式传感器的优缺点。解：优点：(1) 温度稳定性好(2) 构造简洁(3) 动态响应好（4）可以实现非接触测量，具有平均效应缺点：（1）输出阻抗高，负载实力差（2）寄生电容影响大4电容式传感器测量电路的作用是什么？ 解：电容式传感器中电容值以及电容变更值都特别微小，这样微小的电容量还不能干脆被目前的显示仪表显示，也很难被记录仪承受，不便于传输。这就必需借助于测量电路检出这一微小电容增量，并将其转换成及其成单值函数关系的电压、电流或者频率。电容转换电路有调频电路、运算放

14、大器式电路、二极管双T型沟通电桥、脉冲宽度调制电路等5下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益A=，输入阻抗Z=；试推导输出电压U0及极板间距的关系，并分析其工作特点。题图4-1式中负号表示输出电压的相位及电源电压反相。上式说明运算放大器的输出电压及极板间间隔 d线性关系。运算放大器电路解决了单个变极板间间隔 式电容传感器的非线性问题。但要求Zi及放大倍数K足够大。为保证仪器精度，还要求电源电压的幅值和固定电容C值稳定。第五章习题答案1简述正、逆压电效应。解：某些电介质在沿肯定的方向受到外力的作用变形时，由于内部电极化现象同时在两个外表上产生

15、符号相反的电荷，当外力去掉后，复原到不带电的状态；而当作用力方向变更时，电荷的极性随着变更。晶体受力所产生的电荷量及外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加肯定变电场，晶体本身将产朝气械变形，外电场撤离，变形也随之消逝，称为逆压电效应。2压电材料的主要特性参数有哪些？解：压电材料的主要特性参数有：（1）压电常数：压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它干脆关系到压电输出的灵敏度。（2）弹性常数：压电材料的弹性常数、刚度确定着压电器件的固有频率和动态特性。（3）介电常数：对于肯定形态、尺寸的压电元件，其固有电容及介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。（4）机械

16、耦合系数：在压电效应中，其值等于转换输出能量（如电能）及输入的能量（如机械能）之比的平方根； 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。（5）电阻压电材料的绝缘电阻：将削减电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。（6）居里点：压电材料开场丢失压电特性的温度称为居里点。3简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。解：电压放大器的应用具有肯定的应用限制，压电式传感器在及电压放大器协作运用时，连接电缆不能太长。优点：微型电压放大电路可以和传感器做成一体，这样这一问题就可以得到克制，使它具有广泛的应用前景。缺点：电缆长，电缆电容Cc就大，电缆电容增大必定使传感器的电压灵敏度降低。不过由于固态电子器件和

17、集成电路的快速开展，电荷放大器的优点：输出电压Uo及电缆电容Cc无关，且及Q成正比，这是电荷放大器的最大特点。但电荷放大器的缺点：价格比电压放大器高，电路较困难，调整也较困难。要留意的是，在实际应用中，电压放大器和电荷放大器都应加过载放大爱护电路，否则在传感器过载时，会产生过高的输出电压。4能否用压电传感器测量静态压力？为什么？解：不行以，压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，为了保证压电传感器的测量误差较小，它的测量电路通常须要接入一个高输入阻抗的前置放大器，所以不能用来测量静态压力。5题图5-1所示电荷放大器中Ca=100 PF，Ra=，Rf=，Ri=，CF=10 PF。若考虑引线电

18、容CC 影响，当A0=104时，要求输出信号衰减小于1%，求运用90 PF/m的电缆，其最大允许长度为多少？题图5-1解：因此若满意时，式（6-4）可表示为第六章习题答案1说明霍尔效应的原理？解：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向及磁场方向不一样时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。2某霍尔元件为沿方向通以电流，在垂直面方向加有匀称磁场，传感器的灵敏度系数为，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。 解：，式中KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度所以输出的霍尔电势为，因为，式中令RH=-1/（ne），称之为霍尔常数，其大小取决于导体载流子密度,所以浓度=3磁

19、电式传感器及电感式传感器有何不同？解：磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。磁电感应式传感器也称为电动式传感器或感应式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生电动式的，它不须要协助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是有源传感器。电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变更，再由测量电路转换为电压或电流的变更量输出的装置。4霍尔元件在肯定电流的限制下，其霍尔电势及哪些因素有关？解：依据下面这个公式可以得到，霍尔电势还及磁感应强度B, KH为霍尔片的灵敏度,

20、霍尔元件的长度L和宽度b有关。第七章习题答案1什么是热电势、接触电势和温差电势？解：两种不同的金属A和B构成的闭合回路，假如将它们的两个接点中的一个进展加热，使其温度为T，而另一点置于室温T0中，则在回路中会产生的电势就叫做热电势。由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势叫做接触电势。温差电势（又称汤姆森电势）是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电势。2说明热电偶测温的原理及热电偶的根本定律。解：热电偶是一种将温度变更转换为电量变更的装置，它利用传感元件的电磁参数随温度变更的特征来到达测量的目的。通常将被测温度转换为敏感元件的电阻、磁导或电势等的变更，通过适当的测量电路，

21、就可由电压电流这些电参数的变更来表达所测温度的变更。热电偶的根本定律包括以下三种定律：1）中间导体定律：在热电偶回路中，只要中间导体两端的温度一样，那么接入中间导体后，对热电偶的回路的总电势无影响。2）参考电极定律：假如导体C热电极作为参考电极，并已知标准电极及随意导体配对时的热电势，那么在一样结点温度（T,T0）下，随意两导体A、B组成的热电偶，其电势可由下式求得3）中间温度定律：在热电偶回路中，两接点温度为T，T0时的热电势，等于该热电偶在接点T、Ta和Ta、T0时的热电势之和，即3 已知在其特定条件下材料A及铂配对的热电势，材料B及铂配对的热电势，试求出此条件下材料A及材料B配对后的热电

22、势。解：依据热电偶根本定律中的参考电极定律可知，当结点温度为T，T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和，即：4Pt100和Cu50分别代表什么传感器？分析热电阻传感器测量电桥之三线、四线连接法的主要作用。解：Pt100代表铂热电阻传感器，Cu50代表铜热电阻传感器。三线制可以减小热电阻及测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变更所引起的测量误差。四线制可以完全消退引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。工业用铂电阻测温常采纳三线制和四线制连接法。5将一只灵敏度为0.08mv/ 的热电偶及毫伏表相连,已知接线端温度为50,毫伏表的输出为60 mv,

23、 求热电偶热端的温度为多少?解：6试比拟热电阻及热敏电阻的异同。解：热电阻将温度转换为电阻值大小的热电式传感器,热电阻传感器是利用导体的电阻值随温度变更而变更的原理进展测温的。热电阻传感器的测量精度高；有较大的测量范围，它可测量200500的温度；易于运用在自动测量和远间隔 测量中。热电阻由电阻体、爱护套和接线盒等部件组成。其构造形式可依据实际运用制作成各种形态。热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍等的氧化物，采纳不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采纳不同的封装形式制成珠状、片状、杆状、垫圈状等各种形态。热敏电阻具有以下优点：电阻温度系数大，灵敏度高；构造简洁；电阻率高，热惯性小；但它阻

24、值及温度变更呈非线性，且稳定性和互换性较差。第八章习题答案1什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以说明。解：光电效应首先把被测量的变更转换成光信号的变更，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：a)在光线作用下，能使电子逸出物体外表的现象称为外光电效应;b)受光照的物体导电率发生变更，或产生光生电动势的效应叫内光电效应。2分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。3简述CCD的工作原理。解：CCD的工作原理如下：首先构成CCD的根本单元是MOS电容器，假如MOS电

25、容器中的半导体是P型硅，当在金属电极上施加一个正电压时，在其电极下形成所谓耗尽层，由于电子在那里势能较低，形成了电子的势阱，成为蓄积电荷的场所。CCD的最根本构造是一系列彼此特别靠近的MOS电容器，这些电容器用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化层，并在其上制作很多金属电极，各电极按三相（也有二相和四相）配线方式连接。CCD的根本功能是存储及转移信息电荷，为了实现信号电荷的转换：必需使MOS电容阵列的排列足够严密，以致相邻MOS电容的势阱互相沟通，即互相耦合；限制相邻MOC电容栅极电压凹凸来调整势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处；在CCD中电荷的转移必需依据确定的方向。4说明光

26、纤传输的原理。解：光在空间是直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随光纤能传送到很远的间隔 ，光纤的传输是基于光的全内反射。当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤内的传播。设有一段圆柱形光纤，它的两个端面均为光滑的平面。当光线射入一个端面并及圆柱的轴线成i角时，依据斯涅耳（Snell）光的折射定律，在光纤内折射成j，然后以k角入射至纤芯及包层的界面。若要在界面上发生全反射，则纤芯及界面的光线入射角k应大于临界角c（处于临界状态时，r=90），即:且在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。5光纤传感器常用的调制原理有哪些？解：1）强度调制原理2

27、）相位调制原理3）频率调制原理4）偏振调制原理6红外线的最大特点是什么？什么是红外传感器？解：红外线的最大特点是具有光热效应，可以辐射热量，它是光谱中的最大光热效应区。能将红外辐射量的变更转换为电量变更的装置称为红外探测器或红外传感器。红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示系统等组成。7光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管在性能上有什么差异，它们分别在什么状况下选用最适宜？解：光敏电阻（1）伏安特性：在肯定照度下，流过光敏电阻的电流及光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。光敏电阻在肯定的电压范围内，其I-U曲线为直线，说明其阻值及入射光量有关，而及电压、电流无关。在

28、给定的偏压状况下，光照度越大，光电流也就越大；在肯定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率确定的，耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。（2）光谱特性：光敏电阻的相对光敏灵敏度及入射波长的关系称为光谱特性，亦称为光谱响应。光敏电阻的灵敏度是不同的。从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域，常被用作光度量测量（照度计）的探头。而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区，常用做火焰探测器的探头。（3）光照特性：由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动限制系统中常用作开关式光电信号传感元件。（4）温度特性：光敏电阻受温度

29、的影响较大。当温度上升时，它的暗电阻和灵敏度都下降。温度变更影响光敏电阻的光谱响应，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。光敏二极管（1）光谱特性：一般来讲，锗管的暗电流较大，因此性能较差，故在可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。但对红外光进展探测时，锗管较为相宜。（2）伏安特性：光敏晶体管的光电流比一样管型的二极管大上百倍。（3）温度特性：从特性曲线可以看出，温度变更对光电流影响很小，而对暗电流影响很大，所以在电子线路中应当对暗电流进展温度补偿，否则将会导致输出误差。光电池（1）光谱特性：光电池对不同波长的光的灵敏度是不同的。光谱响应峰值所对应的入射光波长是不同的，硅光电池

30、在0.8m旁边，硒光电池在0.5m旁边。可见硅光电池可以在很宽的波长范围内得到应用。（2）光照特性：光电池在不同光照度下，光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。短路电流在很大范围内及光照强度成线性关系，开路电压（负截电阻RL无限大时）及光照度的关系是非线性的，并且当照度在2000 lx时就趋于饱和了。因此光把电池作为测量元件时，应把它当作电流源的形式来运用，不能用作电压源。（3）温度特性：光电池的温度特性是描绘光电池的开路电压和短路电流随温度变更的状况。由于它关系到应用光电池的仪器或设备的温度漂移，影响到测量精度或限制精度等重要指标，因此温度特性是光电池的重要特性之一。开路电

31、压随温度上升而下降的速度较快，而短路电流随温度上升而缓慢增加。由于温度对光电池的工作有很大影响，因此把它作为测量器件应用时，最好能保证温度恒定或实行温度补偿措施。第九章习题答案超声波在介质中有哪些传播特性？解：超声波在各种介质中的波速不同，超声波会被传播介质汲取及散射，从而造成波动能量的损失。一般称为汲取损失，也称衰减，频率愈低的超声波衰减愈小。当超声波经过性质不同的介质交界面时，一局部会反射，其余的会穿透过去。这种反射或穿透的强度，由这两个交界介质的特性阻抗Z 确定。介质的特性阻抗差越大，反射率也就越大。超声波射入交界面除了局部反射外，其余的全部穿透过去，什么是超声波的干预现象？解：假如在一

32、种介质中传播几个声波，于是会产生波的干预现象。由不同波源发出的频率一样、振动方向一样、相位一样或相位差恒定的两个波在空间相遇时，某些点振动始终加强，某些点振动始终减弱或消逝，这种现象称为超声波的干预现象。第十章习题答案1什么是肯定湿度和相对湿度？解：肯定湿度是指单位空间中所含水蒸汽的肯定含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示。相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在一样温度下饱和水蒸气压的百分比，一般用符号RH表示。2 说明半导体色敏传感器的根本原理。解：半导体色敏传感器是由结深不同的两个PN结二极管，浅结的二极管是PN结组成的；深结的二极管是PN结。当有入射光照耀时，P、N、P三个区域及其间

33、的势垒区中都有光子汲取，但效果不同。紫外光局部汲取系数大，经过很短间隔 已根本汲取完毕。在此，浅结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高，而红外局部汲取系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被汲取。因此，深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。3什么是水分子亲和力型湿敏传感器？解：依据水分子易于吸附在固体外表并浸透到固体内部的这种特性（即水分子亲和力）所制成的传感器叫做水分子亲和力型湿敏传感器。第十一章习题答案1用测量范围为-50150KPa的压力传感器测量140KPa压力时，传感器测得示值为142KPa，求该示值的肯定误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。解：肯定误差：=142-140=

34、2相对误差=标称相对误差即=引用误差=2试问下列测量数据中，哪些表示不正确：1000.1，1001，1001%，1000.1%?解：不正确的是1000.1，1001%3压力传感器测量砝码数据如题表11-1，试说明这是一种什么误差，产生这种误差的缘由是什么。题表11-1M（g）012345正向测量值（mv）01.522.533.5反向测量值（mv）00.5122.53.5解：这是系统误差，标准量值的不准确及仪表刻度的不准确而引起的误差。对于系统误差应通过理论分析和试验验证找到误差产生的缘由和规律以削减和消退误差。4什么是粗大误差？如何推断测量系统中含有粗大误差？解：明显偏离测量结果的误差称为粗大

35、误差，又称忽略误差。这类误差是由于测量者忽略大意或环境条件的突然变更而引起的。对于粗大误差，首先应设法推断是否存在，然后将其剔除。5在对量程为10MPa的压力传感器进展标定时，传感器输出电压值及压力值之间的关系如题表11-2所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并探讨下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则？（10分）题表11-2测量次数I12345压力xi（MPa）245810电压yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.09（3）y=50.00x-10.50（4）y=-5.00x-1.05（5）y=5.

36、00x+0.07解：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精细度高即误差小。将几组x分别带入以上五式，及y值相差最小的就是所求，很明显（5）为所求。6测得某检测装置的一组输入输出数据如题表11-3，试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；题表11-3x0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0解： Y=kx+b代入数据得到：k=0.68, b=0.25所以，y=0.68x+0.257设5次测量某物体的长度，其测量的结果分别为：9.8，10.0，10.1，9.9，10.2厘米，若无视粗大误差和系统误差，试求在99.73的置信概率下，对被测物体的最小估计区间。解：

37、 分别为-0.2-0.2 0 0.1 -0.1 0.25假设采样频率 fs 是150HZ,，信号中含有50 、70、160、和 510 Hz的成分，将产生畸变的频率成分是哪些？新产生的畸变频率为多少？解：产生畸变的频率成分F3,F4, 新产生的畸变频率为10和60Hz。第十三章习题答案单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。解：进步桥臂比：进步了桥臂比，非线性误差可以减小，但从电压灵敏度考虑，灵敏度将降低，这是一种冲突，因此，采纳这种方法的时候应当适当的进步供桥电压Ui。采纳差动电桥：依据被测试件的受力状况，若使一个应变片受拉，另一个受压，则应变符号相反；测试时，将两个应变片接入电桥的相邻臂上

38、，成为半桥差动电路，则电桥输出电压Uo为 （13-15）若R1=R2,R1=R2,R3=R4,则有 （13-16）由此可知，Uo和R1/R1成线性关系，差动电桥无非线性误差。而起电压灵敏度为，比运用一只应变片进步了一倍，同时可以起到温度补偿的作用。因为采纳的是金属应变片测量，所以本设计采纳全桥电路，可以有比拟好的灵敏度并且不存在非线性误差。依据应变传感器的原理说明本设计中应变模型的建立过程。解：1)传感器模型的建立：电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产朝气械变形时，它的电阻值相应发生变更。应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值将随着压力所产生的变更而变更。在外力作用下,应

39、变片产生变更,同时应变片电阻也发生相应变更。当测得阻值变更为R时，可得到应变值，依据应力及应变关系，得到应力值为由此便得出了应变片电阻变更及重物质量的关系，即2)桥路局部电路原理：电阻应变计把机械应变转换成R/R后，应变电阻变更一般都很微小，这样小的电阻变更既难以干脆准确测量，又不便干脆处理。因此，必需采纳转换电路，把应变计的R/R变更转换成电压或电流变更。通常采纳惠斯登电桥电路实现这种转换。3)放大电路原理：该放大电路具有很强的共模抑制比。它由两级放大器组成，第一级由集成运放A1、A2，由于他们采纳同一型号的运放，所以可进一步降低漂移。电阻R1、R2和R3组成同相输入式并联差分放大器，具有特

40、别高的输入阻抗。第二级式由A3和4个电阻R4、R5、R6和R7组成的反向比例放大器，它将双端输入变成单端输出，并使阻值R1=R3,R4=R5,R6=R7。4）综合电路设计：至此，基于金属电阻应变片的压力测量电路设计完成，可以参考书中图13-5所示。图中V1、V2、V3、V4指代的是同一电压V（因考虑电路绘制的便利及电路元件的符号不能重复，所以分开标号），它用来模拟物体重量m。由以上分析可知采纳全桥电路可以有比拟好的灵敏度，并且不存在非线性误差，所以由四个应变片两个受拉两个受压可组成全桥电路。试分析最终显示的重量值误差产生的缘由。解：每个设计过程中的失误和忽略都可能导致电路仿真的失误，可是一些人为因素方面的失误在设计仿真制作时都应当要尽量避开。但是可能由于现实器件及志向器件之间有肯定的误差，所以导致实际的电路分析的结果及仿真电路的结果存在肯定的误差。图1 RW1大小确实定分析最终测量误差的产生有哪些缘由。解：1）铂电阻在实际运用时都会有电流流过，电流流过会使电阻发热，使电阻阻值增大，这可能会引起的肯定得误差。2）传感器本身性能不特别优良，测量方法不特别完善，外界干扰的影响等，都会造成被测参数的测量值及真实值不一样，3）在进展测量时环境的温度，湿度，电源电压的稳定性都会影响测量电路存在肯定得误差。