传感器原理及应用期末考试重点课后题复习

第1章

1-1 综合传感器的概念。 答：

从广义角度定义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置；

从狭义角度定义：能把外界非电信号转换成电信号输出的器件或装置；

国家标准定义是：“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”。通常有敏感元件和转换元件组成； 1-2 一个可供实用的传感器有那几部分构成？各部分的功能是什么？用框图显示传感器系统。 答：

组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成。

1.敏感元件：是直接受被测物理量；以确定关系输出另一物理量的元件。

2.转换元件；是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电信号。

3.基本转换电路则将该电路转换成便于传输处理电量。

1-3 如果家用小车采用超声波雷达，需要那几部分组成？请画出图。 第2章

2-1 衡量传感器静态特性的主要指标有哪些？说说它们的含义。 答：

1、 线性度： 表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。

2、 灵敏度：传感器输出量增量与被测输入量增量之比。

3、 分辨力：传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。

4、回差：反映传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中，输出-输入曲线的不重合程度指标。

5、重复性：衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度的指标。

6、阈值：是能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。

7、稳定性：传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、漂移：指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输人量无关的、不需要的变化。

9、静态误差(精度）：指传感器在满量程内任一点输出值相对其理 论值的可能偏离(逼近)程度。它表示采用该传感器进行静态测量时

所得数值的不确定度。

2-2 计算传感器线性度的方法有哪几种？有什么差别？

1、 理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。

优点是简单、方便，但输出平均值与拟合直线间的最大偏差很大。 2、 端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 y=b+kx b截距k为斜率 与理论直线发一样简便偏差很大 3、 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高，但是只能用图解法和计算机结算来获得。（端点平行法）

4、 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。最小二乘法的拟合程度很高，但是校准曲线相对拟合直线的最大偏差绝对值并不一定最小，最大正、负偏值差的绝对值也不一定相同。

2-3 什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要把传感器的特

性分为静态特性和动态特性？

（1）静态特性：表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。

动态特性：反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。 （2）由于传感器可能用来检测静态量（即输入量是不随时间变化的常量）、准静态量或动态量（即输入量是随时间变化的变量），于是

对应于输入信号的性质，所以传感器的特性分为静态特性和动态特性。

2-5 为什么要对传感器进行标定和校准？举例说明传感器静态标定和动态标定的方法。 答：

因为新研制或生产的传感器需对其技术性能进行全面的检定;经过一段时间储存或使用的传感器也需对其性能进行复测。通常，在明确输入-输出变换对应关系的前提下，利用某种标准量或标准器具对传感器的量值进行标度称之为标定。

静态标定：静态标定主要用于检测、测试传感器(或传感器系统)的静态特性指标，如静态灵敏度、 非线性、回差、重复性等。进行静态标定首先要建立静态标定系统。如应变式测力传感器静态标定系统。测力机产生标准力，高精度稳压电源经精密电阻箱衰减后向传感器提供稳定的供 桥电压，其值由数字电压表读取，传感器的输出电压由另一数字电压表指示。

动态标定：主要用于检验、测试传感器(或传感器系统）的动态特性，如动态灵敏度、频率 响应和固有频率等。对传感器进行动态标定，需要对它输入一标准激励信号。例如测振传感器的动态标定常采用振动台（通常为电磁振动台）产生简谐振动作传感器的输人量。振动的振幅由读数显微镜读得，振动频率由频率计指示。若测得传感器的输出电量，即可通过计算得到位移传感器、速度传感器、加速度传感器的动态灵敏度。若改变振动频率，设法保持振幅、速度或加速

度幅值不变，可相应获得上述各种传感器的频率响应。

基本方法：利用标准仪器产生已知非电量（如标准力、压力、位移）作为输出量，输入到待标定的传感器中，然后将传感器输出量与输入标准量比较，获得一系列标准数据或曲线。有时输入的标准量是利用标准传感器检测得到，这是标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较。

第3章

3-1 何为电阻应变效应?怎样利用这种效应制成应变片? 答：

（1）导体在受到拉力或压力的外界力作用是，发生机械变形，其电阻值将发生变化，这种现象称为电阻应变效应。

（2）当外力作用时，导体的电阻率ρ、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、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？

答：

（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。

（2）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。

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