第一章 传感器基础
I. 检测系统由哪几部分组成 ？说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成 信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给岀了检 测系统的组成框图。
检测系统的组成框图
传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件， 是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的，因为检测系统的其它 环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。
测量电路的作用是将传感器的输岀信号转换成易于测量的电压或电流信号。
通常传感器输岀信号是微
弱的，就需要由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。根据需要测量电路还能进行阻抗匹配、 微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。
显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节， 过程。
主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的
2.
依次为主称（传感器） 主称 传感器，代号 C;
传感器的型号有几部分组成，各部分有何意义 ？
被测量一转换原理一序号
被测量一一用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表 转换原理一一用一个或两个汉语拼音的第一个大写字母标记。见附录表
2; 3;
序号一一用一个阿拉伯数字标记，厂家自定，用来表征产品设计特性、性能参数、产品系列等。若产 品性能参数不变，仅在局部有改动或变动时， 其序号可在原序号后面顺序地加注大写字母 中I、Q不用）。
例：应变式位移传感器：
A、B、C等，（其
C WY-YB-20;光纤压力传感器：C Y-GQ-2。
3. 测量稳压电源输岀电压随负载变化的情况时，应当采用何种测量方法
答:测定稳压电源输岀电压随负载电阻变化的情况时，
？如何进行？
最好采用微差式测量。此时输岀电压认可表示为 Uo,
Uo=U+AU，其中△ U是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对
测量，仪表必须有较大量程以满足 原理如下图所示：
图中使用了高灵敏度电压表
毫伏表和电位差计，
U来讲为一小量。如果采用偏差法
Uo的要求，因此对厶U,这个小量造成的 Uo的变化就很难测准。测量
Rr和E分别表示稳压电源的内阻和电动势， 凡表
示稳压电源的负载，El、R1和Rw表示电位差计的参数。在测量前调整R1使电位差计工作电流Il为标准值。 然后，使稳压电源负载电阻 Ri为额定值。调整 RP的活动触点，使毫伏表指示为零，这相当于事先用零位 式测量岀额定输岀电压 U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻
RL的值，负载变动所引起的稳压电
源输出电压Uo的微小波动值 AU，即可由毫伏表指示出来。 根据Uo=U+ AU，稳压电源输出电压在各种负载 下的值都可以准确地测量岀来。微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参 数的测量。
用微差式测量方法测量稳压电源输岀电压随负载的变化
某线性位移测量仪，3.5V减至2.5V , 求
4.
当被测位移由 4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由 该仪器的灵敏度。 解：该仪器的灵敏度为
2.5 3.5 5.0 4.5
2 mV/mm
5.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂
电阻温度传感器： 电桥： 放大器： 笔式记录仪：
0.45 Q 厂C 0.02V/ Q 100（放大倍
数）
求：（1）测温系统的总灵敏度；
（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。
解：（1）测温系统的总灵敏度为
S 0.45 0.02 100 0.2 0.18 cm/ C
（2 ）记录仪笔尖位移 4cm时，所对应的温度变化值为
t上
0.18 22.22 C
0?800C，精度等级分别为 2.5级、
2.0级和1.5级，现要测量500 C的温度,
6. 有三台测温仪表，量程均为
要求相对误差不超过 2.5 %，选那台仪表合理?
解: 2.5级时的最大绝对误差值为 20C，测量500C时的相对误差为 测量500C时的相对误差为 3.2%; 1.5级时的最大绝对误差值为 因此，应该选用1.5级的测温仪器。
4%; 2.0级时的最大绝对误差值为 16C, 12C,测量500C时的相对误差为 2.4%。
7. 什么是系统误差和随机误差 ？正确度和精密度的含义是什么 ？它们各反映何种误差？
答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的 规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的 方式变化的误差。正确度是指测量结果与理论真值的一致程度，它反映了系统误差的大小，精密度是指测 量结果的分散程度，它反映了随机误差的大小。
8. 服从正态分布规律的随机误差有哪些特性
？
随机误差可正可负，但绝对值相等的正、负误差岀 在一定测量条件下，随机误差的绝对值不会超 在相同条件下，当测量次数
答：服从正态分布规律的随机误差的特性有：对称性 现的机会相等。也就是说 f（ “ S曲线对称于纵轴。有界性 过一定的范围，即绝对值很大的随机误差几乎不岀现。抵偿性
n
nT?时，全
体随机误差的代数和等于零，即
lim
n
j
0。单峰性
绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差岀
现的机会多，即前者比后者的概率密度大，在 处随机误差概率密度有最大值。
9.等精度测量某电阻10次，得到的测量列如下：
Ri= 167.95 Q R2= 167.45 Q R3 = 167.60 Q R4= 167.60 Q
R5= 167.87 Q R6= 167.88 Q
R7= 168.00 Q R8= 167.850 Q R9= 167.82 Q R10= 167.61 Q
（1）求10次测量的算术平均值 R，测量的标准误差 ⑵ 若置信概率取99.7%，写出被测电阻的真值和极限值。
b和算术平均值的标准误差
S。
解：（1）求10次测量的算术平均值 R，测量的标准误差 b和算术平均值的标准误差
So
R 10 R1
i 1
R2 Rn
10
167.60 167.60 167.87 167.88
10
168.00 167.85 167.82
167.61
167.95 167.45 167.763
-2
n 1』x) A1872 0.1824
V
2 i
1 10 2 9 i 1 Vi
0.1082
0.2372
0.0872 0.0572
0.1532)
0.3132 2 0.1632 0.1072
S
，n
⑵ 若置信概率取99.7 %，被测电阻的真值为:
0.1824 小 c
--------- 0.0577 .10
R0 167.763 3 s (167.763
极限值为：Rm 167.763 3
0.173)
（167.763 0.547）
10.试分析电压输出型直流电桥的输入与输出关系。
答：如图所示，电桥各臂的电阻分别为
R1、R2、R3、R40 U为电桥的直流电源电压。当四臂电阻
R1=R2=R3=R4=R时，称为等臂电桥；当R1=R2=R,R3=R4=R' R工R）时，称为输出对称电桥；当R1 =R4=R ,R2=R3 =R（R
眾'）时，称为电源对称电桥。
A
直流电桥电路
当电桥输岀端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻为无穷大, 这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为
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